DE69414338T2

DE69414338T2 - Behandlung von nahrungsmitteln durch infrarotstrahlung

Info

Publication number: DE69414338T2
Application number: DE69414338T
Authority: DE
Inventors: George R. Minneapolis Mn 55419 Anderson; Jimmy Hugo Mn 55038 Demars; Ronald R. Wayzata Mn 55391 Lentz; Thomas R. Vadnais Heights Mn 55127 Peck; Peter S. Brooklyn Center Mn 55429 Pesheck
Original assignee: Pillsbury Co
Current assignee: Pillsbury Co
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-04-16
Also published as: DE69414338D1; US5382441A; WO1994023583A1; EP0645965B1; ATE172849T1; CA2137468C; EP0645965A1; ES2126111T3; JPH07507933A; CA2137468A1; JP3322403B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Nahrungsmitteln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung von Nahrungsmitteln durch Bestrahlen mit einem ausgewählten Band von Infrarotstrahlung, welche das Innere des Nahrungsmittels ohne wesentliche Bräunung der Außenflächen erwärmt.
Der Ausdruck "Bearbeiten" umfaßt für die Zwecke dieser Beschreibung alle Arten des Kochens (Bearbeitung durch Wärmeeinwirkung), einschließlich z. B. Backen, Auftauen, Gehenlassen, Tiefewärmen und Selektivtauen.
Die Verwendung von Infrarotstrahlen zum Kochen von Teig ist bekannt. "Infrarotstrahlung", im Anschluß als IR-Strahlung bezeichnet, enthält für die Zwecke dieser Beschreibung elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich von 760 bis 10.000 nm. Die Verwendung von IR-Strahlung zum Kochen von Speisen bietet verschiedene Vorteile gegenüber normalem Backen.
Geräte, die IR-Strahlung emittieren, heizen die Luft in dem Ofen zwischen dem Strahler und dem zu backenden Erzeugnis nicht auf. Durch Benutzen von IR-Strahlung zum Kochen von Speisen ist im Vergleich zum normalen Backen eine bessere Verfahrenssteuerung möglich.
Backzeiten können mit Kurzwellenstrahlung im Vergleich zum normalen Backen viel kürzer sein. Bei Erzeugnissen mit weniger als einem Zentimeter Dicke bereitet Kurzwellenstrahlung allgemein Speisen schneller als übliches Backen zu. Ein Anteil der Strahlung im IR- Wellenlängenbereich durchdringt die Oberfläche der zu kochenden Speisen und erwärmt das Innere der Speise. Im Gegensatz dazu werden beim üblichen Kochen die Außenflächen der Speise erwärmt und der Rest der Speise wird über (Wärme-)Leitung von den Außenflächen erwärmt. Demzufolge erreicht mittels IR-Strahlung gebackene Speise typischerweise die gewählte Endtemperatur rascher als beim Backen in einem üblichen Herd.
Es hat sich herausgestellt, dass auf Teig beruhende Erzeugnisse, die mittels IR-Strahlung gebacken wurden, bessere Beschaffenheitsqualitäten besitzen, eine dünnere Kruste und eine feinere Krumenstruktur haben, und das sind Kenngrößen, die bei Verbrauchern erwünscht sind.
Es ist auf diesem Gebiet bekannt, dass es, wenn man eine Entscheidung zu treffen hat, ob IR- Strahlung zum Erwärmen einer Speise benutzt werden soll, zuerst notwendig ist, zu bestimmen, welches Wellenlängenband am wirksamsten durch die zu erwärmende Speise absorbiert wird. Die Auswahl des Wellenlängenbandes hängt von den Infrarot-Eigenschaften des zu erwärmenden Materials ab. Beispielsweise tritt die am tiefsten unter die Oberfläche für Brotkrumen und -krusten reichende Erwärmung bei Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 800 und etwa 1.250 nm auf. Eine Eindringtiefe von 3,8 mm für die Krumen und 2,5 mm für die Krusten wurde bei einem Wellenlängenband zwischen 800 und 1.250 nm gemessen. Siehe C. Skjoldebrand et al., Optical Properties of Bread in the Near-Infrared Rangei 8 J. Food Engineering (1988), Seiten 129, 137.
Sobald der zum Erzielen der erwünschten Resultate vorteilhafte Wellenlängenbereich bestimmt wurde, wird eine Quelle mit einer Temperatur ausgewählt, die in diesem Bereich eine Spitzenausgangsleistung abgibt. Bei einem Schwarzkörperstrahler, der bei etwa 3.200K Quellentemperatur arbeitet, enthält das Wellenlängenspektrum Strahlung zwischen etwa 300 nm und bis über 4.000 nm hinaus. Nur der Bruchteil der Strahlung, der in den Bereich zwischen 800 und 1.300 nm fällt, ist zur Erwärmung unter der Oberfläche der Speise wirksam. Es wird geschätzt, dass im besten Falle nur etwa 35% der Strahlung, die von einem 3.200K- Quellenstrahler emittiert wird, tatsächlich dem Zweck des wirksamen Tiefewärmens des Nahrungsmittelerzeugnisses dient. Die restliche Strahlung heizt die Oberfläche der Speise auf und ergibt eine Bräunung, oder wird reflektiert. Je nach den gewünschten Ergebnissen kann die Bräunung unerwünscht sein. Wenn beispielsweise das Ziel des Erwärmens ist, ein Backerzeugnis zuzubereiten, welches der Kunde zu Hause kurz bräunt, bevor er das Erzeugnis serviert, ist es unerwünscht, während der Herstellung gleichzeitig mit der Tiefewärmung zu bräunen.
Eine Quarz-Halogenlampe mit einem Wolframdraht liefert, wie bestimmt wurde, höchstens 35% ihrer Strahlung zwischen 800 und 1.300 nm und hat eine Spitzenintensität bei 1.000 nm. Der Rest der Strahlung liegt entweder unterhalb von 800 nm oder oberhalb von 1.300 nm.
Bestrahlen eines Teiges mit IR-Strahlung von einer Quelle wie einer Quarz-Halogenlampe mit einem Wolframdraht erwärmt das Innere der Teigerzeugnisse höchst wirksam mit Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm. Strahlung bei Wellenlängen, die größer als 1.300 nm sind, erwärmt die Oberfläche der Teigerzeugnisse. Wenn die Bearbeitungstechnik das vollständige Backen eines Teigerzeugnisses wie Brot einschließt, wird die Oberfläche des Brotes zu dem Zeitpunkt gebräunt, zudem das Erzeugnis vollständig gekocht (durchgebacken) ist.
Vor der vorliegenden Erfindung sind Nahrungsmittel-Bearbeitungsvorgänge mit Benutzung von IR-Strahlern durch Ändern der Quellentemperatur gesteuert worden, wodurch sich die Strahlungsleistung und die Wellenlängen-Verteilungskurve verschiebt. Auf ein Absenken der Quellentemperatur hin tritt ein geringerer Anteil der Erwärmung unter der Oberfläche des Teigerzeugnisses auf, und ein relativ größerer Anteil von Oberflächenerwärmung tritt auf. Wenn weniger Oberflächenerwärmung erwünscht ist, wird die Temperatur des Strahlers erhöht. Ein relativ größerer Anteil von Strahlung kürzerer Wellenlänge wird geliefert, die besser in der Lage ist, in das Teigerzeugnis einzudringen.
Erwärmte Körper, die die Quelle von Infrarotstrahlung sind, strahlen gleichzeitig Energie über einen breiten Wellenlängenbereich aus. Das Einstellen der Temperatur der Quelle ergibt nur eine begrenzte Steuerung des Bruchteils der Gesamtleistung, der in dem Tiefewärmungs- Wellenlängenband von 800 bis 1.300 nm ausgestrahlt wird. Im besten Fall liegen etwa 35% der gesamten Strahlungsleistung in diesem Band.
