Fundamental dan Industri Aplikasi Microwave dan Frekuensi Radio di Makanan

pemrosesan

Y.-C. Fu

Pengantar

Induksi, Dielektrik, dan Microwave Pemanas

Perbanyakan Gelombang Elektromagnetik

Microwave Distribusi Listrik

Internal Medan Listrik Intensitas

Eksternal Bidang Listrik Intensitas

Hukum Lambert

Pengukuran Medan Listrik Intensitas

Interaksi Microwave dengan Makanan

Properti dielektrik

Geometris Pemanasan Efek-Corner, Ujung dan

Efek fokus

microwave Bumping

Cooling menguapkan dan Uap Distilasi

Kurangnya kerenyahan (Tekstur) dan Browning (Color, Rasa) dari Microwave Foods

Bahan makanan

Pengolahan microwave

Pengeringan dan Dehidrasi

Pasteurisasi dan sterilisasi

Tempering dan Pencairan

Pembakaran

Radio Frequency Pengolahan

Masa Depan Microwave / Radio Frekuensi Pemanasan di Food

Industri

Pengakuan

Referensi

PENGANTAR Pemanasan microwave makanan telah ada sejak tahun 1949.Pertumbuhan jumlah rumah dengan microwave oven, dikombinasikan dengan penggunaan industri microwave, telah menciptakan pasar yang besar untuk microwaveprocessed makanan, dan akibatnya, telah berubah preferensi makanan dan metode persiapan. Menggunakan microwave sebagai sumber panas dalam pengolahan(pemanasan, pencairan, pengeringan, dll) dari bahan makanan menguntungkan karena menawarkan potensi untuk cepat penetrasi panas, mengurangi waktu pemrosesan dan, maka, tingkat produksi meningkat, lebih seragam pemanas, dan meningkatkan retensi hara. Hal ini tak terbantahkan bahwa pemanasan microwave memiliki banyak keuntungan lebih pemanas konvensional, tetapi proses itu sendiri sangat rumit.

Penggunaan gelombang mikro merupakan penggunaan canggih teknologi dalam industri makanan. Kurangnya pengetahuan yang cukup dan terpadu kompleks ini dan radikal proses pemanasan yang berbeda telah menjadi utama kontributor ketidakpastian tersebut. Meskipun telah terjadi kekurangan model prediktif untuk memahami bagaimana medan energi microwave berinteraksi dengan produk untuk menghasilkan panas (Mudgett 1986), signifikan kemajuan telah dibuat dalam 17 tahun terakhir. Kurangnya pemahaman sering menyebabkan suhu yang tidak diinginkan dan distribusi kadar air di microwaveheated produk. Penelitian empiris yang meragukan atau "Kotak hitam" pendekatan yang digunakan oleh industri makanan untuk mengembangkan aplikasi komersial harus dihindari. Penekanan harus pada penelitian dasar untuk lebih memahami interaksi antara microwave energi dan produk. Bab ini akan menyajikan dasar-dasar gelombang mikro dan deskripsi microwave proses dalam industri makanan

INDUKSI, DIELEKTRIK, DAN MICROWAVE PEMANASAN

Suhu material dapat ditingkatkan baik langsung atau tidak langsung. Metode tidak

langsung adalah mereka yang panas yang dihasilkan di luar produk dan ditransfer ke produk

dengan konduksi, konveksi, atau radiasi. Metode langsung adalah mereka yang panas dihasilkan

dalam bahan itu sendiri. Ini termasuk induksi, dielectric, dan microwave teknik. Di metode

pemanasan rect mengaktifkan (1) konsentrasi tinggi energi panas, (2) selektivitas di lokasi panas

aplikasi, dan (3) kontrol akurat dari durasi panas (Anonim 1980). Faktor-faktor ini keuntungan

penting karena mereka menyebabkan peningkatan output, meningkatkan kualitas, dan

pengurangan biaya produksi.

Induksi (ohmic) pemanasan digunakan dengan bahan (biasanya logam) yang merupakan

konduktor listrik. Bahan yang akan dipanaskan ditempatkan di dalam kumparan atau induktor,

yang diberi energi dengan arus bolak-balik. Frekuensi dimanfaatkan berkisar dari 50 Hz sampai

2 MHz. Gambaran pemanasan ohmik dan induktif adalah diberikan oleh Sastry (1994) dan Food

and Drug Administrasi (2000). Pemanasan dielektrik digunakan dengan bahan isolasi. Bahan

yang akan dipanaskan adalah ditempatkan di antara dua elektroda dan membentuk dielektrik

komponen kapasitor. Eksitasi adalah dengan cara dari tegangan frekuensi tinggi (2-100 MHz)

diterapkan ke piring kondensor. Pemanasan frekuensi radio, yang pada frekuensi yang jauh lebih

rendah, telah berkembang sebagai industri bersama microwave selama beberapa dekade.

Pemanasan frekuensi radio di Amerika Serikat dapat dilakukan pada salah satu dari tiga

frekuensi: 13,56, 27,12, dan 40,68 MHz. Pemanasan microwave adalah khusus bidang

pemanasan dielektrik yang frekuensi sangat tinggi (300 MHz sampai 30 GHz) yang diterapkan.

Microwave oven domestik beroperasi pada 2450 MHz, dan sistem pengolahan industri

umumnya menggunakan baik 2450 MHz atau 915 MHz (896 MHz di Amerika Kerajaan). Dua

jenis aplikator umumnya bekas. Dengan aplikator multimode, gelombang mikro dibuang dalam

konfigurasi acak, menggunakan dinding aplikator menyebabkan refleksi acak gelombang.

Kerugian dari metode ini adalah bahwa bisa ada konsentrasi energi gelombang mikro di berbagai

titik dalam bahan, yang menghasilkan lokal overheating. Dalam microwave oven domestik, ini

Efek diatasi dengan memutar bahan makanan pada turntable atau dengan menggunakan

pengaduk logam, yang mengubah elektromagnetik pola medan resonansi. Dengan tunggal

Modus aplikator, tanduk digunakan untuk melepaskan gelombang mikro dirancang untuk

memberikan elektromagnetik konstan kekuatan medan sepanjang aplikator yang bahan makanan

yang terkena, tegak lurus panjang perjalanan. Ini secara signifikan mengurangi lokal overheating

karena gelombang lulus langsung ke bahan makanan, dengan refleksi minimal dari sekitar

permukaan.

Sebagai elektrik nonconducting (dielectric) bahan yang konduktor panas yang buruk,

panas diterapkan dari luar oleh konveksi, radiasi, atau konduksi tidak efisien. Dalam beberapa

kasus, panas diterapkan penyebab suatu kulit atau kerak, yang dalam dirinya sendiri penghalang

termal, untuk membentuk di luar. Hal yang paling penting tentang pemanasan microwave adalah

kesempatan unik untuk menciptakan panas dalam bahan-pemanasan volumetrik Efek-yang tidak

dapat dicapai oleh konvensional lainnya cara. Tidak ada perbedaan suhu diperlukan untuk

memaksa panas ke pusat materi. Generasi panas dalam produk makanan oleh energi gelombang

mikro terutama disebabkan oleh gesekan molekul dikaitkan untuk melanggar ikatan hidrogen

terkait dengan molekul air dan migrasi ion garam gratis dalam medan listrik yang berubah

dengan cepat polaritas. Zat yang merespon, dan karena itu dapat diproses oleh, energi gelombang

mikro terdiri dari kutub (misalnya, air), ion, atau konduktif (misalnya, karbon hitam)

senyawa. Zat nonpolar, misalnya, polietilena dan parafin, tidak terpengaruh.

PROPAGASI DARI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIKPenjelasan teoritis singkat dari apa oven microwave dan bagaimana mereka berinteraksi

dengan materi makanan diperlukan untuk memahami perilaku umum mereka. Persamaan ini sangat penting dan telah menghasilkan dalam derivasi dari semua persamaan dasar dan terminologi untuk pemanasan microwave, seperti gelombang propagasi, disipasi daya, hukum Lambert, penetrasi mendalam, dan sebagainya. Bagian ini dimulai dengan empat dasar persamaan elektromagnetik yang menanggung nama James Clerk Maxwell (1831-1879), yang mengembangkan teori klasik elektromagnetisme dan benar meramalkan bahwa gelombang elektromagnetik telah dikaitkan medan listrik, E, dan medan magnet, H, sifat. Itu set empat persamaan fundamental elektromagnetisme dalam bentuk diferensial yang (Cheng 1990)

di mana E dan H adalah intensitas medan listrik dan magnet, J total kerapatan arus, ρe total listrik densitas muatan, D adalah perpindahan listrik (listrik kerapatan fluks), dan B adalah densitas fluks magnetik. Mereka dikenal sebagai persamaan Maxwell. Persamaan di atas adalah umum di bahwa media dapat homogen, nonlinear, dan nonisotropic. The konstitutif hubungan yang berkaitan J, D, B, E, dan H adalah D = εE, B = µH, dan J = σE, yang menggambarkan makroskopik yang sifat medium dalam hal permitivitas, ε; permeabilitas, μ; dan konduktivitas, σ. Dalam masalah propagasi gelombang, kita prihatin dengan perilaku dari gelombang elektromagnetik di daerah sumber bebas mana ρe dan J adalah nol. Dengan kata lain, kita sering tertarik tidak begitu banyak di bagaimana elektromagnetik gelombang berasal, tetapi bagaimana merambat. Jika gelombang adalah secara sederhana (linear, isotropik, dan homogen) menengah nonconducting ditandai dengan ε dan μ (σ = 0), persamaan Maxwell (Persamaan 4,1-4,4) mengurangi ke

Persamaan 4,5-4,8 dapat dikombinasikan untuk memberikan persamaan gelombang vektor homogen orde kedua di E dan H saja.

atau, sejak

Di ruang bebas, persamaan gelombang sumber bebas untuk E adalah

di mana c0 adalah kecepatan fase di ruang bebas

Vektor bidang yang berbeda dengan koordinat ruang dan fungsi sinusoidal waktu dapat sama

diwakili oleh vektor fasor yang bergantung pada koordinat ruang tetapi tidak tepat waktu.

Sebagai contoh, kita dapat menulis waktu-harmonik bidang E (mengacu cosωt) sebagai

Re [E (x, y, z) ejωt] adalah bagian nyata dari [E (x, y, z) ejωt]. Atau ejωt dapat digunakan untuk

mengekspresikan ketergantungan waktu. Jika E (x, y, z, t) akan diwakili oleh vektor fasor, E (x,

y, z), maka ∂E (x, y, z, t) / ∂t dan ∫E (x, y, z, t) dt akan diwakili oleh vektor fasor jωE (x, y, z)

dan E (x, y, z) / jω, masing-masing. Secara sederhana, nonconducting, media sumber bebas

ditandai dengan ρe = 0, J = 0, σ = 0, persamaan Maxwell waktu-harmonik (Persamaan 4,5-4,8)

menjadi

Dari Persamaan 4.9 kita memperoleh

di mana disebut bilangan gelombang.

