Đang tải... (xem toàn văn)
Vi sóng là sóng điện từ, vi sóng có nhiều ứng dụng trong thực phẩm. Vi sóng có bước sóng từ 1mm đến 1m.Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có tần số từ 300MHz đến 300 GHz (bước sóng từ 1mm đến 1m). Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là rất tùy ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.
VI SÓNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1.Lịch sử phát sóng điện từ vi sóng Vào năm 1887-1889, Heinrich Rudolf Hertz , nhà vật lý người Đức kiểm tra xác nhận thực nghiệm lý thuyết điện từ Maxwell Ông nhận thấy sóng điện từ phản xạ, khúc xạ, hội tụ hoàn toàn Maxwell tiên đoán sở hệ phương trình điện từ năm 1864 – 1873 Heinrich Rudolf Hertz người làm sáng tỏ mở rộng lý thuyết điện từ ánh sáng đề James Clerk Maxwell Ông người chứng minh thỏa đáng tồn sóng điện từ cách chế tạo thiết bị để phát thu sóng vô tuyến VHF hay UHF Tên ông dùng đặt tên cho đơn vị đo tần số Hertz viết tắt Hz Lò vi sóng nhà kỹ sư tên percy Spencer phát minh Trong lần tình cơ, percy nghiên cứu rada phát miếng socola túi áo mềm dần tan chảy túi áo Lập lại nghiệm nhiều loại thực phẩm khác, ông khẳng định vi sóng nguồn cung cấp nhiệt tốt Vào năm 1947, ông phát minh lò vi ba nhận sáng chế 2.Cơ sở lý thuyết 2.1 Khái niệm: Vi ba, gọi tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có tần số từ 300MHz đến 300GHz (bước sóng từ 1mm đến 1m) Tuy vậy, ranh giới tia hồng ngoại, vi ba sóng radio tần số cực cao (UHF) tuỳ ý thay đổi lĩnh vực nghiên cứu khác Tần số f chu kỳ trường điện trường giây, tình đơn vi Hertz (1Hz = cycle/s) Độ dài sóng λ (bước sóng) đoạn đường sóng chu kì, liện hệ với f qua công thức: Trong c vận tốc ánh sáng: c=300km/s Hầu hết lò vi sóng gia dụng sử dụng tần số 2450 MHz, tần số λ = 12,24 cm Hình Phân loại sóng điện từ theo bước sóng tần số 2.2 Hiện tượng làm nóng vật chất vi sóng Một số phân tử, thí dụ nước, phân chia điện tích phân tử cách bất đối xứng Như phân tử lưỡng cực có tính định hướng chiều điện trường Dưới tác động điện trường chiều, phân tử lưỡng cực có khuynh hướng xếp theo chiều điện trường Nếu điện trường điện trường xoay chiều, định hướng lưỡng cực thay đổi theo chiều xoay Cơ sở tượng phát nhiệt vi sóng tương tác điện trường phân tử phân cực bên vật chất Trong điện trường xoay chiều có tần số cao (2,45x10 9Hz), điện trường gây xáo động ma sát lớn phân tử, nguồn gốc nóng lên vật chất Với cấu có bất đối xứng cao, phân tử nước có độ phân cực lớn, nước chất lý tưởng dễ đun nóng vi sóng Ngoài ra, nhóm định chức phân cực như: -OH, -COOH, -NH2… hợp chất hữu nhóm chịu tác động mạnh trường điện từ Do đó, hợp chất phân cực mau nóng chiếu xạ vi sóng Việc có liên quan đến số điện môi hợp chất Tóm lại, đun nóng vi sóng chọn lọc, trực tiếp nhanh chóng 2.3 Tính chất vi sóng Vi sóng có đặc tính xuyên qua không khí, gốm sứ, thủy tinh, polimer phản xạ bề mặt kim loại Độ xuyên thấu tỉ lệ nghịch với tần số, tần số tăng lên độ xuyên thấu vi sóng giảm Đối với vật chất có độ ẩm 50% với tần số 2450 MHz có độ xuyên 10 cm Ngoài ra, vi sóng lan truyền chân không, điều kiện áp suất cao… Năng lượng vi sóng yếu, không 10 -6eV, lượng nối cộng hóa trị eV, xạ vi sóng xạ ion