CC BY
219
УДК 664
Д. Л. Рахманкулов, С. Ю. Шавшукова, И. Н. Вихарева
Применение микроволнового излучения в пищевой отрасли
НИИ малотоннажных химических продуктов и реактивов Уфимского государственного нефтяного технического университета 450029, г. Уфа, ул. Ульяновых, 75; тел. (347)2431712
Рассмотрены преимущества применения микроволнового нагрева для тепловой обработки пищевых продуктов в промышленных условиях. Показаны процессы обработки пищевых продуктов, в которых микроволновый нагрев предоставляет уникальные возможности.
Ключевые слова: микроволновый нагрев, микроволновое излучение, пищевые продукты, сушка, пастеризация, витамины.
Одним из основных технологических процессов в различных отраслях промышленности является термообработка изделий. В последние годы произошли глубокие изменения в структуре топливно-энергетического баланса в сторону увеличения доли использования электрической энергии в технологических процессах по двум основным причинам: возможности традиционных методов тепловой обработки для ускорения процессов производства уже исчерпаны; обозначился дефицит невозоб-новляемых природных источников энергии; увеличилось загрязнение окружающей среды выхлопными газами. В связи с этим сверхвысокочастотная (СВЧ) энергетика нашла широкое применение в различных отраслях производства, что обусловлено ее высокой эффективностью и развитием производства промышленных генераторов различной мощности.
Дальнейшее развитие процессов с применением микроволновой (СВЧ) техники видится в сочетании микроволновой аппаратуры с вычислительной техникой, что ведет к созданию полностью автоматизированных процессов и цехов.
Особую ценность имеют уникальные свойства микроволнового нагрева при обработке пищевых продуктов. Помещаемый в рабочую камеру продукт, поглощая микроволновую энергию, быстро и эффективно нагревается изнутри. Правда, механизм поглощения энергии и вызванное этим нагревание биологических объектов имеет несколько иную природу, чем для обычных диэлектриков 1.
О возможности использовании микроволнового нагрева пищевых продуктов стало известно с 1945 г., когда американский инженер П. Спенсер изобрел первую микроволновую печь. Об этом открытии подробно рассказано в работе 2. В настоящее время микроволновые печи прочно вошли в наш быт 3, однако возможности применении микроволн в промышленных масштабах исчерпаны далеко не полностью.
Микроволновая обработка позволяет значительно интенсифицировать технологические процессы производства пищевых производств, связанные с нагревом и сушкой продукции. Показана эффективность комбинирования микроволнового нагрева с традиционными
Таблица 1
Применение микроволнового нагрева в пищевой промышленности
Дата поступления 11.02.08
Процесс Продукт
1 2
Сушка, в том числе сублимационная Макаронные изделия, сухари, зерно, фруктовые соки, хрустящий картофель, сублимированное мясо и питательные среды, термолабильные среды и др.
Размораживание Пищевые полуфабрикаты, мясо, рыба и др.
Пастеризация Хлебобулочные изделия, сухие вина, пиво, безалкогольные напитки, ветчина, крабы, предварительно проваренные продукты
Стерилизация Питательные среды пищевых и микробиологических производств, вина, виноматериалы, торты, предварительно проваренные продукты
Расстойка теста, выпекание Хлебобулочные и кондитерские изделия
Бланширование и инактивация ферментов Картофель, овощи, кукуруза в виде початков, мука
Варка Цыплята, сосиски, бекон, мясо ломтиками, рис и др.
Поджаривание Рыба, кофе, арахис, хрустящий картофель
Дезинсекция Зерно, хлебные культуры
Активация микроорганизмов Биосреды пищевых производств
Ферментация Табак
способами энергоподвода, такими как варка, сушка, стерилизация, пастеризация, размораживание, сублимация и ряд других (табл. 1). Микроволновая обработка позволяет реализовать безотходные и энергосберегающие технологии в пищевой промышленности, значительно увеличить выпуск готовой продукции без больших капитальных затрат на строительство предприятий, улучшить санитарно-гигиенические условия труда 4.
Научные исследования по использованию микроволнового излучения с целью сокращения длительности термообработки показали эффективность использования энергии микроволн. Варьируя геометрией и напряженностью электрического поля, можно создать условия, при которых температура в центре изделия будет выше, чем на его поверхности. Достигаемый при этом объемный нагрев изделия позволяет значительно интенсифицировать процесс термообработки; повысить качество готовых изделий; уменьшить площадь, занимаемую нагревательными установками; повысить экономические показатели процесса; организовать и интенсифицировать технологические процессы; создать новые их виды, не реализуемые при использовании традиционных методов.
Эффективность работы микроволнового оборудования зависит от четкого определения сферы его использования в общей технологической цепи, от срока работы магнетрона (генератора СВЧ), а также от уровня подготовки обслуживающего персонала по эксплуатации микроволновой техники.
Тепловая обработка пищи в СВЧ поле обеспечивает очень быстрое приготовление пищи по сравнению с традиционными способами, поэтому не только не снижает пищевой ценности продуктов, но в них более полно сохраняются витамины (табл. 2) 5.
