加入热稳定聚酯的微波感受器

本申请要求于2005年8月29日提交的美国临时申请60/712,224的 利益，其全部并入作为本文的一部分。

技术领域

本发明涉及微波加热领域，特别是涉及用于提供定位热加热 (thermal heating)的所谓微波感受器(microwave susceptor)的应用。最 特别地，本发明涉及一种用于提供热加热同时避免过热的技术。这里所 提供的本发明可用于例如加热人食物物品，特别是用于使食物物品变褐 (brown)或变脆而不会使其燃烧。

背景技术

通过将食物在微波炉中加热来烹调食物与在传统烘箱中烹调食物 不同。在传统烘箱中，热能被施加到食物的外表面上，并且热能向内移 动直到食物被炊熟。由此，在传统烘箱中烹调的食物的外表面与其内部 (例如在中央处)一样热或更热。

相反，通过在微波炉中加热来烹调食物涉及用微波辐射来照射食 物。微波能被食物所吸收，与传统热能相比，微波特异地更深地穿透进 入食物。因此，微波炉中的空气温度是相对较低的，对在微波炉中烹调 的食物来说，不平常的是其外表面比其内部如中央处更冷。

因此，使在微波炉中烹调的食物的外表面变褐和/或变脆代表一种特 殊的挑战。食物的外表面必须被加热到足够的程度以赶走水分并烹调食 物的那些部分，但将食物加热到必需在外部达到所需温度的程度可能导 致食物内部的温度升高到燃烧的水平。

已经开发了所谓的微波感受器来帮助微波炉中定向和定位的热输 送。消费者和工业用途中使用的微波感受器是一种这样的材料：其吸收 微波能，将所吸收的能量转变为热能，从而加热周围介质。当需要使用 微波感受器来加热食物物品时，食物物品通常位于感受器附近的可加热 处，因此在微波照射下食物物品将通过直接吸收微波辐射和通过来自感 受器的传导和/或对流加热来进行加热。

与距离感受器更远的对象或对象部分相比，凡是被放置在靠近感受 器的对象或对象部分，都将从微波炉中的加热得到更高的升温。因此， 感受器非常适于使食物物品的外表面变褐和变脆的任务。为了与不存在 感受器的情况中相比将热量在更大程度上仅仅或主要地递送到所需位 置，感受器或感受器结构可以位于食物物品外表面附近的可加热处。当 感受器或感受器结构位于需要变褐和/或变脆的食物物品外部时，集中于 那些位置的热量可以用于进行所需的烹调工作而不需要将整个食物物 品加热到其它部分(特别是内部或中心处)将会燃烧的程度。

微波感受器可以由包括沉积在衬底(substrate)薄膜或片材(通常 为聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET))上的金属(通常为铝)薄层的材 料制备。敷有金属的(metallized)薄膜或片材可以被粘合到用于支撑的 支承构件如纸板片或瓦楞纸片上。美国专利No.4,851,632和美国专利 No.5,003,142公开了使用低收缩(所谓热稳定的)聚酯作为衬底材料。 其中进一步公开了“一种优选的感受器材料是真空镀铝，其优选以足以 为薄膜赋予约0.1到约0.35、优选0.16到约0.22的光密度的量存在。

美国专利No.5,177,332公开了具有层压在一起的多层结构如多 PET基层的镀铝PET结构。热稳定的PET用于在多层层压体中减少收 缩。基于传统PET的感受器衬底具有下述光密度：例如0.13、016-0.19、 以及0.23-0.28。

现在可以实现的人食物物品(例如未加工的、未烹调的生面团)的 烹调程度、变褐程度和变脆程度仍然受普通工业用途中的微波炉系统的 温度限制所限。希望通过开发能够仅仅向需要进行所需烹调工作如使生 面团变褐和变脆的位置直接发热的微波感受器来扩展微波感受器的变 褐和变脆能力。该问题的许多假定解决方案显示对整体食物物品赋予过 量的热的倾向，这导致整体食物物品的微波加热不均匀(run-away heating)、炭化、乃至燃烧，而不是仅仅某些区域变褐。在有些情况下， 整个微波加热包装将会着火。技术挑战在于并非简单地将整体食物物品 暴露于较高温度下，而是使食物物品的被选区直接暴露于适当的高温 下，以便使那些食物物品部分可以根据需要进行烹调而不是过度烹调或 使食物物品的其余部分燃烧。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供了一种包括一侧具有金属涂层的平 面衬底的微波感受器，其中该衬底包括热稳定聚酯，且该感受器的光密 度为从大于0.25到约0.45。

