用食物加工系统制备食料的方法与流程

本发明涉及用于使用食物加工系统制备食料的方法。该方法包括以下步骤：以某种图案沉积和/或递送食物，并以优化的方式对食物进行烹饪和/或加热。

背景技术：

目前，加工的食物越来越广泛地用于达成节省时间和精力。加工的食物的当前趋势要求使其更健康并且适应每个人的需要，要求其更方便并且需要消费者进行最少次数的加工操作，并且甚至要求最小化浪费，因此理想地仅制备需要消耗的食物的量。

适应每个人的需要制备定制食物的可能做法将是从原材料开始直接配置将被进一步烹饪成即食餐食的食物。属于本申请人的基于逐层进行层沉积和层烹饪的食物加工系统已经通过ep15166200.4提交。

在高度受限的环境中，家庭个性化食物系统需要大量自动化。这种高度的整合要求使商业化机器的尺寸最小化，这在增加烹饪功能时带来了新的挑战。由于对热量和电磁波敏感的周围特征的数量，因此无法使用像配备有热阻或红外灯的常规烘箱中使用的那些或基于磁控管技术的微波烹饪技术的常规烹饪方法。此外，常规微波技术不是优选的选择，因为它需要一个其中没有金属部件位于其中的专用腔。

因此，在食物加工系统中对从原始食物材料出发进行烹饪提出了巨大的挑战。由于近年来新开发的技术及其发展，在与用于制备食物的环境相同的环境内烹饪食物的机会增加：在这种情况下，由于不需要致动器来将所制备的菜肴或食物从一个站点移动到烹饪站点，所以系统被制造得更加紧凑，因为制备站点和烹饪站点是相同的。这允许通过保持高度的集成来降低机器的最终成本。

优选，在本发明的食物加工系统中使用的烹饪技术是基于固态微波技术，该固态微波技术允许产生高电磁能量，该高电磁能量可被导向食物材料以对其进行烹饪。与仅使用功率水平和时间来控制烹饪倾向的传统微波腔相比，基于固态微波的烹饪技术可提供对烹饪过程的直接反馈：通过监测反射功率的水平、发射信号与反射信号之间的相差，可确定食物的性质、已蒸发的水含量以及最终食物材料的温度。尽管如此，这项技术仍然很复杂，并且必须针对每种类型的食物产品定制烹饪参数。

此外，为了提供所沉积的食物层的均匀且优化的烹饪，随着这些层在整个烹饪过程中增长，还希望提供考虑这些变化的系统。此外，由于食物材料的特性(介电特性、压实度等)也因经受烹饪过程而改变，因此期望在整个烹饪过程中也调整烹饪参数，以便提供令人满意的最终结果。本发明提供了用于在考虑到这一点的食物加工系统中制备食料的方法。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及用于在食物加工系统中制备食料的方法：该系统包括将电磁波传输到食物基质的固态射频烹饪装置和烹饪食物的腔，该方法监测返回功率损耗，以通过控制和调整至少两个参数来优化射频功率向食物基质的递送：固态射频烹饪装置的发射频率和烹饪装置到食物基质的距离，该返回功率损耗是固态射频烹饪装置发射的功率与腔中的反射功率之间的差值。

本发明的方法通常在整个制备方法中监测食物基质的介电特性、水含量和/或压实度。

本发明的方法优选在沉积一个或多个层的同时或相继地或者逐层地激活固态射频烹饪装置，执行该方法的系统被配置用于从以一个或多个层沉积在腔中的粉末状原始食物材料中重构食物。

根据本发明的方法优选包括初始步骤，该初始步骤通过在烹饪装置到食物基质的一定距离处扫描烹饪装置的一定范围的发射频率、获取返回功率损耗最大时的频率并且调整烹饪装置到食物基质的距离以获取返回功率损耗最大时的距离来预设置固态射频烹饪装置。根据一个可能的实施方案，在本发明的方法中将初始预设置步骤重复若干次。

优选，在本发明的方法中，从固态射频烹饪装置到食物基质的距离在整个食料制备中基本上保持恒定。从烹饪装置到食物基质的距离通常是在烹饪装置的一定发射频率下提供最大返回功率损耗的距离。

在根据本发明的方法中，固态射频烹饪装置优选在整个制备方法中偏移其频率以使该频率适应食料特性的变化，以保持最大的返回功率损耗。

本发明的方法通常还监测食料表面颜色的变化，以在一旦达到一定的限定阈值时就停止制备。

本发明的方法通常操作系统，该系统包括至少沉积头，该沉积头将食料以一个或多个层分配到沉积区域上，该方法通常通过使烹饪装置和沉积区域在高度上相对地移动来调整烹饪装置到该沉积区域的距离。

