Gia nhiệt bằng vi sóng

1.1. Vi sóng
1.1.1. Định nghĩa

Vi sóng (Microwave, sóng vi ba) là sóng điện từ nằm trong một dải tần 300 MHz đến 300 GHz. Vi sóng là một loại sóng điện từ có thể truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng. Vi sóng có bước sóng ngắn hơn sóng radio nhưng dài hơn tia hồng ngoại. Loại vi sóng thường được dùng để nấu ăn có bước sóng khoảng 12.24 cm. Với độ dài như vậy, sóng vi ba có thể được hấp thụ bởi hầu hết các loại thức ăn. Nhưng các hạt của vi sóng (photon), không có đủ năng lượng để phá hủy phân tử và gây ra các bệnh ung thư như tia cực tím hay tia X. Vì vậy, vi sóng thuộc về bức xạ không ion hóa.[1, 2]

Hình 1.1  Dãy phổ sóng điện từ [3]

Bản chất của chúng giống như ánh sáng và các sóng radar: đối với  vi sóng, thủy tinh được xem như trong suốt nên sóng đi xuyên qua, còn các mặt phẳng kim loại thì giống như những tấm gương nên sóng bị phản chiếu trở lại.

Vì không khí, chén dĩa bằng thủy tinh hay sành sứ đều không bị ảnh hưởng của vi sóng nên nước trong thức ăn được gia nhiệt nhanh chóng và truyền năng lượng cho các thành phần khác của thực phẩm. Nhờ đó, thức ăn có thể đựng trong vật dụng bằng các vật liệu chuyên biệt kể ở trên để đặt vào thiết bị vi sóng, mà chỉ có thức ăn được nấu chín. Ở cửa lò vi sóng có đặt một tấm lưới kim loại có thể phản xạ lại sóng vi ba như một tấm gương và giữ cho nó không bị lọt ra ngoài. Mắt tấm lưới này đủ nhỏ để vi sóng không thế thoát ra nhưng cũng đủ lớn để ánh sáng lọt qua được, nhờ đó ta có thể nhìn thấy được thức ăn đang nấu bên trong. Hầu như tất cả các lò vi sóng đều có một bàn xoay bằng kính để xoay tròn thức ăn, nhờ đó lượng nhiệt sẽ được phân bổ đều. Nếu không được di chuyển như vậy, món ăn sẽ chín không đồng đều.

Động lực truyền nhiệt và truyền khối khi gia nhiệt thực phẩm bằng microwave khác với các phương pháp thông thường.

Trong các loại thực phẩm được làm nóng bằng lò vi sóng, profile về  thời gian và nhiệt độ bên trong sản phẩm gây ra bởi sự sinh nhiệt từ bên trong do sự hấp thụ năng lượng điện từ từ trường microwave và truyền nhiệt do dẫn nhiệt, đối lưu và bốc hơi. Xét về bước sóng, sóng radio có kích thước khoảng km, tần số truyền hình bằng mét, vi sóng bằng cm và hồng ngoại nằm trong khoảng  micro mét, các bước sóng và tần số có liên quan của biểu thức:

Bước sóng=vận tốc ánh sáng (c)/tần số (f)

Trong trường hợp này, Vận tốc của ánh sáng và bước sóng của ánh sáng phụ thuộc vào bản chất vật liệu. Đối với tốc độ ánh sáng trong chân không (c=3.10⁸ m/s) thì theo công thức bước sóng tương ứng của vi sóng là khoảng 1 m và 1 mm, do đó thuật ngữ "vi sóng" là dễ gây hiểu nhầm về kích thước của bước sóng. [1]
Dải tần số của vi sóng nằm liền kề với dải tần số vô tuyến, chủ yếu được sử dụng cho truyền hình và phát thanh. Tuy nhiên, dải tần số vi sóng cũng được sử dụng cho viễn thông, như điện thoại di động, mạng không dây và radar. Để ngăn ngừa sự cố nhiễu, các dải tần số nhất định được dành riêng cho các ứng dụng công nghiệp, khoa học và y tế (còn gọi là dãy ISM- industrial, scientific, and medical), trong đó mức độ bức xạ nhất định mà các ứng dụng khác (ví dụ: các thiết bị truyền thông) chấp nhận được. Trong dãy sóng điện từ, các dải ISM được đặt ở 433, 915, 2450 và 5800 MHz.

