Rychlost ohřevu Princip Ohřev potraviny průchodem střídavého elektrického proudu. Elektrický odpor potraviny elektrická energie se přemění na teplo Potravina je součástí odporového ohřívače elektrický odpor přímo ovlivňuje rychlost ohřevu Elektrická vodivost potraviny schopnost vedení elektrického proudu obsah vody, ionty solí Měrné teplo složek potraviny Rychlost průtoku potraviny zařízením elektroda elektroda Použití Kapalné potraviny Kapalné potraviny obsahující částice Viskózní potraviny potravina napětí proud 1 2 Měrná elektrická vodivost (konduktivita) Závislost měrné elektrické vodivosti na teplotě Měření a výpočet měrné elektrické vodivosti: multimetr připojený k vodivostní cele = (1/R) (L/A) měrná elektrická vodivost potraviny (S m -1 ) R naměřený odpor (Ω) L délka cely (m) Potravina Měrná elektrická vodivost (S m -1 ) A plocha cely (m 2 ) brambory 0,037 mrkev 0,041 hrášek 0,17 hovězí maso 0,42 roztok škrobu 5,5 % obsahující a) 0,2 % NaCl b) 0,55 % NaCl c) 2 % NaCl 0,34 1,3 4,3 3 4 Výhody odporového ohřevu Rychlé zahřívání (1 C.s -1 ) stejnou rychlostí v celém objemu bez teplotních gradientů Dosaženo dostatečných teplot pro UHT sterilaci Neexistují horké povrchy - nehrozí přehřívání nebo připalování, nehrozí lokální přehřívání Vysoká účinnost přeměny energie - více než 90 % Vhodné pro kontinuální zpracování 5 6 1
Odporové ohřívače Odporový ohřívač jímač Navrhovány vždy podle druhu zahřívané potraviny typu produktu (jeho elektrický Měli by splňovat umožňovat účinné řízení ohřevu a sud odpor a změny odporu v očekávané rozmezí teplot) průtoku být nenáročné na náklady odtok odporový ohřívač průtoku umožňovat aseptické plnění rychlosti ohřevu (podle toho se být navrženy tak, aby byla vyloučena určí příkon) elektrolýza produktu nebo jeho spálení požadovaného množství tepla doby výdrže 7 8 Odporové ohřívače Výrobky APV Baker Ohmic Heating System agro-process.com/en/ 9 10 Optimalizace odporového ohřevu velikost a tvar částic obsah vlhkosti v částicích poměr tuhého a kapalného podílu viskozita kapalného podílu množství a charakter elektrolytů ph měrné teplo složek tepelná vodivost složek 11 12 2
Dielektrická energie Faktory ovlivňující absorpci energie Forma elektromagnetické energie Mikrovlny Radiové frekvence Elektromagnetické pole Vlnění Energie = c/f + E = h f = (h c)/ Frekvence (f) - počet kmitů, které vykoná zdroj vlnění za jednu sekundu. Jednotka: hertz (Hz) Rychlost vlnění (c) - rychlost, jakou se šíří rozruch od zdroje, k dalším bodům prostředí. Jednotka: m/s Vlnová délka ( ) - vzdálenost dvou sousedních maxim nebo dvou sousedních minim. Jednotka: m Planckova konstanta (h) - h = 6,626176.10-34 J.s = 4,135667.10-15 ev.s transparentní materiál Relativní permitivita ε - bezrozměrné číslo (vztaženo proti vakuu) - je mírou rychlosti šíření mikrovln do potraviny větší menší v materiálu menší rychlost záření Ztrátový úhel resp. tg - udává, jak snadno vlnění proniká potravinou a jak se mění na elektrickou energii nebo na teplo (nižší hodnota vyšší prostupnost pro ), je mírou zpoždění kmitání molekul za elektromagnetickým polem Dielektrický ztrátový faktor ε = ε. tg - čím větší tím rychlejší ohřev Hloubka průniku