优选，本发明的方法操作还包括红外发生器的系统，该方法通常在整个制备过程中选择性地激活此发生器以使所制备的食料的至少一部分褐变。

由本发明的方法操作的系统通常还包括用于烹饪所沉积的食料的下表面的辅助烹饪装置，该方法优选选择性地激活这些辅助烹饪装置以烹饪所沉积的食料的下表面的至少一部分和/或使其褐变。

根据本发明的方法通常还激活辅助烹饪装置以烹饪所沉积的第一食料层和/或使其褐变，并且还激活红外发生器以使所沉积的食料层的最后一层褐变。

附图说明

结合附图，在阅读本发明的实施方案的以下详细描述后，本发明的其他特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。

图1示出了操作根据本发明的用于制备食料的方法的食物加工系统的全视图。

图2示出了在操作根据本发明的用于制备食料的方法的食物加工系统中具有布置在沉积表面下方的微波天线的辅助烹饪装置的可能配置。

图3示出了在操作根据本发明的用于制备食料的方法的食物加工系统中具有布置在沉积表面上的电加热电阻器的辅助烹饪装置的另一种可能的配置。

图4示出了表示在根据本发明的用于制备食料的方法中在开始烹饪过程之前待执行以设置参数的主要步骤的图示。

图5a示出了表示当频率变化时返回损耗的变化的图，天线被布置在距食物基质8mm的距离处。

图5b示出了表示当频率变化时返回损耗的变化的图，天线被布置在距食物基质5mm的距离处。

图5c示出了表示当频率变化时返回损耗的变化的图，天线被布置在距食物基质3mm的距离处。

图6示出了表示在根据本发明的用于制备食料的方法中在烹饪过程期间待执行以调整系统参数的主要步骤的图示。

图7示出了表示在根据本发明的用于制备食料的方法中在烹饪过程期间待执行以监测食物表面的主要步骤的图示。

具体实施方式

常规的微波炉快速且方便地以家庭规模加热食物产品，但却提供不均匀的烹饪。当使用固态微波技术时，所提供的加热或烹饪也是快速且方便的，然而但却提供了一个巨大的优点：其感测能力允许监测整个电磁波导(天线)的反射功率，这种能力允许调整功率和频率，从而提供更均匀的食物烹饪。

当制备个性化食物时，该技术的使用是特别有利的，因为这是本发明的目的，其中由食物粉末材料重构菜肴或餐食。

作为在本发明的方法中使用的食物加工系统，其便利性不仅在于所提出的和个性化的餐食的多样性，而且还在于菜肴制备的迅速性。例如，可在1至3分钟内制备完整的小吃或菜肴。这些个性化食物系统需要能够快速且以集中和可靠的方式操作的烹饪技术。微波烹饪技术能够对食物进行定量加热，这是减少烹饪加工时间最合适的技术。

除了减少烹饪时间外，还需要以期望的方式提供均匀且最佳烹饪的所制备的食料(这并不意味着所有所沉积的食物层都以相同的方式烹饪，或甚至可在相同的层区域内以不同方式烹饪它们，但需要根据需要提供烹饪方法)。因为这些层在烹饪时随时间增长并且进一步改变它们的特性，所以需要考虑这一点，并且烹饪参数(特别是烹饪装置到被烹饪的层的距离)需要基本上保持恒定。

在本发明的方法中使用的系统使用同一腔或室来制备和烹饪餐食：因此，可在同一腔中制备完整的餐食，这意味着可在不同的温度水平下烹饪各种菜肴，并且可与其他周围的菜肴共存。有利地，本发明的方法使用固态微波技术(ssd)，由于其电磁波导的特定形状，允许将电磁能量聚焦并引导到所沉积的食物层。

参考图1，本发明的方法使用包括烹饪装置50的食物加工系统100：烹饪装置50还包括固态射频烹饪装置51和红外发生器52，该固态射频烹饪装置包括微波天线和放大器。食物加工系统100包括至少一个(优选多于一个)沉积头(图中未示出)，该沉积头将一种或多种形状和/或层90沉积到沉积表面20上。优选，在本发明的系统中，沉积头被配置用于在将粉末状原始食物材料(形状和/或层90)沉积到沉积表面20上之前从粉末状原始食物材料中重构食物。沉积头(或多个头)可与烹饪装置50一起移动(即，沉积头附接到烹饪装置50)，或者其可单独地布置，并且因此遵循单独的移动路径。优选，食物沉积表面20被制成圆形，并且烹饪装置50和一个或多个沉积头的运动将穿过该圆周的中心。