Aus diesem Grund ergibt das Steuern sowohl der Oberflächenerwärmung als auch der Tiefewärmung eines Nahrungsmittelerzeugnisses mittels Änderung der Quellentemperatur des Strahlers keine gute Prozeßsteuerung, da die Oberfläche des Nahrungsmittelerzeugnisses erwärmt und gebräunt wird, bevor das Innere ausreichend erwärmt ist.
Obwohl IR-Strahlung vor der vorliegenden Erfindung ein wertvolles Verfahren für auf Teig basierende und andere Nahrungsmittelerzeugnisse gewesen ist, ist ihre Verwendung auf Vorgänge begrenzt, die erfordern, dass das Endprodukt Oberflächenbräunung erfährt.
Die Verwendung von IR-Strahlung zum Gehenlassen von Teig wurde auf diesem Gebiet beschrieben. Katz beschreibt in US-PS 4 917 914 ein Verfahren zum Gehenlassen von Teig, das den Verfahrensschritt enthält, 0,63 cm dicke Teigstücke, bevor sie in Dosen eingelegt werden, mit hochintensiven Strahlungswärmern mit einer Stromdichte [sic] von bis zu 20 Watt/inch² zu bestrahlen. Es wird angenommen, dass der Autor von einer "Leistungsdichte" oder "Gesamtstrahlungserregung" berichten wollte, statt von der Stromdichte. Durch Benutzung des Stefan-Boltzmann'schen Gesetzes und des Planck'schen Gesetzes kann das Strahlungsspektrum abgeschätzt werden.
Bei 20 Watt pro Quadratinch ergab die Heizertemperatur und die Wellenlänge des zum Erzeugen der Daten in dem Katz'schen Patent 4 917 914 benutzten Strahlers unter Annahme einer Schwarzkörperstrahlung eine Quellentemperatur um 870K und eine Spitzenwellenlänge von etwa 3.300 nm.
Auch wenn der ausgewählte Strahler keine Schwarzkörperstrahlung aussandte, wäre die maximale Intensität immer noch im gleichen Bereich. Bei anodisiertem Aluminium wurde die maximale Intensität auf etwa 2.800 nm berechnet. Bei oxidiertem Stahl trat die maximale Intensität bei etwa 3.200 nm auf, und mit Incoloy 800TM trat die maximale Intensität bei etwa 3.230 nm auf. Für jede dieser Quellen liegt der größte Teil der ausgestrahlten Leistung zwischen etwa 1.500 bis 10.000 nm.
Nach den veröffentlichten Daten absorbiert Wasser in diesem Langwellen-Spektralbereich, und so erfolgt nur eine Oberflächenerwärmung. Es ist bekannt, dass Strahlung in diesem Bereich die Außenflächen des Teiges während des Vorerwärmens bräunt, was bei einem gekühlten Teigerzeugnis unerwünscht ist.
Geräte, die gleichzeitig IR- und sichtbare Strahlung aussenden, sind bekannt. Westerberg et al. beschreiben in US-PS 5 036 179 einen Ofen, der Wolfram-Glühbirnen oder Bogenlampen benutzt mit der Fähigkeit, 1.500 Watt Strahlungsenergie in dem Bereich von 400-4.500 nm mit einer Spitzenintensität bei etwa 1.000 nm zu erzeugen. Diese Art von Strahler kocht und bräunt Speisen wirksam in geringerer Zeit als bei Benutzung von IR-Strahlung alleine oder bei Benutzung von Konvektions- oder Wärmeleitungs-Öfen.
Ein beträchtlicher Anteil des Spektrums, das in der Westerberg'schen Patentschrift 5 036 179 beschrieben wurde, liegt im Bereich von 400 bis 700 nm. In dieser Schrift wird die Verwendung von Quarz-Halogenlampen beschrieben, die 10% der Ausgangsleistung im Bereich von 400-700 nm erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum selektiven Erwärmen von Speisen geschaffen, welches das Filtern einer Quelle für Infrarotstrahlung, die zum Tiefewärmen von Nahrungsmitteln geeignet ist, wobei zumindest 60% der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands etwa 1.300 nm beträgt, und Bestrahlen der Nahrungsmittel während einer Zeit, die ausreichend ist, das Innere des Nahrungsmittels auf eine ausgewählte Temperatur aufzuwärmen, umfasst.
Vorzugsweise liegt ein Minimum des ausgewählten Wellenlängenbandes bei etwa 800 nm.
Üblicherweise ist das Nahrungsmittel Teig, und der Teig wird Strahlung ausgesetzt, um den Teig aufgehen zu lassen.
Vorteilhafterweise ist das Nahrungsmittel Teig, und das Verfahren umfaßt weiter den Schritt des Bratens des Teigs nach der Bestrahlung.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt des Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Zubereiten eines Nahrungsmittelerzeugnisses geschaffen, das ein Vorkochen des Nahrungsmittels durch Bestrahlung mit gefilterter IR-Strahlung, wobei die Strahlung geeignet zum Tiefewärmen des Nahrungsmittels ist, wobei zumindest 60% der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands etwa 1.300 nm beträgt; Zuführen von Öl zu zumindest einer Außenfläche des vorgekochten Erzeugnisses; und Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung das Nahrungsmittel zu bräunen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorkochen eines inneren Bereichs eines Nahrungsmittelerzeugnisses geschaffen, das ein Bestrahlen des Nahrungsmittelprodukts mit gefilterter IR-Strahlung, von der mindestens 60% eine Wellenlänge unter 1.300 nm besitzt, während einer zum Erwärmen des inneren Bereichs des Nahrungsmittelprodukts auf eine ausgewählte Temperatur ausreichenden Zeit umfaßt.
Vorzugsweise ist das vorgekochte Erzeugnis ein Teigwarenerzeugnis, das ein Füllmaterial enthält.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufgehenlassen von Teig geschaffen, das ein Bestrahlen des Teiges mit IR-Strahlung mit einem Wellenlängenbereich unterhalb von etwa 1.300 nm während einer zum Aktivieren des Treibmittels ausreichenden Zeit umfaßt.
Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt des Abdichtens des Teiges in einem Behälter während einer zum Entwickeln des Teiges ausreichenden Zeit.
Üblicherweise besitzt die IR-Strahlung eine Minimal-Wellenlänge von etwa 800 nm. Vorzugsweise wird die Temperatur so ausgewählt, dass sie Mikrobenwachstum verhindert. Ein Verfahren zum Erwärmen von Nahrungsmitteln mittels Strahlung wird nachstehend beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte des Auswählens einer Strahlungsquelle, die zum Tiefewärmen von Speisen geeignet ist, wobei mindestens 60% der Leistung in einem zum Tiefewärmen fähigen Wellenlängenband geliefert wird. Das Verfahren enthält auch den Schritt des Bestrahlens der Nahrungsmittel mit der Strahlung während einer zum Erwärmen des Inneren der Nahrungsmittel auf eine ausgewählte Temperatur ausreichenden Zeit. Vorzugsweise wird das Nahrungsmittel Strahlung in dem IR-Bereich, jedoch unterhalb von etwa 1.300 nm ausgesetzt. Am bevorzugtesten wird ein Teigprodukt einer Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm ausgesetzt. Das vorliegende Verfahren kann für jeden Erwärmungsvorgang wie Kochen, Braten, Auftauen, Trocknen, Gehenlassen, Unterdrücken von Mikrobenwachstum und dergleichen benutzt werden.
Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann und weitere Merkmale derselben erkannt werden können, wird die Erfindung nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Grafik des zwischen 800 und 1.300 nm liegenden Anteils der gesamten Strahlungsleistung, über der Schwarzkörpertemperatur aufgetragen, ist.
Fig. 2 eine Grafik der Eindringtiefe der Leistung bei Weißbrotkrume, über der Wellenlänge aufgetragen, ist.
Fig. 3 eine Grafik ist, welche die IR-Strahlungsabsorptions-Kennlinie für Wasser zeigt.
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel ist, die zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 5 eine Grafik ist, welche die Spektralintensität einer Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel, über der Wellenlänge aufgetragen, zeigt.
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung ist, die fünf Quarz- Halogenlampen, einen Reflektor und ein zwischen den Lampen und dem zu erwärmenden Objekt angebrachtes Flachfilter enthält.
Fig. 7 eine Grafik der Spektralintensität, über der Wellenlänge einer mittels eines eine Farblösung enthaltenden Flachfilters gefilterten Quarz-Halogenlampe aufgetragen, ist.
Fig. 8 eine grafische Darstellung der Spektralintensität, über der Wellenlänge einer wassergekühlten IR-Lampe aufgetragen, ist, die mit einer optischen Beschichtung versehen ist.
Fig. 9 eine grafische Darstellung des Temperaturanstiegs an der Trennfläche zwischen Brotschnitten nach 45 s Erwärmen mit bzw. ohne einem Gemisch aus Kakao/Öl an der Trennfläche bei zwei unterschiedlichen Infrarotquellen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Erwärmen von Nahrungsmitteln, um vorherrschend eine Erwärmung unter der Oberfläche mittels Bestrahlung mit einem ausgewählten IR-Strahlungsband zu bewirken, das fähig ist, mindestens 60% seiner Leistung unter der Oberfläche des Nahrungsmittels abzuliefern.
Die optischen Kennwerte des Nahrungsmittels werden zuerst gemessen durch Beobachten der Spektren des zu untersuchenden Nahrungsmittels im sichtbaren und im nahen infraroten Bereich. Unter Benutzung der Theorie nach Kubelka-Munk, wie sie in Reflectance Spectroscopy von W. Wendlandt und H. Hecht, Interscience Publishers, NY, 1966, Seiten 59-61, beschrieben ist, werden der Absorptionsindex "K" und der Streuindex "S" gemessen und eine von der Wellenlänge abhängige Eindringtiefe "δp" aus den K- und S-Werten nach der folgenden Gleichung errechnet:
(I) δp = 1/(K (K + 25))½
K und S haben die Abmessungen einer reziproken Länge.
"Eindringtiefe" heißt für die Zwecke dieser Beschreibung die Tiefe, bei der 37% der einfallenden Strahlung nicht absorbiert verblieben sind.
Vorzugsweise wird ein Teigerzeugnis einer IR-Strahlung in dem Bereich von 800 bis 1.300 nm während einer zum Erwärmen des Nahrungsmittels auf eine erwünschte Temperatur ausreichenden Zeit ausgesetzt. Durch Zuführen eines beträchtlichen Anteils der Leistung unter die Nahrungsmitteloberfläche tritt Tiefewärmung auf, während die Oberflächenerwärmung in hohem Maße verringert wird.
Trotz der verschiedenen Vorteile des Kochens von Nahrungsmittelerzeugnissen mit IR- Strahlung fehlt den bekannten Verfahren die Flexibilität, welche die Qualität der gegenwärtigen Erzeugnisse verbessern und vollständig neue Erzeugnisse ermöglichen könnte. Es ist durch die beteiligten Erfinder erkannt worden, dass es wünschenswert wäre, über eine größere Flexibilität beim Kochen von Nahrungsmittelerzeugnissen mittels IR-Strahlung zu verfügen. Beispielsweise wäre es erwünscht, eine Oberfläche mehr als eine andere Oberfläche eines Nahrungsmittelprodukts zu bekochen, wie im Falle von Pizzakrusten, und es wäre andererseits erwünscht, Nahrungsmittelprodukte zu erwärmen oder vollständig zu kochen, ohne die Außenfläche zum Bräunen zu bringen. Bei noch anderen Beispielen könnte es erwünscht sein, das Innere eines Nahrungsmittelerzeugnisses während einer längeren Zeit vor dem Beginn des Bräunens zu kochen, um eine Füllung gründlich zu erwärmen, bevor das Äußere des gebackenen Erzeugnisses gebräunt wird.
Zum Beispiel werden manche auf Nahrungsmittel basierenden Erzeugnisse zum weiteren Aufwärmen in einem Toaster verkauft. Solche Erzeugnisse sind vollständig gekocht, aber sind entweder überhaupt nicht braun oder nur leicht gebräunt. Die Erzeugnisse sollten beim Verkauf nicht braun sein, denn wenn sie in einen Toaster gesteckt werden, werden die Erzeugnisse noch mehr gebräunt. Wenn die Erzeugnisse zu dunkel werden, ist das Erzeugnis dem Aussehen nach für den Kunden weniger anziehend, oder es ergibt sich eine entsprechende Herabsetzung der Aromaqualitäten.
Es wurde überraschend entdeckt, dass durch Auswählen eines Strahlungsbandes, das das Erwärmen unter der Oberfläche verbessert, das Innere des Nahrungsmittels ohne Überheizen der Außenfläche auf eine erwünschte Innentemperatur erwärmt wurde. Vorzugsweise wird voherrschend eine Strahlung oberhalb von 1.300 nm und unterhalb von 800 nm ausgesperrt. Um die Oberflächenaufheizung in hohem Maße zu verhindern, kommt es mehr darauf an, die Strahlung mit längerer Wellenlänge zu entfernen, als die Strahlung mit kürzerer Wellenlänge.
Mit "vorherrschend" soll ausgedrückt werden, dass, obwohl die Mittel zum Entfernen einer solchen Strahlung oberhalb von 1.300 nm und unterhalb von 800 nm, wie in dieser Anmeldung beschrieben, hochwirksam sind, dennoch kein bekanntes Mittel zum Entfernen von Strahlung ausgewählter Wellenlängen vollkommen ist, und deshalb kleinere Anteile von Leistung in unerwünschten Wellenlängenbereichen vorhanden sein können.
Es wird geschätzt, dass durch Wegnehmen von Leistung oberhalb von 1.300 nm annähernd die doppelte Energie dem Nahrungsmittel zugeliefert werden kann, ohne übermäßige Oberflächenerwärmung zu verursachen, im Vergleich zum Bestrahlen des Nahrungsmittels mit der gleichen IR-Strahlungsquelle ohne' Wegnehmen von Leistung oberhalb von 1.300 nm.
Fig. 1 zeigt den Prozentsatz der gesamten Strahlungsleistung, der zwischen 800 und 1.300 nm liegt, über der Schwarzkörpertemperatur aufgetragen. Wie aus Fig. 1 gesehen werden kann, liegen maximal etwa 35% der gesamten Ausgangsleistung in dem erwünschten Band von 800 bis 1.300 nm. Dieses Maximum tritt bei einer Quellentemperatur von 3.200 K auf.