在另一个实施方式中，本发明提供了一种通过下述步骤烹调人食物 物品的方法：(a)提供包括一侧具有金属涂层的平面衬底的微波感受 器，其中该衬底包括热稳定聚酯，且该感受器的光密度为从大于0.25到 约0.45；(b)将食物物品或其一部分放置在微波感受器附近的可加热处； 和(c)使食物物品和感受器接受微波照射。

在另一个实施方式中，本发明提供了一种包括微波感受器作为其中 一层的多层结构，该微波感受器包括一侧具有金属涂层的平面衬底，其 中该衬底包括热稳定聚酯，且该感受器的光密度为从大于0.25到约 0.45。

在又一个实施方式中，本发明提供了一种保护人食物物品免于污染 的包装，其中该包装封装有微波感受器或与其接触，该微波感受器包括 一侧具有金属涂层的平面衬底，其中该衬底包括热稳定聚酯，且该感受 器的光密度为从大于0.25到约0.45。

在又一个实施方式中，本发明提供了一种制造微波感受器的方法， 该方法包括提供包括一侧具有金属涂层的平面衬底的感受器，其中该衬 底包括热稳定聚酯，且该感受器的光密度为从大于0.25到约0.45；其中 该感受器是被制造作为保护人食物免于污染的包装、或封装在该包装之 中、或与该包装接触。

附图说明

图1描绘了微波感受器加热的时间关系。

图2描绘了根据本发明的食品包装的一个实施方式。

图3描绘了实施例的变褐百分比与光密度数据的多项式最小平方拟 合。

图4显示了各实施例的比萨饼变褐结果。

具体实施方式

通过向消费者供应冷冻的、未烹调的产品以在家用微波炉中烹调来 改进微波烹调食品如馅饼和比萨饼的新鲜度是微波烹调工业中长期探 求的目标。由于目前工业实践中的材料限制，当前的产品在冷冻之前是 部分烹调的，并且在使用之前简单地再加热。现在的工业应用中的微波 感受器适用于使已经被预先至少部分煮熟的食物物品最终变脆和变褐。 然而，已经发现它们在对未加工的、未烹调的生面团进行烹调和使其变 褐方面的耐用性不足。

在这种意义上讲的生面团是指干组分如面粉和/或其它磨碎颗粒与 湿组分的混合物，其硬度足以被揉捏或碾压。然后根据需要使生面团成 形以提供各种烘焙制品的坯体或坯体部分。未加工的生面团是尚未预先 烹调的生面团。

所需的微波感受器将显示优越的高温耐用性，而不会出现能够引起 炭化和燃烧的过热情况。特别是，本发明相对于传统技术在使烘焙制品 变褐和变脆方面提供了出乎意料地良好结果，特别是在比萨饼皮中。本 发明涉及用于微波烹调的微波感受器。更具体地说，本发明涉及一种使 用包括敷有金属的热稳定聚酯薄膜或片材(其光密度为从大于0.25到约 0.45)的微波感受器的微波烹调方法。在低于0.25的光密度下，不能充 分地变褐。当光密度从0.25增加到0.45时，观察到变褐程度增加，特 别是在从大于0.35到约0.45的光密度下。在大于约0.45的光密度下， 变褐程度开始降低。

虽然不希望受到本发明任何工作原理的限制，但是相信在大于约 0.45的光密度下，铝涂层开始反射微波辐射而不是吸收和发射微波辐 射。因此，相信实际上被送到食物的能量的量在大于约0.45的光密度下 降低了。

在本发明的典型实践中，如图1所示，在暴露于微波辐射的约最初 三十秒，微波感受器的温度迅速升高，达到平台期，并且在接下来的若 干分钟内在正负5℃的范围内保持恒定，在此期间发生了大多数的烹调 行为。在图1中，Y轴表示通过红外测温仪测定的温度，且X轴表示暴 露于微波辐射的时间。图1描绘了涂有0.30OD铝的Melinex^ ST-505热 稳定聚酯薄膜的性能。试样暴露于100瓦的微波辐射。

根据本发明，如图2所示，微波感受器包括具有第一侧1和第二侧2 的衬底、以及位于该衬底第一侧上的金属涂层(coating)或金属层(layer) 3(如镀铝涂层或层)。在本发明的一个优选实施方式中，如图2所示， 食物物品4被设置为使其与衬底的第二侧接触。在另外的优选实施方式 中，微波感受器进一步包括支撑层5，其中该支撑层与衬底的第二侧接 触。

在另一个实施方式中，同样如图2所示，敷有金属的热稳定聚酯片 材或薄膜被并入到食品包装中，该食品包装在打开后被放置在微波炉中 以烹调食物。在典型应用中，将存在通常是纸板的平台或载物台6，其 成形为用于支撑包装的整个感受器和食物部分。本文以上所述的整体结 构被设计为搁置在微波炉的底面上或在其中的转盘7上。

