Микроволновые печи

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Декабря 2010 в 13:09, реферат

Краткое описание

Понятие, свойства, принцип работы микроволновой печи.

Содержимое работы - 1 файл

микроволновки.doc

— 638.50 Кб (Скачать файл)
type="DISC">
  • Количество костей
  • Кости хорошо проводят тепло. Поэтому мясо со стороны  кости готовится быстрее. Мясо без костей готовится медленнее, однако более равномерно.

    • Качество

    Свежие овощи готовятся  очень хорошо. Проверьте это сами. На их поверхности должна быстро выделиться влага. Если это происходит медленнее, чем за минуту, следует добавить воды.

    • Распределение жира

    Однородно распределенный жир позволяет мясу готовиться равномерно. Большие жирные участки отбирают энергию у мяса, замедляя процесс.

    • Содержание влаги

    К свежим или замороженным овощам добавляйте минимальное количество воды. Ее избыток замедляет процесс. Но и продукты с низким содержанием влаги готовятся в микроволновой печи плохо.

    • Плотность

    Плотные, тяжелые  блюда, такие, как шоколадные пирожные, готовятся дальше, чем пористые и воздушные, например торты. Плотность блюда изменяется по мере его приготовления. Сырая говядина плотнее приготовленной. Печеный картофель удерживает в себе тепло дольше, чем картофельное пюре.

    • Начальная температура

    Блюда, содержавшиеся  при комнатной температуре, готовятся быстрее, чем охлажденные либо замороженные. Комнатная температура зависит от времени года, поэтому в холодный зимний день время приготовления несколько увеличивается. 
     
     
     
     
     
     
     

    3 Микроволновая методика 

    Сравнение с обычным способом приготовления 

    Начнем с того, что вам уже известно. Большинство  методов приготовления пищи в микроволновой печи схоже с обычной методикой. В конкретных случаях могут проявиться некоторые различия, происхождение которых легко понять, сравнивая различные методы приготовления пищи. 

    • Электрическая плита

    Поверхность нагревателя на вашей плите становится горячей и передает тепло нижней части кастрюли, которая, в свою очередь, нагревает нижнюю часть блюда. Для того чтобы блюдо готовилось равномерно и не подгорало, необходимо его помешивать или переворачивать, убирая готовые части со дна кастрюли.

    • Обычная печь

    Нагревательные  элементы в обычной печи разогревают  воздух, который нагревает поверхность  блюда со всех сторон. Тепло медленно передается от поверхности к центру блюда. Поскольку воздух в печи горячий и сухой, поверхность блюд также высыхает.

    • Микроволновая печь
    • Микроволны проникают внутрь готовящегося продукта на глубину от 1,8 до 3,8 см; нагревание происходит внутри самого продукта, тепла же как такового в воздухе вокруг блюда нет. Центральная часть продукта, имеющего толщину более 5 см, готовится вследствие переноса тепла, как это происходит при обычном приготовлении пищи.
    • Накрывая блюдо, вы предотвращаете рассеяние тепла и способствуете более быстрому приготовлению пищи как в микроволновой печи, так и обычным способом.
    • Перемешивание выравнивает температуру пищи и уменьшает время ее приготовления. Поскольку микроволны проникают внутрь со всех сторон, при перемешивании следует перемещать содержимое от краев к центру блюда.
    • Переворачивание готовящегося продукта и в обычной печи и при микроволновом приготовлении способствует его равномерному нагреву. В микроволновой печи большие, плотные продукты, такие, как целые овощи или большие куски мяса, рекомендуется размещать в верхней части камеры.
    • В микроволновой печи оптимальным является размещение порций по кругу.
    • Прикрывая наиболее чувствительные участки, вы защищаете их от подгорания как в обычной, так и в микроволновой печи.
    • Перемещение продукта в кастрюле или на противне осуществляют и при обычном приготовлении, но в случае приготовления в микроволновой печи это применяется более часто. Углы и стены прямоугольной кастрюли получают больше энергии. Некоторые участки камеры печи могут нагреваться больше других. Поэтому перемещение способствует равномерному приготовлению продуктов.
    • Размещение неоднородных блюд тонкими местами к центру предотвращает подгорание. Более толстые части, для равномерного приготовления которых в обычных условиях требуется больше времени, получают при этом больше микроволновой энергии и готовятся за то же самое время, что и тонкие участки.
    • Вращение посуды в печи применяется в случае приготовления блюд, которые невозможно перемешивать, переворачивать или перемещать.

     
     

    Инструкции  по безопасности 

    1. НЕ  ИСПОЛЬЗУЙТЕ никакой металлической посуды в микроволновой печи:

    • Металлические  сосуды

    • Столовая посуда с золотой или серебряной отделкой

    • Вертела, вилки  и так далее.

