دانلود پایان نامه

داخل ماده غذایی تولید می شود. دو مکانیسم اصلی تولید حرارت در مایکروویو عبارتند از: پلاریزاسیون یونی و چرخش دو قطبی.
پلاریزاسیون یونی زمانیکه یون های موجود در یک محلول شیمیایی به طرف یک میدان الکتریکی حرکت می کنند، روی می دهد. یونهای مثبت و منفی و نمکهای محلول در غذا نظیر کلرید سدیم در میدان الکتریکی به طرف بار مخالف یون حرکت کرده (سدیم به طرف قطب منفی و کلرید به سمت قطب مثبت)، تکرار تصادم این یون های مهاجر منجر به تولید حرارت می شود. هرچه تعداد دفعات برخورد در واحد زمان بیشتر باشد انرژی جنبشی زیادتر شده و حرارت بیشتری تولید می گردد.
مکانیسم گرم شدن در اثر چرخش دو قطبی بستگی به وجود مولکولهای قطبی دارد. همزمان با جذب امواج توسط ماده غذایی مولکولهای دو قطبی(به ویژه مولکول آب) با میدان هم جهت می شوند. وقتی میدان به طور متناوب به کار برده می شود، با معکوس شدن قطبیت میدان، مولکولهای قطبی، مجدداً خودشان را در راستای میدان تغییر یافته قرار می دهند. قرار گرفتن مولکولها به اندازه ی 106×2450 بار در ثانیه (در امواج با فرکانس 2450 مگاهرتز) در راستای میدان باعث ایجاد اصطکاک و در نتیجه تولید حرارت می شود. پس از جذب انرژی مایکروویو و تبدیل آن به انرژی حرارتی، حرارت توسط فرآیندهای جابه جایی و هدایت به تمام قسمت های ماده غذایی منتقل می شود. [3]
1-5: ویژگی های دی الکتریک مواد
ویژگی های تعیین کننده در حرارت دیدن مواد غذایی پرتوتابی شده با RF و MW، خواص دی الکتریک آن ها می باشد. این ویژگی ها، ثابت دی الکتریک 48( ??) و فاکتور جذب (??) می باشند که قابلیت رسانایی الکتریکی و تانژانت افت جذب انرژی رابطه دارند. [5]
(1-1)
(1-2)
ثابت دی الکتریک (??) تعیین کننده نحوه توزیع میدان الکترو مغناطیسی در داخل ماده و همچنبن مقدار انرژی قابل ذخیره در آن می باشد. فاکتور جذب (??) بیانگر این نکته است که چه مقدار انرژی در داخل بافت ماده غذایی می تواند تولید یا پراکنده شود.
تانژانت افت جذب انرژی نسبت جذب دی الکتریک به ثابت دی الکتریک است. اصطلاح فاکتور یا تانژانت جذب برای نشان دادن میزان افت انرژی مایکروویو حین عبور و یا هنگام جذب بوسیله ماده غذایی می باشد. موادی که به میزان زیادی انرژی مایکروویو را جذب می کنند مواد جاذب نام دارند.
موادی که قابلیت جذب زیادی دارند به راحتی پرتوهای مایکروویو را جذب کرده و دمای آن ها افزایش می یابد. در محدوده فرکانسی پرتوهای مایکروویو، چرخش دو قطبی مولکول های آب بر سایر ویژگی های حرارتی این پدیده غالب است. تغییر قطبیت میدان الکتریکی موجب چرخش دو قطبی مولکولهای آب می شود. در حالت عادی مولکولهای آب به صورت تصادفی آرایش یافته اند، اما در میدان الکتریکی و تحت اثر پرتوهای مایکروویو تغییر آرایش به صورت اجباری انجام می شود. در صورتیکه میدان الکتریکی حذف شود مولکولهای آب بلافاصله آرایش تصادفی خود را باز خواهند یافت و بوسیله میدان الکتریکی که این بار در جهت مخالف دفعه پیش (جریان متناوب) اعمال می شود، مولکولهای آب مجدداً آرایش اجباری متفاوت از مرحله قبل پیدا می کنند، این تغییرات در قطبیت میدان الکتریکی به میزان چند میلیون در ثانیه به وقوع می پیوندد، بنابراین موجب ایجاد اصطکاک و در نهایت تولید حرارت می شود. [5]

1-5-1: محتوای رطوبتی