Wie vorstehend beschrieben, enthält ein bekanntes Verfahren nach dem Stand der Technik zum Steuern der IR-Verarbeitung das Ändern der Quellentemperatur. Wenn beispielsweise mehr Oberflächenerwärmung gewünscht wird, wird die Quellentemperatur vermindert. Bei Auswählen einer Strahlungsquellen-Temperatur von 1.000 K liegt bezeichnend weniger als 5% der ausgestrahlten Leistung in dem Tiefewärmungsband. Der Rest der Infrarotleistung wird in der Nähe der Oberfläche in Wärme gewandelt.
Es wurde überraschend festgestellt, dass eine bessere Steuerung bei der IR-Verarbeitung erreicht werden kann durch Beseitigen von Strahlung, welche den oberflächennahen Bereich des Nahrungsmittels erwärmt, z. B. durch Ausfiltern der unerwünschten Strahlung.
Das bevorzugteste Verfahren zum Ausfiltern unerwünschter Strahlung oberhalb von 1.300 nm enthält das Einsetzen eines Wasserfilters zwischen der Strahlungsquelle und dem zu erwär menden Gegenstand. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle eine Quarz-Halogenbirne, die bei etwa 1.500 Watt betrieben wird. Vorzugsweise wird ein Reflektor an einer Seite der Glühbirne eingesetzt, die der der zu kochenden Speise zugewandten Seite gegenüber liegt. Eine solche Strahlungsquelle ist leicht erhältlich und kann von der General Electric Lighting Division, Cleveland, Ohio, erworben werden. Diese Birne hat eine scheinbare Temperatur von etwa 3.200 K.
Zwar wurde die Verwendung nur einer Strahlungsquelle beschrieben, doch ist zu verstehen, dass auch mehrere Birnen gleichzeitig benutzt werden können, um für eine gleichmäßige Verteilung der Strahlung und für ausreichende Quellenstrahlung zu sorgen, damit mehr als ein Erzeugnis gleichzeitig erwärmt werden kann. Weiter betrachtet die vorliegende Erfindung die Verwendung von alternativen IR-Strahlungsquellen wie beispielsweise Bogenlampen und Laser als möglich.
Obwohl entdeckt wurde, dass die in dieser Beschreibung beschriebene Technologie für auf Teig basierende Erzeugnisse, wie Biskuits, Feingebäck und dergleichen, anwendbar ist, wurde erkannt, dass das wahlweise Zuliefern von IR-Strahlung in einem Band zwischen 800 und etwa 1.300 nm die Tiefewärmung in vielen anderen Lebensmitteln, einschließlich Eiscreme, Kartoffeln und praktisch jeder anderen Speise, beeinflussen kann, die sichtbare Strahlung nicht so stark absorbiert. Die einzige Begrenzung ist anscheinend die Tiefe, bis zu der die Leistung durchdringt.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Eindringtiefe, über der Wellenlänge aufgetragen, für Weißbrotkrume. Ein Anteil der Daten wurde für den Zweck dieser Beschreibung erzeugt, und ein anderer (in der Grafik als SIK-Daten bezeichnet) wurde aus veröffentlichten Daten errechnet. Wie in Fig. 2 gezeigt, erfolgt maximales Eindringen bei etwa 1.000 nm, und die dem Maximum entsprechende Eindringtiefe beträgt etwa 0,47 cm. Es kann auch gesehen werden, dass oberhalb von etwa 1.300 nm die Eindringtiefe scharf abfällt. Bei Wellenlängen von etwa 1.900 nm und darüber tritt Oberflächenerwärmung auf.
Fig. 3 ist eine Grafik der Absorption von IR-Strahlung durch eine 3 mm dicke Wasserschicht. Wie in dieser Figur gezeigt wird, bestimmt eine Wellenlänge von etwa 1.250 nm eine Grenze zwischen hoher und niedriger Absorption. Oberhalb von 1.300 nm wird im wesentlichen die gesamte Strahlung im Wasser absorbiert. Ein Einsetzen eines solchen Filters zwischen der bevorzugten Strahlungsquelle und dem zu erwärmenden Nahrungsmittel beseitigt deswegen selektiv die gesamte IR-Strahlung; die dem Nahrungsmittel oberhalb von etwa 1.300 nm zugeliefert wird.
Um ein Filter für den ausgewählten Strahler zu bilden, wurden Quarz-Halogenbirnen zuerst in einen Wassermantel eingeschlossen, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Quarz-Halogenbirne 20 wurde in ein Rohr 22 von etwa 2,54 cm Außendurchmesser mit einer Wanddicke von 0,16 cm eingesetzt und wurde an jedem Ende mit einem 0,318 cm dicken Silikongummi-Septum 25A, 25B abgedichtet. Ein Einlaßanschluß 24 und ein Auslaßanschluß 26, die sich durch die Septa 25A und 25B erstreckten, waren jeweils vorgesehen, um dem Wassermantel Wasser zuzuführen und solches von ihm zu entfernen. Eine kleine Menge Wasser wurde durch den Mantel gepumpt, um die Wassertemperatur etwa bei Raumtemperatur zu halten. Es wurde auch als bevorzugenswert gefunden, Luft über die Außenfläche des Mantels zu blasen, um ein Kondensat zu verdampfen. Diese Anordnung wurde benutzt, um viele der nachstehend beschriebenen Untersuchungen durchzuführen. Obwohl das Wassermantelfilter als zum Absorbieren der unerwünschten Strahlung angemessen festgestellt wurde, verursachte die Anordnung ein vorzeitiges Versagen der Glühbirne, und deswegen wurde schließlich eine andere Filteranordnung als die meistbevorzugte Filteranordnung ausgewählt.
Fig. 5 zeigt die Spektralintensität bei verschiedenen Wellenlängen in dem IR-Bereich für die vorhin beschriebene Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel. Wie aus dieser Grafik zu ersehen ist, entfernt das Wasser wirksam die gesamte Leistung bei Wellenlängen oberhalb von 1.300 nm und entfernt einen größeren Anteil der Leistung in den Wellenlängen oberhalb von 1.250 nm. Es kann aus Fig. 5 gesehen werden, dass ein Wasserfilter keine Leistung bei Wellenlängen unterhalb von 800 nm entfernt. Entfernen von Leistung bei Wellenlängen unterhalb von 800 und oberhalb von 1.300 nm wird am meisten bevorzugt.
Das bevorzugteste Wasserfilter umfaßt ein ebenes Plattenfilter 27, wie im Querschnitt in Fig. 6 gezeigt, mit einer aus 3,2 mm dickem Glas gebildeten oberen Schicht 28 und einer aus einer 3,2 mm dicken Kunststoffschicht gebildeten unteren Schicht 30, die für Strahlung zwischen mindestens etwa 800 und etwa 1.300 nm transparent ist. Es hat sich gezeigt, dass Kunststoff wie Polycarbonat- und Polymethylmethacrylat-Schichten für diese Anwendung geeignet sind. Seitenwände 32A, 32B dichten die obere Schicht 28 mit der unteren Schicht 30 ab. Die Dicke der Seitenwände ist unwichtig, jedoch sollte der Abstand zwischen benachbarten Innenflächen der Schichten 28 und 30 vorzugsweise bei etwa 6,6 mm liegen. Das Wasserfilter ist damit etwa 6,6 mm dick.
Ein (nicht gezeigter) Wassereinlaß und ein (nicht gezeigter) Wasserauslaß sind vorgesehen. Ein Wasserzulauf ist vorgesehen, um die Temperatur des Wassers 31 im Filter 27 etwa bei Raumtemperatur zu halten.