通常，一旦沉积，固态射频烹饪系统51就逐一地加热和/或烹饪这些所沉积的形状和/或层90的至少一部分；然而，另一种可能性是所沉积的层的烹饪或加热是在它们的沉积同时进行。更一般地讲，食物加工系统100包括烹饪装置50，这些烹饪装置通常包括固态射频烹饪系统51以及红外发生器52。固态射频系统51在深度/体积上烹饪所沉积的食物层，而红外发生器52用于提供所沉积的层的表面烹饪或褐变。因此，通常，一旦已在沉积表面20上完成了一层的沉积，烹饪装置50将加热和/或烹饪该所沉积的层。通常，使沉积表面20和烹饪装置50相对于彼此可移动。该系统的一个优选实施方案将具有根据w可旋转并且根据z在高度上也可移动的沉积表面20(参见图1)。此外，烹饪装置50(通常包括固态系统51和红外发生器52两者)将根据w’可旋转，并且还将根据z’在高度上可移动。烹饪装置50和沉积表面20的高度位移应同步以便遵循各层的沉积，以调整并保持从烹饪装置50到在表面20上所沉积的食物层的距离恒定。在烹饪过程开始时调整从食物到烹饪装置的一定距离(该距离提供最佳烹饪)，并且然后在整个全部烹饪过程中保持该距离。提供了感测装置40以测量在整个烹饪过程中烹饪装置50到所沉积的食物表面的距离：此外，控制装置41确保在整个所述烹饪过程中烹饪装置50到所沉积的食物表面的距离基本上保持恒定。

为了提供均匀的烹饪并最大程度地将电磁能量传递到所沉积的食物体积中，需要在沉积表面20与烹饪装置50之间(更确切地在所沉积的食物层与烹饪装置50之间)保持限定的距离。因此，需要使沉积表面20在高度z上移动、或使烹饪装置50(在它们被布置在其中的支撑件91中)在垂直位置z’上移动、或两者。

为了控制烹饪装置50和/或沉积表面20和/或所沉积的食物之间的距离，烹饪装置50通常包括感测装置40(参见图4)以控制此类距离。这些感测装置优选为非接触式距离传感器，通常包括反射光学传感器。

本发明的系统的优选机械设置将固态射频烹饪系统51和红外发生器52布置在支撑架91中：ssd系统51和红外发生器52两者共同地移动并且能够在高度(z')上竖直移动，并且还可根据w'旋转。

取决于食物物质(尤其是如果包含小麦粉或面筋)，其增长将不同，并以不同的方式影响能量传递。因此，重要的是具有距离测量传感器40，该距离测量传感器将永久地监测食物表面与烹饪装置50之间的距离，以及能够自动控制该距离的伺服系统41(配置控制装置)。该功能可通过使用简单的能够测量通常在1至20mm之间的距离的反射光学传感器(像例如tcrt5000传感器)来实现。

来自固态系统51的将电磁波传输到食物基质的波导的设计是食物加工系统100的关键部分。固态射频系统51通常被配置为传输发射电磁能量的大部分的天线：未被传输的能量的一部分将热能直接转换成固态射频系统的波导或发生器51；因此，这种能量应当最小化。对于本发明的配置，最多10％的反射能量是可接受的，因为在没有巨大设计努力的情况下很难完全传输所产生的全部微波能量。

个性化食物系统的主要挑战是能够选择性地加热和/或烹饪所沉积的食物层的一部分，即所制备的菜肴的一部分。这需要必须被传输到食物上的高度集中的电磁能量。波导连同食物材料形成高度依赖于食物与天线(固态射频系统51)之间的距离以及关于食物材料的水含量和介电特性的电阻抗。

固态射频系统51被配置为能够在烹饪过程开始之前并且然后在整个全部烹饪过程中偏移其发射频率以适应并使向食物产品的电磁能量传递最大化。

事实上，本发明的食物加工系统100具有两个主要参数：一个是固态射频系统51的发射频率，该频率将被偏移以适应并使向食物产品的电磁能量传递最大化；以及另一个是从烹饪装置50到所沉积的食物的距离，其也提供能量传递的最大化。

因此，如已经解释的那样，当食物材料的特性随烹饪过程而变化(例如，水损失和食物材料相变)时，固态射频系统51的微波发生器将能够偏移其发射频率以使电磁传递最大化。此外，用于在顶部上烹饪和用于在底部上烹饪的射频发生器在组合使用时将能够控制其发射的射频信号的相位以避免射频冲突。

