Пищевые продукты с точки зрения поведения их в электромагнитном поле представляют собой гетерогенные системы, содержащие воду. Такие компоненты пищевых продуктов как белки, жиры, углеводы и вода можно отнести к разряду диэлектриков, а водные растворы солей – к разряду проводников.

Потенциальные возможности использования микроволновой или сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии заключается в больших качественных изменениях в области пищевой технологии. В результате бесконтактного нагрева, способности СВЧ-энергии проникать внутрь продукта на значительную глубину можно нагревать продукты до заданной температуры независимо от продолжительности процесса, объема и формы продуктов.

Стерилизация токами высокой частоты (ТВЧ).

Высокочастотный нагрев − прогрессивный технический прием, позволяющий интенсифицировать ряд термических процессов и, в частности, стерилизацию консервов.

Эффективность использования ТВЧ (103−1010 Гц) заключается в следующем:

Так как овощные изделия обладают высоким влагосодержанием, то вследствие большой величины диэлектрических потерь количество энергии, выделяющейся в продукте, велико. Таким образом, консервы могут быть нагреты до температуры стерилизации в 10−12 раз быстрее, чем при стерилизации паром, причем температура будет равномерно распределена по всему объему банки.

Токи высокой частоты угнетающе действуют на некоторые виды микрофлоры, что обусловлено выделением тепла непосредственно в микробной клетке. Таким образом, суммарное воздействие температуры нагретого продукта на микроорганизмы, а также нарушение функций жизнедеятельности их под непосредственным воздействием ТВЧ, создает предпосылки к сокращению времени собственно стерилизации, а, следовательно, позволяет сохранить пищевую ценность стерилизуемого продукта.

Стерилизация консервов токами высокой частоты принципиально отличается от стерилизации путем нагрева паром или другими источниками тепла. При этом способе стерилизации тепло образуется одновременно во всем объеме продукта независимо от его теплопроводности, в результате чего значительно сокращается продолжительность нагревания. При помещении стерилизуемого продукта в поле переменного электрического тока высокой частоты заряженные частицы продукта приходят в колебательное движение и образуется тепло, под действием которого погибают находящиеся в продукте микроорганизмы.

Продолжительность стерилизации консервов токами высокой частоты в десятки раз меньше продолжительности стерилизации обычными методами, поэтому естественные свойства продуктов при этом способе стерилизации сохраняются значительно лучше. Однако продукт должен быть гомогенным (например, паштеты); при негомогенной структуре (например, рыба в заливках) равномерного прогревания продукта достигнуть не удается.

Стерилизация в электромагнитном поле сверхвысоких частот (СВЧ).

При нагревании продукта в поле СВЧ (433, 915, 2450 МГц) воздействие тепла на микроорганизмы происходит так же, как и при ТВЧ нагреве, не столько путем теплоотдачи от продукта, сколько в результате образования тепла в самом содержимом клеток под действием высокочастотного переменного электромагнитного поля. Поэтому при нагревании продукта в поле СВЧ микроорганизмы отмирают быстрее. Одновременно СВЧ нагрев обеспечивает сохранность пищевой ценности продукта. Следует отметить, что СВЧ обработка приемлема только для продуктов, упакованных в стеклянную или полимерную тару.

Стерилизация ионизирующими облучениями.

К ионизирующим излучениям относят катодные лучи − поток быстрых электронов, рентгеновские лучи (частота 1018−101в Гц) и гамма-лучи (1020). Все ионизирующие излучения обладают высоким бактерицидным действием и способны, не вызывая нагрева продукта, обеспечить полную стерилизацию.

Из радиоактивных излучений практическое значение имеют гамма−лучи, имеющие большую проникающую способность. Время стерилизации ионизирующими облучениями составляет всего несколько десятков секунд. Герметическая упаковка консервов может быть любого вида. Необходимо, однако, иметь в виду, что высокая интенсивность облучения приводит к изменению составных частей продукта. Кроме того, учитывая то обстоятельство, что после ионизационной обработки продукт внутри банки остается сырым, необходимо вслед за стерилизацией провести доведение его до состояния кулинарной готовности одним из обычных способов нагрева.

Использование стерилизации ионизирующими облучениями позволяет организовать непрерывно-поточную обработку консервов и делает возможным максимальное сохранение вкусовых свойств и пищевой ценности продукта.

Гибельное действие ионизирующих излучений на микроорганизмы было обнаружено еще несколько десятков лет назад. Однако только при создании мощных источников ионизирующей энергии стало возможным применение этого нового метода стерилизации пищевых продуктов. Особенность его состоит в том, что микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов, уничтожаются без нагревания продукта под действием ионизирующего излучения, полученного от радиоактивных изотопов или на машинных установках (ускорителях электронов). Гибель микроорганизмов в основном связана с ионизацией водной фазы.

Образующиеся при ионизации продукты распада воды отрицательно действуют на жизненные функции микроорганизмов.

В отличие от термической стерилизации при ионизационном облучении смерть микроорганизмов наступает через значительный промежуток времени (иногда несколько часов) после облучения их летальными дозами. В течение этого времени у микроорганизмов еще происходят процессы обмена веществ.

Одним из наиболее повреждаемых звеньев обмена веществ является нуклеиновый обмен, нарушение которого задерживает синтез нуклеопротеидов и деление ядер. Значительно изменяется углеводный обмен, который в большей степени переключается на синтез жирных кислот и стеринов. Изменение углеводного обмена оказывает влияние на энергетический баланс клетки: возникает расхождение между дыханием (брожением) и фосфорилированием.

