Функции за сушене в микровълнова фурна - Сушене на храна
Микровълновото лъчение, генерирано в микровълнова фурна, е електромагнитни вълни с честота на трептене в диапазона от 300 MHz до 30 GHz, тоест дължината на вълната варира от 1 mm до 1 m. Физическите свойства на микровълните са подобни на тези на другите видове електромагнитно лъчение (радиовълни, светлина, топлинно, ултравиолетово, гама и рентгеново лъчение). Те се различават само по честотата на колебанията на електромагнитното поле, което обаче е основният показател, характеризиращ външните свойства на електромагнитното излъчване. Свойствата на микровълните са нещо средно между радиовълни и инфрачервено лъчение, тъй като в честотната скала микровълните са разположени точно между тях. Така например радиовълните дадоха на микровълните способността да проникнат по-дълбоко в продукта, отколкото топлинното излъчване може да осигури. В допълнение, микровълновото (MW) лъчение е много по-ефективно при преобразуването на електромагнитната енергия в топлина.
Нека разгледаме по-подробно как се извършва нагряването в микровълново поле. Като начало отбелязваме, че полярните диелектрици се нагряват, сред които водата е основната. Освен това принципът на действие е подобен на движението на иглата на компаса под въздействието на магнитно поле, т.е. полярната молекула на електрическото поле е подравнена по такъв начин, че векторът на дипола да е разположен в противоположна посока по отношение на вектора на външното поле. Посоката на външното поле се променя с доста висока честота, така че полярната молекула прави голям брой обороти за кратък период от време, сблъсквайки се със съседни молекули, които също вибрират. Всичко това води до увеличаване на кинетичната енергия в диелектрика и,следователно температурата му. Ефектът на електромагнитното поле върху неполярните диелектрици е сравнително малък и се дължи главно на наличието на различни примеси.
Напоследък използването на микровълнова радиация получи съвсем различна посока - това е сушенето на различни продукти. Микровълновото сушене има няколко предимства пред другите методи на сушене. Характеристиките на микровълновото сушене позволяват обемно нагряване - топлината прониква в продукта не през повърхността му, а веднага се появява в целия му обем. Освен това температурата вътре в продукта е малко по-висока, отколкото на повърхността му, поради факта, че повърхността се охлажда бързо поради изпарението на влагата. В резултат на това, а също и под въздействието на налягането на парата, течността от центъра на продукта се насочва към повърхността.
Друго предимство на микровълновото сушене е повишената ефективност. Трябва да се отбележи, че независимо от метода на сушене на продукта, определено количество енергия се изразходва за изпаряването на всяка отделна молекула на течността. Количеството изразходвана енергия е доста голямо, следователно целият процес на сушене изисква огромно количество енергия. Има няколко начина за увеличаване на производителността на сушилните, независимо от техния дизайн и метод на сушене:
1. Използване на енергия за строго промишлени цели. 2. Максимална дехидратация на продукта още преди да влезе в сушилнята. 3. Възвръщане на енергията, ако е възможно.
Микровълновата енергия предоставя напълно тези възможности. Нека разгледаме всеки от тях по-подробно. За разлика от други методи, микровълновото сушене не пренася топлина от източник на топлина, както например при конвекционното сушене, когато първоначалновъздухът се нагрява с помощта на нагревател и след това горещият въздух предава топлина на материала. В същото време на всеки следващ етап от загряването на въздуха в сушилнята до предаването на топлина към продукта се губи определено количество топлинна енергия. При сушене на продукт с помощта на микровълнова енергия няма загуба на топлина, тъй като топлината идва от самия продукт, който се суши, тоест цялата енергия, генерирана от микровълновото лъчение, се абсорбира напълно в продукта. Магнетронните генератори имат висока ефективност, около 85%, повечето от които, до 80%, се изразходват за микровълново изпаряване на течността. Някои сушилни използват останалите 20% ефективност. Топлинната енергия, която не се преобразува в микровълнова радиация, се преобразува в топлинна енергия на магнетрони, от които навлиза в изсушения продукт през въздуховода, като по този начин се извършва и конвекционно сушене.