hóa Năng lượng vi sóng không đủ mạnh để cắt đứt liên kết hóa học nên không làm thay đổi cấu trúc hợp chất hữu Có số công trình khẳng định tính vô hại vi sóng sinh vật Chẳng hạn, nghiên cứu phát triển enzyme điều kiện vi sóng, người ta nhận thấy ảnh hưởng vi sóng giống ảnh hưởng gia nhiệt thông thường Vi sóng cung cấp kiểu đun nóng không dùng truyền nhiệt thông thường Với kiểu đun nóng bình thường, sức nóng từ bên bề mặt vật chất lần vào bên trong, trường hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất làm nóng vật chất từ bên Vi sóng tăng hoạt phân tử phân cực, đặc biệt nước Nước bị đun nóng hấp thu vi sóng bốc tạo áp suất cao nơi bị tác dụng, đẩy nước từ tâm vật đun đến bề mặt 2.4 Ứng dụng vi sóng công nghệ thực phẩm 2.4.1.Ưu điểm vi sóng công nghệ thực phẩm Vi sóng sử dụng thành công để làm nóng, khô khử trùng sản phẩm thực phẩm So sánh với phương pháp thông thường, xử lý vi sóng cung cấp ưu điểm sau: Vi sóng thâm nhập vào bên nguyên liệu thực phẩm và, đó, việc gia nhiệt diễn suốt toàn khối lượng thực phẩm, đồng nhanh chóng, làm giảm đáng kể thời gian xử lý lượng; Vì truyền nhiệt nhanh, hàm lượng chất dinh dưỡng vitamin hương vị, đặc tính cảm, màu sắc thực phẩm bảo quản tốt; Thanh trùng khử trùng cực nhanh chất lỏng nhằm làm giảm tối đa thất thoát dinh dưỡng, màu sắc, hương vị thực phẩm Hiệu xử lí nhiệt cao (80% cao ) Cấu tạo hoàn hảo cho hệ thống làm chỗ (CIP); Thích hợp cho chất lỏng có độ nhớt cao, nhạy cảm nhiệt độ; Chi phí thấp việc bảo trì hệ thống; không tiếng ồn không tạo khí thải Có thể kết hợp với công nghệ khác, chẳng hạn trao đổi nhiệt tái sinh xử lí nhiệt hồng ngoại cho hiệu suất trình tốt 2.4.2.Các ứng dụng vi sóng công nghệ thực phẩm 2.4.2.1 Rã đông sản phẩm cá, thịt, gia cầm Ứng dụng phổ biến vi sóng công nghiệp thực phẩm rã đông thịt cho trình chế biến Trong máy rã đông vi sóng, nhiệt độ sản phẩm nâng từ nhiệt độ lưu trữ (thông thường -18 ° C) đến nhiệt độ mức đóng băng Quá trình giúp cho khối thịt đông cứng trở nên mềm hơn, dễ dàng cho việc cắt nhỏ sản phẩm cho trình chế biến Trong trình rã đông truyền thống môi trường không khí nước, tác nhân làm tăng nhiệt độ khối thực phẩm tác động từ bên ngoài, đo trình rã rông kéo dài 24 tiếng, thất thoát chất dinh dưỡng rỉ dịch Nếu sử dụng lò vi sóng thực phẩm đông lạnh làm ấm từ bên trong, thời gian rã đông ngắn vài phút cho số lượng lớn sản phẩm đông lạnh (5-10 phút cho 20-40 kg thịt đông lạnh) Nhiệt độ mà sản phẩm phải ủ phụ thuộc vào loại hình cắt, cắt lát, chặt, phụ thuộc vào thành phần sản phẩm nước, muối, protein, chất béo Khi vi sóng hấp thụ vật chất, cường độ bị suy giảm độ sâu thâm nhập Lớp bề mặt giữ lại nhiều lượng nóng lên nhanh so với khu vực bên sản phẩm Các tần số thấp (915 MHz) có lợi xâm nhập sâu bước sóng dài hơn, tần số cao 2450 MHz xậm nhập Hiện nay, hầu hết ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng lò vi sóng 915 MHz để rã đông trừ trường hợp pháp luật không cho phép sử dụng tần số Ví dụ hệ thống rã đông thịt lò vi sóng Model GTEMV-F-T-80 : Hình 2: Hệ thống rã đông thịt, cá vi sóng Hệ thống rã đông thịt vi sóng Model GTEMV-F-T-80 lò sấy kiểu hầm vi sóng Nó sử dụng lượng vi sóng để xuyên qua, gia nhiệt nhanh