Das Plattenfilter 27 ist unter einer Reihe von Quarz-Halogenbirnen 34, 36, 38, 40 und 42 angeordnet, die horizontal unter einem Metallreflektor 44 angebracht sind, der emittierte Strahlung nach oben in eine Richtung zu dem auf einer Kochfläche 48 befindlichen Teig 46 richtet. Vorzugsweise ist eine obere Fläche des Teiges 46 vertikal etwa mit einem Abstand 50 von 48 mm von einer zentralen Achse 43 jeder Birne 34, 36, 38, 40 und 42 entfernt. Eine untere Fläche 45 des Reflektors 44 hat einen Abstand 47 von 25 mm von der Zentralachse 43. Eine untere Fläche 49 des Wassers in dem Filter 27 ist vorzugsweise mit einem mit 52 bezeichneten Abstand von 22 mm von einer oberen Fläche des Teiges 46 angeordnet.
Es ist vorteilhaft, ein Filter zwischen die Glühbirnen und die zu kochenden Nahrungsmittel einzusetzen, da alles, was von dem Nahrungsmittel abspritzt, bei den hohen Betriebstemperaturen unmittelbar an den Lampen festbäckt. Das auf den Lampen festgebackene Material verursacht vorzeitigen Lampenausfall, und die angebackenen Materialien sind schwer zu entfernen. Es ist auch bekannt, dass angebackene Materialien sich entzünden können. Die Betriebswirksamkeit wird durch das Ergebnis dieses Abspritzens herabgesetzt.
Es wird bevorzugt, eine untere Schicht 30 aus Kunststoff auszubilden, da Kunststoff eine direkte Berührung zwischen dem zu bearbeitenden Nahrungsmittel und irgendeiner Glasausrüstung verhindert. Es ist in kommerziellen Nahrungsmittel-Herstellanlagen sehr unerwünscht, Glasausrüstungen wie Glühbirnen unmittelbar benachbart zu bearbeiteten Speisen zu haben, wegen der Möglichkeit des Bruchs und der Verunreinigung der Nahrungsmittel.
Auch eine andere Art von Filter wurde verwendet, um Strahlung außerhalb des ausgewählten Bandes von etwa 800 bis 1.300 nm zu absorbieren. Ein Flachfilter mit identischem Aufbau zu dem in Fig. 6 gezeigten wurde untersucht, nur wurde hier statt Wasser eine Farblösung als Filtermedium benutzt. Eine Lösung, die 3,8 g Gerbsäure und 1,0 g Eisen(II)sulfat, gelöst in 12 1 Wasser, enthielt, wurde hergestellt und kontinuierlich durch das in Fig. 6 gezeigte Plattenfilter gepumpt. Fig. 7 zeigt die Spektralintensität bei einer Vielzahl von Wellenlängen für die Flachplatten-Farbfilteranordnung bei Benutzung einer Quarz-Halogenlampe. Es ist zu sehen, dass das Farbfilter wirksam alle Wellenlängen oberhalb von 1.300 nm und zusätzlich einen größeren Teil der Wellenlängen unterhalb von 800 nm absorbiert.
Es wird angenommen, dass das Wasser die Leistung oberhalb von 1.300 nm absorbiert, während die Farbe im Wasser sichtbare Strahlung und IR-Strahlung unterhalb von 800 nm sperrt. Der zwischen 800 und 1.300 nm liegende Bereich unter der in Fig. 7 gezeigten Kurve macht etwa 78% der Gesamtfläche unter der Kurve aus. Diese Darstellung zeigt, dass durch Vorsehen eines Farbfilters zwischen einem 3.200 K Strahler und dem zu kochenden Nahrungsmittel der Anteil der abgestrahlten Leistung in dem angestrebten Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm von 35% auf 78% ansteigt.
Wieder nach Fig. 5 beträgt die Fläche unter der Kurve, die zwischen 800 und etwa 1.300 nm liegt, dort annähernd 60% der Gesamtfläche unter der Kurve. Diese Darstellung zeigt, dass durch Vorsehen eines Wasserfilters zwischen dem 3.200 K-Strahler und dem zu bearbeitenden Nahrungsmittel der Prozentsatz der Leistung in dem angestrebten Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm sich von 34% auf etwa 60% gegenüber dem Benutzen einer ungefilterten Quarz-Halogenlampe erhöht.
Eine Anzahl von Glühlampen mit einer optischen Beschichtung, die zum Entfernen von Wellenlängen unterhalb von 800 und oberhalb von 1.300 nm ausgelegt war, wurde von Deposition Sciences Inc., Santa Rosa, California, erworben. Es war notwendig, einen Wassermantel um die Birnen aufzubauen, identisch zu der in Fig. 4 gezeigten Anordnung, um ein Abbröckeln der optischen Beschichtung zu verhindern. Mit der Wasserbemantelung und mit Benutzen einer Wasserströmungsrate von etwa 52,861/h (12 US-Gallonen/h) und einer Leistungsquelle von 165 V, 5,7 A und 29,8 Ohm entfernte die Beschichtung wirksam einen größeren Teil der Wellenlängen unterhalb von 800 nm und oberhalb von 1.250 nm, wie in der grafischen Aufzeichnung der spektralen Intensität über der Wellenlänge nach Fig. 8 zu sehen ist.
Beim Vergleichen der Fläche unter der Kurve nach Fig. 8 zu der zwischen 800 und 1.300 nm begrenzten Fläche betrug der Anteil der dem zu erwärmenden Gegenstand zugelieferten Leistung bei Benutzung der Lampen mit optischer Beschichtung etwa 83%. Ungefilterte Quarz- Halogenlampen lieferten im Vergleich dazu nur etwa 35% der Gesamtstrahlung in dem erwünschten Wellenlängenbereich.
Es wird angenommen, dass wärmebeständigere Beschichtungen entwickelt werden können, welche unerwünschte Strahlung ausfiltern oder zu den Leuchtdrähten zurück reflektieren, ohne dass es notwendig ist, mit einem Wassermantel zu kühlen. Die optische Beschichtung kann bestimmt werden, wenn der durchzulassende Wellenlängenbereich festgesetzt wird.
Wie in dem Eingangsabschnitt dieser Beschreibung erwähnt, kann eine Strahlung zwischen etwa 800 und 1.300 nm eine Erwärmung unter der Oberfläche von weißen Brotkrumen bewirken. Dabei beträgt jedoch die Eindringtiefe, wie Fachleute gemessen haben, nicht mehr als 0,5 cm (siehe Fig. 2). Die Eindringtiefe verändert sich jedoch mit der Wellenlänge.
Wie in Fig. 2 gezeigt, verändert sich im Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm die Eindringtiefe für weiße Brotkrumen zwischen 0,28 und 0,47 cm. Es kann auch aus dieser Figur gesehen werden, dass oberhalb von 2.000 nm die Eindringtiefe nicht höher als 0,14 cm ist, was anzeigt, dass bei Wellenlängen oberhalb von 2.000 nm bei Brotkrumen nur Oberflächenerwärmung auftritt.
Die relativ niedrige Eindringtiefe ist eine von vornherein bestehende Begrenzung des Einsatzes von IR-Strahlung zum Backen, und als ein Ergebnis ist diese Art von Verarbeitung am meisten für Erzeugnisse mit einer Dicke von etwa 3 cm oder weniger anwendbar, wie Kleingebäck, Pizzabrot, Pizza-Snacks, Toastschnitten und dergleichen. Dickere Erzeugnisse können auch nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, doch würde dann der Heizmechanismus zumindestens teilweise auf Leitung beruhen, was die Kochzeiten bedeutsam verlängert.
Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu demostrieren, werden die nachfolgenden Beispiele dargeboten, die aber in keiner Weise dazu bestimmt sind, den Bereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.