      Причина: Могут возникнуть электрическая дуга или искрение, которые приведут к повреждению печи.

    1. НЕ нагревайте:

    • Бутылки, банки, сосуды в герметичной или вакуумной упаковке. Например:

      Детское  питание в банках.

    • Продукты с  воздухонепроницаемой кожурой или  скорлупой

     Например: Яйца, орехи в скорлупе, томаты.

    Причина: Возрастание давления может привести их к взрыву.

    Совет: Снимайте крышки и прокалывайте кожуру, пакеты и т.д.

    1. НЕ ВКЛЮЧАЙТЕ микроволновую печь, когда она пуста.

     Причина: Могут быть повреждены стенки печи.

     Совет:  Постоянно держите в печи стакан с водой.

    Вода  поглотит микроволны, если вы случайно включите печь, когда она пуста.

    1. НЕ закрывайте задние вентиляционные отверстия тканью или бумагой.

        Причина: Ткань или бумага могут загореться от соприкосновения с горячим воздухом, выходящим из печи.

    1. ВСЕГДА используйте толстые рукавицы, когда вынимаете посуду из печи.

        Причина: Некоторая посуда поглощает микроволны и тепло также всегда передается от пищи к посуде. Следовательно, посуда может быть горячей.

    1. НЕ прикасайтесь к нагревательным элементам или внутренним стенкам печи.

        Причина: Стенки могут быть достаточно горячи для того, чтобы вызвать ожог даже после окончания процесса приготовления пищи, хотя по их внешнему виду это может быть незаметно. Не позволяйте воспламеняющимся материалам контактировать с какими-либо внутренними поверхностями печи. Сначала дайте печи охладиться.

    1. Для уменьшения вероятности возгорания в камере печи:
      • Не храните воспламеняющиеся материалы внутри печи
      • Удаляйте перекрученные проволочные завязки с бумажных или пластиковых пакетов
      • Не используйте вашу микроволновую печь для сушки газет
      • Если заметите дым, выключите печь или отсоедините ее от сетевой розетки, не открывая дверцы печи.
    2. Будьте особенно осторожны, когда разогреваете жидкости и детское питание.
      • ВСЕГДА соблюдайте время отстоя не менее 20 секунд после выключения печи, чтобы дать выровняться температуре по всему объему.
      • По необходимости помешивайте пищу при нагревании и ВСЕГДА после нагревания.
      • Будьте осторожны с посудой после нагревания. Если сосуд слишком горячий, вы можете обжечься.
      • Существует опасность задержанного бурного вскипания жидкости.
      • Для предотвращения задержанного бурного вскипания и возможного ожога, следует класть в напитки пластмассовую ложку или стеклянную палочку, и перемешивать их перед, во время и после нагревания.

        Причина: При нагревании в микроволновой печи жидкостей может произойти нагрев жидкости выше точки кипения с задержкой ее вскипания; это означает, что внезапное бурное вскипание жидкости может произойти после того, как вы вынете посуду из печи. В результате вы можете получить ожог.

    • При ожоге следуйте следующим инструкциям ПЕРВОЙ ПОМОЩИ:
    • Погрузите обожженное место в холодную воду как минимум на 10 минут.
    • Наложите на обожженное место чистую сухую повязку.
    • Не смазывайте обожженную кожу никакими кремами, маслами или лосьонами.
    • НИКОГДА не наполняйте сосуд до краев и выбирайте сосуд, который шире вверху, чем в основании для предотвращения выплескивания жидкости наружу при кипении. Кроме того, бутылки с узким горлышком при перегреве могут взорваться.
    • ВСЕГДА проверяйте температуру детского питания или молока перед тем, как давать его ребенку.
    • НИКОГДА не нагревайте бутылку для ребенка с надетой на нее соской, так как бутылка может взорваться при перегреве.
    1. Будьте осторожны, чтобы не повредить сетевой шнур.

    • Не допускайте попадания воды на сетевой шнур или  штепсельную вилку и держите  сетевой шнур вдали от нагретых поверхностей.

    Никогда не пользуйтесь микроволновой печью, если повреждены сетевой шнур или вилка.

    1. Стойте на расстоянии вытянутой руки от печи, когда открываете дверцу.

    Причина: Выходящий горячий воздух или пар могут вызвать ожог.

    1. Поддерживайте внутреннюю камеру печи в чистоте.

        Причина: Частицы пищи или разбрызгавшиеся капли жира, приставшие к стенкам или основанию печи, могут привести к повреждению покрытия и снизить эффективность работы печи.

    1. Во время работы микроволновой печи (особенно в режиме размораживания) могут быть слышны звуки типа "пощелкивания".

        Причина: Вы можете услышать этот звук при автоматическом изменении выходной мощности. Это нормальное явление.

