Эффект объемного нагрева при тепловой обработке пищевых продуктов в переменном электромагнитном поле достигается благодаря проникновению поля в продукт на значительную глубину. При известной глубине проникновения Δ можно определить форму обрабатываемых изделий в зависимости от требований технологического процесса и параметров электромагнитного поля.
Из уравнений для постоянной распространенности электромагнитной волны глубина проникновения (м)
(1)
или
(2)
где С - скорость распространения света в вакууме; f - частота поля, Гц.
При постоянной частоте электромагнитного поля глубина его проникновения зависит в основном от диэлектрических констант и проводимости среды.
Под глубиной проникновения электромагнитного поля в среду подразумевается расстояние от поверхности образца внутрь, на протяжении которого мощность внутренних источников теплоты уменьшается в е раз. Однако в настоящее время глубину проникновения чаще указывают для случаев половинного снижения мощности (на 50%, или в 2 раза).
Глубина проникновения переменного электромагнитного поля в замороженные пищевые продукты намного больше, чем при плюсовых температурах. Это объясняется снижением диэлектрических потерь и проводимости в области отрицательных температур (рис. 1).
Рис.1. Зависимость глубины проникновения электромагнитного поля СВЧ
в мышечную ткань мяса (говядина нежирная) в интервале температур
от -30 до 0 °С при частоте (МГц): 1-915; 2-2450
При диэлектрическом нагреве пищевых продуктов в СВЧ-печах часто одновременно обрабатываются различные продукты (например, в случае приготовления первых или вторых блюд). При существенном отличии их диэлектрических характеристик, теплоемкости, а также глубины проникновения электромагнитного поля в продукт темп нагрева их может значительно отличаться. Поэтому при компоновке сложных блюд или кулинарных изделий следует учитывать ε' и Δ отдельных компонентов, а также их зависимости от температуры.
Диэлектрические потери, относительная глубина проникновения Δотн.
и мощность внутренних источников теплоты Руд.отн.
для говяжьего мяса при температуре -10 и +10 °С
Частота, МГц |
ε'' |
Δотн. |
Руд.отн. |
-10 °С |
+10 °С |
-10 °С |
+10 °С |
-10 °С |
+10 °С |
10 |
13 |
800 |
12,5 |
1,0 |
0,02 |
1,0 |
100 |
3 |
97 |
2,5 |
0,4 |
0,04 |
1,2 |
1000 |
1,3 |
22 |
0,5 |
0,1 |
0,16 |
2,8 |
2800 |
1,3 |
17 |
0,5 |
0,04 |
0,45 |
6,0 |
С изменением частоты и температуры изменяются Δ и удельная мощность внутренних источников теплоты (энергия электромагнитного поля, преобразуемая в теплоту) Руд. В табл. 1 приведены значения ε" и относительная величина Δотн и Руд.отн для нежирной говядины при постоянной напряженности электрического поля.