根据本发明，感受器的衬底由热稳定的PET制造。如本领域公知的， 热稳定PET是通过涉及一系列热处理和松弛步骤以得到良好的分子取 向的稳定化方法而从普通级PET薄膜制成的。PET的热稳定方法如美国 专利4,851,632中所述，该专利为所有目的全部并入作为本文的一部分。 热稳定PET可以从许多来源(包括Dupont-Teijin Films)而从商业途径 获得。

根据本发明，金属如铝通过真空淀积、溅射或其它类似方法而被沉 积在热稳定PET衬底上。真空淀积是在本领域中的广泛应用的一种方 法，其是在衬底上沉积铝的优选方法。

在一个优选的实施方式中，支撑层(通常为纸或纸板)与金属层接 触。在一个实施方式中，金属层和支撑层之间的接触是通过中间粘结层 来完成的。

支撑层可以由例如纤维素纸和由聚芳酰胺(polyaramid)聚合物形 成(例如由聚(间苯二甲酰间苯二胺(m-phenyleneisophthalamide))的原 纤、聚(对苯二甲酰对苯二甲胺(p-phenyleneterephthalamide))的原纤、 及其混合物形成)的纸之类的材料制备。因为聚芳酰胺纸非常耐热，在 高温微波感受器用途如本发明的用途中使用聚芳酰胺纸比使用纤维素 纸更安全。

然而，在本发明的一个可选实施方式中，微波感受器不具有支撑层。

金属层是与微波相互作用的。当一种组分由导电材料制备和/或当其 在接受微波照射时通过将吸收的微波能转化为热来进行加热时，该组分 是与微波相互作用的。因此，由于其中引发的表面电流所引起的电阻式 加热，金属层在暴露于微波辐射时经历加热。根据本发明，本文所述的 微波感受器经受微波辐射，由此加热金属层，然后热被转移到放置在微 波感受器附近的可加热处的食物物品中。在非常短的时间内，即在约30 秒中，微波感受器的温度随时间的增长率显著降低，并达到平台期，如 图1所示。在本文的一个典型实施方式中，放置在微波感受器附近的可 加热处的食物物品通过食物物品直接吸收微波能和通过来自加热的感 受器的热传递而被加热。“附近的可加热处”是指要被加热的物品放置得 与微波感受器直接或间接接触、或与微波感受器部分直接或间接接触， 其距离足够近以便使感受器所发射的热可以被食物物品所接收和吸收。

优选热稳定聚酯衬底上通过真空淀积技术涂有金属薄层如铝。在该 实施方式中，金属层可以是基本连续的导电材料，其存在量足以赋予大 于0.25到约0.45、优选大于0.35到约0.45的光密度。也可以使用不同 于真空淀积的方法，只要它们提供所需厚度的基本连续的层。

当施涂到热稳定聚酯片材上时，微波感受器中金属层的厚度通过微 波感受器的光密度表示。光密度定义为log10[1/T]，在这里T是可见光 (400-700纳米的波长)通过微波感受器的透射率，即，通过一侧上含有 金属涂层的聚酯片材。当金属涂层的厚度增加时，感受器所透射的光的 量将降低。透射率的测量可以例如使用分光辐射谱仪如OL-750分光辐 射谱仪(来自Optronic Laboratories，Orlando，Florida)来进行。

本发明的微波感受器可以成形为薄膜或片材。其还可以具有小袋或 包装的构造，该小袋或包装可以含有要被加热的食物物品。其可以是包 裹要被加热的食物物品的可包裹薄膜或片材，或者是可以将食物物品放 置到微波感受器附近的可加热处的其它构造。

在一个实施方式中，本发明的微波感受器用于加热含有生面团如未 加工生面团的食物物品。可以被加热的含生面团食物物品包括比萨饼、 饼干、馅饼、面包、及其它烘焙食物物品。特别是，根据本发明的方法， 比萨饼皮有利地变褐和变脆。要被加热的对象可以位于本发明的微波感 受器附近的可加热处，在该空间关系中，热从感受器直接递送到要被加 热的对象上。在受到微波照射时，微波感受器将经历加热，随后这将导 致被加热的物体经历加热，特别是在其表面上。可加热对象可以是任何 非导电材料，其对微波辐射可以是透明或不透明的。因此，可加热对象 可以通过直接吸收微波辐射和通过微波感受器的传导加热而进行加热。

