6.2. Процессы с использованием электротока высокой и сверхвысокой частот

Сущность и область применения. До настоящего времени нет четкого определения и разграничения токов ВЧ и СВЧ. Упро­щенно высокой можно считать частоту электротока, которая превышает промышленную частоту 50-60 Гц. Верхняя граница ВЧ находится в пределах до 3х10⁷ Гц. Чаще всего к токам ВЧ относят токи с частотой более 10 кГц. Токи СВЧ находятся в пределах от 3х10⁷ Гц до 3х10¹² Гц. В общественном питании и пищевой промышленности применяют электротоки СВЧ дециметрового диапазона с частотой 433, 915 и 2450 МГц.

Энергию сверхвысокочастотного переменного электромагнит­ного поля начали применять в пищевой промышленности и об­щественном питании с 1960 г. Нагрев, осуществляемый таким путем, получил разные названия: сверхвысокочастотный, СВЧ-нагрев, диэлектрический, микроволновый, объемный, безгради­ентный, холодный.

Все эти названия справедливы. Названия «сверхвысокочас­тотный», «СВЧ-нагрев» оправданы тем, что используется СВЧ-электромагнитное поле. Диэлектрический нагрев как определе­ние сути этого явления справедливо потому, что используют его для тепловой обработки диэлектриков, т. е. материалов и про­дуктов, не пропускающих или плохо пропускающих электриче­ский ток.

Название «микроволновый нагрев» возникло в связи с тем, что длины волн СВЧ-поля имеют величину, равную 10^-3 – 10^-1 м. Объемным этот нагрев называют потому, что при ис­пользовании СВЧ-поля нагревается одновременно весь объем материала или продукта. Название «безградиентный нагрев» возникло в связи с тем, что при объемном нагреве отсутствует градиент температуры. Наконец, в определенной мере СВЧ-нагрев может быть назван холодным в связи с тем, что повыша­ется температура только продукта, а установка, камера аппа­рата остаются холодными.

В нашей стране приняты два названия: «сверхвысокочастот­ный нагрев» (сокращенно «СВЧ-нагрев») и «диэлектрический нагрев».

В настоящее время область применения СВЧ-нагрева в пи­щевой промышленности и общественном питании все больше распространяется. Его применение существенно снижает удель­ный расход энергии, значительно интенсифицирует процессы, позволяет получать готовый продукт высокого качества.

СВЧ-нагрев может быть использован для осуществления сушки растительного и животного сырья, варки и жарки мяса и рыбы, овощей. Он применим для бланширования овощей и плодов, выпечки хлеба и хлебобулочных изделий, обжарки зерен кофе, какао. Эффективным СВЧ-нагрев является для ра­зогрева и размораживания мяса, рыбы и кулинарных изделий.

Перечисленные процессы далеко не полно отражают область применения сверхвысокочастотного нагрева в пищевых произ­водствах.

Применение СВЧ-нагрева имеет ряд особенностей. Обслужи­вание СВЧ-установок требует высококвалифицированного пер­сонала. При эксплуатации подобных установок необходим по­стоянный и строгий дозиметрический контроль за уровнем из­лучения СВЧ-энергии в окружающую среду. Сверхнормативное излучение установок может оказать отрицательное воздействие на обслуживающий персонал. При обработке СВЧ-электропо-лем на кулинарных изделиях не появляется характерной окра­шенной корочки. Тара, используемая для упаковки продуктов, подвергаемых СВЧ-нагреву, должна быть диэлектрической.

Физические основы нагрева в переменном СВЧ-электромагнитном поле. В общем смысле диэлектрических нагрев вы­зывается перемещением заряженных частиц под воздействием переменного электромагнитного поля. Перемещение частиц со­провождается затратой работы, которая из-за наличия внутрен­него трения превращается в теплоту.

Диэлектрический нагрев возможен в диэлектриках и полу­проводниках, к которым практически относятся все пищевые продукты и кулинарные изделия.

В качестве генераторов СВЧ-энергии в настоящее время наи­более часто используют так называемые магнетроны. Магнетронный генератор состоит из следующих основных элементов: катода, анодного блока, устройства для вывода сверхвысокочастотной энергии магнитной системы, генерирующей энергию. От магнетрона СВЧ-энергия по специальным волноводам переда­ется в рабочие камеры аппаратов.

Как известно, приготовление кулинарных изделий состоит из двух этапов. На первом этапе происходит быстрый нагрев про­дукта от начальной до конечной температуры готовности, на втором продукт выдерживается при этой температуре до полной кулинарной готовности. Мощность установки СВЧ-нагрева на втором этапе понижают в 2-4 раза.

Аппараты, применяемые для проведения процессов с использованием СВЧ-нагрева. Установки с использованием СВЧ-нагрева в основном являются универсальными. Однако их конструкция станет более яс­ной при рассмотрении устано­вок, предназначенных для при­готовления пищи, разогрева и размораживания продуктов, сушки.

Аппарат для приготовления кулинарных изделий пе­риодического действия схема­тично представлен на рис. 62. По волноводу от магнетрона СВЧ-энергия поступает в ка­меру, в которой находится про­дукт. Под воздействием СВЧ-поля продукт нагревается и доводится до полной кулинарной готовности.

Рис. 62. Схема аппарата для приготовления пищи