процесс сверхвысокочастотного нагрева пищевых продуктов

0,99 Mb.НазваниеСпособы интенсификации технологических процессов в мясной отрасли конспект лекций Для студентов вузовстраница4/5Дата конвертации03.11.2012Размер0,99 Mb.Тип       4   Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО МЕТОДОВ НАГРЕВА МЯСОПРОДУКТОВВысокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ) нагрев пищевых продуктов позволяет значительно интенсифицировать термические процессы. Процесс трансформации энергии электромагнитного поля высокой или сверхвысокой частоты в теплоту принято называть диэлектрическим нагревом или ВЧ (СВЧ)-нагревом. Большинство пищевых продуктов и сред представляют собой с электрофизической точки зрения несовершенные диэлектрики. Они, как правило, имеют достаточно высокую диэлектрическую проницаемость и низкую электропроводность, обусловленную, как правило, свободными ионами вещества. Такие продукты и среды способны подвергаться диэлектрическому нагреву, который основан на смещении зарядов и связанных с ними молекул (поляризации) при воздействии на вещество (продукт) переменного элетромагнитного поля. При этом на перемещение заряженных частиц затрачивается работа, которая из-за наличия внутреннего межмолекулярного трения превращается в теплоту. В веществе (продукте) может возникать несколько видов поляризации: электронная, атомная, дипольная. Электронная поляризация выражается относительным смещением среднего положения электронов относительно среднего положения атома. Ионная (атомная) поляризация вызывается смещением положительных и отрицательных ионов в материале. Дипольная поляризация обусловлена наличием постоянных диполей (полярных молекул) вещества, которые в результате воздействия поля могут поворачиваться из случайных направлений в направление поля, вызывая тем самым поляризацию вследствие ориентации постоянных диполей. Величина полной поляризации диэлектрика определяется суммарным эффектом всех перечисленных видов поляризации и обуславливает его диэлектрическую проницаемость. Тепловую энергию, выделяемую в единице объема вещества в результате диэлектрического нагрева, принято характеризовать удельной мощностью (Руд, Вт/м3), которая согласно закону Джоуля-Ленца определяется по формуле:Руд = 0,556 g 10-10 g e' g tgd g f g Е2,где e'- относительная диэлектрическая проницаемость вещества; Е - напряженность электрического поля в рассматриваемом объеме вещества, В/м; d - угол диэлектрических потерь; f - частота, Гц.В соответствии с международным соглашением для промышленного применения разрешено использовать только отдельные участки СВЧ-диапазона волн (900a15 МГц и 2400a50 МГц). Поэтому СВЧ-аппараты используют только эти частоты. Эффект объемного нагрева при тепловой обработке пищевых продуктов в переменном электромагнитном поле достигается благодаря проникновению поля в продукт на значительную глубину. Под глубиной проникновения электромагнитного поля в продукт (среду) подразумевается расстояние D (м) от поверхности продукта внутрь, на котором мощность внутренних источников теплоты уменьшается в е раз и которое определяется по формуле:D = 9,55 g 1011 / (f g (e')1/2 g tgd).Существенный технологический результат при использовании токов ВЧ- и СВЧ-обработки можно получить для ряда процессов, среди которых основное место занимают тепловые и массообменные (нагрев, стерилизация, размораживание, сушка, пастеризация). Применение СВЧ-нагрева позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы пищевых производств, связанные с нагревом продукции, а также разработать их новые виды, особенно комбинируя СВЧ-нагрев с традиционными способами энергоподвода, таким как варка, сушка, стерилизация, пастеризация, размораживание, сублимация и т.д. СВЧ-нагрев позволяет реализовать безотходные и энергосберегающие технологии, значительно увеличить выпуск готовой продукции без больших капитальных затрат, улучшить санитарно-гигиенические условия труда. В пищевой промышленности важным и трудоемким процессом является размораживание продуктов. Использование диэлектрического нагрева позволяет резко сократить продолжительность размораживания, а также улучшить качественные показатели продукции. Преимущества метода следующие: относительно короткое время размораживания; отсутствие повышенной температуры на поверхности продукта; отсутствие роста бактерий; потери сока при нагревании мяса на порции незначительные (менее 1 %); длительность размораживания не зависит от толщины блоков (при ВЧ-нагреве); незначительная занимаемая площадь. Вследствие кратковременности размораживания микробиальная обсемененность мяса после СВЧ-нагрева на порядок ниже, чем у сырья, размороженного в воздушной среде. Оценка санитарного состояния фарша показала, что микробное число опытных партий мяса на 30-40 % меньше, чем у контрольных. Таким образом, вареные колбасы, изготовленные из мяса, темперированного СВЧ-энергией, будут более устойчивы к хранению. Доказано, что СВЧ-поле в отношении микрофлоры обладает бактерицидным и бактериостатическим действием. Было показано, что стерилизующий эффект СВЧ-поля явно выражен - выживаемость бактерий (кишечная палочка) после такой обработки в два и более раз меньше, чем при тепловой обработке. В целом бактерицидный эффект при СВЧ-нагреве проявлялся значительно раньше, чем при тепловом. Бактерицидное и бактериологическое действие является результатом селективного выделения энергии на множественных границах раздела бактериальной суспензии, имеющих более высокий коэффициент потерь. Установлено, что СВЧ-нагрев обеспечивает эффективную пастеризацию (не менее 99,5 %) мяса. Микробиологические исследования указывают на отсутствие микробов в период двухмесячного хранения, однако снижение органолептических показателей при хранении в полимерной упаковке обеспечивает сроки хранения восьмью неделями, что является значительным периодом. Следует отметить, что СВЧ- и ВЧ-нагрев пищевых продуктов - достаточно сложная задача не только с точки зрения техники генерирования СВЧ и ВЧ, но и со стороны особенностей строения и свойств продуктов. Удельная мощность рассеивания энергии в материале зависит от его электрофизичесих параметров (диэлектрическая проницаемость, проводимость), которые в свою очередь зависят от влажности и других факторов. В процессе тепловой обработки продукты подвергаются глубоким изменениям, в том числе и их диэлектрические свойства, что влияет на течение СВЧ- и ВЧ-нагрева. Особенно этот эффект заметен при размораживании мяса, когда фактор потерь лавинообразно возрастает в десятки раз, и при сушке, когда влажность уменьшается, при этом фактор диэлектрических потерь уменьшается и соответственно уменьшается выделяемая энергия. Естественно, что управлять такими процессами трудно. Электромагнитное поле СВЧ, проникая в пищевые продукты на значительную глубину, не обеспечивает абсолютно равномерного нагрева его во всем объеме. Такая неравномерность связана со следующими причинами: падением удельной мощности, неоднородностью состава и влагосодержания, формой изделия (продукта). Рекомендуется выбирать форму обрабатываемого изделия такой, чтобы его линейные размеры хотя бы в одном измерении не превышали удвоенного значения глубины проникновения D. В противном случае вследствие возникающего градиента температуры и избыточного давления возникают явления переноса теплоты и массы. В зависимо

Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ - Способы интенсификации технологических процессов в мясной отрасли конспект лекций...