    1. Когда микроволновая печь работает без какой-либо нагрузки, то в целях обеспечения безопасности будет автоматически отключено ее электропитание. Через 30 минут после этого вы вновь сможете нормально пользоваться печью.

    ВАЖНЫЕ  ИНСТРУКЦИИ ПО БЕЗОПАСНОСТИ

    Если  пища разогревается  или готовится  в одноразовой  посуде из пластика, бумаги или других воспламеняющихся материалов, то во время приготовления вы должны время от времени заглядывать в печь.

     

    ВАЖНО

    НИКОГДА не разрешайте маленьким детям пользоваться микроволновой печью

    или играть с ней. Не оставляйте их без присмотра  рядом с микроволновой печью во время ее использования. Не храните и не прячьте предметы, вызывающие интерес у детей, непосредственно над печью.  

    Установка микроволновой печи 

    Установите печь на плоскую, ровную поверхность достаточно прочную для того, чтобы выдержать вес печи. 

    1. Для нормальной вентиляции обеспечьте при установке печи зазор  между печью и другими предметами величиной не менее 10 см для задней и боковых стенок печи, 20 см для  верхней крышки печи и 85 см от пола.

      1. Выньте из печи все упаковочные материалы. Установите роликовую подставку и вращающийся поднос. Проверьте, свободно ли вращается поднос.
      2. Эта микроволновая печь должна быть расположена так, чтобы имелся свободный доступ к сетевой вилке.
       
        • Никогда не загораживайте отверстия для выхода воздуха, так как печь может перегреться и автоматически отключиться. Она будет находиться в нерабочем состоянии, пока достаточно не охладится.
        • Для обеспечения вашей безопасности подключите сетевой шнур к 3-контактной заземленной розетке сети переменного тока 230 В, 50 Гц. Если сетевой шнур у данного устройства поврежден, то во избежание неисправностей его должен заменить производитель, его агент по обслуживанию или аналогичным образом подготовленный специалист.
        • Не устанавливайте микроволновую печь в жаркое или сырое место, например, рядом с обычной кухонной плитой или радиатором отопления. Нужно учитывать потребляемую печью мощность и любой используемый удлинитель должен соответствовать такому же стандарту, что и сетевой шнур, поставляемый с печью. Перед первым использованием вашей микроволновой печи протрите внутренние поверхности и уплотнитель дверцы влажной тряпочкой.
       

      Как работает микроволновка 

      Микроволны  представляют собой высокочастотные  электромагнитные волны; высвобождающаяся энергия микроволн позволяет  готовить или разогревать пищу без изменения ее формы и цвета.

      Вы можете использовать вашу микроволновую печь, чтобы:

        • Размораживать  продукты

        • Автоматически  разогревать/готовить пищу

        • Готовить пищу 

      Принцип приготовления пищи

      1. Микроволны, генерируемые магнетроном,  равномерно распределяются в пище, благодаря тому что она вращается на подносе. Таким образом, пища готовится равномерно.
      2. Микроволны поглощаются пищей на глубину  приблизительно до 1 дюйма (2,5 см). Приготовление затем продолжается за счет того, что тепло рассеивается внутри пищи.
      3. Время приготовления может различаться, в зависимости от используемой посуды и свойств продуктов:

        • Количество и плотность

        • Содержание воды

        • Начальная  температура (находились ли продукты в  холодильнике или нет) 

      Так как пища в ее центре готовится за счет рассеивания тепла, приготовление пищи продолжается даже после того, как вы вынули ее из печи. Поэтому необходимо соблюдать "время отстоя" пищи, указанное в рецептах блюд и в данной инструкции, для того чтобы обеспечить: 

      • Равномерное приготовление пищи до самого центра
      • Одинаковую температуру по всему объему пищи
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

        4.1 Обработка пищевых  продуктов инфракрасным  излучением 

       Инфракрасное  излучение широко применяется в  различных отраслях пищевой промышленности: кондитерской, хлебопекарной, мясной, молочной — как в технологических процессах, так и при выполнении различных качественных и количественных химических анализов.

        Инфракрасное  излучение используется главным  образом для нагревания продукта. Сравнительно с традиционными источниками инфракрасное излучение имеет следующие особенности. Так же как и при кондуктивном нагреве, с помощью инфракрасного излучения можно передавать продукту мощный поток тепла. Однако в отличие от кондуктивного нагрева инфракрасное излучение проникает на некоторую глубину, которая при коротковолновом инфракрасном излучении может составлять несколько миллиметров. Благодаря проникновению инфракрасного излучения в глубь продукта мощность потока тепла может быть много выше без опасности перегрева поверхности продукта.