Jika media sederhana adalah melakukan (σ ≠ 0), arus J = σE akan mengalir, dan Persamaan 4.15

harus diubah menjadi:

dengan

mana ε0 adalah permitivitas ruang bebas (8.8542E- 12 Farad / m). Oleh karena itu, semua

persamaan sebelumnya untuk media nonconducting akan berlaku untuk melakukan media yang

jika ε diganti dengan permitivitas εc kompleks. Materi kemampuan untuk menyimpan energi

listrik diwakili oleh, ε’ dan ε” menyumbang kerugian melalui disipasi energi. ε' r sering disebut

"konstanta dielektrik relatif." Ini agak tidak pantas, seperti istilah "konstanta" harus digunakan

hanya untuk konstanta benar. ε‘r bervariasi secara signifikan baik dengan suhu dan frekuensi

untuk banyak zat beban kerja yang khas. ε"r disebut dielektrik kerugian pemaduan relatif semua

energi kerugian akibat dielektrik relaksasi dan konduksi ionik. Rasio ε"/ ε' disebut tangen rugi

karena merupakan ukuran daya yang hilang dalam medium:

Kuantitas δc dapat disebut sudut rugi. Atau, kita dapat mendefinisikan konduktivitas setara mewakili semua kerugian dan menulis σ = ωε". Atas dasar Persamaan 4.19, media disebut sebagai konduktor yang baik jika σ >> ωε, dan insulator yang baik jika ωε >> σ. Dengan demikian, bahan mungkin konduktor yang baik pada frekuensi rendah tetapi mungkin memiliki sifat-sifat dielektrik lossy pada frekuensi yang sangat tinggi. Dalam media dielektrik lossy, gelombang nyata jumlah k harus diubah ke sejumlah gelombang kompleks:

Sebuah gelombang bidang seragam ditandai dengan E = axEx menyebarkan di media lossy dalam +z- arah telah dikaitkan dengan sebuah medan magnet H = ayHy. Jadi E dan H yang tegak lurus satu sama lain, dan keduanya melintang terhadap arah propagasi (kasus tertentu dari transversal elektromagnetik, TEM, gelombang). Solusi untuk dipertimbangkan di sini adalah

bahwa dari gelombang pesawat, yang untuk medan listrik mencapai bentuk

Sebuah konstanta propagasi, γ, didefinisikan sebagai

Faktor propagasi e -γz dapat ditulis sebagai produk dari dua faktor:

di mana α dan β adalah bagian real dan imajiner dari γ, masing-masing. Karena γ adalah kompleks, kita menulis, dengan bantuan Persamaan 4.20,

Seperti yang akan kita lihat, baik α dan β adalah jumlah positif. Faktor pertama, e-Αz, menurun sebagai z meningkat dan dengan demikian merupakan faktor pelemahan, dan α disebut konstanta atenuasi. Faktor kedua, e-jβz, merupakan faktor fase; β disebut fase konstan, yang menyatakan pergeseran fase gelombang merambat dan berhubungan dengan panjang gelombang radiasi di media (λm) oleh λm=2π/β yang, di ruang bebas, mengurangiuntuk λ0 = 2π / β = c0 / f.

Dari Persamaan 4.26, istilah eksponensial pertama memberikan redaman medan listrik, dan karena itu, distribusi kekuasaan yang dihamburkan atau diserap dalam bahan lossy homogen berikut hukum eksponensial (Hukum Lambert):

mana Ptrans adalah kekuatan melalui permukaan dalam arah z. Secara teoritis, kedalaman penetrasi kekuasaan, Dp, didefinisikan sebagai kedalaman di bawah permukaan pesawat besar substansi di mana kepadatan daya dari menimpa tegak lurus, ke depan merambat, pesawat gelombang elektromagnetik telah membusuk oleh 1 / e dari nilai permukaan, 1/ e ≈ 37% (Risman 1991). Kekuasaan diserap dalam lapisan atas ketebalan ini dalam kaitannya dengan kekuasaan benar-benar diserap (per luas permukaan) kemudian 63%.

Substitusi Persamaan 4,28 menjadi 4,31 Persamaan menghasilkan ekspresi umum untuk kedalaman penetrasi:

Kedalaman kulit Ds, di mana kekuatan medan listrik dikurangi menjadi 1/e [dan kepadatan daya demikian (1/e) 2] adalah dua kali kedalaman penetrasi kekuasaan, Ds = 2DP. Ada banyak teks di mana tidak jelas apakah Ds atau Dp disebut. Lebih buruk lagi, ada kasus di mana formula menyatakan atau nilai numerik tidak sesuai dengan terminologi yang digunakan (Risman 1991). Beberapa penulis di Amerika Serikat telah mencoba untuk menghindari kebingungan dengan menggunakan kedalaman halfpower D1 / 2 atau D50. Hal ini berkaitan dengan Dp oleh

MICROWAVE DAYA DISTRIBUSIKebanyakan bahan praktis dirawat oleh tenaga microwave homogen dan sangat sering

anisotopic; permitivitas bahan ini berubah dengan suhu dan kadar air (proses pengeringan). Kerugian termal dari permukaan dan panas transfer material dalam jumlah besar bahan menghasilkan komplikasi tambahan. Generasi panas dalam bahan makanan juga disertai dengan migrasi kelembaban signifikan yang, pada gilirannya, mempengaruhi karakteristik penyerapan energi dari makanan, menciptakan kopling panas dan transportasi massal yang mempersulit analisis matematis. Dari sudut pandang fisik, pemanasan microwave adalah kombinasi dari setidaknya empat proses yang berbeda: distribusi kekuasaan, penyerapan tenaga, perpindahan panas, dan perpindahan massa. Besarnya dan keseragaman distribusi suhu dipengaruhi oleh makanan dan faktor oven seperti (1) besarnya dan distribusi kekuasaan microwave (yaitu, medan listrik eksternal) di mana makanan ditempatkan, (2) refleksi gelombang dari makanan permukaan dan kedalaman penetrasi, yang ditandai dengan geometri makanan dan properti, (3) distribusi daya yang diserap serta daya yang dihamburkan pada titik tertentu (yaitu, medan listrik internal) sebagai fungsi dari parameter material, temperatur, dan waktu (karena pengeringan), dan (4) panas simultan dan perpindahan massa.

INTERNAL ELECTRIC FIELD INTENSITASElektromagnetik energi gelombang transportasi melalui ruang. Jumlah energi microwave diserap adalah, pada gilirannya, ditentukan oleh medan listrik di dalam aplikator microwave. Ia menawarkan link berwujud antara energi elektromagnetik dan materi yang akan dirawat.

Untuk pemanasan microwave, persamaan energi yang mengatur termasuk generasi panas volumetrik yang menghasilkan kenaikan suhu dalam materi:

Dalam persamaan ini, Qabs (watt/cm3) sesuai dengan tingkat volumetrik pembangkit energi internal karena disipasi energi microwave. Pada dasarnya, aparat ditempatkan di oven pada posisi bunga, dan tingkat kenaikan suhu, ∂t/∂t diukur. Cp (cal/g-°C) adalah kapasitas panas

dari material, dan ρ(g/cm3) adalah densitas material. Dengan asumsi tidak ada gradien suhu dalam massa kecil menengah dielectric, keseimbangan energi dapat diperoleh dengan menyederhanakan persamaan 4.34:

dimana Pabs adalah total daya yang diserap oleh medium dielektrik (watt). Hubungannya dengan E-lapangan di lokasi dapat diturunkan dari persamaan Maxwell dari gelombang elektromagnetik (Metaxas dan Meredith 1983).

di mana f adalah frekuensi gelombang mikro (2450 MHz), ε” eff adalah faktor kerugian dielektrik untuk bahan dielektrik yang dipanaskan, dan Erms adalah akar berarti nilai kuadrat dari intensitas medan listrik. Karena tingkat kenaikan suhu diketahui, generasi panas, Qabs, dapat ditentukan dan disamakan dengan "internal" medan listrik, Erms, internal menggunakan Persamaan 4.36.

ELECTRIC EKSTERNAL FIELD INTENSITASThe Poynting teorema hanya menyatakan bahwa ada konservasi energi di medan elektromagnetik. Aliran listrik melalui permukaan tertutup dapat dihitung dari integrasi vektor Poynting, P = E x H (W/ m2), di atas permukaan (Persamaan. 4,38).

di mana Re (E x H) berarti bagian nyata dari (E x H). Tanda negatif merupakan tingkat di mana energi elektromagnetik mengalir "ke" permukaan tertutup. Kepadatan daya waktu rata-rata, Pav, sama dengan kepadatan waktu rata-rata energi, ε0 E⋅ 2 rms, ext, dikalikan dengan kecepatan fase, c (Persamaan. 4,39).

mana Erms, ext adalah akar-mean-kuadrat intensitas medan listrik eksternal (Lorrain et al. 1988). Dalam media di mana tidak ada refleksi gelombang pada interface dan 100% dari energi gelombang diserap oleh bahan dielektrik, maka

di mana A adalah luas permukaan (m2). Dalam kasus untuk memanaskan media dielektrik, bagian dari gelombang yang menyerang media dielektrik akan tercermin dan bagian akan

memasuki tetesan dielektrik, di mana sebagian diserap. Dua parameter yang diperkenalkan untuk memecahkan "eksternal" nilai E-lapangan saat refleksi dan penyerapan dipertimbangkan (Persamaan. 4,41).

Γ, koefisien transmisi, menunjukkan fraksi kekuasaan yang ditransmisikan ke media dielektrik. σ, koefisien penyerapan, menunjukkan fraksi daya yang diserap dan menghasilkan pemanasan. Sejak penyerapan dan transmisi koefisien diketahui, Persamaan 4.42 dapat digunakan untuk menghitung intensitas medan listrik eksternal (Putih 1970):

HUKUM LAMBERT'SDalam beberapa penelitian komputasi pemanasan microwave, panas yang dihasilkan telah dimodelkan oleh hukum Lambert, yang menurut daya microwave melemahkan secara eksponensial sebagai fungsi jarak penetrasi ke dalam sampel (Ayappa et al 1991a, b;. Nykvist dan Decareau 1976; Ohlsson dan Bengtsson 1971; Stuchly dan Hamid 1972; Taoukis et al 1987). Ini harus ditekankan bahwa penetrasi ini perhitungan kedalaman hanya berlaku untuk bahan menjalani kejadian pesawat gelombang dan untuk media semi-infinite; ini akan disebut sebagai batas hukum selanjutnya Lambert (Ayappa et al. 1991a, Stuchly dan Hamid 1972). Meskipun hukum Lambert berlaku untuk sampel yang cukup tebal untuk diperlakukan sebagai jauh tebal, itu adalah pendekatan yang buruk dalam banyak situasi praktis dan sering tidak menggambarkan secara akurat pemanasan microwave makanan di rongga.

Untuk menentukan kondisi penerapan perkiraan hukum Lambert untuk lembaran terbatas, Ayappa dan lain-lain (1991a) dibandingkan dengan pemanasan microwave diprediksi oleh persamaan Maxwell. Ketebalan slab kritis, Lcrit (cm) di atas yang batas hukum Lambert berlaku dapat diperkirakan dari Lcrit = 2,7 / Dp - 0.08. Fu dan Metaxas (1992) mengusulkan definisi baru untuk kedalaman penetrasi kekuasaan, Δp, yang merupakan kedalaman di mana daya yang diserap oleh material dikurangi menjadi (1- e-1) dari total daya yang diserap. Definisi ini memungkinkan nilai unik dari Δp dapat ditemukan untuk semua ketebalan dan juga memberikan indikasi validitas asumsi peluruhan eksponensial dalam slab. Pendekatan lain yang digunakan di mana beban dielectric bola diasumsikan untuk menyerap energi dari medan radiasi sekitarnya (MacLatchy dan Clements 1980).