1.1.2. Cơ chế sinh nhiệt [1, 4, 5]

Gia nhiệt bằng vi sóng là kết quả của sự tương tác giữa trường xoay chiều và vật liệu điện môi. So với gia nhiệt thông thường sử dụng nước hoặc hơi nước làm môi trường truyền nhiệt làm nóng các loại thực phẩm, năng lượng vi sóng có khả năng cung cấp nhiệt đồng đều hơn và gia nhiệt thể tích nhanh chóng.

Vi sóng có thể tạo ra nhiệt dựa trên sự hấp thụ, và sự tương tác với vật liệu, đặc biệt là các vật liệu điện môi. Một vật liệu điện môi (ví dụ như không khí hoặc thủy tinh) có thể ngăn cản  dòng điện nhưng cho phép một trường tĩnh điện hoặc từ trường đi qua nó. Chân không là dạng điện môi hoàn hảo. Sự sinh nhiệt là kết quả quan sát được khi thực phẩm được tiếp xúc với bức xạ vi sóng. Các tác động trên các vi sinh vật là do các sự sinh nhiệt chứ không phải vì chúng mẫn cảm bức xạ vi sóng. 
 Hai cơ chế sinh nhiệt bằng vi sóng là:

Sự  phân cực Ion (Ionic polarisation): Nếu một điện trường được áp cho các ion trong dung dịch sau đó chúng sẽ tự định hướng trong trường này, chịu sự gia tốc và động năng của chúng tăng. Động năng sau đó được chuyển thành nhiệt khi các ion va chạm với nhau. Khi điện trường đảo ngược, ví dụ ở 915 × 10⁶ lần mỗi giây (tức là tần số 915 MHz), số va chạm tăng lên khi các ion nhanh chóng thay đổi hướng. Trong thực phẩm có mặt của muối natri, kali và canxi sẽ tạo ra các cation, trong khi clorine sẽ tạo ra các anion. Các hiệu ứng phân cực ion tăng theo tỉ trọng lớn hơn hoặc theo nồng độ của dung dịch các ion. Trong khí khoảng cách giữa các phân tử là quá xa để chúng va chạm một cách có ý nghĩa (Hình 1.2).

Lưỡng cực quay (Dipole rotation): Tương tự như vậy, các phân tử có cực sẽ sắp xếp theo hướng của điện trường áp vào tùy thuộc vào độ phân cực của nó, và trường xoay chiều có tần số cao được sử dụng thì các phân tử sẽ chịu một một lực xoay (hoặc mô-men xoay) và sẽ xoay theo tần số đó. Sự xoay này tạo ra nhiệt. Nước là phân tử phân cực quan trọng nhất gặp phải trong thực phẩm; các nguyên tử hydro được tích điện dương và các nguyên tử oxy mang điện tích âm. Cơ chế này phụ thuộc vào khả năng di động của các phân tử, ví dụ nước đá ít nhạy cảm với nhiệt lò vi sóng vì các phân tử nước ít có khả năng di chuyển hơn khi ở trạng thái lỏng. Cơ chế xoay lưỡng cực có ý nghĩa quan trọng hơn so với sự phân cực ion, trừ các loại thực phẩm có hàm lượng muối rất cao.

Sóng điện từ có tần số 1 hertz, sẽ tạo ra một điện từ trường thay đổi chiều 1 lần trong 1 giây. Các sóng ngắn có tần số 2450 MHz đổi chiều 2.45 tỉ lần một giây. Sự xoay này tạo ra ma sát và sinh nhiệt.

