Vị trí của sóng điện trường dòng cao tần, vi sóng (microwave) trên hình 2.23. Chúng có tần số từ 1- 100 MHz hoặc từ 300 MHz đến 300 GHz đối với vi sóng.
Theo thoả thuận quốc tế, tần số được dùng đun nóng được sử dụng là 915 Mhz (hoặc 896 MHz ở châu Âu) và 2450 MHz.
Quá trình làm nóng bằng điện trường dòng cao tần
Phần lớn thực phẩm có chứa một lượng nước đáng kể. Cấu trúc phân tử nước gồm có oxy mang điện tích âm và 2 nguyên tử hydro mang điện tích dương, hình thành nên lưỡng cực. Khi thực phẩm được đặt vào trong một điện trường dòng cao tần, lưỡng cực của phân tử nước và một vài thành phần ion như muối ăn cốđịnh hướng chúng trong trường (tương tự như nam châm trong từ trường). Do trường điện tích dao động rất nhanh thay
đổi từ dương sang âm và ngược lại hàng triệu lần trong một giây, các lưỡng cực này cố
thay đổi theo và quá trình này tạo ra nhiệt ma sát. Sự tăng nhiệt độ của các phân tử nước làm nóng các cấu tử xung quanh nhờ quá trình dẫn nhiệt hoặc có thểđối lưu.
Nhiệt lượng sinh ra phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nước và muối trong nguyên liệu.
Năng lượng hấp thụ P(W/cm3) được xác định bằng công thức : P = 55.61x10-14x f Efε’’
Trong đó : f là tần số bức xạ (Hz) Ef : lực điện trường (V/cm)
ε’’ : loss factor (LF)
LF phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ, trạng thái đóng băng hay không và cũng phụ thuộc vào tần số bức xạ.
Chiều sâu bức xạ xâm nhập được xác định bằng công thức :
( ) ⎥⎦⎤⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ε = 0 1/2 '' 2π λ D (2.24) Trong đó : λ0 : bước sóng.
Tần số và LF càng thấp, chiều sâu xâm nhập càng lớn. Nước có LF cao, nên hấp thụ bức xạ tốt.
Nước đóng băng có LF thấp, thuỷ tinh, giấy và các loại bao polyme có LF thấp, vì vậy không bị đun nóng bằng vi sóng.
Kim loại phản xạ sóng điện trường dòng cao tần, vì vậy làm tăng hiệu quả năng lượng của thiết bị.
Ưu điểm : khắc phục những nhược điểm của sấy đối lưu :
- tốc độ truyền nhiệt chậm, do độ dẫn nhiệt của nguyên liệu khô kém.
- hư hại các giá trị cảm quan và dinh dưỡng do thời gian sấy lâu và quá nhiệt ở bề mặt. - oxy hoá các sắc tố và vitamin
- gây hiện tượng cứng vỏ.
Sấy điện trường dòng cao tần ngăn ngừa sự hư hại bề mặt, cải tiến sự truyền ẩm ở giai
đoạn sau của quá trình sấy và loại bỏ hiện tượng cứng vỏ. Bức xạ chỉ làm nóng những vùng ẩm, không ảnh hưởng đến những vùng khác. Không cần phải đun nóng lượng lớn không khí và sự oxy hoá được hạn chế tối thiểu.
Nhược điểm : chi phí đầu tư lớn, quy mô nhỏ nên chỉ giới hạn ứng dụng của nó để sấy kết thúc sản phẩm.
Ví dụ : trong sấy bột nhào : sấy sơ bộđến 18 % bằng đối lưu, sau đó kết hợp sấy đối lưu với sấy vi sóng để giảm ẩm đến 13 %, nhờ đó thời gian sấy rút ngắn từ 8h xuống còn 90 phút.
Trong sấy thăng hoa, tốc độ truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa kém được khắc phục bằng việc sử dụng vi sóng. Tuy nhiên cần kiểm soát điều kiện sấy để tránh tan băng cục bộ gây ra việc tan chảy dây chuyền làm kết thúc quá trình thăng hoa.