Ochrana obalem před změnami teploty a úloha obalu při tepelných procesech v technologii potravin. Sdílení tepla sáláním. Balení pro mikrovlnný ohřev

Transkript

1 Převod tepla obalem z potraviny do vnějšího prostředí a naopak Ochrana obalem před změnami teploty a úloha obalu při tepelných procesech v technologii potravin 1 Obecně tepelné procesy snaha o co nejmenší odpor vůči prostupu tepla přepravní obaly význam tepelně izolačních vlastností prostup tepla charakterizován součinitelem prostupu tepla k Q = k.a. t Q = množství tepla prošlé za jednotku času A = plocha t = teplotní spád 2 Převod tepla obalem z potraviny do vnějšího prostředí a naopak prostup tepla pro součinitel prostupu tepla platí 1/k = 1/α 1 + d 1 /λ 1 + 1/α 2 α 1 =součinitel přestupu tepla z okolí do stěny obalu d 1 /λ 1 = tepelný odpor obalového materiálu o tloušťce d 1 ; a tepelné vodivosti λ 1 α 2 =součinitel přestupu tepla z vnitřní stěny obalu do kapalného substrátu pevný obsah lze charakterizovat jako další tepelný odpor d 2 /λ 2 3 Sdílení tepla sáláním infračervené záření ( λ= 7, nm) aplikace při ohřevu balených potravin prakticky zanedbatelná ohřev potravin vystavených slunečnímu světlu ochrana obalem s minimální poměrnou tepelnou pohltivostí (lesklá hliníková fólie) aplikace determálního skla v oknech skladů (vyšší obsah oxidu železitého velká absorpce v IČ oblasti) 4 Motto: příští generace dětí může považovat konvenční sporáky a jídla připravovaná z čerstvých surovin za něco tak starodávného jako černobílou televizi a psací stroj Marguarite Tremlin Stoufer Food Corporation, USA (cca 1989) Mikrovlnné záření historie elektromagnetické vlnění λ =10-3 1m f=03 0,3 300 GHz ISM frekvence λ = 12,12 cm f = 2,45 GHz neionizující záření energie kvanta ev 5 6

2 podstatou ohřevu kmitání polárních molekul jejich tření vývoj tepla v potravinách významný zejména obsah vody ale i dalších polárních látek (solí, oleje, tuků atd.) mírou absorpce mikrovln ztrátový faktor ε" = ε. tgδ ztrátový faktor relativní dielektrická konstanta tangenta ztrátového úhlu 7 ztrátový faktor ε" čím větší tím rychlejší ohřev relativní dielektrická konstanta ε relativní proto, že vztažena oproti vakuu mírou rychlosti šíření mikrovln materiálem větší ε menší λ v materiálu menší rychlost záření ztrátový úhel δ, resp. jeho tangenta tgδ je mírou zpoždění kmitání molekul za elektromagnetickým polem 8 ε a δ materiálové charakteristiky v praxi užívány tzv. hloubka průniku (d) λ 0 d = π 1 / 2 2. ε. (1 + tan δ) 1 d = vrstva absorbující cca 63 % energie dopadající na povrch materiálu (proniká 37 % = 1/e.100 %) 9 konstrukce mikrovlnného zařízení magnetron vlnovod rozptylovací zařízení ohřívací komora výhody mikrovlnného ohřevu rovnoměrnost ohřevu v porovnání s tradičními metodami rychlost problémy mikrovlnného ohřevu absence pečícího efektu nerovnoměrnost ohřevu vyplývající z nehomogenity ohřívaného materiálu i nerovnoměrné distribuce energie mikrovlnného pole 10 Obaly pro mikrovlnný ohřev Pasivní obaly pasivní aktivní neovlivňují účinek mikrovlnného pole aplikace: cílem je pokrm pouze ohřát, popř. uvařit typické použití materiálů transparentních pro mikrovlnné záření možné obalové materiály: sklo, polymerní fólie dostatečné tepelné stability, papír 11 12

3 Aktivní obaly ovlivňují průběh ohřevu v mikrovlnném poli eliminují problémy spojené s ohřevem některých potravin umožňují kontrolu úrovně ohřevu Aktivní obaly se susceptory umožňují dosažení pečícího efektu struktura obaly se susceptory indikátory teploty obaly se stínícími prvky 13 vnější povrch vnitřní povrch papír (lepenka) Al - metalíza polyesterová fólie 14 Aktivní obaly se susceptory polyesterová fólie nosič vlastní aktivní vrstvy dostatečná tepelná stabilita Al vrstva (metalíza) tloušťka jednotky nm O.D. = 0,2 0,3 zde absoropce mikrovln vývoj tepla ohřev povrch u potraviny papír tvarová stálost obalu může být i na obou stranách

4 Susceptory Aktivní obaly se susceptory Susceptory vodivé nátěry analogie susceptorů částice kovů rozptýleny v laku snadnější aplikace vývoj doposud nedokončený Aktivní obaly se stínícími prvky princip : stínící prvky = vodivé (kovové) vrstvy dostatečně silné v mikrovlnném poli se nezahřívají - mikrovlny odráží krytém (stíněném) místě do potraviny neproniká žádné záření stínící prvky umožňují chránit vybrané části potraviny před účinkem mikrovlnného pole ovlivňovat intenzitu pronikání záření do pokrmu regulaci (tj. přiměřené zpomalení) rychlosti ohřevu baleného produktu v mikrovlnném poli Aktivní obaly se stínícími prvky obvykle tvořeny kovovou fólii (laminovanou na nosič, hliníkovou miskou atd.) určeny zejména pro ohřev několikasložkových pokrmů stejnoměrný ohřevu všech komponent nevýhoda: obal na míru drahé aplikace doposud velmi omezená víčka MicroMatch (Alcan) 23 24

5 Obaly se stínícími prvky kovové obaly často vydávány za nevhodné pro mikrovlnný ohřev důvody: indukce napětí na vodivých plochách důsledkem elektrický výboj (obal x vlastní zařízení, mezi obaly atd.) zahřívání magnetronu odraženým vlněním v obou případech až poškození mikrovlnného zařízení elektrický oblouk hrozí: mezi dvěma obaly vzájemně izolovanými vodivými částmi obalu mezi obalem a stěnou sporáku tvorbu výboje lze snadno eliminovat při vývoji obalu nutno tato rizika nutno uvažovat podstoupit náležité zkoušky zásady pro zamezení elektrického výboje nezahřívat současně více kusů potravin umístit potravinu vždy do středu pracovní plochy sporáku pokud možno překrýt obal s kovovými prvky nevodivou izolační vrstvou; např. výrobky v kovových miskách zahřívat uvnitř jejich papírových přebalů při návrhu obalu volit jeho geometrii tak, aby se zamezilo blízkosti více kovových prvků, snažit se o vodivé propojení celého povrch obalu Aktivní obaly další aktivní prvky: vyvíječe páry ventilky umožňující únik vyvíjející se páry absorbéry uvolněného tuku indikátory teploty atd. Crisp-it TM 29 Fat-Trap TM