1.2. Tính chất điện môi của thực phẩm

1.2.1. Các định nghĩa

Sự nung nóng điện môi hay cấp nhiệt theo thể tích, có nghĩa là nhiệt được tạo ra bên trong vật liệu thông qua sự hấp thụ năng lượng điện từ trường ngoài. Cường độ và tần số của trường này cũng như tính chất điện môi của vật liệu xác định mức độ hấp thụ năng lượng thể tích và hiệu suất sinh nhiệt (rate of heat generation). Các tính chất điện môi (Dielectric properties) của nguyên liệu cung cấp thông tin về tính chất của chúng trong hệ thống gia nhiệt điện từ. Các tính chất của nguyên liệu cần được biết để hiểu được cơ chế làm nóng của vi sóng, và do đó có thể mô phỏng, mô hình hóa, áp dụng hệ thống vi sóng thành công và thiết kế hệ thống gia nhiệt bằng vi sóng.

Hằng số điện môi (ε’) – Dielectric constant và hệ số tổn thất điện môi (ε’’) – Dielectric loss factor, đó là phần thực và phần ảo tương ứng của độ điện thẩm tương đối (εr), là các thông số điện môi chính, và mối quan hệ giữa chúng được cho bởi phương trình sau:

Hằng số điện môi là khả năng của một vật liệu để lưu trữ năng lượng vi sóng, trong khi các hệ số tổn thất điện môi là khả năng của một loại vật liệu làm tiêu tán năng lượng vi sóng dưới dạng nhiệt.

1.2.2. Tính chất điện môi của thực phẩm

Có nhiều kỹ thuật để đo các tính chất điện môi của các loại thực phẩm. Những kỹ thuật này có thể được liệt kê như là tấm song song, mạch tập trung, coaxial probe, đường dây truyền tải, hộp cộng hưởng,... [7]. Một số thông số, chẳng hạn như bản chất của vật liệu được đo, dải tần số và độ chính xác của kỹ thuật này, khả năng và chi phí của các thiết bị, quyết định những kỹ thuật để sử dụng. Các phương pháp thường được sử dụng là coaxial probe hở đầu, đường dây truyền tải, và các phương pháp khoang cộng hưởng.

Các đánh giá toàn diện về tính chất điện môi cung cấp những nguồn  dữ liệu thực nghiệm cho nhiều loại thực phẩm. Các nghiên cứu trong những năm gần đây đã xác định các tính chất điện môi của các loại trái cây và rau quả; sản phẩm thủy sản, hải sâm; cá hồi  fillet và cá hồi và cá tầm caviars; thịt bò; hỗn hợp thịt; thịt xay và thịt của các loài động vật khác nhau, chẳng hạn như thịt cừu, thịt lợn, thịt gà, gà tây; thực phẩm có khả năng vận chuyển bằng bơm, chẳng hạn như ready-to-eat pudding, thức uống đậu nành, và bơ (trái cây) dạng paste; các sản phẩm từ sữa; pho mát; bơ sữa; khoai lang nghiền; bột đậu, bột nhào gạo basmati; axit axetic và giấm; trứng; hạt dẻ; mật ong; bánh mì; dầu ăn và axit béo; và các loại nước ép trái cây [7].

Bảng 1.1 Tính chất điện môi của một số nguyên liệu tại 2.45 GHz [8]

Sản phẩm	Độ ẩm (%)	ε′	ε″
Táo	88	54	10
Chuối	78	60	18
Carrot	87	56	15
Nho	82	65	17
Xoài	86	61	14
Khoai tây	79	57	17
Milk fat (solid)	0	2.6	0.2
Nước cất	100	78	13.4

Bảng 1.2 Tính chất điện môi của một số nguyên liệu [9]