因此，本发明的另一个实施方式是一种通过将对象放置在本发明的 微波感受器附近的可加热处并将对象和感受器暴露于微波辐射来加热 对象的方法。在一个优选实施方式中，要被加热的对象是食物物品如比 萨饼或未加工的比萨饼生面团。食物物品可以设置为与感受器直接接 触，或者可以放入单独的容器中，该容器被设置为与感受器接触。特别 关注的食物物品是比萨饼，其需要非常好的变褐并变脆而不会炭化。这 里的食物物品和其感受器可以被包含在外壳、盒子或包装中，以便便于 存储、装运和保护其免于污染。因此，根据本发明的方法，为了加热的 目的，本文的位于感受器附近的食物物品组合可以被放入包装中。在加 热期间，包装可以配有达到内部的开口，以便允许排出热气体。

因此，本发明的另一个实施方式是一种包括对象和本发明的微波感 受器的组合的制品，其中该对象被放置在感受器附近的可加热处。在一 个优选实施方式中，要被加热的对象是食物物品如比萨饼。图2显示了 这种组合型制品。

在其它实施方式中，这样的微波感受器可以并入层状结构中。除了 感受器之外，层状结构可以从由包括下述物质的材料制造的其它层来制 造：这些材料包括热塑性和热固性的半结晶聚合薄膜、微波透明的塑料 片材材料、纸张或纸板、织造或非织造织物、或者具有对微波能来说透 明的介电背衬的多层层压结构。合适的聚合薄膜包括聚酯、聚醚酮、聚 酰亚胺、聚烯烃及其共聚物、聚乙烯基芳族化合物、聚碳酸酯、丙烯酸 酯聚合物等；其次还包括聚酰胺和聚烯烃及其共聚物。合适纸和纸板包 括纤维素纸和由聚(间苯二甲酰间苯二甲胺)、聚(对苯二甲酰对苯二甲 胺)及其混合物的原纤形成的纸。例子是15-50磅的防油牛皮纸。层状 结构或多层层压体中的一层通常是约25到约50微米厚，并且在高达约 250℃-300℃下是稳定的。层状结构可用于保护人食物如冷冻比萨饼免于 污染。

当本文的感受器是单独的片材或薄膜时，聚酯片材或薄膜衬底可以 例如通过薄膜流延、模塑、轮廓挤压、拉挤成型等而制造为不需依靠支 撑物的薄膜。多层的层压可以通过任何方便的方式如热压延或粘结来进 行。

在另一个实施方式中，制品可以通过将本文的微波感受器装入由适 用于保护人食物免于污染的材料制备的包装中来制备。在另一个实施方 式中，可以制造这样的制品：其中本文的微波感受器与由适用于保护人 食物免于污染的材料制备的包装相接触。这种包装可以由FDA批准和/ 或不会与微波相互作用的材料制造。

在另一个实施方式中，本发明还提供了一种通过由敷有金属热稳定 聚酯片材或薄膜制造感受器来制造微波感受器的方法。该方法可以进一 步包括将感受器并入层状结构中。接着，层状结构可以由不会与微波相 互作用的衬底型材料制造，并且层状结构可以被制造到保护人食物免于 污染的包装中。或者，本文所提供的感受器可以被装入保护人食物免于 污染的包装中或与其接触。

在另一个实施方式中，本发明还提供了一种通过将对象放置到本文 所提供的微波感受器附近的可加热处并使对象和微波感受器接受微波 辐射来加热对象的方法。

通过另外制备具有特别为各种功率(其可以在例如至少约700-1200 瓦的范围内变化)的微波炉设计的OD的感受器，本发明的感受器及由 其制备的制品可以使用的环境范围可以被进一步扩大。

本发明在以下具体实施方式中进一步描述，其是说明性的而不是限 制的。

实施例

可微波的比萨饼(Kraft’s DiGiorno Microwave Four Cheese Pizza(微 波四乳酪比萨饼)，280g)用于所有烹调实验中。

根据Papadakis，″A Versatile and Inexpensive Technique for Measuring Color of Foods(测量食物颜色的多用途和廉价的技术)″，Food Technology，54(12)，48-51页(2000)中描述的一般程序来测量变褐、以及 变褐的均匀性、比萨饼底皮(bottom crust)的分布。因此，设置照明系 统，且数码相机(Nikon model D1)用于获得底皮的图像。图像和图形软 件程序用于将颜色参数转换为L-A-B颜色模型，其是用于食品研究的优 选颜色模型。变褐区域的百分比定义为亮度L值低于153(在0到255 的尺度上)的像素的百分比。为获得作为比萨饼半径的函数的变褐颜色 分布，底皮的图像被分成多个同心环，对各部分计算平均L值或变褐区 域百分比。为了将变褐与变黑和炭化区别开来，计算结果必需通过外观 检查来确认。

