Самые популярные статьи







    Особенности микроволновой сушки

    Сверхвысокочастотное излучение, образуемое в микроволновой печи, - это электромагнитные волны с частотой колебаний, варьирующей от 300 МГц до 30 ГГц, то есть длина волны варьирует от 1 мм до 1 м. Физические свойства СВЧ схожи со свойствами прочих видов электромагнитного излучения (радиоволны, свет, тепловое, ультрафиолетовое, гамма- и рентгеновское излучение). Различаются они лишь по частоте колебаний электромагнитного поля, что, тем не менее, является основным показателем, характеризующим внешние свойства электромагнитного излучения. Свойства микроволн являют собой нечто среднее между радиоволнами и инфракрасным излучением, поскольку по шкале частот микроволны как раз и расположены между ними. Так, например, радиоволны передали микроволнам способность более глубокого проникновения в продукт, чем это может обеспечить тепловое излучение. Кроме того, микроволновое (СВЧ) излучение намного эффективнее преобразует электромагнитную энергию в тепло.

    Ещё совсем недавно применение микроволнового излучения в быту ограничивалось дороговизной микроволновой техники. На сегодняшний день, благодаря новейшим технологиям производства и совершенствованию техники, микроволны уже играют немаловажную роль в жизнедеятельности человека. Так, уже, наверное, не встретишь ни одного человека, который не является обладателем сотового телефона, микроволновой печи либо спутниковой антенны, причём стоимость подобной техники становится всё доступнее, а эксплуатационные свойства всё лучше. Также, большое распространение использование микроволн получило в промышленном производстве, а именно, в тех отраслях, в которых необходим объёмный нагрев и сушка обрабатываемого продукта.

    Рассмотрим подробнее, каким же образом осуществляется нагрев в сверхвысокочастотном поле. Для начала отметим, что нагреваются полярные диэлектрики, среди которых главным является вода. Далее принцип действия схож с движением стрелки компаса под воздействием магнитного поля, то есть полярная молекула электрического поля выстраивается таким образом, что вектор диполя располагается в противоположном направлении по отношению к вектору внешнего поля. Направление внешнего поля изменяется с довольно высокой частотой, поэтому полярная молекула за малый промежуток времени делает большое число оборотов, сталкиваясь при этом с соседними молекулами, также колеблющимися. Всё это приводит к повышению кинетической энергии в диэлектрике и, следовательно, его температуры. Воздействие электромагнитного поля на неполярные диэлектрики довольно мало и связано, в основном, с присутствием различных примесей.

    В последнее время использование сверхвысокочастотного излучения получило совсем иное направление – это высушивание различных продуктов. Микроволновая сушка обладает рядом преимуществ по сравнению с прочими методами сушки продуктов. Особенности микроволновой сушки позволяют проводить объёмный нагрев – тепло проникает в продукт не через его поверхность, а сразу появляется во всём его объёме. Кроме того, температура внутри продукта немного выше, чем на его поверхности, в силу того, что поверхность быстро охлаждается, за счёт испарения влаги. В результате этого, а также под воздействием давления пара, жидкость из центра продукта направляется к поверхности.

    Другим достоинством микроволновой сушки является повышенная эффективность. Стоит отметить, что, в независимости от метода высушивания продукта, на испарение каждой отдельной молекулы жидкости затрачивается определённое количество энергии. Величина затрачиваемой энергии довольно большая, следовательно, весь процесс высушивания требует огромного количества энергии. Существует несколько способов, увеличения выработки сушильных аппаратов, в независимости от их конструкции и способа сушки:

    1. Использование энергии в строго производственных целях.
    2. Максимальное обезвоживание продукта ещё до его поступления в сушильный аппарат.
    3. Возврат энергии, по возможности.

    Микроволновая энергия полностью обеспечивает эти возможности. Рассмотрим более детально каждую из них. В отличие от других способов, при микроволновой сушке не происходит передача тепла от источника тепла, как, например, при конвекционной сушке, когда первоначально обогревается воздух, при помощи нагревателя, а затем уже горячий воздух передаёт тепло материалу. При этом, на каждом последующем этапе, от нагревания воздуха в сушилке и до передачи тепла продукту, теряется определённое количество тепловой энергии. При сушке продукта с помощью микроволновой энергии не происходит потери тепла, поскольку тепло исходит из самого высушиваемого продукта, то есть вся энергия, вырабатываемая при микроволновом излучении, полностью поглощается в продукте. Магнетронные генераторы обладают высокой эффективностью, около 85%, большая часть которой, до 80%, затрачивается на микроволновое испарение жидкости. Некоторые сушильные аппараты, используют и оставшиеся 20% КПД. Тепловая энергия, не преобразованная в микроволновое излучение, преобразуется в тепловую энергию на магнетронах, с которых через воздуховод попадает на высушиваемый продукт, тем самым, осуществляя ещё и конвекционную сушку.

