O primeiro forno de microondas O inventor do forno de microondas INTRODUÇÃO MICROONDAS: Microondas PROCESSAMENTO DE ALIMENTOS POR MICROONDAS

(1)

FACULDADE DE FARMÁCIA DA UFMG DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS ALM 024- Processamento de Alimentos

PROCESSAMENTO DE

ALIMENTOS POR MICROONDAS

Accácia Júlia Guimarães Pereira Messano 2010

INTRODU

Ç

ÃO

• São empregadas em alimentos porque geram calor • O forno de microondas surgiu a partir dos estudos com

radar, por Percy Spencer, em 1949

• A presença do forno de microondas em residentcias tem incentivado a indústria a elaborar pratos prontos e semiprontos

• O emprego de microondas na indústria tem aumentado devido ao desenvolvimento de sistemas de microondas de grande potência e à redução dos custos do equipamento

MICROONDAS

:

Ondas eletromagnOndas eletromagnééticas na faixa de ticas na faixa de 900 900 mHzmHzatatéé300 GHz300 GHz

(entre o infra

(entre o infra--vermelho e as ondas de rvermelho e as ondas de ráádio ou TV) dio ou TV) freqüência -ν → 20 000 a 400 megaciclos/segundo

comprimento de onda λ →250 x 10comprimento de onda 6_{a 7500 x 10}6_Ao_(2,5

cm a 7,5cm)

Não Não ionizantesionizantes

FreqFreqüüência: ência: ISMISM((IIndustrial, ndustrial, SScientificcientificandandMMedical) : edical) :

915 915 ±±±±±±±±25 MHz_{25 MHz}

2450 2450 ±±±±±±±±_{50 MHz}_{50 MHz}

São ondas monocromSão ondas monocromááticas, planas e fortemente ticas, planas e fortemente polarizadas

polarizadas

são radiasão radiaçções ões nãonão--ionizantesionizantescom poder de penetracom poder de penetraçção ão

superior ao da radia

superior ao da radiaçção infravermelhaão infravermelha

A energia das microondas converteA energia das microondas converte--se em calor ao ser se em calor ao ser absorvida pela mat

absorvida pela matéériaria

Microondas

O inventor do forno de

microondas

O primeiro forno de microondas

(2)

Intera

ç

ão das microondas com

os materiais

•

As microondas, As microondas, de maneira de maneira similar

similar ààluz luz vis

visíível, vel,

obedecem

obedecem ààs s leis da

leis da óótica e tica e podem ser podem ser transmitidas transmitidas, , absorvidas absorvidasou ou refletidas refletidas dependendo do dependendo do tipo de material. tipo de material.

Tipos de materiais de acordo com a

intera

ç

ão com as microondas

•

• Refletantes

Refletantes

ou condutores

: refletem as

microondas em sua superf

í

cie e não a

absorvem:

recipientes met

á

licos

•

• Transparentes:

Transparentes:

transmitem as microondas

recipientes de lou

ç

a ou vidro

•

• Absorventes,

Absorventes,

di

é

letricos

ou perdedores:

absorvem a energia de microondas:

alimentos

Materiais

Refletantes

ou

condutores: metais

•

• refletem as microondas em sua superf

refletem as microondas em sua superf

í

cie e

não a absorvem:

–

–Metais puros (condutores) e Metais puros (condutores) e chapas

metálicas-empregados para dirigir e conter as microondas

empregados para dirigir e conter as microondas

(paredes da cavidade onde se aplicam as

microondas, tubos de guia da microondas)

não devem ser usados como recipientes, pois não é possível aquecer homogeneamente os alimentos dentro deles

Materiais Proibidos no

microondas

Nada de metal

recipientes metálicos e de louça com filetes dourados ou prateados refletem as ondas e podem causar explosões perigosas

Materiais Transparentes

• As microondas atravessam uma série de

substâncias sem que ocorra absorção

pode ocorrer

Refra

ç

ão

:

Mudança no

ângulo da onda incidente ao atravessar o

plano refrator

Materiais transparentes

às microondas:

Vidro, cerâmica, refratários, porcelana

,

(3)

Materiais permitidos no

microondas

Esses materiais permitem a passagem das microondas. Mas só utilize plásticos especiais e nunca papelão revestido de papel-aluminio.