Daya serap di dalam media dielektrik dapat diperkirakan dengan cara berikut. Asumsikan bahwa kekuatan fluks (daya per satuan luas) yang masuk melalui permukaan media dielektrik seragam dan bahwa semua gelombang yang ditransmisikan ke dalam media (yaitu, tidak ada refleksi gelombang). Maka daya meluruh secara eksponensial, P(x) = P0 ⋅ exp (-x / Dp), di mana P0 adalah kekuatan insiden di permukaan. Dari teorema Poynting, energi bidang yang menghilang sebagai panas dalam volume tertutup sama dengan total daya yang mengalir ke permukaan tertutup minus total daya yang mengalir keluar dari permukaan tertutup sama (Cheng

1990).

di mana adalah radius beban dielektrik bola, Peff adalah besarnya efektif dari vektor Poynting, dan Pabs adalah total daya serap oleh media dielektrik. Jadi, koefisien penyerapan, σ, digunakandalam Persamaan 4.37 adalah

Penggunaan hukum Lambert membutuhkan perkiraan intensitas tenaga yang ditransmisikan, Ptrans (Persamaan. 4,30), yang diperoleh dari pengukuran kalorimetrik (Ohlsson dan Bengtsson 1971, Taoukis et al. 1987) atau digunakan sebagai parameter disesuaikan untuk mencocokkan profil suhu eksperimental dengan prediksi Model (Nykvist dan Decareau 1976). Dengan demikian, Ptrans diukur dengan metode di atas merupakan intensitas radiasi yang ditransmisikan, akurasi perkiraan tergantung pada metode yang digunakan. Bergantian, jika Ptrans adalah kekuatan fluks insiden, hukum Lambert harus dimodifikasi untuk memperhitungkan penurunan daya karena refleksi pada permukaan sampel. Karena hukum Lambert tidak menghasilkan pendekatan yang komprehensif, perkiraan yang lebih akurat dari tingkat pemanasan berdasarkan memprediksi atau mengukur intensitas medan listrik pada dasarnya seragam di rongga harus menjadi subjek yang paling penting dari penelitian saat ini. Bagaimana bentuk dan volume (relatif terhadap oven microwave) dari bahan makanan mengubah tingkat pemanasan harus diselidiki lebih lanjut. Bidang interior listrik, gerakan kelembaban di makanan padat, dan perubahan dalam sifat dielektrik dan lainnya menggabungkan untuk membuat merancang microwave memproses tugas yang sulit.

PENGUKURAN LISTRIK BIDANG INTENSITASKurangnya informasi tentang intensitas medan listrik atau distribusi rapat daya sekitar obyek (beban) selama pemanasan adalah perhatian utama untuk industri makanan karena dapat digunakan sebagai masukan untuk tujuan mengembangkan model matematika untuk memprediksi pola pemanasan dalam makanan microwave-dipanaskan dan untuk simulasi komputer pengolahan makanan. Pengukuran microwave E-bidang atau distribusi rapat daya di dalam oven yang dibutuhkan. Distribusi E-bidang yang kompleks dan berada di luar lingkup perhitungan sederhana. Saat ini, ada relatif sedikit literatur tentang mengukur intensitas medan listrik di sistem pangan selama pemanasan microwave (Goedeken 1994, Mullin dan Busur 1993). Sejauh ini, mengukur distribusi medan listrik dalam oven microwave telah terbukti paling sulit.

Selama bertahun-tahun medan listrik telah diukur di udara dan media materi (Bassen dan Smith 1983), tetapi tidak untuk aplikasi makanan selama microwave pemanasan. Teknik-teknik yang dikembangkan sebelumnya juga tidak memberikan nilai kuantitatif lapangan, atau mengganggu lapangan, atau keduanya (Bosisio et al.1974, MacLatchy dan Clements 1980,

Washisu dan Fukai 1980). Pengukuran langsung dari intensitas medan sering dilakukan dengan menggunakan kenaikan suhu dalam jumlah kecil dari cairan ditempatkan di berbagai lokasi di dalam rongga (MacLatchy dan Clements1980, Watanabe et al. 1978, White 1970). Metode menggunakan beban besar air dalam rongga menghasilkan pengukuran daya yang diserap dari lapangan dan dapat digunakan untuk memperkirakan intensitas medan listrik (Putih 1970). Namun, ketika metode tradisional perhitungan yang digunakan, nilai keliru tinggi lapangan diperoleh (MacLatchy dan Clements 1980). Luxtron® Corp mengembangkan penyelidikan Efield berdasarkan sensor suhu serat optik yang mengukur suhu elemen resistif ketika terkena medan elektromagnetik. Sebuah sensor kedua digunakan untuk mengukur suhu lingkungan, dan perbedaan antara dua pengukuran adalah kenaikan suhu dari elemen resistif (Randa 1990, Wickersheim dan Sun 1987, Wickersheim et al. 1990). Keuntungan dari desain adalah bahwa itu adalah kecil dan nonperturbing, dan dapat digunakan dalam medan elektromagnetik yang tinggi. Sangat sedikit studi tentang penggunaan probe ini untuk mengukur medan listrik di dalam sampel makanan dipanaskan dalam oven microwave dilaporkan. Namun, Luxtron® berhenti membuat ini penyelidikan listrik-bidang-kekuatan pada tahun 1997.

INTERAKSI gelombang mikro DENGAN MAKANANBentuk makanan, volume, luas permukaan, dan komposisi merupakan faktor penting dalam microwave pemanasan. Faktor-faktor ini dapat mempengaruhi jumlah dan pola spasial diserap energi, yang mengarah ke efek seperti sudut dan tepi overheating, fokus, dan resonansi. Komposisi makanan, kelembaban dan garam persentase tertentu, memiliki pengaruh lebih besar pada pengolahan microwave dari pada pengolahan konvensional, karena pengaruhnya terhadap sifat dielektrik. Gangguan dari efek samping seperti pendinginan permukaan, pembakaran interior, distilasi uap volatil, dan waktu memasak singkat mengubah tingkat interaksi.

PROPERTI DIELEKTRIKSifat dielektrik makanan sangat penting dalam menggambarkan cara makanan yang dipanaskan oleh oven microwave. Koleksi paling komprehensif dari data properti dielektrik sampai saat ini adalah bahwa dari von Hippel (1954). Sifat penting adalah konstanta dielektrik (ε’), Yang berkaitan dengan kemampuan makanan untuk menyimpan energi microwave, dan dielektrik kerugian konstan (ε”), Yang berkaitan dengan kemampuan makanan untuk mengusir energi gelombang mikro sebagai panas. Sifat dielektrik makanan bervariasi dengan composition, berubah dengan variasi dalam air, lemak, karbohidrat, protein, dan mineral (Kent 1987). Sifat dielektrik juga bervariasi dengan suhu. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, sifat dielektrik mempengaruhi kedalaman yang energi gelombang mikro menembus ke dalam makanan yang akan hilang sebagai panas. Besarnya kedalaman penetrasi, didefinisikan sebagai kedalaman di mana 63% dari energi yang hilang, dapat digunakan untuk kuantitatif menggambarkan bagaimana energi gelombang mikro berinteraksi dengan makanan. Sebuah kedalaman penetrasi besar menunjukkan bahwa energi terserap sedikit, sementara kedalaman penetrasi kecil menunjukkan terutama permukaan pemanasan.

Data properti dielektrik untuk produk pertanian, bahan biologi, dan berbagai bahan untuk pengolahan microwave secara luas tersebar dalam literatur teknis (Datta et al. 1995, Nelson 1973, Stuchly dan Stuchly 1980, Tinga dan Nelson 1973). Sayangnya, sebagian besar nilai-nilai literatur tentang sifat-sifat ini hanya tersedia pada suhu kamar sampai 60 °C dan tidak tersedia pada suhu sterilisasi. Mereka Data literatur dapat memberikan pedoman, tetapi variabilitas

komposisi produk makanan dan kondisi tertentu lainnya untuk aplikasi tertentu sering membutuhkan pengukuran dilakukan dengan hati-hati.

EFEK PEMANASAN GEOMETRIK - CORNER, EDGE, DAN EFEK FOKUSDengan metode memasak konvensional, panas dipindahkan dari luar ke produk pangan dengan konduksi, konveksi, atau radiasi inframerah. Ada gradien suhu dari luar ke dalam. Hal ini sering mengatakan bahwa dengan oven microwave, pemanas berlangsung dari dalam ke luar. Ini tidak benar; pemanasan terjadi di seluruh makanan secara bersamaan, meskipun mungkin tidak didistribusikan secara merata. Mungkin salah tafsir ini adalah karena fakta bahwa suhu permukaan cenderung lebih rendah daripada suhu di dalam makanan (karena pendinginan evaporative dan efek pemanasan geometris). Untuk makanan dengan faktor kerugian yang tinggi, sebagian besar energi gelombang mikro dari gelombang menimpa makanan akan diserap di dekat permukaan, dan penetrasi dan mendalam pemanasan akan terbatas. Secara umum, permukaan akan memanas lebih cepat daripada interior, tetapi ada pengecualian. Pembiasan dan refleksi di interface akan menyebabkan penguatan pola medan dekat sudut dan tepi makanan berbentuk persegi panjang, sehingga overheating. Efek pemanasan inti dari sifat yang sama terjadi pada makanan dari bentuk bulat atau silinder pada dimensi tertentu, menyebabkan konsentrasi energi dan panas dari bagian tengah.

Efek pemanasan konsentrasi berarti pemanasan maksimum terjadi di tengah untuk geometri bola dan silinder tertentu (Ohlsson dan Risman 1978). Ledakan terkenal telur selama pemanasan microwave adalah salah satu demonstrasi yang paling signifikan dari efek pemanasan inti. Hal ini terjadi karena pusat pemanasan menyebabkan pembentukan uap, yang menginduksi dorongan energi dengan daya tinggi seperti untuk memindahkan massa sekitarnya jauh dari satu sama lain. Perilaku semacam ini termal telah diamati oleh Mudgett (1986), Nykvist dan Decareau (1976), Ohlsson dan Risman (1978), dan Whitney dan Porterfield (1968) untuk makanan berbentuk silindris dan sferis. Daerah pemanasan maksimal juga bergerak perlahan dari pusat ke permukaan ketika diameter meningkat. Jika diameter jauh lebih besar dari kedalaman penetrasi, profil temperatur akan mirip dengan yang diamati untuk "semi-infinite" tubuh. Artinya, suhu akan menurun secara eksponensial dari permukaan sesuai dengan hukum Lambert, yang mengatur penyerapan tenaga microwave. Jika diameter jauh lebih sedikit dibandingkan kedalaman penetrasi, profil pemanasan akan datar. Di antara ekstrem efek fokus terjadi.    Selain itu, Mudgett (1986) menunjukkan pengaruh garam pada perilaku pengeringan. Dengan penambahan natrium klorida, kedalaman penetrasi menurun secara signifikan; Oleh karena itu, profil pemanasan bisa bergeser dari yang fokus dan pusat pemanasan untuk salah satu dari pemanasan permukaan. Orang tua dan lain-lain (1992) menunjukkan profil suhu dan kelembaban dari sampel silinder dengan diameter 3,5 cm selama microwave pemanasan. Tanpa garam, pusat dipanaskan dan dikeringkan lebih cepat dari permukaan. Namun, untuk sampel dengan 4% garam, permukaan dipanaskan dan dikeringkan lebih cepat dari pusat.   Alasan lain untuk pemanasan yang tidak merata dalam produk lossy dapat ditelusuri ke kondisi batas elektromagnetik di tepi dan sudut (Pearce et al. 1988). Ini adalah apa yang disebut tepi dan sudut efek. Dalam medan listrik, di mana panjang gelombang lebih besar dari dimensi obyek dipanaskan, bidang lentur akan menimbulkan konsentrasi di beberapa lokasi. Konvergensi dari dua atau lebih gelombang pada hasil sudut dalam rapat daya volumetrik yang lebih tinggi dari pada permukaan datar. Tingkat pemanasan yang lebih tinggi sehingga akan diperoleh di sudut-sudut. Jika medan listrik cukup kuat, busur mungkin berasal dari sana ketika udara mengionisasi (Yang dan Pearce 1989). Kontainer persegi dapat menyebabkan pembakaran di

sudut-sudut produk karena rasio luas permukaan / volume yang lebih besar, sehingga lebih penyerapan energi gelombang mikro. Kontainer melingkar atau oval membantu mengurangi tepi dan sudut efek kuat karena penyerapan energi terjadi secara merata di sekitar tepi, tapi efek pemanasan inti kemudian dapat diperkenalkan.

