Микроволновая пастеризация и стерилизация

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 22Следующая ⇒

Тепло, генерируемое микроволнами, может значительно снизить время, необходимое для промышленной пастеризации и стерилизации. Применение микроволнового нагрева обеспечивает лучшее качество продукта. Однако, микроволновая стерилизация имеет ряд таких проблем, как непредсказуемое и неравномерное распределение энергии и трудность контроля и прогнозирования микроволнового нагрева. Поэтому прогресс в микроволновой стерилизации на промышленном уровне невысок. Очень трудно оценить адекватность стерилизации в микроволновой печи, поскольку как при стерилизации в автоклаве невозможно определить нахождение самого холодного участка. Профили температуры от времени при микроволновом нагреве зависят от диэлектрических свойств, размера, формы, состава продукта. Соответственно, в продукте возникают изменяющиеся профили температур. Измерение температуры при микроволновом нагреве значительно сложнее, чем при конвективном. Температурный профиль может быть определен введением в разные участки продукта волоконно-оптических проб, но этот метод оказывает влияние на микроволновое поле.

Другим методом измерения температуры при микроволновом нагреве является инфракрасная термальная томография. Недостаток данного способа является то, что исследования обычно ограничиваются модельными системами.

Термальное разложение вегетативных клеток бактерий значительно сильнее зависит от температуры, чем показатели качества продукта. Поэтому, высокотемпературная кратковременная обработка (HTST) предпочтительна для жидких продуктов, чтобы снизить термическое разрушение качества продуктов и обеспечить пищевую безопасность. При конвективном нагреве очень трудно достичь быстрого нагрева стеклянных банок. При пастеризации маринованной спаржи в стеклянных банках с использованием микроволнового нагрева, продолжительность обработки снизилась вдвое, по сравнению с нагреванием в водяной бане [13]. Это было достигнуто за счет равномерного микроволнового нагрева, созданного за счет подбора микроволной энергии и использования частичного экранирования микроволн 1/3 банок. Микроволновая пастеризация пригодна для инактивации Escherichia coli в яблочном соке [14]. Инактивация микроорганизмов обусловлена теплом, генерируемым микроволнами, а не за счет их нетермического эффекта. Микроволновая пастеризация молока в непрерывном потоке считается эффективным способом получения продукта с удовлетворительными микробиальными и органолептическими показателями [15].

Микроволны были комбинированы с другими методами консервирования, такими как УФ-излучение, пероксид водорода и гамма-излучение для улучшения действия стерилизации на микроорганизмы.

Микроволновое обжаривание

В исследованиях по микроволновому обжариванию встречаются противоречивые результаты. Микроволновое обжаривание семян подсолнечника не вызывает значительных потерь токоферола и полиненасыщенных жирных кислот [16]. Имеется незначительное увеличение в химических и физических показателях, таких как карбонильное число, показатель р-метоксианилина и изменение цвета. Поэтому, кратковременная обработка микроволнами считается технически подходящей для семян. Однако имеется исследование об изменениях жирных кислот арахиса во время микроволнового обжаривания [17]. В этом исследовании микроволновое обжаривание не рекомендуется из-за образования окисленных соединений, которые могут снизить стабильность и ускорить прогоркание масла в арахисовых семенах.

Микроволновое бланширование

Преимущества микроволнового бланширования над конвективным бланшированием – минимизация нежелательных изменений во вкусе, текстуре, потерь питательных веществ и снижение количества отходов. К недостаткам микроволнового бланширования следует отнести неравномерность нагрева и трудность контролирования температуры во время бланширования.

Большинство микроволновых устройств наподобие домашним микроволновым печам используют многорежимный резонатор (колебания). Распределение напряженности поля в таких системах сложное. Однорежимные резонаторы имеют четко выраженное простое распределение напряженности поля, но их применение в пищевой промышленности ограничено. Причина – объем продукта должен быть очень маленьким для того, чтобы поддерживать резонанс. Спроектированы однорежимные микроволновые резонаторы для исследования термической инактивации полифенолоксидазы в грибах при промышленном бланшировании [18]. Обнаружено, что при микроволновом бланшировании полифенолоксидаза инактивируется за более короткое время, чем при конвективном бланшировании. Грибы, подверженные микроволновому бланшированию, имели более высокую концентрацию окислителей, и менее коричневую окраску.

Заключение

Микроволны напрямую взаимодействуют с продуктом, и тепло генерируется по всему объему. В дополнение к градиенту концентраций, градиент давлений играет значительную роль при перемещении влаги во время микроволнового нагрева. Кратковременная обработка во время микроволновой сушки, стерилизации и оттаивания более предпочтительна для снижения потерь, особенно для скоропортящихся продуктов. Однако, наблюдаются некоторые проблемы понижения качества в области выпечки хлебобулочных изделий, связанные с недостаточным временем для протекания некоторых биохимических реакций. Разработка новых рецептур или использование галогенных ламп в сочетании с микроволнами показали улучшение качества хлебобулочных изделий. Качество продукта и равномерность нагрева в различных микроволновых процессах может быть улучшено изменением конструкции печи, например, фазовый контроль нагревания, печи с различной частотностью, метод цикличной микроволновой энергии, использование непрерывной микроволновой энергии на низких уровнях или комбинирование микроволн с другими методами нагрева.

