بخشی از مقاله
چکیده
اندازه گیري مایکرویو و خواص دي الکتریک موادغذایی، کاربردي رو به افزایش دارد چرا که تکنولوژي هاي الکترونی و الکتریکی جدید جهت استفاده در صنایع غذایی و کشاورزي پذیرفته شده اند. با تاباندن انرژي مایکروویو به طور مستقیم به یک ماده؛ قسمتی از انرژي منعکس میشود، قسمتی بر سطح اثر می گذارد و قسمتی جذب می شود. سهم انرژي که به این سه گروه تعلق می یابد بر اساس خواص دي الکتریک تعریف شده است.
خاصیت الکتریکی اساسی است که از طریق آن برهمکنش امواج و ماده توصیف می شوند. واحد اندازه گیري الکتریسیته بر حسب فاراد است. استفاده از انرژي مایکروویو در تعداد زیادي از فرآیندهاي موادغذایی در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شده است و تعداد کمی از فرآیندهاي صنعتی موفقیت آمیز در دست اجرا هستند. فرآیندهاي مطالعه شده شامل خشک کردن، خشک کردن انجمادي، پیش گرمایی، خروج از انجماد، استریلیزاسیون، غیرفعالسازي آنزیمی، بلانچینگ و پخت است.
-1 مقدمه
طی قرن اخیر، تحقیق روي مواد، سبب فراهم شدن بسیاري از مواد دي الکتریک جدید براي استفاده در الکترونیک شده است. جهت استفاده از امواج هاي بالاتر در عمل، مواد جدید که جهت استفاده در امواج رادیویی مناسب اند، مایکرویو و ناحیه امواج میلی متري طیف الکترومغناطیس توسعه یافته اند.
خواص دي الکتریک این مواد در طراحی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی مهم اند و روش هاي مناسب جهت اندازه گیري خواص دي الکتریک مواد مختلف، با توجه به این که مورد نیازند، توسعه یافته اند. توجه به خواص دي الکتریک موادغذایی و محصولات کشاورزي اساسا به منظور پیشگویی سرعت حرارت دهی و توصیف کننده رفتار مواد در هنگام قرار گرفتن در معرض امواج بالا یا میدان هاي الکتریکی مایکرویو در حرارت دهی دي الکتریک و بعنوان شاخصی از استفاده آن ها براي توسعه روش هاي سریع تعیین رطوبت است.
در بیست سال گذشته، آون مایکرویو به صورت یک ابزار ضروري در اکثر آشپزخانه ها در آمده است. فواید اولیه آن عبارت از زمان پخت سریع تر و ذخیره انرژي نسبت به روش هاي پخت سنتی است. هر چند استفاده از مایکرویو براي پخت موادغذایی گسترش یافته است، استفاده از این تکنولوژي در فرآیند مواد، یک پیشرفت نسبتا جدید است. استفاده از انرژي مایکرویو براي فرآیند مواد داراي مزیت کاهش زمان فرآیند و ذخیره انرژي است. در فرایندهاي حرارتی سنتی، انرژي از طریق جابجایی، هدایت و تشعشع حرارت از سطح ماده به ماده منتقل می شود. خواص دي الکتریک موادغذایی، به میزان زیادي، رفتار مواد را هنگام قرار گرفتن در فرکانس رادیویی یا میدان مایکروویو، جهت حرارت دهی، خشک کردن یا فرایند مواد دیکته می کند.
تعیین خواص دي الکتریک جهت شناخت پاسخ یک ماده به مایکروویو مورد نیاز است چرا که اغلب مواد مفید مورد نیاز در طراحی فرایند حرارتی مایکروویو بر اساس این خواص بیان می شود. مهمترین کار در خواص دي الکتریک محصولات کشاورزي، تعیین میزان رطوبت است. برخلاف این، انرژي مایکروویو به طور مستقیم از طریق برهمکنش مولکولی با میدان الکترومغناطیس به مواد منتقل می شود. در روش هاي معمولی - رایج- سنتی - انرژي در اثر شیب حرارتی انتقال می یابد اما در حرارت دهی مایکروویو، انتقال معکوس انرژي الکترومغناطیس به انرژي حرارتی و برهمکنش مستقیم تشعشع ضمنی با مولکول هاي ماده هدف است.