sản phẩm đông lạnh -42℃ đến -18℃ tới nhiệt độ -2℃ Sau rã đông, sản phẩm không bị chảy nước Thiết bị rã đông thực phẩm dùng thiết bị tiệt trùng vi sóng Đặc trưng: So sánh với phương pháp rã đông truyền thống, giải pháp rã đông vi sóng hệ thống rã đông thịt vi sóng đem lại hiệu Năng lượng vi sóng có khả xuyên qua phần bên sản phẩm để gia nhiệt trực tiếp Với hệ thống rã đông này, lượng 25kg thịt gia nhiệt từ -15℃ tới -4℃ vòng phút Thiết bị rã đông vi sóng phát triển để rã đông đồng đều, hiệu Máy không gây ảnh hưởng tới mùi vị gốc thịt Ngoài ra, máy có chức tiệt trùng Máy chế tạo tỉ mỉ thép không gỉ chất lượng cao Máy có kiểu dáng đẹp dễ lau chùi Công nghệ đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc, hệ thống điều khiển tự động PLC tích hợp cho thiết bị rã đông thép không gỉ Sự rò rỉ sóng vi ba vào khoảng ≤1mW/cm2 Tiêu chuẩn quốc gia rò rỉ sóng vi ba ≤5mW/cm2 Ứng dụng: Hệ thống rã đông thịt vi sóng lý tưởng để rã đông cá đông lạnh sâu, sản phẩm gia cầm, sản phẩm thủy sản, nước ép quả, mứt, v.v… 2.4.2.2 Xử lí nhiệt sơ thịt xông khói Xử lí nhiệt sơ (tiền xử lí) thịt xông khói ứng dụng lớn thứ hai hệ thống xử lí nhiệt vi sóng ngành công nghiệp thực phẩm Lò vi sóng làm nóng tìm thấy hệ thống lý tưởng cho xử lí nhiệt thịt xông khói so với hình thức nướng thông thường Khoảng nửa tổng số thịt xông khói sử dụng dịch vụ thực phẩm xử lí sơ lò vi sóng Ngoài ra, khoảng 10% số thịt xông khói bán siêu thị xử lí nhiệt vi sóng Thịt xông khói thành phần chất béo, đặc tính chất lượng mong muốn nhanh chóng trình nướng Lò vi sóng làm nóng thịt xông khói cho cấu trúc tốt (ít bị co, nhăn) so với nướng Từ sớm, kết hợp lượng vi sóng không khí nóng sử dụng môi trường vi sóng Không khí nóng sử dụng để bẫy ẩm bốc trình nấu thịt xông khói Một kết hợp nước, không khí nóng, lượng vi sóng sử dụng để nấu thịt xông khói Lượng chất béo, ẩm liên kết loại bỏ trình xử lí nhiệt thịt xông khói khoảng nhiệt độ 700C - 800C nước 2.4.2.3 Chế biến xúc xích Các ứng dụng lớn thứ ba xử lý vi sóng chế biến xúc xích Chất lượng xúc xích cải thiện với suất tốt cách sử dụng trình vi sóng Chế biến vi sóng sử dụng để giảm rỉ dịch: nước, chất béo, chất dinh dưỡng hương vị Nhiều phòng thí nghiệm quy mô hệ thống phát triển để xử lý xúc xích vi sóng, với nhiều thành công thương mại 2.4.2.4 Nướng bánh Sự thành công thương mại lượng tần số vi sóng ngành công nghiệp nướng Lò nướng sử dụng lượng xạ hoạt động tần số không xác định để làm khô bề mặt làm cho lớp vỏ bánh mì xốp Các lò nướng bánh mì (cách nhiệt) báo cáo Fetty (1966) 2450 MHz Một kết hợp lò vi sóng lượng nhiệt sử dụng để sản xuất bánh mì nâu thời gian ngắn Schiffman et al cấp sáng chế kỹ thuật nướng bánh mì nguồn nhiệt thông thường với lượng vi sóng sử dụng khẳng định để giảm thời gian nướng 50% 2.4.2.5 Hệ thống thổi phồng vi sóng Hinh 3: Hệ thống thổi phồng vi sóng Hệ thống thổi phồng vi sóng sử dụng trường điện tử để khiến phân tử nước chứa bên vật liệu hấp thụ lượng vi sóng Năng lượng vi sóng hấp thụ giúp tăng nhanh nhiệt độ nước bên vật liệu Vì tỷ lệ hình thành nước bên cao nước từ vào, gradient khí áp phát triển bên vật liệu gây thay đổi quan trọng cấu trúc Nó giúp thổi phồng vật liệu nhanh