MICROWAVE menabrakFenomena lain selama pemanasan microwave isthe "menabrak" yang mungkin terjadi di microwave memasak. Istilah, "microwave menabrak," juga dikenal sebagai microwave popping atau microwave muncrat, adalah deskriptif fenomena ledakan ditandai dengan berdesak-desakan atau gemetar wadah, biasanya disertai oleh ledakan terdengar. Ketika microwave menabrak terjadi, suara ledakan, yang dapat didengar agak jauh, yang mengganggu, dan kejutan yang tak terduga kepada konsumen. Microwave menabrak disebabkan ledakan partikulat makanan, tidak terlokalisasi didih cairan. Dalam studi oleh Fu dan lain-lain (1994), microwave menabrak ditandai. Peningkatan viskositas cairan tidak menghasilkan perbedaan yang signifikan dalam intensitas atau frekuensi menabrak. Tingkat microwave menabrak diyakini langsung terkait dengan efek pemanasan berlebih lokal. Semakin tinggi intensitas medan listrik, semakin besar kejadian menabrak. Karena tepi, sudut, dan fokus efek pemanasan oleh microwave, bentuk wadah mempengaruhi pola pemanasan produk makanan dan lokasi menabrak dalam wadah. Sterilisasi partikulat sayuran (yang menyebabkan pelunakan berlebihan) dan pengasinan partikulat makanan (yang menyebabkan tingkat pemanasan microwave tinggi) adalah dua kondisi yang diperlukan untuk memproduksi microwave menabrak (Fu et al. 1994).

Pendinginan evaporative DAN STEAM DISTILLATIONSelama pemanasan makanan yang mengandung air, penguapan yang dihasilkan di permukaan menyebabkan depresi suhu, yang dikenal sebagai pendinginan evaporative. Permukaan makanan terlihat lebih dingin daripada daerah tepat di bawah permukaan dan lebih hangat daripada udara di sekitarnya. Fenomena ini mudah terlihat selama memasak dari panggang daging (Nykvist 1977, Nykvist dan Decareau 1976). Pada saat yang sama, penguapan permukaan ini dapat menyebabkan destilasi uap dari komponen rasa tertentu. Rasa rilis di microwave memasak meningkat dengan distilasi uap. Dalam pemanasan microwave, uap air (steam) adalah salah satu mekanisme transportasi yang paling penting yang berkontribusi pada gerakan senyawa rasa dalam matriks makanan (Fu et al. 2003b, c, d). Senyawa individu yang membentuk rasa sebuah, yang berat dan larut dalam air molekul sangat rendah, mungkin didorong off atau uap suling dari produk selama microwave pemanasan. Buah dan lainnya "manis" perasa lebih dari masalah. Mereka menguap dengan mudah dalam makanan dengan kadar air awal yang tinggi karena mengandung sejumlah besar rantai pendek, zat penyedap yang mudah menguap. Selain itu, mereka sering dari karakter yang lebih hidrofilik: Oleh karena itu, sebagian besar dari zat penyedap berpindah ke fasa air dari makanan, yang secara selektif menyerap sebagian besar dari energi gelombang mikro (Van Eijk 1992). Hilangnya persen dapat berkisar dari kurang dari 10% untuk senyawa tinggi mendidih sampai 95% untuk senyawa sangat fluktuatif (Risch 1989). Ini adalah senyawa yang sangat fluktuatif yang menciptakan aroma yang kuat, yang diperlukan ketika rasa dirancang untuk memberikan profil aroma seimbang dalam ruangan selama pemanasan microwave (Steinke et al. 1989). Dalam hal ini, rasa ditambahkan semata-mata untuk pembangkit aroma dan memberikan kontribusi sangat sedikit untuk profil rasa dari produk microwave itu sendiri. Namun, fenomena ini, flash off, sering menyebabkan ketidakseimbangan

konsentrasi rasa dalam produk jadi yang memiliki karakter yang berbeda dari rasa yang ditambahkan sebelum memasak. Formulasi yang mengkompensasi untuk flash off mungkin memerlukan karakter rasa yang sangat tidak seimbang sebelum microwave. Hilangnya tertentu tergantung pada jenis komponen rasa yang digunakan dan sistem pangan di mana ia dimasukkan. Selain itu, jumlah flash off dapat sangat bervariasi dalam produk karena suhu pada saat tertentu bisa sangat lokal. Sebagai migrasi luar uap air adalah faktor yang paling penting yang mempengaruhi retensi rasa dalam produk makanan, perasa digunakan untuk aplikasi microwave harus memiliki volatilitas uap air rendah kecuali perasa dimaksudkan baik untuk menciptakan "oven aroma" metode memasak konvensional atau untuk menutupi yang tidak diinginkan off catatan dilepaskan selama microwave memasak.

KEKURANGAN kerenyahan (TEKSTUR) DAN BROWNING (WARNA, RASA) MAKANAN MICROWAVEDengan metode memasak konvensional, kita memiliki suhu tinggi udara ambien (misalnya, 180 °C) pada kelembaban relatif agak rendah. Panas menembus permukaan, danada gradien suhu dan uap air gradien tekanan yang sesuai diarahkan menuju pusat. Sejak Berat jenis uap air tertinggi dekat permukaan, hasil ini dalam gradien tekanan yang menciptakan kekuatan pendorong dari permukaan menuju pusat (Wei et al. 1985a, b), sehingga membantu untuk mempertahankan volatil dalam produk. Karena suhu lingkungan yang tinggi, permukaan dehidrasi, denaturasi protein, pati gelatinisasi, karamelisasi, dan sebagainya berlangsung, dan mengakibatkan pembentukan kerak (Van Eijk 1992). Ketika runtuhnya permukaan terjadi, lapisan permukaan penyegelan mengelilingi produk makanan dan mencegah atau penundaan lebih lanjut penguapan uap air dan zat penyedap yang terkait ke udara ambien. Nuansa rasa yang sangat halus namun lezat ditemukan di oven panggang produk yang sebagian besar disebabkan rasa yang dihasilkan dari reaksi Maillard. The Maillard reaksi, yang meliputi serangkaian kompleks reaksi yang dimulai dengan kondensasi asam amino dan mengurangi gula, telah lama digunakan sebagai alat untuk mereproduksi, meningkatkan, dan meningkatkan karya ibu alam di seluruh berbagai produk makanan. Untuk browning nonenzimatik atau reaksi Maillard terjadi, kadar air dari permukaan produk makanan ini harus sangat berkurang (tingkat aktivitas air antara 0,6 dan 0,8), dan udara di sekitarnya tidak bisa jenuh dengan uap air (Risch 1989). Tidak ada suhu yang berbeda yang harus dicapai untuk browning terjadi; Namun, semakin tinggi suhu, semakin besar tingkat kematangan.

Tekstur dari makanan microwave dapat langsung mempengaruhi penerimaan. Ketangguhan atau kurangnya kerenyahan roti sedikit matang dalam oven microwave mungkin tidak secara langsung mengubah rasa, tapi itu tidak berpengaruh persepsi konsumen dari produk. Microwave ketangguhan yang paling mungkin terkait dengan migrasi kelembaban dan kerugian dalam produk-produk panggang dipanaskan, yang juga dapat menyebabkan tidak diinginkan interaksi protein-protein lainnya.

Kurangnya konvensional ala kecoklatan dan crisping di oven microwave adalah karena frekuensi gelombang mikro yang digunakan. Pada 2450 MHz, panjang gelombang, 12,2 cm, terlalu panjang untuk menciptakan panas permukaan intens yang terjadi pada frekuensi inframerah yang lebih tinggi, membatasi item makanan untuk suhu sekitar 100 ° C. Ini sangat ideal untuk makanan basah seperti sayuran dan minuman, tetapi tidak dapat diterima untuk kue, dilapisi tepung roti atau item adonan berlapis, dan daging panggang. Berbeda dengan makanan konveksi dipanaskan, dalam banyak kasus kita harus relatif rendah suhu udara ambien (60-75 °C) dengan kelembaban relatif agak tinggi selama microwave pemanasan. Tingkat suhu

maksimum dan akibatnya tekanan uap air maksimum umumnya terletak jauh di bawah permukaan. Penggerak utama, oleh karena itu, diarahkan permukaan bukannya menuju pusat (Wei et al. 1985a, b). Uap air yang dihasilkan di dalam makanan terus bermigrasi ke permukaan, menggambar zat penyedap dengan itu di jalan keluar: tingkat penguapan air tidak cukup tinggi untuk mengeringkan permukaan, dan air menguap terus diganti dengan migrasi air dari dalam (Van Eijk 1992). Untuk makanan yang membutuhkan waktu pemanasan yang lama, misalnya, sendi daging, efeknya bisa signifikan, dan kehilangan kelembaban yang dihasilkan dari permukaan produk dapat cukup. Fenomena elektromagnetik menciptakan "panas" dan "dingin" tempat yang melekat dalam semua oven microwave dan bertanggung jawab untuk banyak memasak tidak merata yang terkait dengan mereka. Produk cair dengan cepat menghilangkan energi microwave, menghasilkan produk yang lebih seragam. Produk makanan padat, sistem multifase, atau produk beku mengembangkan bintik-bintik panas dan dingin selama pemanasan, yang semakin merumitkan pengiriman rasa dalam sistem ini (Steinke et al. 1989).

Selama microwave memanaskan suhu rendah permukaan, aktivitas air jauh lebih tinggi nya (sekitar 1,0), dan kurangnya berkepanjangan waktu memanggang telah konsekuensi berikut: (1) tidak ada kerak terbentuk karena perubahan fisik yang diperlukan (denaturasi protein, pati gelatinisasi, dll .) terhambat, dan (2) pembentukan banyak senyawa rasa dan / atau pigmen (reaksi Maillard browning) tidak terjadi sejauh diperlukan. Dengan demikian, beberapa rasa yang biasanya berkembang pada produk konvensional dimasak tidak akan selalu bekerja dalam produk microwave. Van Eijk (1992) menyatakan bahwa perbedaan generasi rasa dan kinerja penyedap zat dalam makanan microwave dapat dijelaskan secara memuaskan oleh perbedaan pola pemanasan, perbedaan yang sesuai dalam migrasi uap air, dan perubahan fisik yang dihasilkan, terutama di permukaan makanan. Tidak ada efek athermal telah diamati.