تفاوت در انرژي مسیر منتقل شده می تواند منجر به مزایاي زیادي در استفاده از مایکروویو براي فرآیند مواد شود. با نفوذ مایکروویو به مواد و ذخیره کردن انرژي در آنها، از سراسر حجم ماده، گرما می تواند تولید شود. انتقال انرژي متکی به انتشار حرارت از سطح نیست و امکان حرارت دهی سریع و یکنواخت مواد نسبتا ضخیم تر هم وجود دارد. در فرآیندهاي معمول، بین زمان فرآیند و کیفیت محصول تعادل وجود درد. - این امر در مورد حرارتدهی مایکروویو هم صدق می کند - . همان طور که مایکروویو قادر به انتقال انرژي از سراسر حجم ماده است، این فرآیند داراي پتانسیل کاهش زمان فرایند و افزایش کیفیت کلی است.
علاوه بر حرارت دهی حجمی، انتقال انرژي در سطح مولکولی می تواند چندین مزیت اضافه هم داشته باشد . از مایکروویو می توان براي بررسی - کنترل - انتخابی مواد استفاده کرد. ساختار مولکولی بر توانایی مایکروویو جهت واکنش با مواد و انتقال انرزي اثر می گذارد. وقتی مواد در تماس داراي خواص دي الکتریک متفاوتاند، مایکروویو به طور انتخابی با مواد پراتلاف تر جفت - همراه - می شود. این پدیده از حرارتدهی - گرمایش - انتخابی می تواند براي چند هدف استفاده شود.
-2 فرآیند مایکرویو: اساس و کاربرد
طی قرن اخیر، تحقیق روي مواد، سبب فراهم شدن بسیاري از مواد دي الکتریک جدید براي کاربرد - استفاده - در الکترونیک شده است. جهت استفاده از امواج هاي بالاتر در عمل، مواد جدید که جهت استفاده در امواج رادیویی مناسب اند، مایکرویو و ناحیه امواج میلی متري طیف الکترومغناطیس توسعه یافته اند.
خواص دي الکتریک این مواد در طراحی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی مهم اند و روش هاي مناسب جهت اندازه گیري خواص دي الکتریک کاربردهاي مواد مختلف، با توجه به این که مورد نیازند، توسعه یافته اند. توجه - علاقه - به خواص دي الکتریک مواد و محصولات کشاورزي اساسا به منظور پیشگویی سرعت حرارت دهی و توصیف کننده رفتار مواد در هنگام قرار گرفتن در معرض امواج بالا یا میدان هاي الکتریکی مایکرویو در حرارت دهی دي الکتریک و بعنوان شاخصی از استفاده آن ها براي توسعه روش هاي سریع تعیین رطوبت است.
در بیست سال گذشته، آون مایکرویو به صورت یک ابزار ضروري در اکثر آشپزخانه ها در آمده است. فواید اولیه آن عبارت از زمان پخت سریع تر و ذخیره انرژي نسبت به روش هاي پخت سنتی است. هر چند استفاده از مایکرویو براي پخت موادغذایی گسترش یافته است، استفاده از این تکنولوژي در فرآیند مواد، یک پیشرفت نسبتا جدید است. استفاده از انرژي مایکرویو براي فرآیند مواد داراي مزیت کاهش زمان فرآیند و ذخیره انرژي است. در فرایندهاي حرارتی سنتی، انرژي از طریق جابجایی، هدایت و تشعشع حرارت از سطح ماده به ماده منتقل می شود.