در ?C25 ، آب دارای ثابت دی الکتریک بالایی در حدود 75 می باشد. ثابت دی الکتریک محصولات با رطوبت بالا به میزان زیادی تحت اثر ثابت دی الکتریک بالای آب قرار گرفته و در نتیجه دارای ثابت دی الکتریک بالایی هستند. اثر مستقیم حرارت دهی دی الکتریک، افزایش سریع دمای درونی ماده غذایی بوده که بسته به نحوه توزیع رطوبت در ماده در حال خشک شدن پروفیل حرارتی آن را تغییر می دهد. در فرآیند خشک کردن، محتوای رطوبتی می تواند به دو صورت باشد: آب آزاد و آب پیوسته. آب آزاد که در فضاهای خالی و بافت متخلخل ماده غذایی وجود دارد، فشار بخار تعادل را تحت تاثیر قرار می دهد، تاثیر آب پیوسته در این مورد بسیار کمتر است. ثابت دی الکتریک آب پیوسته چیزی در حدود 003/0 و آب آزاد در حدود 12 است. علت این امر رفتارهای متفاوت این دو نوع آب نسبت به چرخش ها و تغییر جهت های میدان الکترومغناطیسی است. بنابراین محصولاتی که دارای محتوای رطوبتی به شکل پیوسته هستند نسبت به آنهایی که رطوبتشان به صورت آزاد و در فضاهای خالی وجود دارد، کمتر در مقابل پرتوهای مایکروویو از خود حساسیت نشان می دهند. ثابت دی الکتریک موادی که دارای ترکیبی از حلال های مختلف هستند بطور معمول در بین ثابت های دی الکتریک این حلال ها قرار می گیرد. تحریک رطوبتی به وسیله مایکروویو پدیده ای است که به علت جذب انتخابی انرژی مایکروویو در نقاط با محتوای رطوبتی بالا، دیده می شود. همانطور که می دانیم جاهایی که محتوای رطوبتی بالا است، فاکتور جذب نیز بیشتر است. تورنر49 و لوفور50 این پدیده را پمپ مایکروویو نامیدند. علت این پدیده جذب انتخابی انرژی مایکروویو و مشخصاً ایجاد گرادیان فشار بخار بین داخل و خارج در مایع و حرکت بخار بطرف سطح ماده غذایی می باشد. این تاثیر، ناشی از واکنش متفاوت آب نسبت به سایر مواد در برابر چرخش، حرارت داخلی و تحریک ایجاد شده بوسیله انرژی الکترومغناطیسی است. [5]
1-5-2: دانسیته
تاثیر دانسیته برروی خواص دی الکتریک مواد به فاکتور پایین
جذب هوا در مقایسه با آب و سایر حلال ها بر می گردد. در موادی با دانسیته کمتر، حضور هوا در فضاهای خالی منجر به کاهش ویژگی های دی الکتریک شده، بنابر این میزان حرارت دهی بوسیله پرتوهای مایکروویو کاهش می یابد.[5]
1-5-3: دما
دما می تواند ویژگیهای دی الکتریک ماده غذایی را تحت تاثیر قرار دهد. خاصیت دی الکتریک مواد، زیر نقطه انجماد نسبت به شرایط عادی معمولاٌ کمتر است. ظاهراٌ ثابت دی الکتریک مایعات تحت تاثیر دما قرار نمی گیرد، اما فاکتور جذب دی الکتریک با افزایش دما تحت تاثیر قرار می گیرد. بعنوان مثال فاکتور جذب دی الکتریک آب در?C 25 برابر 12 است در حالیکه در ?C 95 به 44/2 کاهش پیدا می کند. در بعضی مواد جامد نظیر نایلون و اکریلیک51 با افزایش دما میزان فاکتور جذب افزایش پیدا می کند که در نتیجه تغییر ساختار ماده در اثر انرژی مایکروویو است. این مواد دارای خاصیتی هستند که ضریب حرارتی مثبت در محتوای رطوبتی پایین نامیده می شود و معنی آن افزایش ویژگی های دی الکتریک با افزایش دما می باشد.[5]

1-5-4: ظرفیت گرمایی ویژه
ظرفیت گرمایی ویژه، خصوصیات دی الکتریک ماده غذایی را تحت تاثیر قرار نمی دهد، اما می تواند توجیه کننده این نکته باشد که چرا بعضی مواد در اثر اعمال انرژی مایکروویو سریعتر گرم می شوند. ظرفیت گرمایی ویژه نشان دهنده مقدار حرارت مورد نیاز برای بالا بردن دمای واحد جرم ماده غذایی به میزان یک درجه می باشد. از این رو موادی که ظرفیت گرمایی ویژه پایین تری دارند، در پرتودهی ثابت با انرژی مایکروویو سریع تر از موادی که ظرفیت گرمایی ویژه بالاتری دارند گرم می شوند.[5]
1-5-5: رسانایی حرارتی
