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.
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.
Кроме отмеченных факторов, глубина проникновения электромагнитного поля в продукт зависит от содержания влаги, жира, соли, температуры продукта и так далее.
Под глубиной проникновения поля подразумевают расстояние от поверхности обрабатываемого продукта, на протяжении которого мощность поля электромагнитной волны уменьшается.
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 поверхности 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 вглубь продукта энергия затухает, поэтому поверхностные слои нагреваются сильнее, чем внутренние.
При нагреве продуктов, размеры которых соизмеримы с глубиной проникновения, 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 не большим 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.
Оболочка (или посуда), в второй 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 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, приготовленные в СВЧ-печи мясо, котлеты и так далее получатся без привычной для нас румяной, хрустящей очки.
Определенные затруднения на пути широкого внедрения СВЧ-технологических установок связаны также с особыми требованиями к технике безопасности. Сейчас уже можно сделать работу с СВЧ-установками совершенно безопасной, но это требует принятия специальных мер.