炉1是瓦数容量为1300W的松下NN5760WA型。炉2是瓦数容量 为1000W的三洋EM-Z2000S型。炉3是瓦数容量为1200W的Kenmore 721.62349202型。

实施例1

将75微米(3密耳)厚的热稳定聚酯薄膜(Melinex ST-505，得 自DuPont Teijin Films)敷上金属铝。通过真空淀积来施涂铝层，达到 表1所示的两种光密度。然后，使用得自Basic Adhesives的BR-4736型 水溶性胶粘剂将敷有金属的薄膜层压到纸板上。使用压延辊在227kg (500磅)的轧制压力下在室温下以1.6m/min(5.2ft/min)进行层压。

根据箱上的方向，所制备的感受器样品用于烹调比萨饼。结果以变 褐百分比(％)显示，如下表1所示。

实施例2

将50微米(2密耳)厚的热稳定聚酯薄膜(Melinex ST-507，得 自DuPont Teijin Films)敷上金属铝。通过真空淀积来施涂铝层，达到 表1所示的两种光密度，样品标记为2-1和2-2。使用实施例1的方法将 敷有金属的薄膜层压到纸板上，所得结构在如实施例1所述的烹调实验 中使用。结果显示在下表1中。

实施例3

25微米(1密耳)的聚酯薄膜Mylar 800，(得自DuPont Teijin Films) 通过使其在低张力下通过200℃的炉来进行热处理。通过真空淀积来施 涂铝层，达到表1所示的两种光密度，样品标记为3-1和3-2。使用实施 例1的方法将敷有金属的薄膜层压到纸板上，所得结构在如实施例1所 述的烹调实验中使用。结果显示在下表1中。

实施例4

用连续法将铝层施加到Melinex^ ST-507热稳定聚酯薄膜，该薄 膜的厚度为75微米(0.003″)，得自DuPont-Teijin Films。沉积率调节 为产生具有五种不同光密度的薄膜，如表1所示。样品标记为4-1、4-2、 4-3、4-4和4-5。使用实施例1的方法将各个敷有金属的薄膜的一部分 层压到纸板上，所得结构在如实施例1所述的烹调实验中使用。结果显 示在下表1中。实际的比萨饼变褐结果如图4所示。

实施例5

将92规(gauge)(1密耳)的热稳定聚酯薄膜Mylar HS-2(得 自DuPont Teijin Films)敷上金属铝。通过真空淀积来施涂铝层，达到 表1所示的两种光密度，样品标记为5-1和5-2。同样利用实施例1的方 法将敷有金属的薄膜层压到纸板上，且所得结构在如实施例1所述的烹 调实验中利用。结果显示在下表1中。

实施例1-5

在图3中绘制了各试验炉中的变褐百分比与所有试样的OD的图 表。该图中的实线相当于数据的多项式最小二乘方最佳拟合。虽然它们 在本文作为实施例提到，但是样品1-1、2-1、3-1、3-2、4-1、5-1和5-2 涉及施涂了一定厚度的铝层的感受器的使用，该厚度使得感受器的光密 度低于0.25。因此，使用这些样品进行的试验不是说明本发明，而是作 为比较存在以显示这类感受器中所需范围的光密度存在从大于0.25直 到约0.45OD，特别是约0.35到约0.45OD。

表1

当本发明的组合物、制品或方法被陈述或描述为包括、包含、含有、 具有某些组分或特征、或者由某些组分或特征组成或由其构成时，应当 了解，除非明确地提供与此相反的陈述或说明，则除了明确地陈述或描 述的那些之外，一种或多种组分或特征可以存在于该组合物、制品或方 法中。然而，在一个可选实施方式中，本发明的组合物、制品或方法可 以陈述或描述为基本上由某些组分或特征组成，在这些方式中，将实质 上改变该组合物、制品或方法的工作原理或区别特征的组分或特征不存 在于其中。在另一个可选实施方式中，本发明的组合物、制品或方法可 以陈述或描述为由某些组分或特征组成，在该实施方式中，不同于所陈 述或描述的那些的组分或特征不存在于其中。

当在本发明的组合物、制品或方法中不定冠词“a(一)”或“an(一 种)”用于陈述或说明组分或特征的存在时，应当了解，除非明确地提 供与此相反的陈述或说明，这种不定冠词的使用不会将该组分或特征在 组合物、制品或方法中的存在限制为总共一个。当本文使用词语“包括”、 “包含”和“含有”时，如果其后没有跟着短语“没有限制”，其也要这样理 解和解释。