BAHAN MAKANANSifat dielektrik dan termal dari makanan dapat dimodifikasi dengan menyesuaikan bahan makanan dan formulasi dan dikelola dalam batas-batas tertentu. Bahan dalam makanan seperti air, garam terionisasi, dan lemak dan minyak, khususnya, dan distribusi bahan-bahan ini dalam produk makanan mengerahkan kuat pengaruh pada tingkat suhu dan distribusi. Bahan-bahan berinteraksi secara fisik dan kimia ke mana ditentukan oleh berbagai faktor, termasuk modus pemanasan. Air murni beku tidak memiliki microwave dipole relaksasi dan karena itu microwave transparan. Makanan beku, bagaimanapun, tidak microwave transparan karena beberapa air masih dalam bentuk cair gratis. Jadi, ketika makanan dibekukan yang dicairkan oleh energi gelombang mikro, khususnya masalah-masalah sulit muncul setelah kedua es dan air yang hadir. Hot spot dan run-away pemanasan mungkin konsekuensi dalam hal ini. Lemak memiliki dielectric loss rendah dan akibatnya tidak menghasilkan banyak panas langsung dari lapangan microwave. Setelah panas telah dihasilkan, konduksi dan konveksi menjadi mekanisme utama perpindahan panas. Lemak mencapai suhu yang sangat tinggi karena titik didih tinggi, sedangkan air terbatas pada suhu maksimum 100 °C ditambah efek titik didih elevasi dilakukan oleh zat terlarut. Namun, karena kapasitas panas dari lemak adalah sekitar setengah dari air, mereka panas lebih cepat dalam microwave.

Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat dielektrik air, termasuk kehadiran konstituen interaktif lain seperti ikatan hidrogen karena adanya gliserol dan propilen glikol, dan gula dan bahan polihidroksi karbohidrat-seperti, juga akan berdampak pemanasan microwave (Shukla dan Anantheswaran 2001). Garam dan gula dapat digunakan untuk memodifikasi kecoklatan dan crisping permukaan makanan. Memanaskan sampel dengan kandungan garam tinggi dapat

mengubah pola pemanasan microwave dari pusat pemanasan permukaan pemanasan (Parent et al. 1992). Selain interaksi langsung microwave, lipid, garam, gula, dan alkohol polihidroksi dapat menaikkan titik didih air. Hal ini memungkinkan makanan untuk mencapai suhu yang lebih tinggi diperlukan untuk pengembangan rasa reaksi dan reaksi Maillard browning.

Menghubungkan pembentukan panggang atau catatan rasa dipanggang hanya untuk reaksi Maillard adalah penyederhanaan yang berlebihan. Reaksi lemak dengan konstituen makanan lain (misalnya dalam daging) juga penting untuk profil rasa utama. Karena reaksi jenis ini juga kurang dalam microwave memasak, profil rasa yang tidak lengkap dapat menyebabkan. Kemampuan untuk mensimulasikan rasa tertentu dalam makanan sangat dipengaruhi oleh kapasitas rasa-pengikatan protein yang digunakan. Denaturasi protein dapat meningkatkan penyerapan rasa. Hal ini mungkin mencerminkan eksposur yang lebih besar dari segmen hidrofobik dari protein, karena interaksi hidrofobik adalah kekuatan utama dalam kumparan lipat acak protein dan menyumbang mengikat senyawa rasa nonpolar. Sejauh mana protein yang berbeda mengikat rasa tidak selalu dapat diprediksi dalam sistem makanan rumit karena adanya faktor-faktor lain (garam, lipid) akan mempengaruhi perilaku rasa. Memang, kadar air dari sistem dapat mempengaruhi tingkat aroma dirilis.

Untuk mendapatkan informasi yang berguna dan bermakna pada kontribusi dari tingkat migrasi rasa dan kinetika degradasi dalam berbagai kondisi, Fu dan lain-lain (2003a) dirancang peralatan untuk pengukuran on-line konsentrasi rasa, untuk merumuskan sistem rasa-adonan termal stabil dan untuk mencapai pemanasan isotermal. Sebuah metode deteksi photoionization (Fu et al. 2001) dan a-perangkap dingin, metode sampling on-line (Fu et al. 2003b) digunakan untuk menyelidiki migrasi senyawa rasa di makanan matriks padat mengalami microwave pemanasan. Sebagai konsentrasi kelembaban menurun di bawah 0.1g air/g padat selama pemanasan microwave dari adonan tepung gelatinized, jenis enkapsulasi terjadi yang mencegah rasa dari yang dirilis. Hasil microwave pemanasan ulang adonan limoneneformulated menunjukkan bahwa limonen sangat stabil, tanpa profil konsentrasi limonene signifikan dalam sampel dan perubahan keseluruhan kurang dari 1% konsentrasi limonene Total (Fu et al. 2003c).

MICROWAVE PENGOLAHANDalam upaya untuk lebih baik kualitas rak stabil, makanan rendah asam, sejumlah teknologi berkembang telah dipertimbangkan (Food and Drug Administration 2000) .Makanan rekayasa akan terus berkembang, tetapi lebih dan lebih banyak makanan penelitian rekayasa akanbergeser ke non-tradisional pengolahan dan pengolahan nonthermal, seperti microwave dan frekuensi radio pengolahan, pemanasan ohmik, pengolahan tekanan tinggi, medan listrik berdenyut, dan sebagainya. Pemanasan ohmik memiliki banyak potensi di 1989-1991 dan pergi melalui beberapa pengujian, tetapi kecuali untuk prosesor telur cair, tidak ada yang menggunakannya untuk partikulat (Mermelstein 2001). Medan listrik berdenyut (PEFs) dianggap sebagai bentuk pasteurisasi, cocok untuk makanan tinggi asam seperti jus buah (Clark 2002a). Pengolahan tekanan tinggi meluas kehidupan rak, tetapi produk masih membutuhkan pendinginan, karena tekanan tidak spora tidak aktif (Clark 2002b). Untuk mencapai rak makanan stabil, pengolahan tekanan tinggi harus dikombinasikan dengan perlakuan panas ringan. Meskipun proses alternatif telah dikembangkan selama bertahun-tahun, produk makanan olahan termal mempertahankan jelas dominasi di pasar, terutama sebagai akibat dari kekayaan pengetahuan teoritis dan empiris yang telah dikembangkan tentang inaktivasi termal mikroorganisme patogen dan spora mereka (Mermelstein 2001). Microwave sterilisasi adalah

non-tradisional, tetapi semata-mata termal, proses dan sehingga dapat dianggap oleh teknologi dan regulator sebagai teknik sterilisasi termal lain terminal.

Pemanasan microwave menawarkan banyak keuntungan dalam produktivitas lebih metode pemanasan konvensional seperti udara panas, uap, dan sebagainya. Keuntungan ini termasuk kecepatan tinggi, penyerapan energi selektif, penetrasi energi yang sangat baik, kontrol elektronik sesaat, efisiensi tinggi dan kecepatan, dan pengolahan lingkungan bersih (Cober Electronics, Inc. 2003). Sayangnya, meskipun selama 35 tahun terakhir harapan telah tinggi yang frekuensi radio dan microwave pengolahan makanan mungkin menemukan ceruk dalam industri ini, telah ada hanya pertumbuhan moderat penjualan peralatan pengolahan microwave selama periode ini. Saat ini, kedua microwave dan frekuensi radio yang laboratorium atau skala pilot, dan tidak ada dikenal sistem operasi microwave besar dalam industri makanan, kecuali untuk daging precooking atau temper (Schiffmann 2001). Namun tetap alat pengolahan yang sangat menarik, tak tertandingi oleh teknologi lain jika perhatian dibayar untuk seleksi. Bagian berikut memeriksa sejumlah proses makanan microwave yang menarik dari sudut pandang akademis.

PENGERINGAN DAN DEHIDRASIMicrowave pengeringan lebih cepat, lebih seragam, dan lebih hemat energi dibanding konvensional pengeringan udara panas, dan kadang-kadang menghasilkan kualitas produk yang ditingkatkan. Tapi itu sangat tidak mungkin bahwa keuntungan ekonomi akan diperlihatkan jika hanya penghapusan air massal dengan pemanasan microwave, seperti terjadi di wilayah konstan-tingkat yang diinginkan (Buffler 1993). Selama periode jatuh-tingkat, karena konduktivitas termal rendah dan efek pendinginan evaporative, suhu tinggi produk tidak mudah diperoleh dengan menggunakan pengeringan konvektif. Pengerasan permukaan dan gradien termal lagi memberikan perlawanan lebih lanjut untuk mentransfer kelembaban. Sebenarnya, telah menyarankan bahwa energi gelombang mikro harus diterapkan pada periode jatuh-tingkat atau kadar air rendah untuk finish pengeringan (Funebo dan Ohlsson 1998, Kostaropoulos dan Saravacos 1995, Maskan 1999, Prabhanjan et al. 1995). Sejalan dengan itu, kerusakan sensorik dan gizi yang disebabkan oleh pengeringan panjang kali atau suhu permukaan yang tinggi dapat dicegah. Hal ini penting untuk memahami sifat dielektrik dari bahan sebagai fungsi dari kadar air selama microwave pengeringan. Kemampuan pemanasan dielektrik untuk selektif panas daerah dengan faktor kehilangan dielektrik yang lebih tinggi dan potensi untuk meratakan kelembaban otomatis membeli Keuntungan utama bahkan untuk pengeringan jenis bahan (Buffler 1993).

Karena pemanasan microwave internal yang memfasilitasi migrasi uap dominan lebih dari interior bahan dari terjadi selama pengeringan konvensional, microwave kering produk telah dilaporkan menunjukkan porositas tinggi karena efek mengisap disebabkan oleh generasi uap internal yang (Fu 1996, Tong et al. 1990, Torringa et al. 1996). Hasil yang sama juga ditemukan untuk pasta pengeringan (Buffler 1993). Microwave pengeringan menghasilkan sedikit kembung, mie berpori yang rehydrates dalam setengah waktu yang dibutuhkan untuk mie kering dengan metode konvensional (MicroGas Perusahaan 2003). Menggunakan miniatur serat optik suhu dan tekanan probe, Tong dan lain-lain (1990) menyelidiki suhu dan distribusi tekanan selama pemanasan microwave dalam sistem adonan dengan porositas berkisar 0,01-0,7. Tekanan build-up sekitar 14 kPa terjadi selama tahap awal proses pemanasan ketika porositas awal adalah kurang dari 0,15 dan menghilang ketika tekanan melebihi kekuatan pecahnya adonan.Ekspansi volume diamati sampai ke titik di mana sampel adonan pecah, memproduksi terlihat retak dalam struktur. Jadi microwave menghasilkan gradien tekanan yang memompa keluar kelembaban. Properti ini dapat digunakan untuk keuntungan untuk mempercepat proses

pengeringan. Hasil mungkin positif atau negatif terhadap produk kering. Jika kekuatan pecahnya sampel lebih kecil dari tekanan build-up, matriks padat mungkin rusak, dan terlihat retak dalam struktur akan terlihat. Dalam percobaan pada microwave finish pengeringan mutiara pati, terlihat retak signifikan dikembangkan di luar pada kekuatan microwave lebih besar dari 200 W, yang menciptakan produk yang tidak dapat diterima (Fu et al. 2003e). Atau, jika tekanan build-up tidak melebihi kekuatan pecahnya struktur, hasilnya mungkin struktur berpori ditingkatkan dari sampel. Jadi, itu adalah tugas yang sulit untuk mengurangi waktu pengeringan dan meningkatkan kualitas pada saat yang sama. Studi-hati perlu dilakukan untuk menetapkan jumlah yang benar energi gelombang mikro yang akan digunakan dalam proses.