         В отличие  от кондуктивного нагрева, при нагреве  инфракрасным излучением поверхность продукта остается открытой, с нее идет интенсивное испарение воды, вызывающее охлаждение поверхностных слоев. Это также дает возможность подводить к продукту интенсивный поток тепла — до тех пор, пока поверхностные слои не будут чрезмерно обезвожены.

         Сравнительно  с конвективным нагревом, с помощью  инфракрасного излучения также  можно вести процесс нагрева  значительно более интенсивно. При  конвективном нагреве в горячей газовой среде основной поток тепла воспринимается продуктом через теплоотдачу. Известно, что коэффициент теплоотдачи находится в степенной зависимости со скоростью движения теплоносителя. Так что интенсификация процесса нагрева при конвективном способе достигается повышением температуры теплоносителя и скорости его движения. Для существенной интенсификации нагрева продукта необходимо значительно увеличить скорость движения теплоносителя, но при этом происходит быстрое обезвоживание поверхности продукта, что в большинстве случаев приводит или к порче продукта, или к чрезмерным потерям его массы.

         Так что  в ряде случаев использование  инфракрасного излучения или  другого способа, например, переменного  электрического поля, является единственным путем интенсификации процесса.

         Нагрев  инфракрасным излучением осуществляется следующим образом. Направленный поток инфракрасного излучения взаимодействует с поверхностными слоями продукта, преобразуясь в теплоту. В зависимости от оптических свойств продукта и длины волны излучения последняя проникает в поверхностные слои продукта. Такая мобильность инфракрасного излучения открывает широкие возможности для его использования.

         Инфракрасному излучению в спектре электромагнитных волн соответствует диапазон длин волн 0,76-750 мкм, которые условно делятся на три группы: длинноволновая – 750-25 мкм; средневолновая – 25-2,5 мкм; коротковолновая – 2,5-0,76 мкм.

         Для технических  целей верхний предел используемых длин волн можно ограничить 15 мкм, так как образующийся водяной пар имеет максимум поглощения инфракрасных лучей с длиной волны более 15 мкм.

         В общем  случае поток излучения Ф (Вт), произвольно  падающий на поверхность материала, претерпевает ряд изменений: одна его  часть Фо — отражается от поверхности материала, другая Фп — поглощается материалом, а третья Фпр — проникает через материал:              Щ

         Ф = Фо + Фп + Фпр                     (1.1)  

         Величины  слагаемых, входящих в это равенство, зависят от свойств материала  и от параметров источника излучения.

         Взаимодействие  материала с лучистым потоком  характеризует ряд коэффициентов.

         Коэффициент отражения ρ представляет собой  отношение лучистого потока, отраженного от поверхности продукта, к полному потоку излучения: ρ = Фо/ Ф

         Коэффициент поглощения α — это отношение поглощенного продуктом принятого потока к полному потоку излучения.

      α = Фп/Ф                          (1.2) 

         Коэффициент пропускания τ отражает отношение  потока лучистой энергии, проникающего через материал, к полному лучистому потоку:

         τ = Фпр/Ф                          (1.3) 

        Очевидно, что ρ + α + τ = 1                        (1.4) 

      Глубина проникновения  ИК-излучения обратно пропорциональна коэффициенту поглощения. С уменьшением длины волны глубина проникновения ИК-лучей увеличивается и может достигать в отдельных случаях 3-5 мм.

      Для малопрозрачных тел, к которым относится подавляющее большинство пищевых продуктов, проникающее излучение практически отсутствует пр = 0). Тогда α + ρ = 1.

      При тепловой обработке  большинства пищевых продуктов состояние их поверхности непостоянно: меняется цвет, степень шероховатости и прочее. Соответственно меняются значения ρ, α и τ.

      При выборе излучателя учитывают целый ряд факторов - такие, как особенности технологического процесса, свойства материала, интенсивность излучения генератора, возможность импульсного облучения, экономические требования и так далее.

         В настоящее  время в промышленности используются, электрические и газовые ИК-излучатели. Среди них светлые и темные. Электрические и газовые излучатели имеют свои преимущества и недостатки. Светлые электрические излучатели имеют более коротковолновое излучение, их лучистая энергия имеет большую глубину проникновения. Газовые излучатели обычно дешевле и экономичнее в эксплуатации.

         При выборе излучателя следует исходить из особенностей обрабатываемого материала. При этом особенное значение имеют оптические свойства обрабатываемого материала.

         Под оптическими  свойствами материала понимают его  пропускательную, поглощательную и  отражательную способность.

         Оптические  свойства материала зависят от многих факторов, в том числе от структуры материала, содержания в нем влаги и доли ее связи с материалом, состояния и цвета поверхности продукта.

         Пищевые продукты содержат большое количество влаги с разными формами связи, что неодинаково отражается на общем спектре поглощения материала.