Nguyên liệu	Tổn thất điện môi (ε’’)	Hằng số điện môi ( ε’)	ε’’/ ε’	Độ xâm nhập (cm)
Nước	13.40	78.00	0.17	1.28-1.50
Thực phẩm ẩm cao
Khoai tây tươi	24.00	72.50	0.33	0.90
Carrot nấu	17.90	71.50	0.25	0.92
Spinach	27.20	34.00	0.80	0.41
Thực phẩm nhiều protein và muối
Gà tây nấu [25]	26.00	36.50	0.75	0.41
Chanh	14.00	71.00	0.19	1.17
Nước + 0.5 M NaCl	67.00	41.90	1.60	0.20
Canh thịt	21.40	73.90	0.29	0.78
Lòng trắng trứng	15.80	69.70	0.22	1.03
Precooked ham	22.80	42.90	0.53	0.50-0.60
Heo	15.70	53.20	0.29	0.90
Cá bơn fillet	14.10	53.60	0.26	1.01
Thịt bò nấu	9.60	30.50	0.31	1.10
Bột nhào bánh mì	9.00	22.00	0.41	1.00
Dầu mỡ
Dầu mỡ	0.15	2.50	0.06	20.30
Bơ đậu phộng	4.10	3.10	1.32	0.80-0.95
Dầu hướng dương	0.18	2.40	0.07	17.07
Chất béo sữa dạng rắn	0.20	2.60	0.07	15.70
Thực phẩm giàu đường
Sucrose	6.80	72.30	0.09	2.43
Khoai lang	14.00	52.00	0.27	1.00
Táo	10.00	54.00	0.18	1.43
Bí	37.60	47.00	0.80	0.35
Syrup Khóm	11.60	67.80	0.17	1.38
Thực phẩm rắn
Khoai tây	2.08	5.76	0.35	2.28
Bánh mì	1.20	4.80	0.26	3.50

Trong các nghiên cứu gần đây, các tính chất điện môi (hằng số điện môi và hệ số tổn thất điện môi) của thực phẩm đã được đo như là một hàm của nhiệt độ và tần số để:
- Khám phá những tính chất của thực phẩm trong quá trình chế biến với vi sóng;
- Để phát triển các hệ mô hình đại diện cho các thực phẩm;
- Để phát triển các phương thức thanh trùng; để có kiến thức về chất lượng bên trong; độ tươi, độ chín của các sản phẩm thực phẩm; 
- Dự đoán độ ẩm của sản phẩm. 
- Các đặc tính điện môi của côn trùng đã được đo để phát triển hệ thống kiểm soát côn trùng không hóa chất  thông qua các ứng dụng làm nóng điện môi (tần số vô tuyến hoặc làm nóng bằng vi sóng).

1.3. Các tính chất của thực phẩm ảnh hưởng đến sự gia nhiệt bằng vi sóng

1.3.1. Tính chất điện môi của thực phẩm [10, 11]

Thể hiện mức sự xâm nhập của năng lượng vi sóng vào bên trong vật liệu là một tính chất chức năng của tính chất điện môi .

Các tính chất điện môi của các sản phẩm thực phẩm chủ yếu được xác định bởi thành phần hóa học của chúng.

Các hệ số tổn thất đại diện cho một thuộc tính của vật liệu được chế biến và vật liệu càng có hệ số tổn thất lớn thì càng gia nhiệt tốt, trong khi một loại vật liệu có hệ số tổn thất thấp thì làm nóng kém, do năng lượng vi sóng dễ dàng truyền qua.

Bảng 1.3. Tính chất điện môi của một số thành phần thực phẩm [10]

 

Thành phần thực phẩm	Tần số (MHz)	Nhiệt độ (°C)	Hằng số điện môi	Tổn thất điện môi
Nước	2450	20	78	13.4
Nước đá	2450	-12	3.2	0.003
Chất béo (milk)	2450	20	2.6	0.2
Dầu bắp	2450	25	2.5	0.14
Dầu bắp	915	25	2.6	0.18
Protein (sodium caseinate)	2450	20	1.6	0
Carbohydrates (lactose)	2450	20	1.9	0
Không khí	2450	20	1.0	0
Không khí	915	20	1.0	0

Nước là một loại dung môi phân cực và nó là thành phần hóa học chính của hầu hết các sản phẩm thực phẩm. Hằng số điện môi và hệ số tổn thất điện môi của nước ở 20°C  tương ứng ở 2450 MHz là 78 và 13.4. Muối làm giảm hằng số điện môi do sự liên kết của các phân tử nước tự do bởi các ion của các muối hòa tan và làm tăng hệ số tổn hao điện môi do sự bổ sung của các hạt mang điện.