chóng Ưu điểm: Không giống phương pháp làm phồng khác, hệ thống làm phồng vi sóng đặc trưng khả gia nhiệt nhanh thời gian sấy thực phẩm ngắn Nó không gây phản ứng hóa học không cần thiết, thực phẩm thực phẩm không chứa mỡ thừa Nó giúp thực phẩm giữ nguyên màu sắc, hương vị Toàn trình làm phồng vi sóng thân thiện với môi trường, khói thải độc hại Thiết bị làm phồng thực phẩm sử dụng quy trình vật lý để đem lại hiệu nhiệt cao đầu cao so với phương thức làm phồng truyền thống hay làm Máy có khả tiệt trùng nhiệt độ thấp tổn thấp dinh dưỡng Nhiệt độ cho tiệt trùng vi sóng vào khoảng 80℃,thời gian tiệt trùng từ đến phút Hệ thống tiệt trùng vi sóng giữ tối đa dinh dưỡng cho thực phẩm Lấy trinh tiệt trùng rau làm ví dụ Các phương pháp truyền thống giữ 46%~50% Vitamin C 58% Vitamin A Tuy nhiên, tiệt trùng vi sóng giữ 60%~90% Vitamin C 84% Vitamin A Ứng dụng: Hệ thống làm phồng vi sóng có phạm vi ứng dụng rộng lớn ngành công nghiệp làm phồng thực phẩm, ví dụ thực phẩm chứa tinh bột, thực phẩm protein, sản phẩm làm từ gạo, bì lợn, cá, thực phẩm đồ ăn nhẹ khoai tây chiên, tôm lát, lát táo chiên, mỳ ăn liền, v.v… Máy sử dụng máy sấy vi sóng cho hạt vừng, hạt dưa, đậu phộng, hạt dẻ Trung Quốc, hồ trăn, hạt điều, óc chó, hạnh nhân, v.v… 2.4.2.6 Hệ thống sấy Lò vi sóng làm nóng cung cấp lợi ích rõ ràng việc làm nước độ xuyên sâu nó, kết làm nóng đồng đều, nước bốc từ khắp sản phẩm Điều gây áp lực bên trì cấu trúc sản phẩm sấy khô bảo quản màu sắc, hương vị, giá trị dinh dưỡng Làm khô vi sóng nhanh chóng lượng hiệu so với sấy không khí nóng thông thường Trong làm khô vi sóng, việc loại bỏ độ ẩm tăng tốc nhiên truyền nhiệt cho chất rắn chậm lại đáng kể vắng mặt đối lưu Vì vậy, người ta thường sử dụng vi sóng để làm khô thực phẩm giai đoạn sấy kết thúc cần thiết có di chuyển ẩm từ tâm nguey6n liệu bề mặt Một trình sấy hai giai đoạn liên quan đến giai đoạn đầu bắt buộc sấy đối lưu không khí làm khô vi sóng giai đoạn kết thúc báo cáo để cung cấp cho sản phẩm chất lượng tốt với tiết kiệm đáng kể lượng thời gian Các ngành công nghiệp bánh thông thường sử dụng vi sóng để sấy kết thúc bánh quy cookie Các ứng dụng quy mô lớn vi sóng công nghiệp chế biến thực phẩm sấy kết thúc khoai tây chiên công nghệ sấy thông thường nhanh chóng đạt mức độ ẩm thấp mong muốn khoai tây chiên, ra, màu nâu tạo thành làmột vấn đề chất lượng cho sản phẩm diện loại đường Sấy khoai tây chiên đến 6% -8% ẩm sau làm khô kết thúc lò vi sóng khắc phục khó khăn ngành công nghiệp sản xuất khoai tây chiên Máy sấy chân không vi sóng lần sử dụng để cô đặc nước trái có múi Làm khô vi sóng chân không áp dụng mặt hàng nông nghiệp bao gồm loại hạt ngũ cốc khác nhau, công nghệ sử dụng với nho để sản xuất nho khô Quá trình sấy sản phẩm mì ống mì 915 MHz thành công thương mại nhiều nước Hình 4: Mấy sấy vi sóng chân không 2.4.2.7 Chần rau Chần trình thường thực sản xuất đồ hộp ngành công nghiệp đông lạnh, thời gian tiếp xúc ngắn sản phẩm vào nước sôi, nước, lò vi sóng với mục đích bất hoạt enzyme oxy hóa, không gây thay đổi không mong muốn màu sắc, hương vị kết cấu sản phẩm trình lưu trữ Trong đồ hộp, phục vụ để giảm tải vi khuẩn, loại bỏ O hòa tan sản phẩm, tạo điều kiện tốt cho