    Как говорилось выше, сверхвысокочастотное излучение характеризуется объёмностью нагревания, причём температура нагреваемого продукта на поверхности немного ниже, чем внутри него. Именно поэтому, в процессе сушки во всём объёме высушиваемого продукта происходит образование пара, давление которого способствует частичному выводу жидкости из внутренних слоёв продукта. Если высушивается продукт, содержащий большое количество влаги, то, при микроволновой сушке, происходит значительное её удаление, около 50% от её начального объёма. Удаляемая жидкость, при этом, не требует испарения, поэтому обезвоживание продукта осуществляется при минимальных энергозатратах, что, в свою очередь, увеличивает производительность процесса сушки. К тому же, жидкость, выдавленная из высушиваемого продукта, также является самостоятельным продуктом, который может быть использован должным образом.

    Влага, испаряемая из продукта, преобразуется в пар, который уносит с собой и некоторое количество энергии, используемой на само испарение. Данную энергию, направляют на дополнительную конвективную сушку продукта. В результате, коэффициент полезного действия сушильного аппарата увеличивается приблизительно на 20%, без лишних энергозатрат. Рабочая частота магнетрона равна 2,45 ГГц, на этом уровне электромагнитное поле проникает во внутреннюю часть продукта на расстояние нескольких сантиметров по всей его площади. Это делает возможным сушку продуктов диаметром до 10 см. в целом виде. При прочих метода, для обеспечения равномерной сушки, высушиваемый продукт необходимо нарезать на равные части, раскладывать в один слой и регулярно переворачивать, поскольку сначала высыхает поверхность продукта и на ней образуется сухая корка, которая препятствует испарению жидкости изнутри продукта и его дальнейшей сушки.

    Применение сверхвысокочастотного излучения позволяет сушить продукты в вакууме. Данное сочетание связано с тем, что температура образующегося пара и температура кипящей воды напрямую зависят от давления.

    Для получения сухих пищевых продуктов высокого качества, без потери витаминов и полезных веществ, температура их сушки должна составлять не более 70 °С. Чтобы засушенные травы и растения не потеряли своих лечебных свойств, их сушат при температуре не выше 40 °С. В случае, если необходимо высушить большой объём продукции за небольшой промежуток времени, нужно увеличить производительность сушки, путём повышения температуры сушки и принудительного вентилирования. При нормальных условиях сушки мощность должна быть урегулирована, в связи с опасностью перегрева высушиваемого продукта. В случае использования вакуума, производительность сушки безгранична, поскольку с понижением давления уменьшается и температура выходящих паров. Так, например, если в процессе сушки давление равно 104 Па, что соответствует 0,1 атм., то жидкость в высушиваемом продукте начнёт кипеть и выделяться из продукта уже при температуре 45 °С. При этом, до тех пор, пока жидкость будет находиться в продукте, его температура будет равна температуре кипения воды, а используемая мощность будет затрачиваться исключительно на сушку продукта.

    Существует ещё одна особенность микроволновой сушки в вакууме, которая позволяет добиться более высокого качества сухого продукта. Высушивание продукта осуществляется в ускоренном темпе, без доступа кислорода, в результате чего продукт не окисляется и не теряет своего первоначального внешнего вида. Примером является высушивание грибов (подосиновиков, подберёзовиков и прочих), так как, только при микроволновой сушке они максимально сохраняют натуральный цвет мякоти и ножки, что при другом способе сушки невозможно.

    Согласно законам физики, потребление сверхвысокочастотного излучения продуктом прямо пропорционально его диэлектрической проницаемости и тангенсу угла диэлектрических потерь. При этом жидкость, которую необходимо вывести из продукта, характеризуется довольно высокими качествами: её диэлектрическая проницаемость составляет 81, тогда, как этот показатель в высушенном продукте не достигает и 3. Диэлектрические потери в жидкости и того больше. Таким образом, при сверхвысокочастотном излучении максимальное поглощение энергии происходит в тех местах продукта, где уровень влажности более высокий. А это, в свою очередь, способствует равномерному распределению жидкости по всему объёму высушиваемого продукта и, соответственно, высокому качеству сухого продукта.

    Помимо всего прочего, микроволновое излучение способно уничтожать вредные микроорганизмы, содержащиеся в продукте, такие, как кишечная палочка, стафилококк и прочие. Это связано с тем, что температура внутри продукта возрастает в ускоренном темпе, что приводит к диэлектрическому нагреву белков микроорганизмов. Под воздействием высокой температуры микроорганизмы погибают, происходит своеобразная стерилизация продукта.



    Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter. Будем благодарны за помощь.