         Различают интегральные и спектральные оптические характеристики продуктов. Для практических целей в условиях конкретного излучателя и объема нагрева лучше пользоваться интегральными характеристиками, отражающими взаимодействие объема с лучистой энергией во всем используемом диапазоне длин волн. Интегральные характеристики относятся к длине волны, соответствующей максимуму излучения (λmax) излучателя.   

         Пищевые продукты в зависимости от химического состава и других показателей обладают выраженной селективностью к поглощению ИК-излучения в различных областях спектра. Поэтому источник излучения следует выбирать с учетом спектральных характеристик материала, КПДД аппарата, интенсивности подвода теплоты, а также экономических показателей процесса.    

      Большое значение придается коэффициентам поглощения и отражения, от которых зависит глубина прогревания поверхностных слоев продукта.

      Отличительной особенностью рационального подвода теплоты является прямолинейное распространение излучения. Это надо учитывать при размещении излучателей в аппарате. Они должны размещаться в соответствии с формой обрабатываемого изделия и особенностями технологического процесса.

      Продукт с большой проницаемостью в инфракрасной области лучше размещать на горизонтальной конвейерной ленте, изготовленной из металла. Нагреваясь, лента в свою очередь передает тепло продукту.

      Если допускает  форма, то целесообразно облучать продукт со всех сторон.

      Расположение  излучателей с четырех сторон продукта приводит к увеличению потерь энергии за счет отражения от поверхности, однако при значительной шероховатости  продукта в результате многократных отражений величина потерь несколько  снижается.

      Определенные требования предъявляют к конструктивному использованию аппаратов ИК-излучения.

      Внутреннюю обшивку  колец изготавливают из материалов, обладающих большим коэффициентом отражения, что позволяет создавать более равномерный тепловой поток и повышает эффективность работы установки.

      Наибольшее распространение  получил полированный и анодированный  алюминиевый лист.

      Конструкция аппарата должна обеспечить создание равномерного лучистого потока по всей поверхности продукта. Иногда целесообразно использовать импульсное облучение, при котором этап обработки продукта чередуется с его "отлежкой".

      Специфика ИК-излучения  позволяет конструировать аппарат  непрерывного действия.

      В наиболее общем  случае ИК-аппарат состоит из камеры, транспортирующего органа, ИК-излучателей, системы вентиляции, управления и автоматики.

      Большой интерес  представляет сочетание различных  источников тепловой энергии. Это позволяет  получить законченный технологический цикл, свести затраты энергии к минимуму, получить продукты высокого качества.

      Для обработки  некоторых видов продуктов требуется  применять разные режимы: например, варка и обжарка, запекание и  копчение. В этом случае использование  ИК-излучения, обеспечивающего интенсивный  поверхностный нагрев, может быть особенно эффективным.

      Как показывает опыт эксплуатации промышленных установок ИК-излучения, практически во всех случаях ИК-обработки наблюдается повышение качества и выхода готовой продукции, снижение энергетических затрат, упрощение конструкции аппарата.

      Нагрев продукта в оптимальных условиях, как правило, обеспечивает большой выход и лучшее качество. При этом обеспечиваются и более высокие технико-экономические показатели процесса. 

      4.2 СВЧ-обработка пищевых  продуктов 

         Нагрев  СВЧ-энергией является принципиально  новым методом нагрева продукта в поле электромагнитного излучения. В отличие от всех других способов нагрева, при которых тепло воспринимается поверхностью продукта и проникает внутрь за счет теплопроводности, электромагнитное поле СВЧ способно проникать на значительную глубину, что позволяет осуществлять объемный нагрев независимо от теплопроводности. 

         Взаимодействие  электромагнитного  излучения с продуктами 

         Из  общей физики, касающейся строения материи и теории электричества, известно, что у проводящих веществ часть носителей слабо связана со структурной решеткой. Эти так называемые свободные заряды могут неограниченно передвигаться в пределах данного тела под действием электрического поля, создавая электрический ток проводимости. У непроводящих веществ, так называемых диэлектриков, заряды связаны и могут перемещаться только в пределах атома, молекулы, кристаллической ячейки или неоднородного участка структуры вещества. Соответствует такому направленному перемещению ток смещения.

      В природе идеальные  проводники, а также и абсолютно непроводящие диэлектрики не встречаются.

      Известно, что  полные потери электромагнитной волны (Р) в веществе, вызывающие его нагрев, определяются уравнением:

         где ω — круговая частота колебаний электромагнитного поля, 1/с;

         ε' — диэлектрическая проницаемость среды при данной частоте;

        tgδε — тангенс угла диэлектрических потерь среды;

        Е — амплитуда напряженности электрического поля;

        Н — амплитуда напряженности магнитного поля;

        μ — магнитная проницаемость среды;

        tgδμ — тангенс угла магнитных потерь среды. 