elektromagnetických vln - vrstva materiálu, ve které se absorbuje 63 % energie (vrstva absorbující cca 63 % energie dopadající na povrch materiálu (proniká 37 % = 1/e.100 %) materiál odrážející záření materiál absorbující záření smíšený materiál 13 14 Dielektrické vlastnostipotravin a obalů při teplotě 20 25 C a 2550 MHz 15 16 Dielektrický ohřev Mikrovlnný ohřev Princip Elektromagnetické vlnění (záření, pole), radiové frekvence + Látky v potravině mající elektrický dipól voda, polární látky, soli Voda (soli) - Periodicky měnící se elektromagnetické pole Vibrace a tření molekul tvorba tepla Používaná mikrovlnná záření Elektromagnetické vlnění = 10-3 1 m f = 0,3 300 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical) frekvence = 12,12 cm f = 2,45 GHz Konstrukce mikrovlnného zařízení magnetron Dipólový moment vody Neionizující záření Nizká energie 10-3 ev vlnovod rozptylovací zařízení ohřívací komora Zvýšení teploty vody vyvolává postupný ohřev dalších obklopujících složek potraviny vedením nebo prouděním. 17 18 3
Mikrovlnná trouba frekvence 2450 MHz Magnetron 1 katoda 2 vysokofrekvenční výstup s anténou 3 směr pohybu daný vnějším magnetickým polem 4 anoda 5 duté rezonanční prostory 6 obíhající svazky elektronů Magnetron 1 permanentní magnet 2 chladicí žebra 3 vysokofrekvenční vazební člen 4 anténa 5 konektor anody a katody 6 vysokofrekvenční odstiňovací pouzdro 7 termostat 19 20 Výhody a nevýhody mikrovlnného ohřevu Konvenční ohřev Mikrovlnný ohřev Výhody rovnoměrnost ohřevu v porovnání s tradičními metodami rychlost ohřevu Sdílení tepla v potravině Tuhé vedení (kondukce) Kapalné proudění (konvekce) Tuhé + kapalné vedení + proudění Nevýhody Absence pečícího efektu Nerovnoměrnost ohřevu Rozdílné množství absorbované energie Rozdílná teplota v různých místech potraviny Složení potraviny - obsah vody Iontová síla potraviny Hustota potraviny Měrné teplo v daném místě potraviny Schopnost absorpce mikrovlnné energie Konstrukce mikrovlnného zařízení Nerovnoměrná distribuce mikrovlnného pole Nejhůře prohřívané místo 21 22 Použití mikrovlnného ohřevu Průmyslové zpracování potravin Sušení Blanšírování Sterilace, pasterace Pečení Sublimační sušení Škvaření, smažení Domácí zpracování potravin Ohřívání Rozmrazování Pečení 23 24 4
Princip infračerveného ohřevu Infračervené záření - elektromagnetické vlnění vyzařované horkými objekty Ozářená potravina - energie záření absorpce - přeměna na teplo absorptivita ( ), emisivita ( ), reflexivita (1- ) Vlastnosti zdrojů infračerveného záření Rychlost přenosu energie absorpce závisí na : na teplotě povrchu potraviny na povrchových vlastnostech potraviny a zářiče na tvaru potraviny a zářiče na velikosti povrchu potraviny a zářiče IČ A IČ B IČ C IČ A IČ B IČ C Infračervený ohřívač potravina adsorpce odraz průchod 25 Energie předaná potravině Zařízení Využití infračerveného ohřevu Sušení potravin s nízkým obsahem vody: obiloviny, čaj, kakao, těstoviny, cukr Emisivita Materiál Emisivita Materiál Emisivita Připálená topinka 1,00 Hovězí maso tučné 0,78 Těsto 0,85 Bílý papír 0,9 Voda 0,955 Natřený kov nebo dřevo 0,9 Led 0,97 Nevyleštěný kov 0,7-0,25 Hovězí maso libové 0,74 Vyleštěný kov 0,05 28 5