Materiais

Absorventes,

di

é

letricos

ou

perdedores:

• Materiais dielétricos dissipativos

-água

-alimentos em geral

• Absorvem e interagem com a energia das

microondas

• Aquecimento por

condução iônica

: os íons

presentes nos alimentos se deslocam conforme a

direção do campo elétrico alternativo.

Durante este deslocamento estes íons colidem

com as moléculas vizinhas, transmitindo energia

cinética, aumentando o seu movimento,

gerando calor

Mecanismo de aquecimento por

microondas

• Atrito molecular

devido a rotação de

dipolos

água

• Condução iônica:

os íons presentes nos

alimentos se deslocam conforme a direção do

campo elétrico alternativo.

MECANISMO DE A

Ç

ÃO:

Quando um campo el

Quando um campo eléétrico que oscila rapidamente trico que oscila rapidamente ééaplicado a um alimento, os aplicado a um alimento, os

dipolos na

dipolos na áágua reorientamgua reorientam--se para cada variase para cada variaçção na direão na direçção do campo:ão do campo:

Mudan

Mudançças seguidas de orientaas seguidas de orientaççãoão

atrito interno atrito interno Calor Calor Molécula de água

Fatores que influem no aquecimento

por microondas

•

• PROPRIEDADES DAS MICROONDAS

PROPRIEDADES DAS MICROONDAS

•

•FreqFreqüüência ência

•

•PotênciaPotência

•

• PROPRIEDADES DOS ALIMENTOS

PROPRIEDADES DOS ALIMENTOS

•

Propriedades dielPropriedades dieléétricastricas

•

ComposiComposiçção quão quíímicamica

•

TemperaturaTemperatura

•

•Propriedades geomPropriedades geoméétricastricas: tamanho e forma: tamanho e forma

•

•Propriedades fPropriedades fíísicas:sicas:calor especcalor especíífico, fico,

condutividade t

(4)

Aquecimento por microondas

O calor gerado no aquecimento por microondas

O calor gerado no aquecimento por microondas éédado por:dado por:

P = 55,61 x 10

-

1414

_E

22

_f

_ε

_”

P

P= potência gerada (W/cm= potência gerada (W/cm33₎₎ E

E = intensidade do campo el= intensidade do campo eléétrico (V/cmtrico (V/cm33₎₎ f

f = freq= freqüüência (ência (cpscps) )

ε εε ε ε ε ε

ε_”_”_{= fator de perda diel}_{= fator de perda diel}_é_é_trica_trica

•

O fator de perda O fator de perda εεεεεεεε_”_”é_éuma propriedade intruma propriedade intríínseca do nseca do alimento

alimento medida da eficiência de conversão da medida da eficiência de conversão da

energia eletromagn

energia eletromagnéética em calortica em calor

•

εεεεεεεε_””grande grande alimento facilmente aquecidoalimento facilmente aquecido

•

Constante dielConstante dieléétrica: determinada pelo ntrica:determinada pelo núúmero de mero de

dipolos e pelas modifica

dipolos e pelas modificaçções induzidas pelo campo ões induzidas pelo campo el eléétrico. trico.

Mecanismo de Aquecimento

• Poder de penetração

– Frequência

– Propriedades dielétricas do alimento

• Fator de perda

– Indica a energia da microonda consumida ao atravessar ou ser completamente absorvida por material sob determinadas condições

Mecanismo de Aquecimento

• Interação das microondas com as moléculas

– Polares

-dipolos permanentes. As moléculas sofrem a ação da força do campo elétrico-oscilação

– Não-polares

- cargas dielétricas simetricamente distribuídas.

