Лекция №2. Объемные способы тепловой обработки продуктов

Объемные способы тепловой обработки продуктов

1. Сверхвысокочастотный нагрев

2. Инфракрасный нагрев

Ключевые слова: СВЧ-нагрев, поляризация диэлектрика, частота переменного электрического поля, глубина проникновения СВЧ-поля, ИК-излучение, длина волны, проницаемость продукта.

1. Сверхвысокочастотный (СВЧ) нагрев

Пищевые продукты по своим электрическим свойствам представляют собой неидеальные диэлектрики, в которых при наложении внешнего электрического поля возникают токи, создаваемые свободными и связанными зарядами.

Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектрика. В зависимости от природы связанных зарядов различают несколько видов поляризации, при этом основными в СВЧ-нагреве являются дипольная и макроструктурная поляризация.

Дипольная поляризация представляет собой результат воздействия внешнего поля на полярные молекулы, обладающие собственным дипольным моментом. Типичным примером полярной молекулы является молекула во­ды. Поэтому наличие в продуктах свободной воды является фактором, определяющим интенсивность нагрева про­дуктов в СВЧ-поле.

При приложении внешнего поля дипольные моменты молекул, имеющие в отсутствие поля произвольные направления, стремятся ориентироваться по направлению поля, что встречает сопротивление со стороны окружающих молекул. Работа, расходуемая на преодоление этого сопротивления, в конечном счете превращается в теплоту, что и вызывает нагревание продукта.

Макроструктурная поляризация типична для пищевых продуктов, представляющих собой биологические объекты с клеточной микроструктурой. Упрощенно биологическую клетку можно представить как замкнутую оболочку (мембрану) с полупроводниковыми свойствами, заполненную электролитом. При наложении внешнего электрического поля такая система приобретает дипольный момент благодаря смещению «свободных» зарядов (ионов) в пределах замкнутой оболочки, которые в данном случае ведут себя аналогично связанным зарядам в диэлектрике.

При помещении неидеального диэлектрика в переменное электрическое поле между векторами напря­женности поля вне и внутри диэлектрика возникает сдвиг по фазе на определенный угол, что приводит к поглощению электрической энергии в диэлектрике, которая в конечном счете прекращается в теплоту.

Важной количественной характеристикой объемного эффекта СВЧ-нагрева является глубина проникновения поля в продукт. В результате поглощения электрической энергии в продукте амплитуда напряженности СВЧ-поля в нем убывает с расстоянием от поверхности по экспоненциальному закону.

Другой важнейшей особенностью СВЧ-нагрева является возможность достижения высокого темпа нагрева продуктов при применении генераторов (магнетронов, ламп бегущей волны и др.), создающих СВЧ-поля большой напряженности. Темп нагрева продуктов 0,5К/с и выше.

Для тепловой обработки пищевых продуктов в СВЧ-поле разрешено применение следующих рабочих частот: 2375±50; 2450±50; 5800±75; 22125±125 МГц. На предприятиях общественного питания в основном применяют частоты 2375 и 2450 МГц.

Глубина проникновения СВЧ-поля в пищевые продукты при частоте 2375МГц и температуре 20°С следующие:

- говядина, филе трески 15 мм

- свинина, филе судака, морковь 16 мм

- котлетная масса 10 мм

- фарш рыбный, свекла 22 мм

- мясо птицы 13 мм

- печень говяжья, картофель 20 мм

Таким образом, основное преимущество СВЧ-нагрева — высокая скорость нагрева. Однако ему присущи и недостатки — отсутствие корочки на поверхности продукта и, как правило, естественный цвет сырого продукта.

2. Инфракрасный (ИК) нагрев

Инфракрасное (ИК) излучение в тепловых аппаратах в настоящее время используется как самостоятельный способ нагрева продуктов, а также в качестве базового способа для создания различных комбинированных способов тепловой обработки.

Физическая сущность механизма ИК-нагрева заключается в следующем. Большинство пищевых продуктов содержат в своей пористой структуре значительное количество свободной воды, которая интенсивно поглощает ИК-излучение в определенной области длины волн (при длинах волн 0,75...2,5 мкм); при длине волн 1,4 мкм поглощение достигает 100%.

В то же время влага в пористой структуре пищевых продуктов распределена неравномерно по объему, поэтому ИК-излучение может проникать в них на определенную глубину, что при соответствующем выборе толщины слоя обрабатываемого продукта обусловливает объемный характер его нагрева.