Những ảnh hưởng của lượng nước và muối vào các tính chất điện môi phụ thuộc vào cách thức mà chúng đang liên kết hoặc sự hạn chế di chuyển của chúng bởi các thành phần thực phẩm khác.

Độ điện thẩm của dung dịch, hỗn hợp giảm bởi hai lý do: việc thay thế nước bằng một chất có một độ điện thẩm thấp hơn và sự liên kết của các phân tử nước. Chất rắn hữu cơ như mỡ, protein và carbohydrate, có một hằng số điện môi nhỏ hơn 3 và hệ số tổn thất điện môi nhỏ hơn 0.2, làm giảm độ điện thẩm của thực phẩm.

Hàm lượng chất béo ảnh hưởng đến cả các hằng số điện môi và các hệ số tổn thất điện môi. Hằng số điện môi và hệ số tổn thất điện môi của thịt bò có chất béo thấp là cao hơn so với thịt bò có nhiều chất béo.

Sakai et al. (2005) đã sử dụng 1% agar gel như một thực phẩm, thêm vào 0%-40% sucrose và 0%-2% natri clorua để điều chỉnh các tính chất điện môi. Họ phát hiện ra rằng việc bổ sung sucrose chủ yếu giảm hằng số điện môi trong khi việc bổ sung natri clorua chủ yếu tăng các hệ số tổn thất điện môi và giảm nhẹ các hằng số điện môi. Liên kết hydro hạn chế việc di chuyển tự do của nước làm giảm độ điện thẩm

1.3.2. Hình dạng và kích thước thực phẩm

Khi vi sóng lan truyền trong một nguyên liệu thực phẩm, nó suy giảm.

Hấp thụ vi sóng thường được tính bằng phương trình Maxwell  hay phương trình Lambert.

Yang và Gunasekaran (2004) đã so sánh phân bố nhiệt độ trong thực phẩm mô hình  dạng trụ  sử dụng phương trình Maxwell và định luật Lambert trong thời gian làm nóng lò vi sóng. Phương trình Maxwell có thể mô tả một cách chính xác lan truyền, hấp thụ của vi sóng nhưng nó là quá phức tạp.

Định luật Lambert xem xét một suy giảm theo hàm mũ của năng lượng vi sóng trong các loại thực phẩm, có thể được thể hiện như:

Hầu hết các sản phẩm thực phẩm thông thường có độ sâu thâm nhập trong khoảng 0,5-1,0 cm. Độ sâu thâm nhập giảm với việc tăng hàm lượng muối. Độ sâu thâm nhập của vi sóng giảm với việc tăng tần số vi sóng và nhiệt độ. Vi sóng ở 915 MHz có thể thâm nhập vào độ sâu lớn hơn vi sóng tại 2450 MHz.

Độ sâu thâm nhập của gia nhiệt bằng vi sóng là nhỏ hơn nhiều so với gia nhiệt tần số vô tuyến ở 10-300 MHz. Do đó, làm nóng bằng vi sóng phụ thuộc đáng kể vào kích thước và hình dạng của các loại thực phẩm. Trong các mẫu lớn hơn, một gradient nhiệt độ lớn xảy ra từ bề mặt về phía trung tâm trong quá trình làm nóng vi sóng. Trong các loại thực phẩm nhỏ, vi sóng làm nóng đồng đều hơn.

1.3.3. Nhiệt độ và tần số sóng [10]

Các tính chất điện môi của nguyên liệu thực phẩm cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tần số sóng. Nước đá có hệ số tổn thất hằng số  điện môi điện môi thấp hơn nhiều so với nước dạng lỏng.

