INTRODUÇ
INTRODUÇÃO
FACULDADE DE FARMÁCIA DA UFMG
DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS
ALM 024- Processamento de Alimentos
PROCESSAMENTO DE
ALIMENTOS POR MICROONDAS
•
•
•
•
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
Accácia Júlia Guimarães Pereira Messano
2010
MICROONDAS:
MICROONDAS:
Ondas eletromagné
eletromagnéticas na faixa de 900 mHz até
até 300 GHz
Microondas
(entre o infrainfra-vermelho e as ondas de rá
rádio ou TV) freqüência -ν → 20 000 a 400 megaciclos/segundo
comprimento de onda λ →250 x 106 a 7500 x 106 Ao (2,5
cm a 7,5cm)
Não ionizantes
Freqü
Freqüência: ISM (Industrial, Scientific and Medical) :
915 ± 25 MHz
2450 ± 50 MHz
São ondas monocromá
monocromáticas, planas e fortemente
polarizadas
são radiaç
radiações nãonão-ionizantes com poder de penetraç
penetração
superior ao da radiaç
radiação infravermelha
A energia das microondas converteconverte-se em calor ao ser
absorvida pela maté
matéria
O inventor do forno de
microondas
O primeiro forno de microondas
-1949
Interaç
Interação das microondas com
os materiais
• As microondas,
de maneira
similar à luz
visí
visível,
obedecem às
leis da ótica e
podem ser
transmitidas,
transmitidas,
absorvidas ou
refletidas
dependendo do
tipo de material.
Tipos de materiais de acordo com a
interaç
interação com as microondas
• Refletantes ou condutores:
condutores: refletem as
microondas em sua superfí
superfície e não a
absorvem: recipientes metá
metálicos
• Transparentes: transmitem as microondas
recipientes de louç
louça ou vidro
• Absorventes, dié
diéletricos ou perdedores:
absorvem a energia de microondas: alimentos
Materiais Refletantes ou
condutores: metais
• refletem as microondas em sua superfí
superfície e
não a absorvem:
– Metais puros (condutores) e chapas metálicasempregados 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
Materiais Transparentes
• As microondas atravessam uma série de
substâncias sem que ocorra absorção
pode ocorrer Refraç
Refração:
ão: Mudança no
ângulo da onda incidente ao atravessar o
plano refrator
Nada de metal
recipientes metálicos e de louça com filetes dourados ou prateados
refletem as ondas e podem causar explosões perigosas
Materiais transparentes às microondas:
Vidro, cerâmica, refratários, porcelana,,
papéis e alguns plásticos
Materiais permitidos no
microondas
Materiais Absorventes, dié
diéletricos ou
perdedores:
• Materiais dielétricos dissipativos
-água
-alimentos em geral
• Absorvem e interagem com a energia das
microondas
• Aquecimento por condução iônica: os íons
Esses materiais permitem a passagem das microondas. Mas só utilize
plásticos especiais e nunca papelão revestido de papel-aluminio.
Mecanismo de aquecimento por
microondas
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 AÇ
AÇÃO:
Molécula de água
• Atrito molecular devido a rotação de
dipolos
água
• Condução iônica: os íons presentes nos
alimentos se deslocam conforme a direção do
campo elétrico alternativo.
Quando um campo elé
elétrico que oscila rapidamente é aplicado a um alimento, os
dipolos na água reorientamreorientam-se para cada variaç
variação na direç
direção do campo:
Mudanç
Mudanças seguidas de orientaç
orientação
atrito interno
Calor
Fatores que influem no aquecimento
por microondas
• PROPRIEDADES DAS MICROONDAS
• Freqü
Freqüência
• Potência
• PROPRIEDADES DOS ALIMENTOS
• Propriedades dielé
dielétricas
• Composiç
Composição quí
química
• Temperatura
• Propriedades geomé
geométricas:
tricas: tamanho e forma
• Propriedades fí
físicas: calor especí
específico,
condutividade té
térmica, viscosidade, porosidade
Aquecimento por microondas
O calor gerado no aquecimento por microondas é dado por:
P = 55,61 x 1010-14 E2 f ε”
P= potência gerada (W/cm3)
E = intensidade do campo elé
elétrico (V/cm3)
f = freqü
freqüência (cps
(cps))
ε” = fator de perda dielé
dielétrica
• O fator de perda ε” é uma propriedade intrí
intrínseca do
•
•
alimento medida da eficiência de conversão da
energia eletromagné
eletromagnética em calor
ε” grande alimento facilmente aquecido
Constante dielé
dielétrica: determinada pelo nú
número de
dipolos e pelas modificaç
modificações induzidas pelo campo
elé
elétrico.