      Так как продукты рассматриваются как диэлектрики, то принято пренебрегать вкладом в нагрев магнитной составляющей поля.

      В таком случае продукты характеризуются комплексной диэлектрической проницаемостью:

      где ε* - комплексная диэлектрическая проницаемость;

      ε' - характеризует способность материала накапливать энергию;

      ε" - характеризует рассеяние энергии в продукте.

         tgδ определяет отношение мощности, расходуемой на нагрев, к мощности, запасенной за период электромагнитных колебаний, и является мерой потерь в диэлектрике.

         Если  ток проводимости пренебрежительно мал по сравнению с током смещения (то есть тангенс угла диэлектрических потерь - tgδ « 1), то вещество — диэлектрик, если же tgδ » 1 — проводник. Мнимая часть в выражении диэлектрической проницаемости определяет потери в диэлектрике.

         Заметим, что термин "потери" характеризует преобразование энергии в тепло при прохождении тока через вещество как некоторое отрицательное явление. Но в интересующей нас проблеме именно этими потерями, то есть преобразованиями энергии переменного поля в другой вид энергии (тепло), обусловлены положительные явления, лежащие в основе технических процессов, — нагрев, сушка, химические превращения и прочие.

         Направленное  перемещение связанных электрических  зарядов под действием переменного  электрического поля называется поляризацией. Основные виды поляризации — электронная, представляющая собой смещение электронных оболочек относительно ядер атомов; ионная - смещение ионов относительно их равновесных положений в кристаллической решетке; дипольная - ориентация дипольных молекул в аморфных телах относительно направления поля.

         Главным видом поляризации для многих веществ, в том числе и для  пищевых производств (мяса, рыбы и  так далее), является дипольная поляризация, так как пищевые продукты содержат значительное количество воды. Полярность молекул воды вызвана несимметрией расположения атомов водорода относительно атома кислорода. Дипольные молекулы при отсутствии внешнего поля расположены хаотично, наложение поля заставляет их ориентироваться вдоль силовых линий — вещество поляризуется.

      Для неоднородных (гетерогенных) сред, какими являются, например, мясо и мясопродукты, кроме указанных видов поляризации характерна также макроструктурная, представляющая собой перемещение отдельных небольших областей материала, включающих вещества, находящиеся в твердой или жидкой фазе. Суммарное действие поля на заряды, находящиеся в такой области, проявляется в ее ориентации подобно диполю. Кроме того, некоторую роль играет еще электролитическая поляризация, связанная с изменением местоположения областей концентрации положительных и отрицательных ионов.

      В электрическом  поле, переменном по величине и направлению, происходит переориентация диполей вещества.

      С ростом частоты (f) изменений поля этот процесс затрудняется и все большая часть энергии поля преобразуется в тепловую энергию, генерирующуюся в веществе. При этом за единицу времени выделяется мощность:

      где f — частота, Гц;

      Е — напряженность электрического поля, В/см;

      Р — удельная мощность (Вт/см3).

      Из уравнения  видно, что вещество будет нагреваться  тем сильнее, чем больше его диэлектрическая проницаемость, тангенс угла потерь, а также чем больше частота и напряженность поля. Однако увеличивать напряженность электрического поля произвольно нельзя, так как, начиная с некоторого уровня, возникает опасность образования электрического разряда, который оказывает вредное влияние на качество продукции. Поэтому единственно возможным путем увеличения удельной энергии преобразования (энергия преобразования в единице объема данного материала) является увеличение рабочей частоты.

      Для промышленных, научно-исследовательских и медицинских  целей отведены следующие полосы частот:

      Разрешенные частоты в МГц Длина волны  в см
      433,92 + 0,2%
        69,0
      915,0 + 25,0
        32,8
      2450,0 + 50,0
        12,2
      5800,0 + 75,0
        5,2
      17850,0 — 18150,0
        1,7 (США)
      22125,0 ± 125,0
        1,4
       

         В Албании, Болгарии, Венгрии, Польше, Румынии, Чехии, Словакии и РФ используется частота 2375 МГц.

         Сущность  нагрева СВЧ-энергией можно объяснить  следующим образом. Как известно, при действии электромагнитного поля (ЭМП) на среду, содержащую свободные заряды и дипольные молекулы, в ней происходят два основных процесса: релаксационные колебания дипольных молекул, вызывающие диэлектрические потери, и колебания свободных зарядов, вызывающие потери проводимости. Соотношение между этими видами потерь выражают тангенсом угла потерь:

         

      где ε' — относительная диэлектрическая проницаемость! среды; 

      χ — удельная проводимость;                        i

      ε0 — абсолютная диэлектрическая проницаемость для вакуума;

      ω — угловая частота.