Presença de campo elétrico– dipolos induzidos O aquecimento em alimentos com umidade muito

baixa depende da interação das microondas com os lipídeos e os sólidos coloidais embora se desconheçam os mecanismos envolvidos

Microondas

•

• O componente principal dos alimentos

O componente principal dos alimentos

é

a

á

gua (em torno de 80%)

a intera

ç

ão

principal das microondas

é

com a á

com a

á

gua

•

• A absor

A absor

ç

ão do campo el

é

trico associado

à

radia

ç

ão microonda origina o calor dos

alimentos.

Mecanismo de aquecimento

A transformação de energia eletromagnética em calor, no interior dos materiais dieléctricos, ocorre devido àcondução iônicae àrotação dipolar

(5)

Fricção molecular

• Energia da microonda – energia térmica

• Processo não reversível - entropia. A

energia não pode voltar para as microondas –

aquecimento dielétrico

Mecanismo de aquecimento

• Componentes dos alimentos

– Diferentes fatores de perda- aquecimento não uniforme

• Transferência de calor

– Condução– alimentos sólidos

– Convecção– alimentos líquidos

• Formato e tamanho

– Importante para assegurar um aquecimento completo e adequado

Parâmetros de Avalia

ç

ão das

Propriedades Diel

é

tricas

•

CONSTANTE DIELÉTRICA (E’):Medida da

capacidade de um material estocar energia do campo elétrico

•

FATOR DE PERDAS (E’’):Medida de quanto a energia é dissipada no material. Relaciona-se com a condutividade do material

•

CONSTANTE DE ATENUAÇÃO (∝∝∝∝):Medida de decréscimo do campo elétrico ao penetrar num alimento

Parâmetros de Avalia

ç

ão das

Propriedades Diel

é

tricas

•

DISTÂNCIA DE ATENUAÇÃO OU PENETRAÇÃO

(d): Medida de quanto a onda consegue penetrar no alimento

•

COEFICIENTE DE REFLEXÃO (p): Medida da

parcela da onda incidente que vai retornar por reflexão. Entre 1000 a 3000 MHz praticamente 100% da onda incidente é absorvida pelos alimentos (p ≅ 0). Para os metais, praticamente 100% da onda é refletida (p ≅ 1).

•

POTÊNCIA DISSIPADA (P): Medida de quanto da

energia contida na onda vai ser convertida em calor no alimento

Caracter

í

sticas dos Alimentos que

afetam o Tempo de Cozimento

por Microondas

• Tamanho- menor e uniforme

• Forma - regular

• Temperatura inicial

• Quantidade

• Teor de umidade

• Densidade- alimentos porosos

• Distribuição de osso e gordura

Compara

ç

ão entre o aquecimento

convencional e o por microondas

CONVENCIONAL POR MICROONDAS

•_{A fonte de calor aquece as}

moléculas do alimento da superfície para o centro

•Desnível de temperatura

•_{Pode ocorrer queima na superfície}

externa

•_{Microondas penetra}

uniformemente

•_{Oscilação das moléculas de água e}

de outras moléculas polares-ebulição interna

•_{O vapor produzido aquece os}

alimentos sólidos adjacentes-condução

Não há calor excessivo no exterior, portanto são praticamente nulos os efeitos de dourado e formação de crosta

(6)

Aplica

ç

ões das microondas

• Preparo de alimentos: descongelamento,

secagem de ervas, grãos e sementes

• Descongelamento e reaquecimento

• Branqueamento , cozimento e secagem

• Pasteurização – pão , bebidas etc.

Aplica

ç

ões das microondas

• Inibição de fungos- produtos de panificação

• Esterilização – alimentos em embalagens

flexíveis

• Coagulação de proteínas

• Eliminação de insetos – grãos e farinhas

Vantagens do aquecimento por microondas

•

Aquece os alimentos de forma uniforme e rAquece os alimentos de forma uniforme e ráápida;pida;

densidade de potência aplicada

é

muito alta e o

calor

é

produzido no interior do alimento.