Nonuniformities di bidang listrik microwave dan pola pemanasan terkait dapat menyebabkan suhu tinggi di berbagai daerah kering sebelumnya, causing degradasi produk (Lu et al. 1999). Untuk mencapai peningkatan, pengering fluidized bed atau tempat tidur pengering menyemburkan dapat digunakan untuk rata-rata medan listrik yang tidak rata (Feng dan Tang 1998, Kudra 1989). Kombinasi microwave dan vacuum drying (Boehm et al, 2002, Durance et al 2001, Gunasekaran 1999, Langer 2000, Sunderland 1980, Whalen 1992..) Atau membekukan-pengeringan (Barrett et al 1997;. Litvin et al 1998;. Ma dan Peltre 1975a, b; Wang dan Shi 1999) juga memiliki potensi. Proses vakum membuka struktur sel (engah) karena penguapan cepat, mengakibatkan struktur pori terbuka. Waktu pengeringan berkurang adalah keuntungan utama menggunakan microwave dalam proses pengeringan beku, tetapi tidak ada aplikasi industri komersial dapat ditemukan, karena biaya tinggi dan pasar kecil untuk produk makanan beku-kering.

Pasta dan keripik kentang telah dikeringkan berhasil. Pengeringan beku dan pengeringan vakum, dalam hubungannya dengan energi gelombang mikro, juga menjanjikan, dan meskipun proses ini menarik dari sudut pandang akademis, tidak memenuhi kriteria ekonomi. Sebuah teknologi baru dari Battelle Ingenieurtechnik GmbH dari Jerman untuk pengeringan buah dan sayuran telah dikembangkan, dimana sabuk udara pengeringan diikuti oleh engah microwave-vakum, kemudian lebih lanjut sabuk udara pengeringan atau vakum pengeringan, sebelum menyortir dan kemasan. Efek dari prosedur ini pada sifat fisikokimia, sifat sensorik, dan ultrastruktur dari buah-buahan dan sayuran dianggap bersama-sama dengan menghindari microwave hot spot dan produk lain yang akan cocok untuk pengolahan dengan metode ini (Langer 2000, Rauber 1998). Baru-baru ini, kombinasi yang relatif baru dan sukses energi microwave dan menggoreng digunakan untuk memproduksi barang goreng, seperti keripik, mie, dan ayam, dengan 60% mengurangi waktu, 50% berkurang kadar lemak dan hemat energi 33-60% (FIRDI 2003 ).

PASTEURIZATION DAN STERILISASIPasteurisasi menginaktivasi sel vegetatif patogen bakteri, ragi, atau jamur. Produk pasteurisasi umumnya harus didinginkan. Proses sterilisasi dirancang untuk menonaktifkan mikroorganisme atau spora mereka. Sterilisasi termal biasanya dilakukan pada suhu lebih dari 100 ° C, yang berarti mereka biasanya dilakukan di bawah tekanan. Industri pasteurisasi microwave dan sterilisasi sistem telah dilaporkan dan mematikan selama lebih dari 30 tahun. Studi dengan implikasi untuk pasteurisasi komersial dan sterilisasi juga telah muncul selama bertahun-tahun (Burfoot et al 1988,1996;. Cassanovas et al 1994;. Hamid et al 1969;. Knutson dkk 1988;. Kudra et al 1991;. Proctor dan Goldblith 1951;. Villamiel et al 1997; Zhang et al, 2001).. Awal sistem operasional termasuk pengolahan batch yoghurt di cangkir (Anonymous 1980) dan pengolahan terus menerus susu (Sale 1976). Sebuah tubuh yang sangat signifikan dari pengetahuan telah

dikembangkan terkait dengan proses ini. Pada tulisan ini, dua sistem komersial di seluruh dunia dapat menemukan bahwa saat melakukan microwave pasteurisasi dan / atau sterilisasi makanan (Akiyama 2000, Tops 2000). Sebagai contoh spesifik, Tops Foods (Belgia) (Tops 2000) menghasilkan lebih dari 13 juta siap-untuk-makan makanan pada tahun 1998 dan memasang sistem baru dirancang pada tahun 1999. Meskipun pemanasan microwave terus menerus dalam susunan aliran tabung telah dipelajari pada penelitian yang tingkat, tidak ada sistem komersial diketahui ada untuk pengolahan makanan.

Microwave pasteurisasi dapat mengurangi waktu comeup, yang dapat disingkat menjadi sebagian kecil dari waktu yang digunakan dalam proses konvensional. Setelah pasteurisasi, makanan microwave-dipanaskan masuk ke terowongan udara panas nonmicrowave untuk periode waktu penahanan, dan kemudian ke pendingin. Dengan microwave sulit untuk menahan suhu konstan, dan mereka tidak boleh digunakan pada tahap ini. Terutama di Eropa, makanan pasteurisasi oleh pengolahan microwave telah berhasil dicapai selama beberapa dekade. Keuntungan utama dari proses microwave adalah bahwa produk dapat dipasteurisasi dalam sebuah paket. Sebuah produk dibungkus melewati garis terus, paket dengan paket, palet oleh palet. Umur simpan dapat diperpanjang dari hari ke lebih dari satu bulan tanpa bahan pengawet. Misalnya, karena kadar air yang lebih tinggi, kegunaan dari roti panggang roti yang tidak diobati cukup pendek sekitar enam hari. Efek pasteurisasi khas dapat dicapai dengan microwave cepat pemanasan (<35 detik) dan 15 menit jeda pada suhu yang lebih tinggi dari 50 °C (ROMill®). Kondisi daya tahan dapat optimal terpenuhi, bahkan dari sudut mikrobiologi pandang, pada suhu output 77 °C setelah hanya 20 detik paparan dari suhu awal 22 °C, yang jauh lebih cepat daripada metode lain dari pemanasan . Jika pendinginan lambat berikut, ujian kehidupan rak menunjukkan waktu kegunaan dari lebih dari 45 hari.

Untuk sterilisasi komersial, suhu di produk mungkin 121-129 °C (250-265 °F), dengan waktu memegang 20-40 menit. Datang-waktu dapat secara signifikan dikurangi dengan penggunaan oven microwave, dan mengurangi datang-waktu akan memberikan kualitas produk yang lebih besar karena kualitas atribut biasanya memiliki energi aktivasi yang lebih rendah (10-40 kkal/mol) dari bahwa spora mikroba (50-95 kkal/mol). Microwave sterilisasi lebih fleksibel daripada pemanasan ohmik dan pengolahan aseptik. Cair, semipadat, dan padat produk makanan dikemas juga dapat disterilkan. CAPPS dan Industri Sistem Microwave memproduksi reaktor silinder microwave aliran-melalui untuk menghilangkan waktu panas-up dari termalpengolahan. Dalam reaktor silinder, oven microwave difokuskan untuk memberikan paparan seragam produk energi dalam rongga reaktor. Seragam wilayah paparan energi reaktor adalah sekitar 1,5 inci dan diameter 6 inci panjang. Reaktor ini juga memungkinkan untuk integrasi dengan lini pengolahan terus menerus ada (Mermelstein 2001). Di Eropa, makanan microwave-disterilkan, hidangan terutama pasta seperti lasagna dan ravioli, yang pada banyak rak-rak toko, dengan tidak ada laporan kesulitan. Peraturan keselamatan yang kurang ketat di Eropa. Misalnya, dalam satu implementasi (Tops 2000) proses desain terdiri dari terowongan microwave dengan beberapa peluncur untuk setiap jenis yang berbeda dari produk (makanan siap). Microwave-transparan dan nampan tahan panas dengan bentuk yang disesuaikan untuk pemanasan microwave digunakan. Posisi yang tepat dari paket tersebut dilakukan dalam terowongan, dan paket menerima, spasial bervariasi profil daya microwave precalculated dioptimalkan untuk paket itu. Proses ini terdiri dari pemanasan, memegang, dan pendinginan di terowongan bertekanan. Seluruh operasi sangat otomatis. Penggunaan gelombang mikro untuk sterilisasi makanan belum disetujui oleh Food and Drug Administration di Amerika Serikat.

Ada beberapa kekhawatiran praktis dan masalah yang harus ditangani sebelum microwave sterilisasi dapat diterapkan di industri tingkat. Masalah utama telah regulasi parameter proses sehingga sterilitas komersial dapat dicapai. Untuk proses retort konvensional, pemantauan sejarah-suhu waktu pada titik dingin dengan termometer termokopel cukup mudah dan akurat untuk menentukan mematikan mikroba melalui perhitungan matematis. Tapi, menentukan mematikan mikroba untuk sterilisasi microwave Proses ini tidak mudah. Titik dingin selama microwave sterilisasi tidak selalu terletak pada sumbu pusat. Kesulitan menyediakan produk seragam dipanaskan membuatnya sangat memakan waktu dan mahal untuk menyesuaikan pola microwave untuk menghasilkan keuntungan kualitas yang secara teoritis mungkin dengan penggunaan microwave waktu. Setiap produk bisa memerlukan penyesuaian kustom. Kehadiran pemanasan merata (panas dan titik-titik dingin) membuatnya sangat sulit untuk memastikan bahwa semua bagian dari makanan telah mencapai suhu membunuh.Keamanan mikrobiologi adalah alasan utama untuk penerimaan lambat microwave sterilisasi. Selain itu, kemampuan teknis untuk secara akurat mengukur distribusi temperatur sepanjang seluruh produk microwave-disterilkan belum terbukti. Dari sudut pandang teknik, tidak ada model simulasi komputer tersedia untuk menyelidiki kelayakan microwave sterilisasi. Model simulasi komputer ini tidak hanya diperlukan oleh Food and Drug Administration untuk mengatur dan menyetujui proses sterilisasi microwave, tetapi juga dalam permintaan tinggi oleh industri makanan untuk melakukan biaya / manfaat analisis. Tanpa masukan diandalkan sifat dielektrik, sifat thermophysical, dan kondisi batas, sebuah model komputer benar-benar tidak berguna. Sayangnya, nilai-nilai literatur tentang sifat-sifat ini hanya tersedia pada suhu kamar sampai 60 °C dan tidak tersedia untuk suhu sterilisasi.

Temper dan pencairanPencairan dan tempering produk biologi yang digunakan untuk menjadi proses yang lambat. Bagi banyak proses produksi, bahan baku yang masuk beku di blok tebal dan disimpan di -23 ke -10 ° C sampai siap untuk digunakan. Operasi pertama pada bahan ini biasanya adalah untuk dadu, irisan, atau masing-masing bagian yang terpisah menjadi potongan kecil. Operasi mekanik ini mengharuskan blok menjadi "marah" dari keadaan beku yang solid mereka ke titik tepat di bawah titik beku (-7 ke -1 °C), di mana titik pemotongan atau pemisahan dapat dilakukan tanpa merusak produk. Pencairan dan tempering bahan makanan beku adalah pentingbagian dari beberapa proses makanan, terutama dalam industri daging dan dalam pelayanan makanan. Mengurangi hasil waktu pencairan penurunan dalam kualitas produk, seperti kehilangan lebih drip dan pengeringan permukaan, serta peningkatan risiko pertumbuhan mikroba.