برخلاف این، انرژي مایکروویو به طور مستقیم از طریق برهمکنش مولکولی با میدان الکترومغناطیس به مواد منتقل میشود. در روش هاي معمولی - رایج- سنتی - انرژي در اثر شیب حرارتی انتقال می یابد اما حرارت دهی مایکروویو، انتقال معکوس انرژي الکترومغناطیس به انرژي حرارتی برهمکنش مستقیم تشعشع ضمنی با مولکول هاي ماده هدف است. تفاوت در انرژي مسیر منتقل شده می تواند منجر به مزایاي زیادي در استفاده از مایکروویو براي فرآیند مواد شود. با نفوذ مایکروویو به مواد و ذخیره کردن انرژي در آن ه، از سراسر حجم ماده، گرما می تواند تولید شود. انتقال انرژي متکی به انتشار حرارت از سطح نیست و امکان حرارت دهی سریع و یکنواخت مواد نسبتا ضخیم تر هم وجود دارد.
در فرآیندهاي معمول، بین زمان فرآیند و کیفیت محصول تعادل وجود درد. - این امر در مورد حرارت دهی مایکروویو هم صدق می کند - . همان طور که مایکروویو قادر به انتقال انرژي از سراسر حجم ماده است، این فرآیند داراي پتانسیل کاهش زمان فرایند و افزایش کیفیت کلی است. علاوه بر حرارت دهی حجمی، انتقال انرژي در سطح مولکولی می تواند چندین مزیت اضافه هم داشته باشد. از مایکروویو می توان براي بررسی - کنترل - انتخابی مواد استفاده کرد. ساختار مولکولی بر توانایی مایکروویو جهت واکنش با مواد و انتقال انرزي اثر می گذارد. وقتی مواد در تماس داراي خواص دي الکتریک متفاوتاند، مایکروویو به طور انتخابی با مواد پراتلاف تر جفت - همراه - می شود. این پدیده از حرارت دهی - گرمایش - انتخابی می تواند براي چند هدف استفاده شود.
-3 جوانب برهمکنش مایکروویو- ماده
با تاباندن انرژي مایکروویو به طور مستقیم به یک ماده؛ قسمتی از انرژي منعکس می شود، قسمتی بر سطح اثر می گذارد و قسمتی جذب می شود. سهم انرژي که به این سه گروه تعلق می یابد بر اساس خواص دي الکتریک تعریف شده است. خاصیت الکتریکی اساسی است که از طریق آن برهمکنش امواج و ماده توصیف می شوند. واحد اندازه گیري الکتریسیته بر حسب فاراد است.
خواص دي الکتریک مواد، به میزان زیادي، رفتار مواد را هنگام قرار گرفتن در فرکانس رادیویی یا میدان مایکروویو، جهت حرارت دهی، خشک کردن یا فرایند مواد دیکته می کند. تعیین خواص دي الکتریک جهت شناخت پاسخ یک ماده به مایکروویو مورد نیاز است چرا که اغلب مواد مفید مورد نیاز در طراحی فرایند حرارتی مایکروویو بر اساس این خواص بیان میشود.
تشخیص این که خواص دي الکتریک در مورد یک ماده، منحصر بفرد نیستند، مهم است. این ویژگی ها تنها در مورد یک فرکانس داده شده و حالت ماده، خاص هستند وویژه هستند.
-4 فاکتورهاي موثر بر خواص دي الکتریک در یک فرکانس معین
وابستگی دما و میزان رطوبت: ویژگی هاي دي الکتریک اکثر مواد با چندین فاکتور مختلف تغییر می کند. در مواد هیگروسکوپی، مثل موادغذایی- کشاورزي، میزان آب ماده معمولا یک فاکتور برجسته است. خواص دي الکتریک بسته به فرکانس متناوب میدان الکتریکی، دماي ماده و دانسیته و ترکیب ساختار ماده است. در مواد گرانولی یا ذره اي، دانسیته حجمی ملوط هوا- ذره، فاکتور دیگري است که بر خواص دي الکتریک اثرگذار است. البته ویژگی هاي دي الکتریک مواد بسته به ترکیب شیمیایی شان و مخصوصا ممان هاي دوقطبی ثابت مرتبط با آب است بج برخی موادي که اتلاف بی نهایت پایینی دارند . مثل موادي که ضرورتا هیچ انرژي را از میدان هاي مایکروویو و امواج رادیویی جذب نمی کنند، خواص ديالکتریک اکثر مواد بطور قابل توجهی با فرکانس میدان هاي الکتریکی تغییر می کند
