میکروویو

میکروویو

یکی از روش های حرارتی نوین فراوری ماده غذایی استفاده از امواج میکروویو است، حرارت دهی سریع و بازده بیشتر انرژی و کیفیت خوب محصول فراوری شده از لحاظ عطر و طعم و بافت و مواد مغذی از مزیت های استفاده از این روش می باشد. در حرارت دادن ماده غذایی توسط میکروویو، انرژی مربوط به صورت تابش الکترومغناطیسی در فرکانس های میکروویو بر روی ماده غذایی متمرکز می گردد و پس از جذب شدن این انرژی توسط اجزای خاصی در ماده، حرارت تولید می شود، فرکانس های تصویب شده جهت استفاده در مواد غذایی 915 و 2450 مگاهرتز می باشند. میکروویوهای خانگی در فرکانس های 2450 عمل می کنند.

مکانیسم اثر میکروویو

جریان الکتریسیته متناوب در هر ثانیه 60بار جهت خود را تغییر می دهد، همین حالت برای میکروویو نیز صدق می کند و در مورد فرکانس های ذکر شده این تغییر جهت می تواند به بیلیون ها مرتبه در ثانیه برسد، در چنین حالتی ملکول هایی که در ماده غذایی حالت قطبی دارند (آب، پروتئین ها و کربوهیدرات ها) تحت تاثیر چنین نوسانی در میکروویو قرار میگیرند و آن ها نیز برای اینکه هماهنگ و همسو با این نوسان باشند سریعا وضعیت قطب های خود را تغییر می دهند و دائما جابه جایی قطب ها صورت می گیرد، این تغییر وضعیت که در اثر حرکت ملکول ها به وجود می اید، ایجاد اصطحکاک  میان ملکول ها و در نتیجه تولید حرارت در ماده غذایی را به همراه دارد. لازم به ذکر است که عمل ایجاد حرارت در اثر حرکت یون های باردار موجود در ماده غذایی نیز صورت می گیرد. به طور کلی مواد مختلف یا اجزاء موجود در ماده غذایی به سه صورت در مقابل میکروویو عمل می کنند:

1) مواد غذایی میکروویو را جذب می نمایند، در چنین وضعیتی انرژی الکترومغناطیسی میکروویو به انرژی حرارتی می شود و از این طریق حرارت ماده مربوطه افزایش می یابد، طبیعی است هر انداز جذب انرژی میکروویو بیشتر باشد میزان افزایش حرارت بیشتر بوده و از طرفی نفوذ میکروویو به درون ماده نیز کاسته می گردد. به عمل جذب میکروویو و کاهش انرژی آن، فاکتور افت می گویند،  که میزان آن در مورد مواد و اجزاء مختلف می تواند متفاوت باشد، در مورد آب به دلیل ویژگی ساختمانی آب، فاکتور افت زیاد است، هر چه میزان رطوبت و نمک در یک ماده غذایی بیشتر باشد مقدار نفوذ میکروویو در آن کمتر خواهد بود. زمانی که عمق نفوذ به داخل ماده غذایی مطرح باشد با توجه به فاکتور افت فرکانس مناسب را انتخاب می کنیم، علاوه بر وجود اجزاء قطبی درماده، گرمای ویژه، چگالی، قابلیت هدایت حرارت، نسبت سطح به حجم و شکل ماده نیز در میزان نفوذ میکروویو موثر هستند، از نظر شکل بیشترین مقدار نفوذ در مواد کروی و استوانه ای شکل صورت می گیرد.

2) موادی که میکروویو را از خود عبور می دهند یا میزان جذب میکروویو توسط آن ها کم است، این مواد را به طور کامل یا نسبی در مقابل میکروویو شفاف می گویند، یخ در مقایسه با آب نسبت به میکروویو شفاف تر است، یعنی جذب میکروویو توسط یخ و تبدیل آن به حرارت کمتر بوده و از این نظر میکروویو نفوذ بیشتری به درون ماده یخ زده دارد به همین جهت فاکتور افت در مورد یخ نسبت به آب کمتر می باشد.

3) موادی که میکروویو را نه جدب کرده و نه عبور میدهند بلکه فقط آن را منعکس می کنند، فلزات در این گروه قرار دارند.

تولید و استفاده از میکروویو

متداول ترین وسیله ای که برای تولید میکروویو استفاده می شود مگنترون نامیده می شود، که متشکل از لوله فلزی داغی است که الکترون های آزاد تولید می کند و به منزله کاتد می باشد این لوله در داخل حلقه ای که در مقام آند می باشد قرار گرفته است. در ساختمان این حلقه، حفره ها یا فضاهای خالی وجود دارند، الکترون هایی که از کاتد به طرف آند می آیند در این حفره ها جذب می شوند و با از دست دادن  انرژی خود به صورت فوتون موج الکترومغناطیسی یا میکروویو تولید می شود. میکروویو تولید شده ، به طرف لوله هدایت کننده موج هدایت می شود و سپس به محفظه حرارت دهنده ماده غذایی منعکس و منتقل می شود. فراوری ماده غذایی توسط میکروویو ممکن است از سیستم های غیرمداوم و مداوم استفاده شود، در سیستم های غیر مداوم اثر میکروویو یکسان نیست و نمی تواند توزیع مناسب  و موثری در ماده غذایی داشته باشد و به علت مطلوب نبودن  کارایی سیستم های غیر مداوم سیستم های نقاله دار مداوم ارائه شدند.

