Объемные способы нагрева продуктов основываются на взаимодействии продукта (и прежде всего содержащейся в его структуре свободной воды) с электромагнитным полем. Электромагнитные волны от генератора излучения проникают в продукт на значительную глубину и частично или полностью поглощаются в нем. При этом электромагнитная энергия превращается в теплоту, т.е. поток теплоты и поток влаги совпадают по направлению.
Отмеченное явление существенно снижает влияние теплопроводности продуктов, что вызывает их медленный темп нагрева при поверхностных способах тепловой обработки.
Физическая природа электромагнитных волн любой частоты и длины волны одна и та же. Однако волны, сильно отличающиеся по длине, обладают специфическими особенностями в отношении механизма излучения и поглощения, техники их генерирования и практического использования. Отмеченное явление иллюстрируется шкалой электромагнитных волн, в которой отдельным диапазоном длины волны (частотам) присвоены традиционные наименования. Естественно, границы между этими диапазонами в значительной мере условны в виду отмеченной выше единой физической природы всех электромагнитных волн.
Классификация объемных способов тепловой обработки.
| Способы | Аппараты реализующие способ |
| СВЧ – нагрев ИК - нагрев Электроконтактный (ЭК) нагрев Индукционный нагрев | СВЧ-шкафы периодического действия и непрерывного действия ИК - аппараты Аппараты ЭК - нагрева Установки индукционного нагрева |
Инфракрасный нагрев.
Инфракрасное излучение (ИК) в тепловых аппаратах в настоящее время используется как самостоятельный способ нагрева продуктов, а также в качестве базового способа для создания различных комбинированных способов тепловой обработки.
Физическая сущность механизма ИК-нагрева заключается в следующем. Большинство пищевых продуктов содержат в своей пористой структуре значительное количество свободной воды, которая интенсивно поглощает ИК-излучение в определенной области длины волн (при длинах волн 0,75...2,5 мкм); при длине волн 1,4 мкм поглощение достигает 100 % (характерная длина волны ИК - излучения I мкм) В то же время влага в пористой структуре пищевых продуктов распределена неравномерно по объему, поэтому ИК - излучение может проникать в них на значительную глубину, что при соответствующем выборе толщины слоя обрабатываемого продукта обуславливает объёмный характер его нагрева. Максимальная температура продукта при ИК-нагреве обычно достигается на некоторой глубине, зависящей от структуры и влагосодержания продукта и длины волны излучения. В процессе тепловой обработки свойства поверхностных слоев продукта изменяются, что в отличим от условий традиционного нагрева, приводит к усилению поглощения ИК-энергии и интенсификации нагрева. Аналогичный эффект вызывает образование водяного пара в обрабатываемом продукте, интенсивно поглощающего ИК - излучение с длиной волны более 1,5 мкм.
Таким образом, благоприятным фактором для ИК-обработки пищевых продуктов является наличие длин волн вблизи 1 мкм в спектре используемого генератора и изучения и значительного количества свободной влаги в продукте, т.е. высокого начального влагосодержания исходного продукта.
При описании закономерностей ИК-нагрева поток энергии излучения, падающий на поверхность продукта, разделяют на три слагаемых:
- отраженный (Qо) поглощенный (Qn) пропущенный (Qnp)
Q = Qо + Qn + Qnp; (1.1)
Положительным признаком ИК-нагрева является получение равномерной по цвету и толщине корочки поджаривания. Вместе с тем этому способу присущи недостатки:
не все продукты можно подвергать ИК-нагреву;
при высокой плотности потока ИК-излучения возможен "ожог" продукта.