Thực phẩm lạnh đông mất thời gian lâu hơn so với các loại thực phẩm được làm lạnh, và mất nhiều thời gian hơn so với thực phẩm hạn sử dụng ổn định được làm nóng từ nhiệt độ phòng (giả sử tất cả được đun nóng đến cùng một nhiệt độ cuối) [12]

Cả hai hệ số tổn thất điện môi và hằng số điện môi giảm theo sự tăng tần số vi sóng. Do đó, sự năng lượng hấp thụ và thâm nhập bức xạ trong gia nhiệt vi sóng là hiệu quả hơn ở tần số thấp so với tần số cao hơn.

Sự gia tăng nhiệt độ trong thực phẩm trong quá trình gia nhiệt bằng vi sóng phụ thuộc vào cả các tính chất điện môi và tính chất nhiệt lý (thermophysical) của thực phẩm. Các tính chất vật lý của vật liệu thực phẩm bao gồm cả nhiệt dung riêng, tỷ trọng và độ dẫn nhiệt, mà thay đổi theo nhiệt độ và thành phần thực phẩm, cũng sẽ ảnh hưởng đến sự gia tăng nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt vi sóng.

1.3.4. Sự Che chắn (Shielding) và sự che khuất (Shadowing) [11]

Sự che chắn là việc sử dụng kim loại để phản xạ năng lượng vi sóng và do đó làm giảm tốc độ gia nhiệt trong khu vực được che. Nhôm lá mỏng thường được sử dụng và nó có thể được bọc quanh các phần riêng để làm lá chắn.

Sự che khuất/tạo bóng là một hiệu ứng chắn bởi một sản phẩm thực phẩm mà kết quả làm giảm tốc độ gia nhiệt khi các sản phẩm tiếp xúc với nhau. Vì có sự tác động qua lại lẫn nhau của sản phẩm này che cho sản phẩm khác nên khối thực phẩm luôn phải được đặt cách nhau xa nhau để nấu nướng tốt nhất.

1.4. Nguồn phát sóng Magnetron

Bên trong lò vi sóng có một bộ phận gọi là magnetron. Nó là một ống kiểm soát điện từ, giúp biến điện năng thành sóng vi ba. Để cung cấp năng lượng cho magnetron

Một magnetron bao gồm một ống chân không với một cathode phát ra electron tích điện âm ở trung tâm. Cathode này được bao quanh bởi anode có cấu trúc tạo nên nên khoang rỗng - khoang cộng hưởng. Do điện trường một chiều mạnh, các điện tử phát ra được gia tốc bắn ra từ tâm. Nhưng do từ trường của 2 nam châm ở trên và dưới làm chúng bị lệch, cho ra một chuyển động xoắn ốc. Cường độ Điện trường và từ trường được lựa chọn một cách thích hợp, do đó mà tại các khoang cộng hưởng lấy năng lượng từ các electron. Năng lượng điện từ lưu trữ có thể được kết hợp bởi một ăng ten của một trong số các khoang vào một ống dẫn sóng hoặc một đường cáp đồng trục.

Công suất của một magnetron có thể được điều khiển bởi dòng trong ống  hoặc cường độ từ trường. Công suất tối đa của nó thường được giới hạn bởi nhiệt độ của cực dương, để ngăn cản nóng chảy. Giới hạn thực tế tại tần số 2,45 GHz là khoảng 1,5 kW và 25 kW tương ứng cho làm mát anode bằng không khí hoặc nước.

1.5. Các bộ phận chính của thiết bị gia nhiệt bằng vi sóng ở quy mô công nghiệp [12]

Các hệ thống xử lý vi sóng công nghiệp là  loại lò vi sóng phức tạp với băng tải chạy qua chúng. Chúng có bộ máy phát (generator) phức tạp, applicator, và các hệ thống điều khiển (control system) và thường sử dụng bộ cảm biến của các loại khác nhau để kiểm soát quá trình (Hình 1.5)

Generator

-           Nguồn cung cấp dòng điện 1 chiều (DC Power Supply): mà chuyển đổi các 120/240/480 volt AC 4.000 đến 20.000 volt DC, phụ thuộc vào máy phát điện, sau đó kích thích các magnetron.