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
Microondas
• O componente principal dos alimentos é a
água (em torno de 80%) a interaç
interação
principal das microondas é com a água
• A absorç
absorção do campo elé
elétrico associado à
radiaç
radiação microonda origina o calor dos
alimentos.
Mecanismo de Aquecimento
• Interação das microondas com as moléculas
– Polares- dipolos permanentes. As moléculas
sofrem a ação da força do campo elétricooscilação
– 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
Mecanismo de aquecimento
A transformação de energia eletromagnética em calor, no interior dos
materiais dieléctricos, ocorre devido à condução iônica e à rotação
dipolar
Mecanismo de aquecimento
• Componentes dos alimentos
Fricção molecular
– Diferentes fatores de perda- aquecimento não
uniforme
• Transferência de calor
• Energia da microonda – energia térmica
• Processo não reversível - entropia. A
– Condução – alimentos sólidos
– Convecção – alimentos líquidos
energia não pode voltar para as microondas –
aquecimento dielétrico
• Formato e tamanho
– Importante para assegurar um aquecimento
completo e adequado
Parâmetros de Avaliaç
Avaliação das
Propriedades Dielé
Dielétricas
• 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
Caracterí
Características 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
Parâmetros de Avaliaç
Avaliação das
Propriedades Dielé
Dielétricas
•
•
•
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
Comparaç
Comparação 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 polaresebulição interna
•O vapor produzido aquece os
alimentos sólidos adjacentescondução
Não há calor excessivo no exterior,
portanto são praticamente nulos os
efeitos de dourado e formação de
crosta
Aplicaç
Aplicações das microondas
• Preparo de alimentos: descongelamento,
secagem de ervas, grãos e sementes
• Descongelamento e reaquecimento
• Branqueamento , cozimento e secagem
• Pasteurização – pão , bebidas etc.
Aplicaç
Aplicações 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
Vantagens do aquecimento por microondas
• Aquece os alimentos de forma uniforme e rá
rápida;
• velocidade de aquecimento pode ser estimada como
densidade de potência aplicada é muito alta e o
calor é produzido no interior do alimento.
• Reduz a perda de nutrientes, vitaminas, sabor,
•
•
•
•
caracterí
características; sensoriais e preserva a cor dos
alimentos;
Minimiza a alteraç
alteração de nutrientes, cor sabor na ultraultrapasteurizaç
pasteurização ou esterilizaç
esterilização de lí
líquidos;
O aquecimento é de alta eficiência;
Baixo custo do sistema de manutenç
manutenção;
Pode ser combinado com outras tecnologias
Esquema de um forno de
microondas
quatro vezes superior à 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 uniforme do 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.
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
Recipientes para microondas
Aquecimento no forno de
microondas
• Em um campo de microondas
•
•
•
Forno de microondas
• As microondas são geradas
numa vá
válvula eletrônica
denominada magné
magnétron, que
emite ondas - fótons - na
frequência de 2,45 GHz
• Estas ondas refletem nas
paredes do forno e atingem os
alimentos sobre muitos
ângulos.
• As ondas atravessam pedaç
pedaços
de vidro ou plá
plásticos sem
efeitos apreciá
apreciáveis.
• Poré
Porém elas possuem efeitos
considerá
consideráveis sobre molé
moléculas
polares: a molé
molécula polar gira,
tentando se alinhar com a onda
eletromagné
eletromagnética.
os pó
pólos positivos e negativos
mudam 2,45x109 vezes/segundo.
Um dipolo localizado no
campo gira para orientarorientar-se
com o campo que muda.
O atrito entre a molé
molécula do
dipolo e as molé
moléculas
circundantes gera calor.
A água é o dipolo mais
comum nos alimentos
Forno de microondas
Forno de microondas
• Em um forno de
microondas as ondas
são geradas pelo
magné
magnéton e
transmitidas atravé
através do
guia de ondas até
até a
câmara de microondas.
Um agitador distribui
as ondas dentro da
câmara
Forno de microondas
Pasteurizadores aquecidos com
microondas
•Princípio
– moléculas de água dos alimentos vibram em consonância
com as microondas produzidas no magnétron → aquecimento
Forno de microondas
Como funciona o microondas
Microondas e Magnetron