Beispiel I

Ein gekühltes Teigerzeugnis, das in US-PS 4 526 801 von Atwell beschrieben ist, wurde nach dem folgenden Rezept zubereitet:
Zutat Gew. -%
Weizenmehl 52,00-56,00
Wasser 28,00-36,00
Sacharide 4,00-8,00
Salz 1,00-1,50
Backfett 3,00-6,00
Aromastoffe 2,00-7,00
Emulgatoren 0,02-0,3 0
Backzusätze 0,005-0,02
Natriumbicarbonat 0,70-1,20
Weingeist 0,00-2,00
Calciumcarbonat 0,00-1,00
100,00
Es wird hier zu Vergleichszwecken das Atwell-Patent 4 526 801 angegeben. Der Teig wurde unter eine Reihe von fünf wasserbemantelten Quarz-Halogenlampen mit 2,54 cm Mittenabstand gelegt und die Leistung bei jeder Lampe auf 1.500 Watt eingestellt, um zu bestimmen, ob gefilterte IR-Strahlung zum schnelleren Aufgehen von Teig als bei üblichen Aufgeh- Techniken benutzt werden kann. Die zur Durchführung der Untersuchung benutzte Vorrichtung und das Plazieren des Teiges mit Bezug auf die Filter und Lampen ist in Fig. 6 gezeigt. Der Teig war beim Beginn der Untersuchung auf Raumtemperatur.
Der Teig wurde zu einer Schicht von etwa 1,26 cm Dicke ausgebildet und der gefilterten IR- Strahlung für jeweils 15, 30, 45 bzw. 60 s ausgesetzt. Es war das Ziel dieser Untersuchung, die Teig-Innentemperatur auf etwa 29,4ºC (85ºF) anzuheben, um mit dem Aufgehen zu beginnen. Nach dem Erwärmen wurde jede Teigschicht in eine Dose gelegt und abgedeckt. Der Verlauf des Aufgehvorganges wurde durch auf dem Gebiet bekannte Mittel überwacht. Die Dosen wurden bei Raumtemperatur gelagert, bis sie gefüllt waren.
Die während einer Minute erwärmten Proben waren in weniger als 45 Minuten voll aufgegangen. Vergleichsproben gingen bei Raumtemperatur in 4 h auf. Während 30 s erwärmte Proben gingen in 3 h auf, wie auch die zwei während 45 s erwärmten Proben. Der mittels IR- Strahlung zum Aufgehen gebrachte Teig war frei von Bräunung.
Die Ergebnisse zeigen, dass gefilterte IR-Strahlung, die vorzugsweise eine Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von 1.300 nm liefert, wirksam ist, Teig ohne Beeinträchtigung der Erzeugnisqualität zum Aufgehen zu bringen. Die Aufgehzeiten waren im Vergleich zu üblichen Aufgehverfahren wesentlich herabgesetzt.
Darauffolgende Untersuchungen zeigten, dass eine Aufgehzeit um einen Faktor 2, und in einem Fall um einen Faktor 7 herabgesetzt werden kann.

Beispiel II

Erwärmen von Teig unter Benutzung von IR-Strahlung, die mittels des Wassermantels auf die beschriebene Weise gefiltert wurde, wurde verglichen mit Erwärmen durch nichtgefilterte IR- Strahlung. Die in Fig. 6 gezeigte Quarz-Halogenbirnen-Anordnung wurde als Strahler zur Erzeugung beider Datenreihen benutzt. Aus 600 g Mehl, 360 g Wasser und ohne Treibmittel wurde ein Teig hergestellt, um die Untersuchung durchzuführen. Proben mit gleichförmiger Größe und Masse wurden für den Vergleich benutzt. Jeder Teigabschnitt bestand aus einem Quadrat von 12,9 cm Seitenlänge und wog 8 g.
Ein Ölbad-Kalorimeter wurde benutzt, um die Gesamtmenge der jeder Probe zugelieferten Energie zu messen. Der Abstand zwischen der Teigfläche und einer Mittellinie der Lampe wurde in jedem Fall eingestellt, um die den beiden Proben zugelieferte Leistung gleichzuhalten.
Die herkömmliche Quarz-Halogenlampe bräunte die Proben in 75 s. Die wassergefilterte Quarz-Halogenlampe bräunte die Proben nach 180 s noch nicht, kochte die Proben jedoch gründlich durch. Da die Proben nach 180 s voll gekocht waren, wurden die Lampen abgeschaltet. Proben, die mit der üblichen Quarz-Halogenlampe gekocht wurden, verloren 3% ihrer Anfangsmasse, während die mit wassergefilterten Lampen gekochten Proben 18% ihrer Anfangsmasse ohne Bräunung verloren.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei Benutzung gefilterter IR-Strahlung einem Teig im Vergleich zu üblicher IR-Strahlung zwischen dem 2- und 2½-fachen der Energie ohne Bräunung zugeführt werden kann. Die Ergebnisse zeigen auch, dass gefilterte IR-Strahlung für Trockenvorgänge vielversprechend einzusetzen ist.