-           Magnetron là một ống chân không, không khí và làm mát bằng nước, sản sinh ra vi sóng đưa ra applicator.

-           Máy phát: có rất nhiều máy phát điện tại hai tần số ISM 2450 và 915 MHz từ các nhà cung cấp khác nhau tại Hoa Kỳ, Châu Âu và  Châu Á. Mức năng lượng có sẵn là:

+          2450 MHz: 0.3, 1.0, 1.2, 2.0, 3.0, 6.0, 12, 20, 30 kw

+          915 MHz: 5, 30, 50, 60, 75, 100 kw

Các hệ thống điều khiển: điều khiển công suất đầu ra của magnetron. Nó có thể nhận được thông tin từ các cảm biến đo nhiều thứ như các nhiệt độ, độ ẩm,… của vật liệu được xử lí bằng microwave, và sử dụng để kiểm soát công suất ra của magnetron.

Applicator

+          Thường có dạng thiết kế hình chữ nhật và sản xuất từ thép không gỉ cho các ứng dụng thực phẩm hoặc nhôm khi được sử dụng để làm nóng các vật liệu phi thực phẩm.

+          Chúng có thể là từ một vài mét đến hơn 20 m. Cửa ra vào thường được gắn ở hai bên để làm sạch, sửa chữa, loại bỏ mảnh vỡ, vv

Tại hai đầu là đường hầm có các băng tải chạy xuyên qua. Phần cuối chứa cấu tạo đặc biệt: cấu trúc có thể hấp thụ, hoặc phản chiếu hoặc ngăn chặn vi sóng thoát khỏi đường hầm mở, qua đó tạo ra an toàn lao động.

Băng tải

Đây thường là lò vi sóng trong suốt và phải phi kim loại. Đai này có thể là đặc, lưới, hoặc khớp nối. Vật liệu phổ biến được sử dụng là cao su silicone, sợi thủy tinh, polypropylene  và nhiều hơn nữa. Đai kim loại dùng cho tải trọng nặng, có thể được sử dụng, tuy nhiên phải sử dụng cách ly, mà thường được làm bằng teflon hoặc polypropylene để ngăn chặn việc vi súng tiếp xúc trực tiếp với kim loại.

Ống dẫn sóng

Ống dẫn sóng được sử dụng để vận chuyển năng lượng, tạo ra bởi các magnetron để đến các applicator . Nhiều thiết kế khác nhau tồn tại, dạng thiết diện hình chữ nhật và được làm bằng nhôm hoặc đồng. Chúng khác nhau về chiều dài và chỗ uốn cong và tính dẻo.

Hệ thống xử lí

Hệ thống xử lý lò vi sóng ngày nay phần lớn là điều khiển PLC và có thể sử dụng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và cảm biến khác trong thông tin phản hồi để điều khiển máy phát, công suất , tốc độ băng tải, nhiệt độ không khí, độ ẩm, vv

1.6. Ứng dụng vi sóng trong công nghệ thực phẩm [13]

Bảng các ứng dụng thành công công nghệ microwave trong các ngành công nghiệp thực phẩm

