Сверхчастотный (СВЧ) нагрев

Инфракрасный нагрев.

Инфракрасное излучение (ИК) 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 % (характерная длина волны ИК - излучения I мкм) В то же время влага в пористой структуре пище­вых продуктов распределена неравномерно по объему, поэтому ИК - излучение может проникать в них на значительную глубину, что при соответствующем выборе толщины слоя обрабатываемого продукта обуславливает объёмный ха­рактер его нагрева. Максимальная температура продукта при ИК-нагреве обычно достигается на некоторой глубине, зависящей от структуры и влагосодержания продукта и длины волны излучения. В процессе тепловой обработки свойства поверхностных слоев продукта изменяются, что в отличим от условий традиционного нагрева, приводит к усилению поглощения ИК-энергии и ин­тенсификации нагрева. Аналогичный эффект вызывает образование водяного пара в обрабатываемом продукте, интенсивно поглощающего ИК - излучение с длиной волны более 1,5 мкм.

Таким образом, благоприятным фактором для ИК-обработки пищевых продуктов является наличие длин волн вблизи 1 мкм в спектре используемого генератора и изучения и значительного количества свободной влаги в продукте, т.е. высокого начального влагосодержания исходного продукта.

При описании закономерностей ИК-нагрева поток энергии излучения, падающий на поверхность продукта, разделяют на три слагаемых:

- отраженный (Q_о) поглощенный (Q_n) пропущенный (Q_np)

Q = Q_о + Q_n + Q_np; (1.1)

Положительным признаком ИК-нагрева является получение равномерной по цвету и толщине корочки поджаривания. Вместе с тем этому способу при­сущи недостатки:

не все продукты можно подвергать ИК-нагреву;

при высокой плотности потока ИК-излучения возможен "ожог" продукта.

Пищевые продукты по своим электрическим свойствам представляют со­бой неидеальные диэлектрики, в которых при наложении внешнего электриче­ского поля возникают токи проводимости и токи смещения. Токи проводимо­сти создаются свободными электронами (преимущественно ионами), перемещающимися по всему объему диэлектрика. Токи смещения создаются незначи­тельными зарядами, способными перемещаться лишь на незначительные рас­стояния смешение этих зарядов под действием внешнего электрического поля называются поляризацией диэлектрика

В зависимости от природы связанных зарядов различают несколько видов поляризации диэлектрика: электронную, атомную, электролитическую, дипольную и макроструктурную. Каждый из них имеет характерное время уста­новления поляризации - время релаксации. Из сопоставления типичных значе­ний этого времени с периодом переменного электрического поля, используемо­го для СВЧ - нагрева продуктов, следует, что основными в СВЧ - нагреве явля­ются дипольная и макроструктурная поляризация.

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

При приложении внешнего поля дипольные моменты молекул, имеющие в отсутствии поля произвольные направления, 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 диэлектрика. Ввиду значительного объема клетки, содержащей огромное число молекул, дипольный момент поляризованной клетки весьма велик (разумеется, в атомном масштабе), что и отражается в наименовании этого типа поляризации.

При помещении неидеального диэлектрика в переменное электрическое поле между векторами напряженности поля вне и внутри диэлектрика возника­ет сдвиг по фазе на угол (δ), называемый углом диэлектрических потерь. Это название связано с тем, что наличие сдвига но фазе (δ) приводит к поглощению электрической энергии в диэлектрике, которая, в конечном счете превращается в теплоту.

Важной количественной характеристикой объемного эффекта СВЧ- нагрева является глубина проникновения поля в продукт. Другой важнейшей особенностью СВЧ - нагрева является возможность достижения высокого темпа нагрева продуктов при применении генераторов, создающих СВЧ- поля боль­шой напряженности.

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.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 952; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!