1.2. Utilizarea microundelor în industria alimentară

Procesarea alimentelor cu ajutorul microundelor este în continuă dezvoltare. Încălzirea rapidă şi eficienţa energetică înaltă reprezintă avantajele majore ale utilizării microundelor în procesarea alimentelor. Alte avantaje sunt: economia de spaţiu, posibilitatea de control a procesului, încălzirea selectivă şi păstrarea calităţii nutritive a alimentelor. Există şi unele probleme legate de păstrarea tuturor proprietăţilor alimentelor astfel procesate şi de încălzirea neuniformă a acestora. Ca aplicaţii ale microundelor în industria alimentară se pot aminti: decongelarea alimentelor, rumenirea şuncii, pasteurizarea alimentelor împachetate şi uscarea finală a pastelor.

Mecanismul de încălzire cu microunde diferă de alte tipuri de încălzire, aceste diferenţe putând fi benefice sau nu în funcţie de procesul în care sunt folosite microundele. De exemplu, faptul că la microunde durata de timp de încălzire este mică este în avantajul procesării alimentelor, deoarece şi pierderile de nutrineţi sunt minime. În schimb, pentru produse de panificaţie, acest aspect devine negativ, deoarece acest interval de timp nu este suficient pentru ca reacţiile biochimice să aibă loc în condiţii optime. Pentru a înţelege mecanismul încălzirii cu microunde este necesar să se înţeleagă proprietăţile dielectrice ale alimentelor.

Proprietăţile dielectrice ale alimentelor

Proprietăţile dielectrice ale alimentelor pot fi apreciate în funcţie de valoarea constantei dielectrice (ε^') şi ale factorului de pierderi (ε^˝). Constanta dielectrică este partea reală, iar factorul de pierderi este partea imaginară a permitivităţii complexe ε_r care sse defineşte prin următoarea relaţie:

(1.4)

Constanta dielectrică exprimă proprietatea materialului de a înmagazina energia microundelor, în timp de factorul de pierderi dielectrice este corelat cu abilitatea materialului de a disipa energia microundelor sub formă de căldură. Proprietăţile dielectrice ale alimentelor depind de compoziţia acestora, de temperatură şi de frecvenţă. La ora actuală există date privind constantele dielectrice pentru multe alimente cum ar fi fructe şi legume, carne şi şuncă, soluţii de amidon şi de glucoză, diverse proteine alimentare, unele tipuri de paste. Există mai puţine date despre proprietăţile dielectrice ale alimentelor congelate ca şi pentru alimentele aflate la temperaturi superioare punctului de fierbere al apei. Dacă primele date sunt importante pentru procese de decongelare sau de temperare, ultimile sunt necesare pentru utilizarea microundelor la pasteurizare şi sterilizare. Astfel de măsurători au fost făcute pentru gel proteic din zer, pentru macaroane şi amestecuri de brânză la temperaturi între 20-121⁰C şi la frecvenţe de 27, 40, 915 şi 1800 MHz. Proprietăţile dielectrice ale alimentelor pot fi folosite şi la controlul calităţii produselor. Astfel, microundele se pot utiliza pentru a determina prospeţimea peştelui, calitatea uleiului de prăjire. Proprietăţile dielectrice dau o indicaţie rapidă asupra conţinutului de umiditate al produselor agricole. Măsurătorile dielectrice pot fi utilizate pentru a deosebi apa legată de cea liberă.

Densitatea puterii termice generate de un câmp de microunde este dată de formula:

(1.5)

în care P1 - densitatea puterii termice (W/m³), f - frecvenţa câmpului de microunde (Hz), (în general 2,45 MHz), E - intensitatea câmpului electric (V/m) şi ε^" - factorul de pierdere dielectrică a unui aliment (partea imaginară a constantei dielectrice complexe).

Factorul de pierdere dielectrică a unui aliment este o mărime care va caracteriza posibilitatea acestuia de a transforma energia microundelor în căldură. Când undele electromagnetice intră în contact cu dielectricul (cu produsul alimentar), o parte din energie va fi reflectată, iar cealaltă va pătrunde în produs unde se va atenua în mod treptat, transformându-se în căldură. Adâncimea de penetrare (d) a microundelor în interiorul unui aliment depinde atât de constanta dielectrică a alimentului, cât şi de factorul de pierderi, după următoarea formulă:

sau dacă ε^"<< ε^' (1.6)

în care λ₀ este lungimea de undă a microundelor în vid ( 12,2 cm la 2,45 GHz). Cele două formule arată importanţa proprietăţilor dielectrice ε^" şi ε^' asupra interacţiunii microunde–aliment. Câteva valori ale acestor proprietăţi la frecvenţa 2.45 GHz pentru unele alimente sunt prezentate în tabelul 4.2.

Factorul de pierderi, ε^", creşte sensibil cu umiditatea produsului şi cu concentraţia de săruri. După cum se observă din tabelul 4.2, factorul de pierderi pentru gheaţă este foarte mic, ceea ce face ca factorul de pierderi al unui aliment să crească mult în timpul decongelării. Grăsimile şi uleiurile nu absorb bine microundele.

Tabelul 1.3