Makanan beku dapat dianggap sebagai campuran yang mengandung dua komponen: (1) struktur tetap es dan bahan biologis dikelilingi oleh lapisan monomolecular air sangat terikat dan (2) air cair jenuh dengan garam-garam terlarut. Aktivitas dielektrik campuran ini jauh lebih tinggi dari es murni, tetapi jauh lebih rendah dibandingkan dengan bahan yang sama pada suhu di atas 0 °C. Faktor kerugian (ε”) Air adalah sekitar 12, sedangkan es adalah sekitar 0,003. Kedalaman penetrasi di dalam air (1,4 cm) jauh lebih rendah dari dalam es (1160 cm) (von Hippel 1954) .Jika nilai ketebalan jauh lebih besar dari kedalaman penetrasi, profil temperatur akan mirip dengan yang diamati untuk "semiinfinite" tubuh. Artinya, suhu akan menurun secara eksponensial dari permukaan sesuai dengan hukum Lambert. Lapisan permukaan sehingga menyerap lebih banyak energi dan memanas sedikit lebih cepat dari bagian dalam produk. Tapi untuk nilai ketebalan lebih kecil dari nilai tertentu, resonansi tidak dapat dihindari, dan bagian

dalam slab dapat dipanaskan langsung pada intensitas tinggi, sehingga pencairan cepat. Sebagai faktor kerugian meningkat dengan suhu, permukaan memanas lebih cepat dan lebih cepat, dan kedalaman penetrasi terus menurun. Bintik-bintik air gratis dan tempat yang telah mencapai suhu > 0 °C menyerap lebih banyak energi daripada kristal es, yang mengarah ke percepatan lebih lanjut dari pemanasan. Energi gelombang mikro menembus bahan makanan dan menghasilkan panas internal. Keuntungan utama dari energi gelombang mikro terdiri dalam kecepatan: tempering dengan oven microwave mengambil menit bukan jam atau bahkan puluhan jam. Sebagai contoh, sepotong 20 cm tebal daging sapi, beku ke -16 ° C, meleleh di lebih dari 10 jam pada suhu sekitar dari +4 °C. Di sisi lain, seluruh siklus microwave tempering berikut mengiris, modifikasi, dan pembekuan diulang hanya memakan waktu 30 menit (ROMill® 2003). Dalam contoh lain, dari Microdry Corporation, karton makanan beku di blok yang solid berat hingga 100 pound dibesarkan di suhu hanya di bawah titik beku menggunakantempering konvensional (Microdry, Inc. 2003). Kebanyakan tanaman dunk blok ke dalam air hangat. Lainnya menggunakan udara panas. Banyak penggunaan lantai tempering sendiri, tanpa bantuan panas, yang mungkin memakan waktu 48-72 jam. Sebaliknya, microwave tempering diterapkan pada sabuk pindah ke makanan masih dalam karton dan umumnya membutuhkan waktu kurang dari lima menit. Dengan demikian, tanpa diragukan lagi, ini adalah sebuah aplikasi yang sukses utama pemanasan microwave di industri. Setidaknya ada 400 sistem tempering yang beroperasi di Amerika Serikat saja. Makanan dipanaskan sampai hanya di bawah suhu beku, memungkinkan memotong mudah, pemotongan, pengolahan, dan sebagainya. Di Inggris ada beberapa sistem yang besar, hingga 200 kW, dimanfaatkan untuk tempering daging sapi beku, serta mentega. Frekuensi yang lebih rendah, misalnya, band 915 MHz, digunakan untuk keuntungan untuk microwave pencairan dan tempering blok yang lebih besar dari makanan. Sebagai aturan umum, energi gelombang mikro di 915 MHz memiliki tiga kali kedalaman penetrasi 2450 MHz, sehingga memungkinkan untuk kedalaman tidur yang lebih besar dan pengolahan geometri produk yang lebih besar. Misalnya, ketika tempering 18 cm blok tebal di 915 MHz, gradien suhu adalah setengah dari gradien untuk 2450 MHz (ROMill® 2003). 915 MHz sistem tempering, batch dan kontinyu, yang dijual di seluruh dunia.

Meskipun microwave telah berhasil diterapkan untuk tempering produk beku, microwave pencairan masih menjadi masalah besar. Kesulitan utama adalah pembentukan gradien suhu yang besar (pemanasan pelarian) dalam produk. Penyerapan preferentia gelombang mikro oleh air cair di atas es adalah penyebab utama untuk pemanasan pelarian. Homogenitas maksimum dicapai dengan suhu sedikit di atas nol. Setelah itu nonhomogeneity naik lagi. Oleh karena itu, hal ini menguntungkan untuk mengurangi proses pencairan untuk tempering polos, yaitu, untuk menghentikan pemanasan pada suhu -5 sampai -2 °C. Alasan lain untuk memilih tempering adalah kemajuan konsumsi energi sebagai fungsi temperatur. Dengan bahan yang paling hayati dan air, konsumsi energi mulai meningkat tajam pada suhu di atas -5 °C; kurang lemak produk mengandung, semakin tinggi penyerapan microwave. Sejak bahan dicairkan memiliki kerugian dielektrik lebih tinggi, kedalaman penetrasi microwave di permukaan berkurang secara signifikan, pada dasarnya mengembangkan "perisai." Permukaan pendinginan membantu mengurangi gradien dalam makanan beku, sehingga memungkinkan kekuatan microwave untuk tetap lebih lama, lebih lanjut mengurangi waktu pencairan. Keseragaman suhu selama microwave pencairan dapat ditingkatkan ketika ketebalan sampel yang sesuai, tingkat daya microwave, frekuensi, dan / atau pendinginan permukaan diterapkan (Bengtsson 1963, Bialod et al 1978;. Decareau 1985, Virtanen et al 1997.). Hari ini, ada terus menjadi banyak minat dan

beberapa kegiatan penelitian dan pengembangan di pencairan dan tempering dengan oven microwave (Chamchong dan Datta 1999a, b; George 1997; Li dan Sun 2002).

PEMBAKARANBaking, dalam semua kasus kecuali produk yang tidak beragi, melibatkan penciptaan, ekspansi, dan pengaturan dari busa dimakan melalui penggunaan panas. Pemeriksaan adalah langkah yang memungkinkan adonan meningkat dan mendahului baking akhir, atau menggoreng dalam kasus donat. Selama memanggang adonan roti baku, perubahan volume signifikan terjadi, dan adonan dikonversi dari bahan viskoelastik yang mengandung sel-sel gas kedap udara dengan kemampuan untuk memperluas ke struktur kaku yang sangat permeabel terhadap aliran gas. Dinding sel yang elastis namun kuat, dan tekanan gas meningkat harus berhenti sementara dinding sel ditetapkan. Baking adalah complex reaksi fisikokimia di mana semua peristiwa harus hati-hati waktunya dan harus terjadi dalam urutan yang jelas. Semua produk panggang membentuk semacam kerak, yang bertindak sebagai perisai, sehingga lebih sulit untuk panas untuk mencapai dalam. Masalah perpindahan panas yang dihadapi dalam pemanasan konvensional dapat dengan mudah diatasi dengan microwave pemanasan. Pei (1982) Ulasan panas dan massa transfer dalam proses roti kue dan membahas penerapan energi gelombang mikro. Goedeken (1994) menyelidiki microwave kue adonan roti dengan panas simultan dan perpindahan massa. Sangat produk berpori, seperti roti, meminjamkan diri dengan baik untuk penggunaan energi gelombang mikro karena penetrasi yang lebih besar dari energi gelombang mikro, yang menghasilkan distribusi energi lebih seragam dalam produk. Namun, aplikasi microwave harus hati-hati dikendalikan secara atau pemanasan dan perluasan akan terjadi terlalu cepat, dan sementara produk mungkin terlihat sepenuhnya diperluas dan dipanggang, itu akan runtuh untuk pancake ketika energi gelombang mikro dihapus.

Ada empat kelas yang luas dari produk yang telah dipelajari untuk aplikasi microwave: yeastraised (roti, kue Denmark), beragi kimia (donat, kue), uap-beragi (angle kue makanan, gaya Cina dikukus roti), dan produk yang tidak beragi ( cookies, crackers, matzos) (Schiffmann 2001). Adonan ragi-mengangkat memiliki struktur yang jelas dan bentuk sebelum perlakuan panas-pengaturan akhir: memanggang atau menggoreng. Kimia beragi adonan mengalir dan amorf dalam bentuk dan karena itu memerlukan semacam mendefinisikan struktur bentuk (misalnya, panci kue atau kerak cepat terbentuk donat) untuk hadir.

Roti dipanggang dengan cara energi gelombang mikro pertama kali dilaporkan dalam literatur oleh Fetty (1966). Decareau (1967) mencatat kemungkinan menggabungkan energi gelombang mikro dan udara panas untuk menghasilkan roti biasanya coklat dan berkulit roti dalam waktu yang lebih singkat daripada metode konvensional kue. Salah satu proses memanggang microwave yang cukup sukses selama beberapa tahun adalah microwave menggoreng donat. Kali menggoreng sekitar dua pertiga waktu normal yang mungkin dengan volume 20% lebih besar, atau 20% lebih sedikit donat campuran diperlukan untuk volume standar. Penyerapan lemak dapat 25% lebih rendah dari pada penggorengan konvensional. Sistem pemeriksaan ini dikembangkan oleh DCA Food Industries; itu dioperasikan pada 2450 MHz dan bervariasi dalam output 2,5-10 kW untuk tingkat produksi 400-1500 lusin donat per jam (Schiffmann 1971;. Schiffmann et al 1971, 1979).

Salah satu kesulitan dalam proses memanggang microwave adalah untuk menemukan panci microwave kue yang cukup tahan panas dan tidak terlalu mahal untuk penggunaan komersial. Sebuah paten oleh Schiffmann dan lain-lain (1981) menjelaskan microwave pemeriksaan dan baking roti di panci logam. Teknik ini memanfaatkan pemeriksaan parsial

dalam sistem pemeriksaan konvensional diikuti oleh pemeriksaan dalam proofer microwave memanfaatkan hangat, kelembaban dikontrol udara. Proses ini mengurangi waktu pemeriksaan oleh 30-40%. Hal ini kemudian diikuti oleh microwave dipanggang di oven terpisah. Empat paten oleh Schiffmann dan lain-lain (1979, 1981, 1982, 1983) menjelaskan prosedur untuk membuat roti memanfaatkan panci logam dan, dalam beberapa kasus, juga disediakan untuk pemeriksaan parsial roti di panci.

Dalam prosedur yang dijelaskan dalam paten tersebut, proses memanggang microwave melibatkan aplikasi simultan energi microwave dan udara panas untuk kedua panggang dan coklat roti, memproduksi secara menyeluruh kecoklatan dan berkulit roti volume sebanding, struktur gain, dan sifat organoleptik. Ditemukan bahwa penggunaan baik 915 MHz atau kombinasi dari 915 dan 2450 MHz yang cukup efektif dalam memanggang roti. Sistem untuk microwave menggoreng donat sangat sukses untuk beberapa waktu selama tahun 1970-an. Donat ini memiliki hidup rak lagi, stabilitas gula yang lebih baik, dan kualitas makan yang sangat baik. Semakin besar volume dan penyerapan lemak yang lebih rendah disediakan keuntungan yang tinggi untuk toko roti. Namun, sistem microwave menggoreng menghilang setelah beberapa tahun. Alasan yang cukup kompleks dan memiliki sedikit atau tidak ada hubungannya dengan kinerja mereka atau kualitas donat. Umumnya, industri kue sangat lambat untuk mengadopsi teknologi baru karena kue oven yang mahal dan merupakan investasi modal utama. Selain itu, hampir tidak mungkin untuk retrofit sebuah kue oven yang ada dengan oven microwave, terutama karena masalah kebocoran microwave, sehingga hanya mungkin untuk menginstal oven microwave kue atau proofer ketika baris baru diinstal.