رسانایی حرارتی به همراه ثابت و فاکتور جذب دی الکریک، بیانگر کارایی انرژی مایکروویو در حرارت دهی به ماده غذایی هستند. رسانایی حرارتی، ویژگی های دی الکتریک ماده غذایی را تحت تاثیر قرار نمی دهد. اما در توزیع و انتقال انرژی تولید شده در سراسر بافت ماده غذایی نقشی مهم بازی می کند. اهمیت این عامل زمانی افزایش پیدا می کند که پرتوهای مایکروویو حرارت را بصورتی غیر یکنواخت در بافت ماده غذایی تولید کنند، بنابراین به منظور توزیع بهتر انرژی حرارتی بهتر است به صورت پالسی باشد تا فرصت کافی جهت انتقال و توزیع یکنواخت حرارت بوسیله رسانایی در بافت ماده غذایی بوجود آید. در صورتی که ماده غذایی جهت انتقال حرارت تولید شده بوسیله مایکروویو، دارای قابلیت رسانایی خوبی نباشد، حرارت دادن و یا خشک کردن متناوب تاثیر خوبی نخواهد داشت. بکارگیری پرتوهای مایکروویو به صورت پالسی نه تنها فرصت انتقال حرارت را در اختیار ماده غذایی قرار می دهد، بلکه موجب می شود ماده غذایی به صورتی صحیح خشک شود. با جلوگیری از حرارت دادن بیش از حد بعضی نواحی به علت اختلاف در ویژگی های دی الکتریک در داخل محصول بوسیله فرآیند پالسی، این هدف قابل دستیابی است. [5]
1-5-6: عمق نفوذ
توانایی و قابلیت پرتوهای مایکروویو در نفوذ به عمق ماده را عمق نفوذ می نامند. و این عمقی است که در آن میزان انرژی پرتوها به 37% مقدار اولیه شان کاهش پیدا می کند. عمق نفوذ را نمی توان یکی از ویژگی های ماده غذایی دانست بلکه حاصل اثر ترکیبی از ویژگی های آن است. طول موج، ثابت دی الکتریک و فاکتور جذب دی الکتریک همگی عمق نفوذ را تحت تاثیر قرار می دهند. [5]
1-6: تجهیزات مایکروویو
تجهیزات مورد استفاده در مقیاس صنعتی دارای اجزاء مهم منبع تغذیه، مولد، هدایت کننده و بکار گیرنده امواج می باشند. اهمیت سایر اجزاء مانند تغییر دهنده رکتی فایر و ابزار های کنترل انرژی مایکروویو اطمینان از یکنواختی و ایمنی کار است. نقش منبع تغذیه، دریافت انرژی الکتریکی و تبدیل آن به ولتاژ بالایی است که مورد نیاز مگنترون52 می باشد. معمولاً مگنترون به چند هزار ولت، جریان مستقیم نیاز دارد. مگنترون یا لوله جریان قوی، نوسان کننده ای است که توانایی تبدیل الکتریسیته ورودی به انرژی مایکروویو را دارد. هدایت کننده یک مجرای مکعب مستطیلی تو خالی است که انرژی تولید شده را از مگنترون به محفظه آون انتقال می دهد. بکار گیرنده از فلز ساخته شده و دارای انواع مختلفی است اما نوع محفظه ای آن در صنعت بیشترین کاربرد را دارد. در هر صورت نحوه طراحی و نوع بکار گیرنده تابع نوع کاربرد آن است. میزان کارایی کلی تبدیل انرژی الکتریکی به مایکروویو 45 تا 50 درصد است. افت های آن شامل افت حاصل از تبدیل جریان متناوب به مستقیم، جریان مستقیم به پرتوهای مایکروویو و نیز هدر رفتن انرژی در هدایت کننده و بکار گیرنده است. مولد های مایکروویو که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند دارای یک لوله توخالی تحت خلاء که در آن یک تفنگ الکترونی قرار دارد، می باشد. سه نوع رایج از مولد های مایکروویو مگنترون ها، کلیسترون ها و لوله های منتقل کننده امواج می باشند. [4 و 68]
1-7: خشک کردن با استفاده از پرتوهای مایکروویو
آرزو ی رهایی نسبی از مشکلات ناشی از خشک کردن با هوای داغ و جلوگیری از کاهش کیفیت و دستیابی به فرایند گرمایی مؤثر و سریع منجر به افزایش کاربرد انرژی مایکروویو برای خشک کردن مواد غذایی شده است. [26] استفاده از هوای داغ برای جداسازی آب آزاد نزدیک به سطح بسیار موثر می باشد در حالیکه استفاده از انرژی مایکروویو روشی مفید در جداسازی آب آزاد داخلی است. [19]
بخاطر هدایت گرمائی پائین ماده غذایی، انتقال گرمایی به بخش های داخلی غذا طی گرم سازی مرسوم محدود می شود و با جداسازی آب انتقال گ
رمایی مواد جامد بخاطر کاهش همرفتی بطور مشخص کاهش می یابد. [64] روش مایکروویو در مقایسه با روش هوای داغ بخاطر نفوذ امواج مایکروویو به بدنه محصول از کاهش کیفیت محصول جلوگیری می نماید و توزیع سریع و یکنواخت انرژی در محصول ایجاد می نماید.