Beispiel III

Bei dieser Untersuchung wurde die Nutzung gefilterter IR-Strahlung zum Verbessern der Erzeugnisqualität durch Unterdrücken von Mikrobenwachstum untersucht, durch Vergleichen von Pillsbury Pizza RollsTM, die mit üblichem Frittieren zubereitet wurden, mit Pizza RollsTM, die mit Hilfe von IR-Strahlung vorgekocht und mit Öl niedrigerer Temperatur in einem darauffolgenden Verfahrensschritt frittiert wurden.
Pizzateig wurde nach der folgenden Formel gemäß der Beschreibung in der US-PS 4 170 659 von Totino et al. zubereitet:
Teig
Zutat Gew.-%
Weizenmehl 60,65
Wasser 3 6,04
Hefe 1,28
Salz 0,93
Teigkonditionierer (Natriumstearoyl-2-Lactylat, z. B. ReduceTM von Patco CO., Kansas City, Mo. 0,30
Sojaöl 0,80
100,00
Auf die US-PS 4 170 659 von Totino et al. wird hier zu Vergleichszwecken verwiesen. Der Teig wurde entsprechend dem vorstehend beschriebenen Rezept hergestellt und zu einer Teigschicht verarbeitet. Die Teigschicht wurde zu ca. 5 mm Dicke ausgewalzt, in Stücke geschnitten und mit einer Füllung der folgenden Zusammensetzung gefüllt:

Füllung

Zutat Gew.-%
Pizzabrötchensauce 34,63
Wurstmischung 27,19
Mozzarella 14,08
Wasser 9,58
Salamischeiben 8,03
eingelegte Paprika 2,50
dehydrierte weiße Zwiebeln 2,64
Mehl 1,35
100,00
Die Füllung wurde zwischen die geschnittenen Teigstücke abgedichtet eingelegt, und das Erzeugnis wurde mit IR-Strahlung bestrahlt, die von einer Quarz-Halogenlampe mit Wolframwendel emittiert und mittels eines Wassermantelfilters der beschriebenen Art gefiltert wurde.
Wenn Pizza RollsTM mittels Frittierung zubereitet wurden, mußte die Öltemperatur bei ca. 204,4ºC (400ºF) gehalten werden, damit nach etwa 45 s Zubereitungszeit, wenn die Außenfläche des Erzeugnisses gebräunt war, die innere Füllung eine Minimaltemperatur von etwa 52,2ºC (126ºF) erreichte, um Mikrobenwachstum zu verhindern.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Pizza RollsTM zuerst mit wassergefilterte Quarz- Halogenstrahlung der beschriebenen Art bestrahlt wurden, die Temperatur der Innenftillung in etwa 60 s auf etwa 52,2ºC (126ºF) angehoben werden kann. Öltemperaturen von nur 190,6ºC (375ºF) wurden als angemessen festgestellt, um die Pizza RollsTM in etwa 30 s zu frittieren. Der Fettgehalt des fertigen Erzeugnisses, das mittels gefilterter IR-Strahlung vorbereitet wurde, war um 12% niedriger als der bei den durch übliches Fettfrittieren zubereiteten Pizza RollsTM.

Beispiel IV

Pillsbury Toaster StrudelTM wird gegenwärtig mit Hilfe von Frittieren zubereitet. Die gegenwärtige Frittierzeit beträgt etwa 45 s. Dieses Erzeugnis ist im einzelnen in US-PS 4 612 198 von Wallin et al. beschrieben, auf welche Schrift zu Vergleichszwecken verwiesen wird.
Um die Qualitäten und die Zubereitungszeiten von Toaster StrudelTM nach üblicher Zubereitungsart und nach Zubereitung mit Hilfe von gefilterter IR-Strahlung zu vergleichen, wurde zuerst ein Toaster StrudelTM-Teig gemäß dem folgenden Rezept zubereitet:

Toaster StrudelTM

Zutat Gew.-%
angereichertes Hartweizenmehl 52,51
Wasser 35,51
hydrogeniertes Pflanzen-Bratfett 2,50
ungebleichtes Weichweizenmehl 2,10
Zucker 1,75
Trockeneigelb 1,70
aktive Trockenhefe 1,50
mittelfeines Salz 1,04
Dextrose 0,50
Buttergeschmack-Emulsion 0,25
SAPP* 0,25
Natriumbicarbonat 0,25
Mono- und Diglyceride
(100% pflanzlich) 0,10
gelbe Lebensmittelfarbe 17179 0,04
100,00
*SAPP ist saueres Natrium-Pyrophosphat
Eine bekannte Füllung aus 20% Fruchtpürée' 20, 10% Maissirup, 5% modifizierte Stärke, 0,2% Verdickungsmittel, 42% Zucker, 21% Wasser, 1, 2% Zitronensäure, 0,5% Natriumcitrat und 0,1% Konservierungsmittel wurde zwischen zwei Stücke Toaster StrudelTM-Teig gelegt. Die bevorzugten Teigstücke sind etwa 7,6 cm · 12,7 cm und 0,5 cm dick. Die Teigstücke wurden an den Kanten abgedichtet, um zu verhindern, dass die Füllung während der Zubereitung austritt.
Der Toaster StrudelTM wurde der Strahlung von Quarz-Halogenlampen mit Wassermantel 25 s lang pro Seite ausgesetzt. Nachdem das Innere des Teiges mittels gefilterter IR-Strahlung erwärmt war, wurde das Erzeugnis mit Pflanzenöl besprüht, dann 60 s abgetropft, um Rest- Oberflächenöl zu entfernen. Jede Seite des Erzeugnisses wurde während zusätzlicher 20 s einer Strahlung von üblichen Infrarotheizern ausgesetzt, um die Außenflächen zu bräunen.
Die Ergebnisse zeigten, dass der Fettgehalt des Erzeugnisses bedeutsam herabgesetzt wurde, während die Textur- und Geschmackseigenschaften des Erzeugnisses verbessert waren. Der Fettgehalt eines üblich frittierten Toaster StrudelsTM beträgt etwa 13,5%, während der Fettgehalt von IR-bereiteten Toaster StrudelTM etwa 7% betrug.
Weiter kann durch Benutzung gefilterter IR-Strahlung zum Aufgehen des Toaster StrudelTM Teiges die gesamte Verarbeitungszeit unter die herabgesetzt werden, die für normales Aufgehen und übliches Frittieren erforderlich ist.