trình đóng hộp sản phẩm Nó chứng minh cải thiện màu sắc, hương vị, đặc điểm cảm quan sản phẩm Nước nước phương tiện truyền nhiệt thông thường sử dụng cho chần Phương pháp chần nước phương pháp thường sử dụng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm Nó tương đối tốn lượng, giữ lại khoáng chất vitamin tan nước phương pháp chần nước Các phương pháp chần vi sóng báo cáo Procter Goldblith sử dụng tần số 3000 MHz cho số loại rau màu xanh cho thấy giữ lại tối đa lượng vitamin C Hầu hết kết cho thấy phương pháp chần vi sóng có hiệu việc giữ lại vitamin tan nước rau so với phương pháp chần thông thường 2.4.2.8 Thanh trùng tiệt trùng Thanh trùng trình sử dụng xử lý nhiệt tương đối nhẹ với thực phẩm để tiêu diệt mầm bệnh quan trọng, bất hoạt vi khuẩn sinh dưỡng enzyme để làm cho thực phẩm an toàn cho tiêu dùng Sữa loại nước ép trái tươi thường tiệt trùng vi sóng Tuy nhiên, việc xử lí nhiệt không giết chết bào tử vi khuẩn, sản phẩm ổn định nhiệt độ phòng Dưới điều kiện bảo quản tủ lạnh, người ta mong đợi 2-6 tuần hạn sử dụng Gần đây, trình nâng cấp để loại bỏ nguy sức khỏe tiềm tàng Salmonella, Escherichia coli vi khuẩn Listeria monocytogenes 2.4.2.9 Hỗ trợ trình trích ly Dưới tác dụng vi sóng, nước tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên tăng đột ngột làm mô tế bào bị vỡ Các chất cần trích ly thoát bên ngoài, lôi theo nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất nước) hòa tan vào dung môi hữu bao phủ bên nguyên liệu (phương pháp tẩm trích) Lưu ý mức độ chịu ảnh hưởng vi sóng loại mô tế bào không giống kiến tạo loại mô khác Kết phản ánh qua thời gian ly trích Trong chưng cất nước, việc ly trích thực điều kiện có thêm nước hay không thêm nước vào nguyên liệu (trường hợp nguyên liệu chứa nhiều nước, đặc điểm phương pháp chưng cất nước hỗ trợ vi sóng) Ngoài ra, nước thêm lần thêm liên tục (trường hợp lượng nước thêm lần không đủ lôi hết chất cần trích ly nguyên liệu) ly trích chấm dứt Hình 5: thiết bị trích ly có sử dụng vi sóng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.S Chandrasekaran, S Ramanathan, Tanmay Basak, 2013 Microwave food processing—A review Elsevier, Food Research International 52 (2013) 243–261 2.Jasim Ahmed and Hosahalli S Ramaswamy, 2007 Microwave Pasteurization and Sterilization of Foods Taylor & Francis Group, LLC, 691-711 3.http://123doc.org/document/3190139-vi-song-va-nhung-ung-dung-cua-no.htm 4.https://vi.wikipedia.org/wiki/Vi_ba 5.http://www.dthu.edu.vn/uploads/Documents/PhongQLKHSDH/De%20tai %20Giang%20vien 6.http://grandtekco.vn/profile/food-industry/161819/0 ... dụng, đẩy nước từ tâm vật đun đến bề mặt 2.4 Ứng dụng vi sóng công nghệ thực phẩm 2.4.1.Ưu điểm vi sóng công nghệ thực phẩm Vi sóng sử dụng thành công để làm nóng, khô khử trùng sản phẩm thực. .. ứng dụng vi sóng công nghệ thực phẩm 2.4.2.1 Rã đông sản phẩm cá, thịt, gia cầm Ứng dụng phổ biến vi sóng công nghiệp thực phẩm rã đông thịt cho trình chế biến Trong máy rã đông vi sóng, nhiệt... 46%~50% Vitamin C 58% Vitamin A Tuy nhiên, tiệt trùng vi sóng giữ 60%~90% Vitamin C 84% Vitamin A Ứng dụng: Hệ thống làm phồng vi sóng có phạm vi ứng dụng rộng lớn ngành công nghiệp làm phồng thực phẩm,