Новые методы, такие как магниторезонансная термическая томография, химические соединения (маркеры) и методы температурных индикаторов, которые используются для определения распределения температуры в пищевом продукте, могут быть полезны для широкого использования микроволновой пастеризации и стерилизации. Микроволны могут использоваться для определения влагосодержания продукта.

6.2 Радиочастотная обработка [11]

Радиочастотный нагрев – это форма диэлектрического нагревания, при которой тепло генерируется по всему объему продукта, как в случае микроволнового и омического нагрева. Продукт, подвергаемый нагреванию, помещается между плитами или электродами. Электрическая энергия рассеивается через тепловое сопротивление продукта (аналогично и при омическом нагреве). Например, высокочастотное поле может быть применено через горизонтальные электроды, между которыми проходит конвейерная лента с пищевыми продуктами (рисунок 6.4). В отличие от микроволнового нагрева, где продукт помещается в отражающее огороженное пространство и нагревается в значительной мере благодаря дипольному вращению. Радиочастотная радиация генерирует тепло благодаря электрическому сопротивлению продукта, но отличается от омического нагрева тем, что продукт не находится в прямом контакте с электродами, например, радиочастотные волны могут пропускаться через традиционную упаковку – пластик и картон. Радиочастотная обработка использует пониженные частоты, поэтому длины волн больше, чем при микроволновом нагреве (рисунок 6.1). Частоты, применяемые для промышленного нагрева: 13.56, 27.12 и 40.68 МГц по сравнению с 915 или 2450 МГц, используемых для микроволн.

Рисунок 6.4 – Радиочастотный нагрев [15].

Радиочастотный диэлектрический нагрев и/сушка используются много лет в деревообрабатывающей, текстильной и пищевой промышленности. Так как при диэлектрическом нагреве энергия переносится прямо к продукту, применение радиочастотного нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с конвективным способом (снижение времени и пространства, улучшение качества продукта и т.д.).

Хлебобулочные изделия, сухари и сухие завтраки с низкой жирностью должны быть высушены очень аккуратно, потому что высокая плотность теста делает их особо хрупкими. Для удаления последних 1-2% влаги иногда необходимо перегреть корочку, что может привести к повреждению, разламыванию и крошению поверхности. Радиочастотный нагрев вырабатывает электромагнитную энергию с длинами волн больше, чем при микроволновом нагреве. Данный вид нагрева нацелен на продукт, а не на воздух, окружающий продукт. Фактически, т.к. внутренняя часть продукта нагревается быстрее, чем его поверхность, радиочастотная обработка направлена на удаление влаги из внутренних слоев, выравнивая содержание влаги по всему продукту и избегая таким образом перегрева и обезвоживания поверхности продукта.

Диэлектрический нагрев

Диэлектрический нагрев находится в диапазоне частот электромагнитного спектра от 300 кГц о 300 ГГц (таблица 6.2).

Таблица 6.2 – Диапазон частот диэлектрического нагрева.

300-3000 кГц	Средняя частота
3-30 МГц	Высокая частота
30-300 МГц	Очень высокая частота
300-3000 МГц	Ультравысокая частота
3-30 ГГц	Супервысокая частота
30-300 ГГц	Экстремально высокая частота

Разность между радиочастотами и микроволнами заключается в технологии. В радиочастотах электрическое поле образуется между электродами, в то время как в микроволнах волны размножаются и отражаются по законам оптики. Радиоволны хорошо работают с большими количествами, имеющими высокую ионную электропроводность. Микроволны хорошо работают с малыми количествами биполярной природы.

Для промышленного и научного применения законодательно допускается использование пучков с определенной частотой, для того чтобы избежать столкновений с пучками, применяемыми в телекоммуникациях. Частота пучков, используемых в промышленности: 13, 56 МГц (длина центральных волн 22 м), 27, 12 МГц (длина центральных волн 11 м), 40, 68 МГц (длина центральных волн 7, 3 м), 915 МГц (длина центральных волн 32, 8 см), 2450 МГц (длина центральных волн 12, 2 см), 5800 МГц (длина центральных волн 5, 2 м) и 24124 ГГц (длина центральных волн 1, 24 см).

Для выбора одной из принципиальных частот, 13.56, 27.12, 915 или 2450 МГц, с целью диэлектрического нагревания определенного продукта, необходимо учитывать ряд рекомендаций:

1. Так как диэлектрические свойства материала, подвергаемого обработке, меняются, как измененяется функция частоты, зависящая от температуры и влагосодержания, они должны указывать определенный диапазон частот.

2. Для большого диапазона обрабатываемых материалов, радиочастота с большей длиной волны менее подвержена стационарным волнам и вследствие этого к неравномерному нагреву.

3. Выравнивание влаги происходит более эффективно при радиочастотной обработке влажных плоских материалов в сушильных устройствах.

4. Если требуется сушку провести под вакуумом, для того чтобы снизить температуру кипения термочувствительных материалов, более предпочтительно использование микроволн, т.к. вероятность возникновения электрической дуги меньше.

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 17 181920 21 22 Следующая ⇒