Încălzirea prin intermediul microundelor în industria alimentară

INTRODUCERE

Incalzirea prin intermadiul microundelor are loc datorita efectului de polarizare al radiatiei electromagnetice, cuprinsa intre frecventele de 300 MHz si de 300 GHz.Pornind ca un produs secundar al tehnologiei de fabricare al radarului, dezvoltat in timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial, incalzirea prin intermadiul microundelor este utilizata in present in 92% din casele Statelor Unite.

Incalzirea prin intermadiul microundelor si-a gasit aplicatie in industria alimentata la incalzirea alimantelor congelate pentru procesarea ulterioara,pregatirea baconului pentru uz industrial si in final la uscarea pastelor rainoase. Utilizata in industria alimentara, incalzirea prin intermediul microundelor are un avantaj important fata de incalzirea alimantelor prin matode obisnuite,in reducerea timpului de procesare si imbunatatirea calitatii alimentelor. Dar,in general,incalzirea prin intermediul microundelor este mai des folosita cu uz casnic decat in industria alimentara. Motivul acestei diferente se datoreaza lipsei de informatii in ceea ce priveste proprietatile dielectrice ale alimentelor si relationarea lor cu caracteristicile incalzirii prin intermadiul microundelor si costul ridicat al echipamentului si al electricitatii de-o lungul timpului. Industria de procesare a alimentelor a ezitat in a face investitii uriase intr-o tehnologie care nu a fost dovedita sigura in urma utilizarii la scara inalta si pe termen lung (Mudgett, 1989). Acum, prin dezvoltarea mai multor magnetroane sigure si inventarea unui cuplaj de unde sigur pentru protejarea generatorului, echipamentul microundelor are o viata mai lunga de operare. Costul echipamentului microundelor a fost constant redus de-a lungul anilor si acum este comparabil cu cel al metodelor conventionale. Viitorul incalzirii prin intermediul microundelor in procesarea alimentlor este promitator deoerece cererea este tot mai mare,dar succesul exploatarii incalzirii prin intermadiul microundelor se leaga de intelegerea interactiunilor dintre microunde si alimente si datorita abilitatii de a prezice si a asigura incalzirea dorita a alimentului in functie de aplicatiile sale. Incalzirea alimentelor prin intermadiul microundelor este un proces complicat care depinde de propagarea microundelor, generate de ecuatie lui Maxwell pentru undele electromagnetice la interactiunea dintre microunde si alimente determinate de proprietatile dielectrice si de raspandirea caldurii datorata caldurii de baza si a teoriilor transferului de masa.

Acest capitol va va oferi informatii cu privire la interactiunea dintre microunde si textura alimentelor si o scurta introducere a aplicarii incalzirii prin intermediul microundelor in procesarea alimentelor. De asemenea va va descrie si cateva din recentele rezultate ale uscarii,pasteurizarii si sterilizarii prin intermediul caldurii microundelor oferite de Universitatea de Stat din Washington.

MECANISMUL DE ACTIONARE AL CALDURII MICROUNDELOR

In general, materialele din care sunt fabricate alimentele sunt sarace in izolatori electrici. Ei au capacitatea de a stoca si raspandii energia electrica, atunci cand este supus unui camp electromagnetic. Proprietatile dielectrice joaca un rol important in determinarea interactiunilor dintre campul electric si alimente (Buffler, 1993). Proprietatile dielectrice ale unui material sunt date de formula:

ε = ε′- jε″ = |ε| e-jδ (1)

unde: ε = complexul dielectric relativ constant

ε′ = coeficientul dielectric relativ constant

ε″ = coeficientul dielectric relative de pierdere

δ = coeficientul dielectric al unghiului de pierdere (tan δ = ε″/ε′)

j = √-1

ε′ este relationat de abilitatea materialului de a stoca energie electrica (pentru vaccum ε’ = 1), in timp ce ε″ indica raspandirea energiei electrice datorita diferitelor mecanisme.

Permeabilitatea magnetica a majoritatii materialelor biologice este aceeasi ca si pentru spatiile libere (μ0 = 4π×10-7 W/Am). Prin urmare, aceste materiale nu interactioneaza cu componentele magnetice ale undelor electromagnetice. Materialele magnetice, cum ar fi cele ferite, foloste adesea la fabricarea vaselor inchise la culoare, interactioneaza cu campul magnetic, in urma caruie rezulta incalzirea substantiala.

Transformarea componentelor electrice ale microundelor in energie termica, intr-un material care pierde energie (Goldblith, 1967) poate fi calculate cu formula:

Pv = 5.56×10-11׃ε″E2 (2)

unde: Pv = transformarea puterii pe unitate de volum (W/m3)

ƒ = frecventa (Hz)

ε″ = coeficientul dielectric relative de pierdere

E = campul electric (V/m)