Beispiel V

Kochzeiten zum Herstellen von Toaster StrudelTM mittels gefilterter IR-Strahlung wurden verglichen mit Herstellzeiten für Toaster StrudelTM mittels Strahlauftreffbacken, Dampfbacken und üblichem Backen.
Ein dem in Beispiel IV beschriebenen identisches Toaster StrudelTM-Erzeugnis wurde hergestellt unter Benutzung von gefilterter IR-Strahlung im Bereich von 600-1.300 nm. Das Toaster StrudelTM-Erzeugnis wurde hergestellt und gebacken nach Gehenlassen während 45 s pro Seite, um den Zubereitungsvorgang zu vollenden.
Das sich ergebende Erzeugnis war ohne Oberflächenbräunung vollständig durchgekocht und war zur Gefrierlagerung und nachfolgenden Bräunung durch den Verbraucher in einem üblichen Toaster oder Ofen bereit.
Strahlauftreffbacken erforderte 5 min Backzeit nach dem Aufgehen im Vergleich zu 45 s Backzeit bei Benutzung von gefilterten IR-Strahlern in zwei einander gegenüberliegenden Reihen. Auch wenn das Erzeugnis nur jeweils an einer Seite nacheinander mit gefilterter IR- Strahlung behandelt wird, ist die Zeiteinsparung gegenüber Strahlauftreffbacken noch wesentlich. Im Vergleich: übliches Backen erforderte 7 min Backzeit, und Dampfbacken erforderte 6 bis 7 min Backzeit.

Beispiel VI

Die Erfinder haben weiter ihre Theorie der Tiefewärmung geprüft, indem sie ein Lebensmittelprodukt mit IR-Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm bestrahlten durch Einsetzen einer Lage von schwarzem absorbierenden Papier zwischen zwei Stücke Brot und Aufheizen der Sandwiches während eines Zeitraumes von 45 s. Ein Sandwich wurde mit ungefilterter Quarz-Halogenlampe bestrahlt, die mit 1.500 Watt betrieben wurde und Leistung mit einer Spitzenwellenlänge von etwa 1000 nm lieferte, und das andere Sandwich wurde mit der gleichen Lampe mit Wasserfilter erwärmt. Es wurde vorgeführt, dass die Innenflächen des Brotes, die mit dem schwarzen Papier in Berührung waren, bei Verwendung von gefilterter IR- Strahlung gebräunt werden konnten, ohne eine Bräunung der Außenflächen zu veranlassen. Im Gegensatz dazu war die der ungefilterten IR-Strahlungsquelle am nächsten liegende Brotoberfläche gebräunt.

Beispiel VII

Zur weiteren Darstellung des Erwärmungsvorganges nach der vorliegenden Erfindung wurde eine quantitative Messung der Auswirkung von unterschiedlichen Infrarotquellen durchgeführt durch Beobachten des Temperaturanstiegs in der Mitte eines Sandwichs mit bzw. ohne einem Infrarotabsorber, wie in Fig. 9 gezeigt. Ein Gemisch aus Kakao/Öl wurde als Infrarotabsorptionsschicht benutzt. Die Abstände von der Quelle zum Sandwich und die Belichtungszeit wurden so eingestellt, dass der Temperaturanstieg an der Trennfläche Brot/Brot ohne den vorhandenen Absorber bei jeder Quelle nahezu 38,89ºC (70ºF) betrug. Die Trennflächen- Temperaturen wurden gemessen durch Einsetzen von Thermoelementsonden unmittelbar nach dem Abschalten der Infrarotquellen am Ende des Heizvorgangs. Etwa 45 s waren erforderlich, um einen Temperaturanstieg von 38,89ºC (70ºF) zu erhalten.
Der Temperaturanstieg an der Zwischenfläche zwischen den Brotschnitten mit und ohne vorhandenem Kakao/Öl-Absorber ist in Fig. 9 gezeigt. Bei üblichen Quarzhalogenlampen- Heizern erhöhte der Absorberzusatz die Temperatur um weniger als 2,78ºC (5ºF). Bei wassergefilterten Lampen änderte sich das Temperaturprofil. Die Trennflächen-Temperatur stieg um 13,9ºC (25ºF) an, was anzeigt, dass mehr Infrarotenergie durch die Brotschnitte zu der Absorptionsschicht eindrang, wenn wassergefilterte Lampen benutzt wurden.
Obwohl vorstehend nur auf Teig basierende Erzeugnisse beschrieben wurde, ist die vorliegen de Erfindung nicht auf das Erwärmen von Teigerzeugnissen begrenzt. Zum Beispiel kann Heißkaramel durch eine Schicht von gefrorenem Speiseeis hindurch mittels IR-Strahlung erwärmt werden, bei der die Strahlung mit Wellenlängen von 1.300 nm und darüber durch ein Filter entfernt wurde, ohne das Speiseeis zu beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung hat eine breite Anwendbarkeit auf eine Vielzahl von Erwärmungsvorgängen einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf Trocknen, Auftauen, Aufgehenlassen, Zubereiten, Vorheizen, Erwärmen und Unterdrückung von Mikrobenwachstum.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungen beschrieben wurde, werden auf diesem Fachgebiet Erfahrene erkennen, dass Änderungen in Form und in Einzelheiten unternommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum selektiven Erwärmen von Nahrungsmitteln, umfassend Filtern einer Quelle für Infrarotstrahlung, die zum Tiefewärmen eines Nahrungsmittels geeignet ist, wobei zumindest 60 Prozent der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbandes ungefähr 1.300 Nanometer beträgt; und Bestrahlen des Nahrungsmittels über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um ein Inneres der Nahrungsmittel auf eine ausgewählte Temperatur aufzuwärmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Minimun des ausgewählten Wellenlängenbandes ungefähr 800 Nanometer beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahrungsmittel ein Teig ist, und der Teig bestrahlt wird, damit der Teig aufgeht.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahrungsmittel ein Teig ist, und ferner der Schritt des Bratens des Teigs nach Bestrahlung umfaßt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Bestrahlens des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung.

6. Verfahren zum Zubereiten eines Nahrungsmittelprodukts, umfassend ein Vorkochen des Nahrungsmittels durch Bestrahlung mit gefil-terter IR-Strahlung, wobei die Strahlung geeignet zum Tiefewärmen des Nahrungsmittels ist, wobei zumindest 60 Prozent der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands ungefähr 1.300 Nanometer beträgt; Zuführen von Öl zu zumindest einer Außenfläche des vorgekochten Produkts; und Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um das Nahrungsmittel zu bräunen.

7. Verfahren zum Vorkochen eines inneren Bereichs eines Nahhrungsmittelprodukts, umfassend ein Bestrahlen des Nahrungsmittels mit einer gefilterten IR-Strahlung, wobei zumindest 60 Prozent der Strahlung eine Wellenlänge unterhalb von 1.300 Nanometer aufweist, über eine Zeitdauer, die ausreichend zum Erwärmen des Innenbereichs des Nahrungsmittelprodukts auf eine ausgewählte Temperatur ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgekochte Produkt ein Teigprodukt ist, das ein Füllmaterial enthält.

9. Verfahren zum Abdichten von Teig, umfassend ein Bestrahlen des Teigs mit IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von unterhalb ungefähr 1.300 Nanometern über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um das Treibmittel zu aktivieren.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Abdichtens des Teigs in einem Behälter über eine Zeitdauer, die ausreichend für den Teig ist, sich zu entfalten.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Bestrahlung eine minimale Wellenlänge von ungefähr 800 Nanometern aufweist.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur ausgewählt ist, um ein Wachstum von Mikroben zu verhindern.