1-8: مزایای خشک کردن با مایکروویو
1 – کوتاه نمودن زمان خشک کردن
زمان فرآیند می تواند به میزان 50 درصد کاهش یابد. در برخی مقالات به کوتاه شدن زمان خشک شدن به میزان 50 تا 80 درصد و در بعضی نیز به 25 تا 90 درصد نیز اشاره شده است.
2- بهبود کیفیت محصول
پژوهش های صورت گرفته نشان داده است که استفاده از انرژی مایکروویو به صورت ترکیبی همراه با سایر روش های خشک کردن، موجب بهبود کیفیت فراورده پایانی شده است. در بعضی موارد حذف پدیده سخت شدن سطح، تنش های داخلی، بازده بیشتر و کاهش از دست رفتن ویتامین ث و عطر محصولات خشک شده با مایکروویو نسبت به سایر روش های دیگر بوده است. برخی محققین معتقدند که استفاده از خشک کن هوا و متعاقب آن مایکروویو موجب بهبود شاخص های کیفی محصول می شود.
3- حرارت دادن سریع و حجمی
در مقایسه با روش های حرارت دهی رایج به علت مکانیسم حرارات دهی حجمی، حرارت دادن ماده غذایی با استفاده از امواج مایکروویو بسیار سریع تر انجام می شود. علاوه بر این حرارت در داخل بافت ماده غذایی تولید می شود و نیازی به انتقال آن با روش های انتشار و رسانایی به داخل ماده غذایی نیست.
4- سرعت خشک شدن بالاتر
طی خشک شدن ماده غذایی با استفاده از روش های رایج ابتدا رطوبت سطحی ماده غذایی خارج می شود، سپس تحت تاثیر مکانیسم انتشار رطوبت از عمق حرکت کرده جایگزین رطوبت سطحی می شود. پرتودهی مایکروویو منجر به ایجاد حرارت داخلی شده در نتیجه افزایش دما، فشار داخلی افزایش یافته و این فشار موجب رانده شدن رطوبت از عمق به طرف سطح شده و امکان خشک شدن سریع تر را فراهم می نماید. علاوه بر این برخی محققین گزارش کرده اند که مزیت عمده کاربرد انرژی مایکروویو نسبت به روش رایج کارایی بسیار بالاتر آن در مرحله سرعت نزولی خشک کردن است. [56]
5- تولید بافت حجیم شده و متخلخل
در سیستم های مایکروویو، پرتوها می توانند به سادگی از خلال دیواره های خشک مقاوم در برابر انتقال حرارت عبور کرده خود را به لایه های مرطوب برسانند و در آنجا بصورت مستقیم توسط آب جذب شده به حرارت تبدیل شوند. جذب سریع انرژی موجب تبخیر شدید آب شده که این جریانی فرار و دمنده به طرف خارج ایجاد می نماید. علاوه بر بهبود و سرعت بخشیدن به فرآیند خشک کردن این جریان خروجی می تواند تا حدودی از بروز چروکیدگی و پلاسیدگی محصول در حال خشک شدن جلوگیری نماید، بنابراین ویژگی باز جذب آب بهبود می یابد. [18]
1-9: معایب استفاده از مایکروویو
8- حرارت دهی غیر یکنواخت بر اثر تجمع بالای حرارت در لبه ها و گوشه های محصول منجر به بیش گرم شدگی موضعی می گردد.
9- باید روشی برای کنترل انتقال جرم بوسیله کنترل انرژی ورودی بکار گیرد. زیرا انتقال سریع جرم منجر به آسیب به بافت غذا می گردد که از آن جمله می توان به پف کردگی اشاره نمود.
10- هزینه نصب اولیه بالای مایکروویو استفاده صنعتی آنرا محدود ساخته است.
11- هزینه عملیاتی بسیار بالا است که از آن جمله می توان


دیدگاهتان را بنویسید