         Поскольку tgδ зависит от частоты, одна и та же среда для различных частот будет обладать различной проводимостью, то есть имеет место дисперсия электропроводности.

         При облучении  биосистем микроволнами достаточной  интенсивности наиболее выраженным эффектом является тепловой.

      Причем в зависимости  от глубины проникновения волн в  ткани, а также толщины и электрических  свойств тканей соотношение тепла, выделяемого на поверхности продукта и в более глубоких слоях, например в жировой мышечной ткани, будет различным, что всегда следует иметь в виду при нагреве продуктов. Поглощение энергии микроволн в тканях зависит и от линейных размеров обрабатываемого продукта, вернее, от соотношения размеров продукта и длины волны облучения (λ).

      Кроме отмеченных факторов, глубина проникновения электромагнитного поля в продукт зависит от содержания влаги, жира, соли, температуры продукта и так далее (см. рис. 2.1). Заштрихована часть ткани со средним содержанием воды между жировой и мышечной тканями.

      Приведенные на рис. 2.1 значения [см. 37] доказывают, что излучение на частоте, значительно превышающей 3000 МГц, проникает на небольшую глубину и, следовательно, может создавать лишь поверхностный нагрев. Вместе с тем на частотах менее 1000 МГц глубина проникновения может быть больше 2-3 см и излучение будет вызывать нагрев более глубинных слоев.

         Под глубиной проникновения поля подразумевают  рас- i стояние от поверхности обрабатываемого продукта, на про-j тяжении которого мощность поля электромагнитной волны! уменьшается в е раз (е =2,7183). Для материалов с относи-;

      тельно малыми диэлектрическими потерями (тангенс  угла' диэлектрических потерь tgδ « 1) глубину проникновения приближенно можно найти по одной из формул:        

        

         где С  — скорость распространения света в вакууме;

        ε'— диэлектрическая  проницаемость;               

        tgδ — тангенс угла диэлектрических потерь. 

      Из данных формул следует, что проникновение электромагнитного поля в продукт уменьшается с ростом диэлектрической проницаемости (ε '), потерь (tgδ) и частоты (f).

      При тепловой обработке  в СВЧ-поле с увеличением температуры образца и глубины проникновения поля наружные слои могут перегреваться и технология тепловой обработки нарушается. Например, при СВЧ-нагреве (f = 2375 МГц) мышечной ткани говядины глубина проникновения поля в начальный момент составляет 11—13 мм с I любой стороны образца. Эта величина через 2 мин возрастет до 16—20 мм, то есть передний фронт поля передвигается со скоростью 5—7 мм/мин. Для предупреждения перегрева наружных слоев и уменьшения продолжительности тепловой обработки толщину образца следует ограничить до 2,5— 3,0∆.

      При малых размерах продукта в нем может поглощаться  большая энергия, и скорость нагрева  может возрасти до 10°С в секунду  и более (как это имеет место  при производстве сосисок без оболочки на СВЧ-линии).

      Таким образом, нагрев СВЧ-энергией по сравнению с  традиционными методами значительно  сокращает продолжительность тепловой обработки (в 5—10 раз), а в отдельных случаях в десятки раз и тем самым ускоряет весь технологический процесс приготовления пищевых продуктов, например, кулинарных изделий из мяса птицы. 

      Кроме того, в  отличие от традиционных способов, когда энергия передается нагреваемому объекту посредством лучеиспускания, конвекции или теплопередачи, при СВЧ-нагреве происходит генерация тепла внутри самого обрабатываемого объекта. Поджаривая мясо на газовой плите, мы вынуждены расходовать тепло на нагрев сковороды и окружающего воздуха. В СВЧ-печи мясо можно приготовить в диэлектрической посуде (или в фарфоровой тарелке), которая нагревается лишь в небольшой степени — главным образом за счет передачи тепла от горячего мяса. Таким образом, непроизводственные потери тепла существенно уменьшаются.

      Далее, проникновение  СВЧ-поля внутрь вещества (с учетом поверхностного эффекта) дает возможность обеспечивать достаточно равномерный нагрев по всему объему продукта (с учетом допустимых размеров). И если мясо на сковороде может подгореть или даже обуглиться снаружи, оставаясь внутри сырым, во избежание чего приходится расходовать масло, то в СВЧ-печи нагрев происходит в объеме тела без образования корочки, поскольку поверхность тела, отдавая тепло окружающему воздуху, будет даже несколько холоднее.