کاربرد میکروویو در مواد غذایی

1) خشک کردن: میکروویو یک روش ملایم برای خشک کردن ماده غذایی است  و برای مواد حساس به حرارت مطلوب می باشد. حرارت در واقع در آب تولید می شود(به علت ویژگی های دی الکتریک آب انرژی مایکروویو سریع جذب آب می شود) که اساسا هدف، تبخیر و جداکردن آب از ماده مورد نظر می باشد، حرارت تولید شده در داخل محصول ، باعث افزایش فشار بخار شده و در نتیجه رطوبت را به سطح انتقال می دهد بنابراین سرعت خشک شدن بدون افزایش درجه حرارت سطح، افزایش یافته و سخت شدن قشری  مواد غذایی نیز رخ نمی دهد و بهبود ویژگی های کیفی محصول مشاهده می شود. در خشک کردن با این روش خصوصیات حسی و تغذیه ای ماده به خوبی حفظ می شود. امکان استریل کردن مواد غذایی حین خشک کردن وجود دارد اما هزینه زیاد و پایین بودن مقیاس خشک کردن توسط میکروویو در مقایسه با سایر روش های متداول خشک کردن باعث محدود شدن این روش برای مواد گران قیمت، مواد با رطوبت کم و یا کاهش رطوبت تا حد رطوبت نهایی در موادی که قبلا بخش اعظم رطوبت آن ها در سیستم های خشک کننده دیگر گرفته شده است(ماکارانی) می گردد. به طور کلی مناسب برای موادی است که رطوبت زیاد دارند مثل هویج، کلم، کاهو، قارچ و...

2) انجماد زدایی: میکروویو می تواند عمل آب کردن یخ را به سرعت و به نحو مطلوبی در مواد غذایی منجمد با اندازه ای متعارف انجام دهد ولی اگر اندازه ماده کاملا بزرگ باشد(لاشه بزرگ گوشت )، نمی تواند به نحو مطلوبی انجام شود زیرا در  قسمت های از ماده آب قابل توجهی به وجود می آید چون فاکتور افت آب از یخ بیشتر است این وضع ممکن است به افزایش حرارت در حد ایجاد حالت پختگی در آن قسمت ها منتهی گردد. در انجمادزدایی به روش های دیگر زمان بیشتری لازم است و به فضای بیشتری احتیاج است و امکان رشد باکتریایی وتغییرات رنگ محصول و امکان اکسیداسیون سطحی محصول وجود دارد، در این روش نیازی به فضای زیاد نیست رشد نامطلوب باکتریایی نداریم و کمترین تغییرات کیفی را داریم.

3) ملایم کردن ماده منجمد: از این روش در حد گسترده ای در صنعت فراورده های گوشتی  استفاده می شود. در اینجا درجه حرارت ماده از 20- درجه تا حدود 2- و4- افزایش داده می شود به گونه ای که تغییر حالت یخ به آب بسیار محدود بوده و از نظر حرارتی نیز آسیب درخور توجهی به ماده وارد نمی گردد. در چنین حالتی به دلیل اینکه گوشت بافت نسبتا سختی دارد عمل برش و جدا کردن استخوان و خرد کردن آن با سهولت بیشتری صورت می گیرد، در این روش کاهش مدت زمان ، فضای کمتری نیاز است و میزان تراوش خونابه از گوشت بسیار کم است (5 تا 10 درصد روش های معمول) و محصول دارای کیفیت مناسب بهداشتی می باشد.

4) پاستوریزه و استریل کردن: جهت پاستوریزاسیون به حرارتی حدود 80-60 درجه سانتی گراد نیاز است این عمل به طور یکنواخت و سریع و بدون آسیب حرارتی در ماده انجام می شود، از نظر استریل کردن مواد اسیدی می توانند تحت حرارت تولید شده توسط میکروویو استریل شوند اما مواد غیر اسیدی حرارت های بالاتر(140-110) نیاز دارند. از ماکروویو جهت استریلیزاسیون و پاستوریزاسیون چندین ماده غذایی نظیر ماکارونی تازه، نان، گرانولا، شیر و مواد غذایی نیمه آماده استفاده شده است.

5) آنزیم زدایی: در این روش آنزیم زدایی به سرعت انجام می شود، نشت و یا خروج بعضی از اجزاء به بیرون از ماده صورت نمی گیرد و به قسمت های خارجی و یا سطحی ماده نیز آسیب وارد نمی شود. اما هزینه ی آن نسبت به روش های متداول بیشتر است به همین جهت در مورد سبزی های ارزان قیمت اقتصادی نیست .

6) غیر فعال کردن میکروارگانیزم ها:  در این روش باکتری ها مقام تر از کپک ها و مخمر ها هستند. این روش کاملا ایمن نیست و امکان زنده ماندن میکروارگانیزم ها وجود دارد.

7) برشته کردن مواد غذایی:  از این روش برای برشته کردن قهوه استفاده می شود و باعث افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی قهوه می شود و کاهش کافئین کمتری نسبت به سایر روش های معمول دارد، البته برای موادی که تشکیل پوسته و ایجاد رنگ قهوه ای در آن ها مهم است مناسب نیست.

8) پختن : در فرایند پخت به روش میکروویو به علت زمان کوتاه فرایند واکنش میلارد رخ نمی دهد.

9) استخراج ترکیبات آلی: مزایای این روش استفاده کمتر از حلال، زمان کوتاه تر و راندمان بازیافت بیشتر آن است.

ایمنی میکروویو

سیستم حرارت دهنده با میکروویو باید به گونه ای طراحی شود که میزان نشت و نفوذ میکروویو به بیرون از سیستم از حد خاصی تجاوز نکند و ایمنی آن می تواند با استفاده از وسایلی نظیر مواد جذب کننده میکروویو در اطراف سیستم یا صفحات منعکس کننده میکروویو به درون سیستم تامین گردد.