При воздействии микроволн пищевые продукты подвергаются глубоким изменениям, затрагивающим их диэлектрические свойства, что влияет на течение микроволнового нагрева. Особенно резко эффект воздействия
микроволн заметен при фазовых переходах, наблюдаемых при размораживании мяса, рыбы и других продуктов, когда фактор потерь лавинообразно возрастает в десятки раз 6.
В настоящее время при размораживании используется процесс темперирования, т. е. процесс доведения температуры продукта до околокриоскопической. Размораживание больших замороженных масс пищевых продуктов часто требует нескольких дней в температурных условиях холодильника. Применение нагрева теплым воздухом или оттаивание в воде приводит к загрязнению продукта. По этой причине диэлектрический нагрев замороженных продуктов наиболее приемлем. Микроволновая обработка продуктов позволяет провести частичное размораживание продуктов, например, до —4 оС. В этом случае удается получить хорошее температурное распределение по объему продукта при большой глубине проникновения поля. Так, например, время обработки брикетов мяса на установке мощностью 10 кВт при частоте 915 МГц составляет порядка 1 мин при производительности 0.5 т/ч 7.
Пастеризация продуктов производится, в первую очередь, для уничтожения мицелия плесневых грибов и нестойких к воздействию теплоты спор микроорганизмов. Микроволновый нагрев продуктов с целью пастеризации имеет существенные преимущества перед традиционными способами нагрева. Он отличается высокой производительностью, обеспечивает высокое качество продукта, предоставляет возможность обработки продуктов непосредственно в диэлектрической упаковке. При микроволновом нагреве булочек и кексов, упакованных в пленку, в течение 2—3 мин (температура продукта 65—70 оС) 8 достигается почти полная инактивация плесневых грибов, в результате чего сроки хранения изделий значительно увеличиваются. Хорошие результаты получены при пастеризации микроволнами молока, соков, пива и других жидких сред, ветчины, икры, а также хлебобулочных изделий.
Таблица 2
Сохранение витаминов в продуктах после тепловой обработки, %
Продукт Витамины В сыром виде Микроволновая печь Обжаривание Электрическая печь
Шпинат С 100 82 69
Капуста 93 73
Перец 80 79
Сладкий картофель 88 35
Печеные яблоки 82 35
Бифштекс 71 68
Печеная свинина В 66 64
Обычно стерилизацию пищевых продуктов проводят с целью уничтожения спор болезнетворных микробов. Обычно процесс занимает 3 мин при температуре 120—140 оС. В результате такой обработки может существенно меняться качество продуктов, особенно термолабильных, она требует больших энергетических затрат, отличается низкой производительностью. В случае микроволновой стерилизации процесс может осуществляться при более низких температурах и в кратчайшие сроки. Эффект стерилизации при помощи микроволн в сотни раз выше, чем при обычных способах приготовления пищи 9. Важно и то, что микроволновую стерилизацию продуктов можно производить непосредственно в упаковке.
Выпечка с использованием диэлектрического нагрева позволяет сократить длину производственных линий примерно на 50% благодаря ускорению процесса. Диэлектрический нагрев в сочетании с улучшенной рецептурой уменьшает время расстойки теста для пшеничного хлеба всего до нескольких минут 9.
Наиболее ярко преимущество использования микроволнового нагрева проявляется при сушке. В электромагнитном поле СВЧ происходит быстрый нагрев влаги во всем объеме продукта. При этом за счет объемного парообразования резко возрастает градиент давления влаги в продукте, который является основным движущим фактором при обезвоживании продукта. При обычной сушке тепловое сопротивление частично высушенного продукта часто снижает скорость нагрева, тогда как при микроволновом нагреве высушенный
поверхностный слой отличается меньшим поглощением энергии по сравнению с внутренними слоями, содержащими большое количество влаги. По этой причине экономично использовать микроволновый нагрев для заключительной стадии сушки продуктов, но не для полного обезвоживания. Применение микроволнового нагрева при сублимационной сушке позволяет резко сократить процесс обезвоживания
7
продукта 7.
Литература
1. Остапенков А. М., Птушкин А. Т. Электрооборудование пищевых предприятий.— М.: Агро-промиздат, 1989.— 77 с.
2. Рахманкулов Д. Л., Шавшукова С. Ю. // История науки и техники.— 2008.— спецвып. № 1.— С. 52.
3. Самый быстрый повар. Что и как можно приготовить в микроволновой печи. / Сост. Г. В. Булгакова.— М.: Багира, 1995.— 352 с.
4. Рогов И. А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов.— М.: Агропромиз-дат, 1988.- С. 159.
5. Сапунов Г. С. Ремонт микроволновых печей.-М.: Солон-Р, 2000.- С. 39.
6. Рогов И. А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов.- М.: Агропромиз-дат, 1988.- С. 160.
7. Остапенков А. М., Птушкин А. Т. Электрооборудование пищевых предприятий.- М.: Агро-промиздат, 1989.- С. 77.
8. Остапенков А. М., Птушкин А. Т. Электрооборудование пищевых предприятий.- М.: Агро-промиздат, 1989.- С. 78.
9. Остапенков А. М., Птушкин А. Т. Электрооборудование пищевых предприятий.- М.: Агро-промиздат, 1989.- С. 79.