•

Reduz a perda de nutrientes, vitaminas, sabor, Reduz a perda de nutrientes, vitaminas, sabor,

caracter

caracteríísticas; sensoriais e preserva a cor dos sticas; sensoriais e preserva a cor dos alimentos;

alimentos;

•

Minimiza a alteraMinimiza a alteraçção de nutrientes, cor sabor na ultraão de nutrientes, cor sabor na ultra- -pasteuriza

pasteurizaçção ou esterilizaão ou esterilizaçção de lão de lííquidos;quidos;

•

O aquecimento O aquecimento ééde alta eficiência;de alta eficiência;

•

Baixo custo do sistema de manutenBaixo custo do sistema de manutençção;ão;

•

Pode ser combinado com outras tecnologiasPode ser combinado com outras tecnologias

Vantagens do aquecimento por microondas

• velocidade de aquecimento pode ser estimada como

quatro vezes superiorà do processo convencional, o que, nas aplicações industriais, aumenta o volume de produção e ao menor requerimento de espaço na área do processamento

• A eficiência do processo é grande, sendo habitual a conversão de mais de 50 %da energia elétrica (60

Hz) no aquecimento do produto

• O aquecimento é mais uniformedo que o obtido por infravermelhos: menor gradiente de temperatura entre o centro e a superfície do alimento

Aquecimento seletivo:toda a energia é empregada para aquecer o alimento.

Esquema de um forno de

microondas

Uniformidade de aquecimento no

microondas

A uniformidade do aquecimento microondas depende da colocação/posição do alimento, da sua geometria e da embalagem. A distribuição da temperatura deve ser equilibrada

(7)

Recipientes para microondas

Aquecimento no forno de

microondas

•

• Em um campo de microondas Em um campo de microondas

os p

os póólos positivos e negativos los positivos e negativos

mudam 2,45x10

mudam 2,45x1099_{vezes/segundo}_{vezes/segundo}_._.

•

• Um dipolo localizado no Um dipolo localizado no

campo gira para orientar

campo gira para orientar--se se

com o campo que muda.

com o campo que muda. •

• O atrito entre a molO atrito entre a moléécula do cula do dipolo e as mol

dipolo e as molééculas culas

circundantes gera calor.

circundantes gera calor. •

• A A áágua gua ééo dipolo mais o dipolo mais

comum nos alimentos

Forno de microondas

•

• As microondasAs microondassão geradas são geradas

numa v

numa váálvula eletrônica lvula eletrônica denominada magn

denominada magnéétron, que tron, que

emite ondas

emite ondas --ffóótons tons --na na

frequência de 2,45 GHz

•

• Estas ondas refletem nas Estas ondas refletem nas

paredes do forno e atingem os

alimentos sobre muitos

ângulos.

•

• As ondas atravessam pedaAs ondas atravessam pedaçços os

de vidro ou pl

de vidro ou pláásticos sem sticos sem

efeitos apreci

efeitos apreciááveis. veis.

•

• PorPoréém elas possuem efeitos m elas possuem efeitos consider

considerááveis sobre molveis sobre molééculas culas polares: a mol

polares: a moléécula polar gira, cula polar gira,

tentando se alinhar com a onda

eletromagn

(8)

Forno de microondas

•

Em um forno de Em um forno de microondas as ondas microondas as ondas

são geradas pelo

magn

magnééton e ton e transmitidas atrav transmitidas atravéés do s do guia de ondas at guia de ondas atééa a câmara de microondas. câmara de microondas. Um agitador distribui Um agitador distribui as ondas dentro da as ondas dentro da câmara câmara

Forno de microondas

•Princípio – moléculas de água dos alimentos vibram em consonância com as microondas produzidas no magnétron →→→→aquecimento