Както бе споменато по-горе, микровълновото излъчване се характеризира с обемно нагряване, а температурата на нагрятия продукт на повърхността е малко по-ниска, отколкото вътре в него. Ето защо по време на процеса на сушене в целия обем на изсушения продукт се образува пара, чието налягане допринася за частичното изтегляне на течността от вътрешните слоеве на продукта. Ако се изсуши продукт, съдържащ голямо количество влага, тогава по време на микровълново сушене той се отстранява значително, около 50% от първоначалния си обем. Отстранената течност обаче не изисква изпаряване, така че дехидратацията на продукта се извършва с минимален разход на енергия, което от своя страна повишава производителността на процеса на сушене. Освен това течността, изцедена от изсушения продукт, също е отделен продукт, който може да се използва.правилно.
Влагата, изпарена от продукта, се превръща в пара, която отнема част от енергията, използвана за самото изпаряване. Тази енергия се насочва към допълнително конвективно изсушаване на продукта. В резултат на това ефективността на сушилнята се увеличава с приблизително 20%, без загуба на енергия. Работната честота на магнетрона е 2,45 GHz, при това ниво електромагнитното поле прониква във вътрешната част на продукта на разстояние няколко сантиметра по цялата му площ. Това дава възможност за сушене на продукти с диаметър до 10 cm като цяло. При други методи, за да се осигури равномерно изсушаване, продуктът за сушене трябва да се нарязва на равни части, да се подрежда на един слой и редовно да се обръща, тъй като повърхността на продукта първо изсъхва и върху него се образува суха кора, която предотвратява изпаряването на течността от вътрешността на продукта и по-нататъшното му изсъхване.
Използването на микровълново лъчение ви позволява да изсушавате продуктите във вакуум. Тази комбинация се дължи на факта, че температурата на получената пара и температурата на вряща вода са в пряка зависимост от налягането.
За получаване на висококачествени сухи хранителни продукти, без загуба на витамини и хранителни вещества, температурата им на сушене не трябва да надвишава 70 °C. За да не загубят лечебните си свойства изсушените билки и растения, те се сушат при температура не по-висока от 40 ° C. Ако е необходимо да изсушите голям обем продукти за кратък период от време, е необходимо да увеличите капацитета на сушене чрез повишаване на температурата на сушене и принудителна вентилация. При нормални условия на сушене мощността трябва да се регулира, поради риск от прегряване на продукта, който ще се суши. В случай на използване на вакуум, производителностизсушаването е неограничено, тъй като с намаляване на налягането температурата на изтичащите пари също намалява. Така например, ако по време на процеса на сушене налягането е 104 Pa, което съответства на 0,1 atm., Тогава течността в изсушения продукт ще започне да кипи и ще се освободи от продукта вече при температура от 45 °C. В същото време, докато течността е в продукта, нейната температура ще бъде равна на точката на кипене на водата, а използваната мощност ще се изразходва изключително за изсушаване на продукта.
Има още една особеност на микровълновото сушене във вакуум, което ви позволява да постигнете по-високо качество на сух продукт. Сушенето на продукта се извършва с ускорени темпове, без достъп на кислород, в резултат на което продуктът не се окислява и не губи първоначалния си вид. Пример за това е сушенето на гъби (манатарки, манатарки и други), тъй като само при микровълново сушене те запазват максимално естествения цвят на пулпата и стъблото, което е невъзможно при друг метод на сушене.
Според законите на физиката консумацията на микровълново лъчение от продукта е право пропорционална на неговата диелектрична константа и тангенса на ъгъла на диелектричните загуби. В същото време течността, която трябва да бъде отстранена от продукта, се характеризира с доста високи качества: нейната диелектрична константа е 81, докато този показател в изсушения продукт дори не достига 3. Диелектричните загуби в течността са още по-високи. По този начин, при микровълново излъчване, максималното поглъщане на енергия се случва в онези места на продукта, където нивото на влага е по-високо. А това от своя страна допринася за равномерното разпределение на течността в целия обем на изсушения продукт и съответно високото качество на сухия продукт.
Над всичкиВ допълнение, микровълновото лъчение е в състояние да унищожи вредните микроорганизми, съдържащи се в продукта, като E. coli, стафилококи и други. Това се дължи на факта, че температурата вътре в продукта се повишава с ускорена скорост, което води до диелектрично нагряване на протеините на микроорганизмите. Под въздействието на висока температура микроорганизмите умират, настъпва един вид стерилизация на продукта.