此外，为了帮助烹饪(使烹饪时间最小化)并且还为了使将位于沉积表面20的下部上的已沉积和烹饪的食物层保持热，通常还将在表面20中提供辅助烹饪装置60。辅助烹饪装置可例如通过使用电阻的直接加热或通过感应或通过微波来加热表面20。图2示出了可能的配置，其中辅助烹饪装置60包括两个平面微波天线61、62，其用于产生电磁场，然后电磁场将烹饪下面形成的食物。

辅助烹饪装置60的另一种可能的配置是将电加热电阻器81直接集成到表面20中(参见图3)。这些电阻器可形成网络，可根据需要激活该网络的不同区段。每个电阻器81通过公共电极或电阻器80在沉积表面20的中心处共同地电连接。

如所描述，使用固态微波系统(基于晶体管的技术)的优点是微波感测能力：可监测两者之间的发射功率、反射功率和电信号相移。这允许主动控制烹饪过程并开发用于使向食物传递的电磁能量最大化的烹饪策略。

本发明涉及用于在如所述的系统100中制备食料的优化方法。如上所述，该方法在从烹饪装置50到沉积在表面20上的食物的一定距离下起作用。本发明的方法确保来自固态射频系统51的发射电磁功率的最大值将以最佳产率到达食物。难以对食物所吸收的功率以及将在烹饪腔中传播的功率进行定量。本发明的方法用于通过监测返回功率损耗来优化向食物材料的射频功率的递送，该返回功率损耗是发射的射频功率与反射的射频功率之间的差值。

图4示出了开始烹饪过程之前的步骤，这些步骤用于确保递送到食物的射频功率最大化。在开始烹饪之前，目的是建立(设置)烹饪装置50到表面20(到沉积在烹饪装置中的食物)的最佳距离：该最佳距离是在食物中提供最大吸收能量功率的距离。首先，固定发生器51的某个频率：在该频率下，改变距离以便确定食物能量功率吸收最大并且腔中的功率损耗最小时的距离。通常，在确定系统工作的距离和频率时要采取一定的安全等级(例如10％)，以便确保将不会损坏装置。

如图4的图示所示，将rf发生器51移出烹饪区，并且将频率设置在其频率范围的中心，其中将功率设置为其全功率容量的50％。然后，调整烹饪装置50与食物基质之间的一定距离，例如8mm。将rf发生器移动到所沉积的食物的顶部并监侧反射功率：在中心频率附近进行扫频，并且然后选择功率损耗最大时的频率。之后，将rf发生器51偏移到其中心频率(2.45ghz)以使功率损耗最小化。然后，以限定的最佳参数集开始烹饪过程。

现在以更详细的方式查看图5a中的图，在x轴线上表示频率扫描，而返回功率损耗(发射功率与反射功率之间的差值，从而提供关于被食物基质有效吸收的功率的信息)在轴线y中示出。对于该图，天线(发生器51)被放置在距食物基质8mm处。频率扫描以2.3ghz开始，并以2.6ghz结束。在该图中，点5a.2显示2.455ghz的中心范围频率，而5a.2表示返回功率损耗最大时的值，因此表示被食物吸收的功率最大时的值(在图中，该值发生在2.409ghz处)。

查看图5b中的图，发生类似的扫描频率，但将天线保持在距食物基质5mm的距离处：在2.409ghz频率处返回损耗最大(图5a)，在新的5mm天线距离处的返回损耗现在较低。在图5b中，点5b.2显示2.455ghz的中心频率，而5b.1表示返回功率损耗最大时的频率(在这种情况下为2.392ghz)。如图5c所示，发生进一步的扫描，将天线放置在距食物基质3mm处：在5mm处提供最大返回损耗的2.392ghz的频率现在提供低得多的返回损耗：5c.2显示2.455ghz的中心频率并且5c.1显示吸收功率最大时的频率(在这种情况下为2.389ghz)。因此，最佳设置(针对在这些图中扫描的食物材料)为2.392ghz的频率和5mm的距离。

取决于食物材料，所获得的值和图将有所不同，并且因此在开始烹饪过程之前需要进行此类预设置。就用于图5a-b-c的食物材料而言，如已经讨论的，在天线与食物表面之间的5mm距离处获得最大的功率吸收(即最大的返回损耗)。因此，在开始烹饪过程之前，天线的初始设置为距食物基质5mm。因此，在食物加工系统100中开始烹饪过程之前，有两个参数需要设置：波导的频率和天线到食物基质的距离。