Bảng 1.4. Một số ứng dụng của vi sóng trong các sản phẩm thực phẩm

Quá trình	Ứng dụng trong sản phẩm
Làm ấm và rã đông	Thịt, gia cầm, quả mọng, trái cây, bơ sữa, cá
Làm nóng chảy/tan chảy	Chocolate, chất béo, mỡ bò, mỡ heo, phần còn lại từ chế biến thịt
Tẩy màu	Rau củ, khoai tây, trái cây
Sấy	Pasta, hành tây, bánh gạo, nước trái cây, khoai tây chiên, lòng đỏ trứng, các loại thực phẩm ăn nhẹ, rong biển
Sấy lạnh và sấy chân khônng	Đồ uống, nước trái cây (ví dụ nước cam), ngũ cốc, hạt, các sản phẩm nhạy nhiệt, bột, thịt, rau, trái cây, cà rốt
Rang bỏng	Các sản phẩm từ tinh bột
Nướng (baking)	Proofing của bột bánh, nướng bánh mì và bánh ngọt, hoàn thiện quá trình nướng bánh của cookie và rusk (bánh bit cot), khoai tây
Rang	Cà phê đậu, lạc và các loại hạt khác, hạt ca cao
Khử trùng (sâu bọ và vi khuẩn)	Ngũ cốc, vật liệu đóng gói
Nấu	Nấu ăn thịt, phi lê, thịt bánh, xúc xích, khoai tây, thịt gà, thịt xông khói, cá mòi, cá trích, khoai tây chiên giòn khoai tây, gạo
Thanh trùng	Bánh mì, sữa chua, thức ăn làm sẵn, khoai tây gọt vỏ,  nước giải khát, sữa
Tiệt trùng	Sữa chua, thực phẩm nấu sẵn, bánh mì, bánh pizza, khoai tây gọt vỏ, hạt, thịt dừa

1.7. Ưu nhược điểm của phương pháp xử lí bằng vi sóng

Ưu điểm

-  Tiết kiệm năng lượng.

-  Giảm thời gian chế biến.

-  Giữ được các chất dinh dưỡng, mùi vị và cấu trúc của thực phẩm.

-  Dễ vệ sinh sạch sẽ.

-  Có thể chế biến và sử dụng thực phẩm trong cùng đồ chứa.

Hạn chế

- Không dùng đồ đựng bằng kim loại, làm thực phẩm lâu chín và gây ra tia lửa điện (arcing).

- Không dùng đồ đựng bằng nylon hoặc polyester vì có thể chảy mềm khi nóng lên và lẫn vào thực phẩm.

-  Gia nhiệt thực phẩm không đồng nhất, ví dụ đối với trường hợp các sản phẩm thực phẩm không được thiết kế đúng cho mục đích của nó

-  Các biện pháp an toàn đặc biệt là cần thiết trong thiết bị để tránh rò rỉ

-  Đặc biệt bảo vệ các bộ phận điện tử để gia nhiệt và tránh độ ẩm

- Chi phí thiết bị tương đối cao [13]
Tài liệu tham khảo:

[1]       M. Regier and H. Schubert, "Introducing microwave processing of food: principles and technologies," in The Microwave Processing of Foods, ed: Woodhead Publishing, 2005, pp. 3-21.

[2]       M. Brewer, "Microwave processing, nutritional and sensory quality," in The Microwave Processing of Foods, ed: Woodhead Publishing, 2005, pp. 76-101.

[3]       TERAHERTZ. Available: http://www6.sura.org/commercialization/terahertz/

[4]       J. Ahmed, et al., Novel Food Processing: Effects on Rheological and Functional Properties: CRC Press, 2009.

[5]       R.P. Singh and D.R. Heldman, Introduction to Food Engineering: Elsevier Science, 2013.

[6]       SatyanarayanRS Dev and GSVijaya Raghavan, "Electrical Properties of Foods," in Physical Properties of Foods, ed: CRC Press, 2012, pp. 119-130.

[7]       D.W. Sun, Emerging Technologies for Food Processing: Elsevier Science, 2014.

[8]       J.K. Sahu, Introduction to Advanced Food Process Engineering: Taylor & Francis, 2014.

[9]       A.K. Datta, Handbook of Microwave Technology for Food Application: Taylor & Francis, 2001.

[10]     Lijun Wang, "Energy Efficiency And Conservation In Microwave Heating," in Energy Efficiency and Management in Food Processing Facilities, ed: CRC Press, 2009, pp. 333-348.

[11]     RS Chavan and SR Chavan, "Microwave baking in food industry: a review," International Journal of Dairy Science, vol. 5, pp. 113-127, 2010.

[12]     R. F. Schiffmann, " Industrial microwave heating of food: principles and three case studies of its commercialization," in Case Studies in Novel Food Processing Technologies, ed: Woodhead Publishing, 2010, pp. 407-426.

[13]     S. Bhattacharya, Conventional and Advanced Food Processing Technologies: Wiley, 2014.