Наряду со структурными и биохимическими изменениями микроорганизмов нарушаются функции их размножения (деление и почкование) и в меньшей степени − роста. В результате этого облученные клетки почти не размножаются, но сильно увеличиваются в размерах; споры после летальных доз облучения обнаруживают начальные признаки прорастания.

В отличие от тепловой стерилизации при облучении смертельными дозами структурные изменения микроорганизмов сравнительно небольшие. В значительной части клеток обнаруживается лишь небольшое набухание, утрированная вакуолизация и усиление контрактационных движений протоплазмы. Микроволновые вакуумные установки серии «Муссон» предназначены для обработки продуктов и материалов с использованием микроволнового разогрева, и вакуума (рисунок 1).

Область применения: Низкотемпературная сушка (биологически активные добавки, лекарственные травы и коренья, фармацевтические материалы, морепродукты); стерилизация фиточаев, пищевых добавок, специй и т.п.

Рисунок 1 – Вакуумная установка «Муссон»

Характерные особенности:

• отличное качество готового продукта. Продукты, высушенные на установке «Муссон» приобретают более насыщенный цвет и аромат, по сравнению с исходным продуктом. Это связано с тем, что при сушке объем продукта уменьшается, но все компоненты ответственные за вкус, цвет и аромат практически полностью сохраняются.
• низкая температура сушки. Сушка в вакуумной камере идет при более низкой температуре, чем при атмосферном давлении. В установках серии «Муссон» возможна интенсивная сушка при температуре 30 °С. Несмотря на низкую температуру, вода в продукте находится в состоянии близком к кипению. Такой режим сушки позволяет сохранить имеющиеся в продукте витамины и полезные вещества. Это имеет немаловажное значение при сушке лекарственных трав, фармацевтических препаратов и во многих других случаях.
• сохранение конденсата. Влага, испаренная из высушиваемого продукта, не пропадает бесследно, а конденсируется в специальных баках. В некоторых случаях получаемый конденсат сам, по себе, является ценным и полезным продуктом.

Технические характеристики микроволновой вакуумной установки серии «Муссон» представлена в таблице 1.

Таблица 1 − Технические характеристики микроволновой вакуумной установки серии «Муссон»

Устройство и принцип действия.

Контейнеры с продуктом помещаются внутрь камер. Перемешивание продукта осуществляется вращением контейнеров. Микроволновая энергия подается от магнетронов, расположенных на торцах цилиндрических камер. Вакуум создается общим водокольцевым насосом.

Для эффективной конденсации паров предусмотрены внешние охлаждающие «рубашки». В эти рубашки подается вода или антифриз. Сбор сконденсировавшегося дистиллята осуществляется в специальных емкостях. Охлаждение магнетронов обеспечивает внешний радиальный вентилятор. Нагретый после прохождения магнетронов воздух может подаваться в конвективную камеру, где продукт располагается на поддонах.

Микроволновая установка «Бархан−3» (рисунок 2) предназначена для жарки семян и ядер подсолнечника, фисташек, миндаля, арахиса, сушка круп, сухих смесей, кормов для животных, «сухая варка» овощей, т. е. когда продукт варится в собственной влаге.

Рисунок 2 − Микроволновая установка «Бархан−3»

При этом качество продукта заметно выше, чем при обычной варке, поскольку многие полезные ингредиенты не уходят вместе с водой. Предпосевная обработка семян, увеличивающая всхожесть и скорость прорастания на несколько процентов.

При этом производительность, будет во много раз больше, чем при жарке. Восстановление некондиционной продукции, устранение зараженности продуктов вредителями.

Описание принципа работы: сырьё по транспортеру (в состав установки не входит) подается в теплообменник, где осуществляется его предварительная подсушка. Далее, непрерывно, с заданной скоростью, продукт поступает в микроволновый модуль установки. Перемещаясь внутри модуля, он подвергается нагреву до необходимой температуры, после чего выгружается из установки. Регулировки температуры нагрева, и скорости перемещения внутри микроволнового модуля обеспечивают возможность получения готового продукта с различными степенями зажарки и конечной влажности. Технические характеристики микроволновой установки «Бархан-3» представлены в таблице 3.

Обоснование микроволнового метода.

Основной нагрев в современных установках серии «Бархан» производится с помощью микроволновой энергии. Микроволновый способ позволяет жарить одновременно различные по размеру орехи или семечки с равномерным распределением конечной влаги в продукте без предварительной калибровки и с максимальным сохранением веса продукта, т.к. главное отличие микроволнового обезвоживания от традиционных способов жарки заключается в объемности нагрева.

Таблица 2 − Технические характеристики микроволновой установки «Бархан−3»

Тепло проникает в продукт не с поверхности, а образуется сразу во всем объеме. Более того, поскольку поверхность продукта подвержена охлаждению, за счет испарения внутренней влаги, температура внутри продукта всегда несколько выше, чем на поверхности. Это приводит к тому, что влага стремится выйти из внутренних областей на поверхность. Этому способствует и давление пара внутри продукта.

Микроволновый способ позволяет жарить, например, орехи в скорлупе за то же время, что и ядра. Можно жарить как очищенные, так и неочищенные орехи, и семечки, соленые и несоленые. Установка обеспечивает поточную жарку сырья, поэтому её удобно использовать в качестве звена технологической линии. Во время жарки в рабочем помещении отсутствуют гарь и копоть.