因此，为了在开始烹饪过程之前固定设置参数(发生器51的频率和天线到表面20上所沉积的食物的距离)，设置频率范围中心处的第一频率，并且还根据波导设计设置示例性距离：这些是烹饪参数的起始值。在一定距离处进行频率的第一扫描，并且获取返回损耗最大时的频率值。在该频率值下，改变天线到所沉积的食物的距离，以便确定在所述频率下的最佳距离值，从而提供最大的返回损耗(即最大的食物吸收)。然后，一旦设置了这两个值(频率和距离)，烹饪过程就可开始。

一旦烹饪过程开始并发生，随着所述烹饪过程的进行，食物材料随时间改变其特性。事实上，食物在高度上增长，因此到天线的距离与过程开始时的距离不同，并且食物材料的性质(水含量、介电特性)也随时间变化。因此，在烹饪过程期间，可能需要随时间进一步调整烹饪系统的设置参数。

如上所示，已设置了波导与食物表面之间的最佳距离：在烹饪过程期间，该距离必须保持恒定。为此，已开发了伺服系统(控制装置41)，并且通过使用与波导(感测装置40)相邻定位的距离传感器(光学、超声等)来实现距离调整。

在烹饪过程期间，将需要控制由食物材料的相变(胶凝、结晶等)和水损失引起的频率偏移，因为这些效应会影响食物的介电特性，而食物的介电特性继而影响rf能量向食物材料的传输。

图6示出了在烹饪过程发生时食物加工系统100遵循的主要步骤的图示。首先，已经为射频烹饪系统51设置了距离和频率：在烹饪过程期间该距离保持恒定，同时监测反射功率：如果在烹饪过程期间反射功率增加，则需要进行频率扫描以选择(如在初始系统设置中已经完成的)返回损耗最大时的频率：通常，当烹饪过程期间反射功率增加时，将天线到食物基质的距离保持恒定并且偏移频率。另一种可能性是影响在不同距离处的频率的新扫描，并再次重新设置系统的参数，即天线到食物基质的距离和频率两者。然而，更优选的解决方案是保持距离并且仅偏移频率。

上面指出的过程是指烹饪装置50，具体地是指固态射频烹饪系统51：放置在沉积表面60下方的辅助烹饪装置60相对于所沉积的食物保持固定的距离，因此不需要任何距离调整。

在烹饪过程期间，天线与所沉积的食物之间的距离基本上保持恒定，在该距离处提供最佳(较高)食物功率吸收(随着食物层增长，伺服系统或控制装置41将使烹调装置50移动得更高，以便保持设置的最佳距离恒定)。在烹饪过程期间，食物的介电特性随时间变化(相变、水损失等)，因此食物材料对功率的吸收也会随时间变化。通常，为了保持最佳的食物吸收，在保持开始时设置的距离的情况下，固态射频装置51将偏移其频率以使该频率适应食物材料特性的变化，并且仍然保持最大的返回损耗。

当需要表面褐变或形成硬皮层时，将需要结合rf烹饪装置51使用高功率红外发射器52。由于食物材料随季节和地球区域的可变性，当使用红外烹饪装置52时，不能可靠地施加固定的烹饪过程时间。实际上，如果长时间施加过多的热量，则有获得碳化层的风险；如果缺乏烹饪时间，则有获得非硬皮层的风险。由于本发明的食物加工系统是全自动的，因此将随时间监测食物表面的褐变：系统100通常将配备有彩色相机，该彩色相机将监测食物表面的烹饪倾向；食物表面颜色的变化将受到监测，并且当达到限定的阈值时，烹饪过程将自动停止。

可将相机以允许监测食物表面的颜色的角度放置在烹饪装置支撑件91上或机器腔中。将需要适当的照明来获得颜色的定性信息。

附图7示出了当使用红外烹饪(另选地，也可使用热气流作为褐变装置)时用于表面监测和控制表面褐变或表面结晶的不同步骤的示例性图示。

在该过程开始时，在烹饪之前，分析食物表面颜色：根据期望的配方设置一定的表面颜色阈值。烹饪过程仅用rf、仅用红外或两者的组合进行：监测系统(彩色相机)检查食物表面颜色并将其与期望的阈值进行比较：一旦达到颜色阈值，就停止烹饪过程。

优选，下部食物层通过辅助烹饪装置60的激活而被过度烹饪或褐变。其余的所沉积的层通常在表面上未褐变，而在顶部的最后一层褐变。最终配置提供顶层和底层的褐变，从而密封并保持沉积在顶层与底层之间的内部(中间)层中一定的水/水分水平。

虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下作出许多变型和更改。