X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Первый патент на использование микроволн для разогрева пищи получил в 1945 году Спенсером. В 1947-м на кухнях госпиталей и военных столовых, где требования к качеству пищи были не столь высоки, но требовалась высокая скорость кулинарной готовности, появились первые приборы для приготовления пищи с помощью микроволн фирмы «Райтеон». В 1962 году японская фирма «Sharp» выпустила в продажу первую серийную микроволновую печь. Тогда же были созданы первые промышленные СВЧ установки для разогрева продуктов в учреждениях быстрого питания «МакДональдс» и др.

Основным преимуществом использования энергии СВЧ электромагнитного поля считалось ранее и остается в настоящее время скоротечность процесса по сравнению с другими термическими технологиями, а также объемный разогрев, сводящий к минимуму или исключающий вероятность прижарки продукта к поверхности.

В сельскохозяйственном производстве для интенсификации многих технологических процессов используется СВЧ энергия. Академиком И.Ф. Бородиным предложена классификация таких процессов, в основу которой положен основной эффект, получаемый в результате СВЧ воздействия на объект обработки. В этой классификации выделены шесть основных процессов: разогревание, стимулирование, сушка, угнетение, экстрагирование, разрушение.

К процессам разогрева относят технологические процессы, основной характеристикой которых является увеличение температуры обрабатываемого объекта (размораживание овощей, мяса, термообработка почвы, плавление меда и др.) При использовании СВЧ энергии скорость нагрева объектов увеличивается до 0,12 – 1,0 К/с при удельных мощностях от 1,0 до 1,9 кВт/ кг. Одной из важнейших задач при создании нагревательных СВЧ установок различного назначения является достижение равномерного поля температур в объекте.

В процессах стимулирования происходит интенсификация физиологических процессов, увеличивается выход продукции и повышается ее качество. Например, при СВЧ обработке семян возрастает всхожесть, повышается урожайность. Здесь удельная СВЧ мощность зависит от времени воздействия, темп нагрева составляет 0,035 – 0,48 К/с.

В процессах СВЧ сушки происходит более интенсивное удаление влаги по сравнению с конвективной или радиационной сушкой, улучшается и качество сушки материала. Это достигается за счет быстрого объемного нагрева и эффекта саморегуляции при СВЧ сушке, который заключается в том, что нагрев высушенных участков объекта автоматически прекращается, вследствие того, что тангенс угла диэлектрических потерь многих материалов в основном определяется их влажностью.

С целью оптимизации воздействия СВЧ - энергии на пищевые продукты и снижения энергозатрат целесообразны комбинированные методы воздействия: с горячим воздухом и паром.

Стерилизующее действие СВЧ - обработки на пищевые продукты изучается более 30 лет. Например, при традиционной термообработке нагревается объем молока на несколько порядков превышающий объем, находящихся в нем микроорганизмов. В результате происходит значительный перерасход энергии и ухудшение свойств молока.

Однако, до сегодняшнего дня единое теоретическое обоснование действия СВЧ энергии на микроорганизмы отсутствует, а предлагаемые режимы обработки отличаются друг от друга.

В исследовании А.М. Остапенкова предлагается одно из возможных физических объяснений бактерицидного действия СВЧ- излучения.

Автор приходит к следующим выводам:

«Выживаемость» микроорганизмов при воздействии СВЧ - излучения зависит от типа микроорганизма и диэлектрических свойств клеток и среды, в которой обитают микроорганизмы, от концентрации микроорганизмов в среде, от частоты и мощности излучения.

Скорость «отмирания» микроорганизмов при заданной мощности генератора и частоте тем выше, чем больше мнимая часть диэлектрической проницаемости клетки () и меньше отношение диэлектрической проницаемости клетки к диэлектрической проницаемости среды .

Влияние концентрации микроорганизмов на выживаемость зависит от отношения . Если оно меньше 1, то с уменьшением концентрации скорость уничтожения микроорганизмов возрастает, при и уменьшении концентрации она снижается.

Результаты исследования воздействия микроволновой обработки на водорастворимые витамины показали, что наиболее чувствительный витамин С, затем тиамин, рибофлавин и ниацин. При этом микроволновая обработка вызывает значительно меньшие изменения в структуре витаминов в сравнении с традиционным нагреванием, так как для получения бактерицидного эффекта при СВЧ - обработке нагрев производится до более низкой температуры пастеризации, чем при использовании традиционных источников нагрева.

Исследования по термообработке творожного сгустка с использованием СВЧ - энергии показали следующие результаты: сократилось время обезвоживания, снизились потери сухих веществ и жира с сывороткой. Авторы объясняют это как разогревом смеси, так и поляризационными эффектами, повлиявшими на структуру сгустка. Результаты исследований дают возможность оценить влияние параметров СВЧ- обработки творожного сгустка на качество получаемого творога и позволяет ее использовать при проектировании пищевого теплообменного оборудования. В процессе проведения анализа и исследования темы, были выявлены основные СВЧ технологические процессы, например, такие, как разогрев, сушка, экстракция, разрушение и другие, которые можно использовать в самых разных .Очевидно, что в каждой конкретной сфере применения сверхвысокочастотные технологии имеют свои специфические особенности.

Так, СВЧ стимулирование в сельскохозяйственном производстве связано с биологическими процессами, приводящими, например, к ускорению роста растений. Однако, несмотря на эту специфику можно предложить использовать классификацию СВЧ технологических процессов для всех сфер применения, положив в основу конечный эффект воздействия СВЧ на обрабатываемый объект. На рисунке 1. приведена обобщенная классификация СВЧ технологических процессов. Данная классификация открыта для новых областей применения сверхвысокочастотных колебаний.

Рисунок 1- Классификация сверхвысокочастотных технологических процессов

Л и т е р а т у р а

Архангельский Ю.С., Девяткин И.И. «Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов.»- Саратов: Сарат. гос. ун-т.- 1983.- 140 с.

Шавшукова, С. Ю. «Исторические этапы развития микроволновой техники для научных исследований и промышленных процессов.» автореф. дис. докт. техн. наук : 07.00.10 / Шавшукова Светлана Юрьевна. – Уфа, 2008 – 41 с.

Архангельский, Ю. С. «Сверхвысокочастотная электротехнология.» Саратовская школа электротехнологов / Ю. С. Архангельский // Вестник СГТУ. –Саратов : 2011 - Вып. 3 – С. 5-15.

Кук Г.А. «Процессы и аппараты молочной промышленности.»- М.: Пищепромиздат, 1955, 427 с.

Остапенков А.М. «Стерилизующие свойства электромагнитного поля СВЧ диапазона.»– Электронная обработка материалов, №1, 1981, с. 9

Кучма Т.М., Самойленко И.И.» Модификация жизнедеятельности микрофлоры молочного сырья при СВЧ.»- пастеризации.- 1990, с. 71-80.

Орлов В.В., Березко В.А. и другие. «Применение СВЧ- энергии в процессе подготовки творожного сгустка.»- Теоретические и экспериментальные исследования интенсификации процессов, машин и агрегатов пищевых технологий. СПбГАХИПТ - СПб,1996, с. 34-35.

Код для цитирования: Скопировать