Sampai saat ini, beberapa kemasan yang sangat canggih, ditambah dengan teknologi canggih susceptor, telah menjadi solusi utama kurangnya kematangan conventionalstyled dan crisping. Susceptors cepat panas suhu di mana kecoklatan mudah terjadi dan dengan demikian membantu menghasilkan rasa dalam produk. Namun, susceptors memecahkan masalah-rasa terkait hanya pada permukaan produk. Mungkin solusi lain kurangnya pencoklatan selama microwave memasak adalah penambahan senyawa yang memberikan panggang atau panggang rasa reaksi.

FREKUENSI RADIO PENGOLAHANFrekuensi radio dan microwave pemanasan mengacu pada penggunaan gelombang elektromagnetik frekuensi tertentu untuk menghasilkan panas dalam suatu material (Metaxas 1996, Metaxas dan Meredith 1983, Roussy dan Pearce 1995). Pemanasan frekuensi radio, yang pada banyak frekuensi rendah dari pemanasan microwave, telah berkembang sebagai sebuah industri bersama oven microwave selama beberapa dekade. Pemanasan frekuensi radio di Amerika Serikat dapat dilakukan pada salah satu dari tiga frekuensi, 13,56, 27,12, dan 40,68 MHz. Mekanisme pemanasan frekuensi radio hanya pemanasan resistensi, yang mirip dengan pemanasan ohmic. Dielectric lossy ini muncul dari konduktivitas listrik dari makanan dan berbeda dari rotasi dipolar resonansi frekuensi gelombang mikro.

Tidak seperti sumber microwave, salah satu tidak bisa membeli daya tinggi sumber frekuensi radio. Karena sifat impedansi tinggi coupling frekuensi radio, sumber frekuensi radio dan aplikator biasanya perlu dirancang dan dibangun bersama-sama. Produsen peralatan frekuensi radio mengembangkan seluruh sistem, bukan hanya sumber listrik. Oleh karena itu, perkembangan dalam pengolahan frekuensi radio harus melibatkan produsen frekuensi radio komersial. Peralatan frekuensi radio yang tersedia secara komersial di banyak tingkat daya yang lebih tinggi dibandingkan sumber microwave. Sementara sumber microwave komersial hanya

tersedia di bawah 75 kW, peralatan frekuensi radio di ratusan kilowatt adalah sangat umum. Pada tingkat yang tinggi, harga per watt peralatan frekuensi radio jauh lebih murah dibandingkan dengan oven microwave. Selain kekuatan yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah, keuntungan lain dari peralatan frekuensi radio microwave selama berada di area control. Dalam daya tinggi sistem frekuensi radio, sumber dan beban biasanya terkunci bersama dalam rangkaian umpan balik. Oleh karena itu, variasi beban dapat diikuti oleh sumber tanpa kontrol eksternal (Mehdizadeh 1994).

Pertanyaannya adalah kapan harus menggunakan microwave dan kapan harus menggunakan frekuensi radio? Untuk medan listrik yang sama, semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi jumlah daya yang ditransfer ke dalam bahan. Inilah sebabnya mengapa gelombang mikro secara konseptual sarana yang lebih efektif pemanasan. Namun, peralatan frekuensi radio memiliki beberapa keunggulan bahwa pekerja dalam pengolahan dapat menemukan lebih cocok untuk skala-up dari beberapa proses. Bidang microwave menipiskan dalam sebagian besar bahan konduktif dan bahan dengan kerugian dielektrik tinggi. Selanjutnya, kedalaman penetrasi gelombang mikro jauh lebih rendah. Hal ini sangat mengganggu untuk proses skala yang lebih besar. Tapi ini jenis nonuniformity tergantung frekuensi dan menjadi kurang parah sebagai frekuensi diturunkan. Karena panjang gelombang lebih lama dari frekuensi radio, mereka memiliki keseragaman yang lebih baik. Juga, kedalaman penetrasi jauh lebih tinggi. Jadi, dalam kasus di mana keseragaman pemanasan adalah isu kritis, penggunaan frekuensi radio dan frekuensi microwave 915 MHz mungkin memiliki potensi untuk masa depan (Lau et al. 1999, Wig et al.1999).

Menggunakan frekuensi radio memungkinkan pengolahan berbagai macam bahan dari tipis, jaring lebar kertas sampai besar benda tiga dimensi seperti paket tekstil. Secara umum, microwave lebih baik untuk bentuk tidak teratur dan dimensi kecil, dan frekuensi radio yang lebih baik untuk bentuk yang teratur dan dimensi besar. Microwave lebih cocok untuk dielektrik keras toheat. Sebenarnya, banyak aplikasi yang cocok baik untuk microwave atau frekuensi radio, tapi frekuensi radio lebih murah jika cocok. Peralatan frekuensi radio lebih mudah untuk insinyur dalam jalur proses dan dapat dibuat agar sesuai dengan dimensi fisik dari tanaman up dan hilir. Dalam kasus oven microwave, dalam proses yang berkesinambungan, pengaturan kompleks mungkin diperlukan untuk memungkinkan produk untuk bergerak masuk dan keluar dari kandang tanpa menimbulkan kebocoran berlebihan energi (Jones dan Rowley 1997). Hal ini karena panjang gelombang pada frekuensi gelombang mikro (misalnya 12,54 cm pada 2450 MHz) sangat jauh lebih pendek daripada yang di frekuensi radio (misalnya, 1100 cm di 27,12 MHz).

Gambaran proses makanan dan kimia menggunakan frekuensi radio dapat dilihat pada Minett dan Witt (1976) dan Kasevich (1998). Aplikasi industri menggunakan frekuensi radio meliputi tekstil (pengeringan paket benang, jaring, dan kain), makanan (bulk pengeringan biji-bijian, penghapusan kelembaban dan meratakan kelembaban dalam produk makanan jadi), obat-obatan (penghapusan kelembaban dalam proses tablet dan kapsul produksi), dan woodworking (menyembuhkan perekat untuk bengkel tukang kayu kayu). Pemanasan frekuensi radio telahdigunakan dalam industri pengolahan makanan selama beberapa dekade. The postbaking biskuit, kerupuk, dan makanan ringan adalah salah satu aplikasi yang paling diterima dan digunakan secara luas pemanasan frekuensi radio dalam industri pengolahan makanan. Sebuah unit frekuensi radio yang relatif kecil dapat dimasukkan langsung ke dalam baris oven baru atau yang sudah ada (oven udara panas atau jalur kue konvensional) untuk meningkatkan produktivitas garis itu dan kemampuannya untuk memproses rentang yang lebih besar dari produk. Manfaat

radio frekuensi dibantu kue yang kontrol yang tepat kelembaban, memeriksa berkurang, meningkatkan kontrol warna, dan peningkatan throughput oven-line (Radio Frequency Co, Inc. 2003). Pengeringan frekuensi radio secara intrinsik meratakan diri, dengan lebih banyak energi yang hilang di daerah basah dari dalam yang kering (Jones dan Rowley 1997). Ini meratakan frekuensi radio menyebabkan perbaikan dalam kualitas produk dan produk akhir yang lebih konsisten. Pada baris Goldfish, Pepperidge Farm telah menambahkan peralatan pengeringan frekuensi radio yang mengurangi kelembaban dari cracker camilan setengahnya tanpa mempengaruhi warna, ukuran, atau karakteristik kue lainnya. Hari ini, tanaman mampu menggandakan kapasitas produksinya. Aplikasi lain adalah pengeringan produk seperti sereal diperluas dan strip kentang. Baru-baru ini, frekuensi radio peralatan memasak untuk makanan dapat dipompa telah dikembangkan. Perangkat ini melibatkan memompa makanan melalui tabung plastik ditempatkan di antara dua elektroda, dibentuk untuk memberikan pemanasan seragam (Ohlsson 1999). Keuntungan utama dari peningkatan keseragaman pemanasan juga ditunjukkan untuk sterilisasi di-paket makanan dalam paket besar menggunakan frekuensi radio pada 27,12 MHz, meskipun ditingkatkan pemanasan tepi terus menjadi masalah (Wig et al. 1999). Frekuensi radio sistem pemanas komersial untuk tujuan pasteurisasi atau sterilisasi makanan tidak diketahui digunakan, meskipun telah diteliti selama bertahun-tahun (Bengtsson dan Green 1970, Houben et al. 1991, Wig et al. 1999). Pencairan beku makanan menggunakan frekuensi radio adalah aplikasi utama, tapi masalah keseragaman dengan makanan dari komposisi campuran membatasi penggunaan aktual. Kepentingan dalam pencairan frekuensi radio telah meningkat lagi di tahun baru-baru ini (Ohlsson 1999).

Hari ini, penggunaan frekuensi radio 50Ω perangkat pemanas yang lebih baru yang memungkinkan generator frekuensi radio untuk ditempatkan di lokasi yang nyaman jauh dari aplikator frekuensi radio menawarkan kemungkinan pengendalian proses lanjutan (Rowley 2001). Apakah sistem pemanas dielektrik konvensional atau 50Ω digunakan, frekuensi radioaplikator harus dirancang untuk produk tertentu yang dipanaskan atau dikeringkan. Postbaking frekuensi radio, radio frekuensi yang dibantu kue, dan frekuensi radio daging dan ikan sistem pencairan akan terus menguntungkan kedua aplikasi makanan yang ada dan muncul, dan ketersediaan sumber daya frekuensi radio murah dapat menyebabkan pertumbuhan besar dalam penggunaan pemanasan frekuensi radio di sektor makanan komersial. Pemanasan frekuensi radio mapan dalam industri, dan untuk banyak aplikasi, itu adalah metode standar. Peralatannya baik terbukti dan terpercaya. Ini adalah pilihan yang sangat baik di mana cocok.

MASA DEPAN MICROWAVE / FREKUENSI RADIO PEMANAS DI INDUSTRI MAKANAN• Fundamental pemanasan microwave harus dipelajari secara mendalam sebelum menghabiskan banyak waktu dan upaya pada trial and error. Untuk masa depan, keberhasilan pengembangan industri makanan microwaveassisted dapat dicapai sebagai hasil dari pemahaman ilmiah dan teknologi yang lebih besar dari interaksi microwave-makanan dan terus kerjasama antara ilmuwan, teknolog makanan, insinyur proses makanan, dan insinyur listrik di daerah ini.• Microwave dan pemanasan frekuensi radio menyediakan produk yang berpotensi unggul dalam kualitas untuk produk yang diproduksi dengan teknik konvensional. Hal ini adalah kunci untuk hampir semua proses industri. Keberhasilan komersial dari proses microwave adalah mungkin jika produk yang bernilai ekonomi tinggi intrinsik dan dapat membawa biaya beban tambahan menempatkan pada mereka. Pertimbangan ekonomi biasanya menghilangkan produk komoditas dari

pertimbangan.• Istilah "energi hybrid" mengacu pada pengolahan frekuensi microwave / radio dalam hubungannya dengan udara panas dan uap. Efek sinergis potensi microwave dikombinasikan dengan uap, konveksi paksa udara, dan / atau inframerah mungkin akan menyebabkan ekspansi masa depan teknologi pengolahan microwave. Internal, makanan akan panas dengan cepat oleh microwave; di permukaan, proses panas tradisional akan memberikan yang diinginkantekstur, warna, dan penampilan.

PENGAKUANPenulis berkat Profesor Daryl B. Lund, Direktur Eksekutif, North Asosiasi Pertanian Negara Stasiun Percobaan Direksi Regional Tengah, University of Wisconsin, Madison, dan Profesor An-I Yeh, Graduate Institute of Food Science dan Teknologi, Universitas Nasional Taiwan, untuk meninjau draft pertama dari bab ini. Setiap kekurangan yang tersisa milik semata-mata untuk penulis.