      Конечно, однородность СВЧ-нагрева зависит от однородности электрических и теплофизических свойств обрабатываемого объекта. Очень важно также обеспечить равномерность распределения электромагнитного поля в зоне нагрева — выделение тепла будет максимальным в тех местах, где напряженность электрической составляющей поля больше. Таким образом, получить абсолютно равномерный нагрев реальных объектов, свойства которых в какой-то мере различны и изменяются в процессе обработки, практически невозможно. Задача осложняется еще и тем, что фактически происходит взаимодействие СВЧ-поля с обрабатываемым объектом, то есть не только воздействие поля на объект, но и обратное воздействие объекта на поле (его пространственное распределение, соотношение амплитуд отдельных составляющих и так далее).

         Равномерность нагрева, кроме отмеченного выше, зависит от геометрических размеров обрабатываемого материала (продукта). В том случае, когда геометрические размеры продукта значительно превосходят глубину проникновения электромагнитных волн, по мере продвижения в глубь продукта энергия затухает, поэтому поверхностные слои нагреваются сильнее, чем внутренние.

         При нагреве  продуктов, размеры которых соизмеримы с глубиной проникновения А, из-за потерь тепла в окружающую среду  температура периферийных слоев  продукта меньше, чем центральных, при этом на его поверхности не образуется специальной корочки. По своим органолептическим свойствам продукт, доведенный до готовности в СВЧ-аппарате, приближается к продукту, полученному в результате припускания или варки.

         При СВЧ-нагреве  в продуктах полнее сохраняются питательные вещества, исключается пригорание изделий, улучшаются вкусовые качества приготовленной пищи и санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

         СВЧ-нагрев дает возможность приготовить продукт  в, той упаковке, в которой он будет предъявлен для реализации или заложен на хранение (за исключением металлической).

         Возможность приготовления продукта или блюда  с небольшим количеством жира или совсем без жира в сочетании с особенностями органолептических свойств готового изделия делают использование СВЧ-приготовления блюд в диетическом питании особенно перспективным.

      Однако, несмотря на многие положительные стороны, применение СВЧ-нагрева ограничивается ввиду  ряда обстоятельств.

      В ряде работ  указывалось на трудности конструирования СВЧ-установок с учетом обратного влияния размеров, диэлектрических и теплофизических свойств объекта (изменяющихся в процессе обработки) на электромагнитное поле в пространстве взаимодействия и его источник — СВЧ-генератор. Сильное искажение объектом структуры поля может нарушить нормальную работу установки и даже вывести из строя генератор. С этой точки зрения недопустимо введение в пространство взаимодействия металла или других хорошо проводящих материалов. Оболочка (или посуда), в которой может содержаться нагреваемое вещество, должна быть максимально прозрачной для излучения на рабочей длине волны. В противном случае обрабатываемый объект будет экранирован от электромагнитного поля, энергия которого станет бесполезно тратиться на нагрев оболочки.

      В отличие от традиционных способов, когда тепло  подводится к объекту извне, при СВЧ-нагреве его внешняя поверхность имеет меньшую температуру, чем внутренние слои. Поэтому приготовленный с помощью СВЧ-поля продукт может иметь некоторые специфические особенности. Так, приготовленные в СВЧ-печи мясо, котлеты и так далее получатся без привычной для нас румяной, хрустящей корочки.

      Определенные  затруднения на пути широкого внедрения СВЧ-технологических установок связаны также с особыми требованиями к технике безопасности. Сейчас уже возможно сделать работу с СВЧ-установками совершенно безопасной, но это требует принятия специальных мер.

      Опасность СВЧ-обпучения

        Облучение сильными источниками электромагнитной энергии может нанести ущерб  здоровью. Если температура тела повышается более чем на 5—10°С, то происходят процессы денатурации макромолекул и возможны необратимые изменения.

        Особенно  заслуживают внимания результаты, касающиеся воздействия на глаза и общего облучения тела.

        При интенсивности  потока выше 100 мВт/см2 хрусталик глаза может вследствие тепловых изменений белков поражаться катарактой. Ely, Goldman и Hearon считают, что изменение в семенных протоках происходит уже при уровнях выше 10 мВт/см2. На основе работ, выполненных в нашей стране, предельно допустимый уровень облучения равен 0,01 мВт/см2 при облучении в течение не более 2 ч и 1 мВт/см2 при облучении в течение не более 20 мин за весь рабочий день. 
       
       
       
       
       

      Литература. 

      • О.В.Крылова  «Чудеса в микроволновой печи»  Москва, 1993год
      • Приготовление пищи в микроволновой печи:\ Шаг за шагом. Москва, АО «Скорпион» 1992 год
      • Журнал «Идеи вашего дома» 2001год №2 с.44-49 статья Безель Б. «Гриль буржуйке не товарищ»
      • Журнал «Спрос» 1999год №5 с.16-19 статья «Обед - минутное дело»
      • В.И.Хлебников  Технология товаров (продовольственных) Москва, 2002год.

    Информация о работе Микроволновые печи