Agnieszka Pajka

Towaroznawstwo

II rok

Mikrofale

Cel ćwiczenia:

• Zapoznanie się z podstawowymi wiadomościami dotyczącymi podczerwieni i mikrofal oraz ich zastosowania w technologii żywności.

• Doświadczalne zbadanie zależności i zjawisk towarzyszących ogrzewaniu mikrofalowemu.

• Zapoznanie się z obsługą domowej kuchenki mikrofalowej.

Ćwiczenie 1:

Wpływ podstawowych składników żywności na szybkość ogrzewania mikrofalowego.

Zasada pomiaru: Pomiar polega na porównaniu przyrostu temperatury, po ogrzewaniu produktów żywnościowych przez 1,5 minuty w kuchence mikrofalowej.

Wyniki:

Ogrzewany produkt	Temperatura początkowa – tp [°C]	Temperatura powierzchni – ts [°C]	Temperatura końcowa – tk [°C]	Przyrost temperatury tk – tp [°C]
Woda	23,2	58,5	56,8	33,6
20-procentowy NaCl	22,0	41,1	52,6	30,6
20-procentowa sacharoza	22,6	55,1	53,4	30,8
Olej jadalny	24,3	63,5	63,8	39,5
Roztwór białka	23,0	63,4	59,6	36,6

Tabela 1. Wpływ podstawowych składników żywności na szybkość ogrzewania mikrofalowego

Obserwacje i wnioski:

Najwyższy przyrost temperatury, a jednocześnie najwyższą temperaturę powierzchni po ogrzewaniu mikrofalowym miał olej jadalny, co oznacza, że tłuszcze mają największy wpływ na szybkość ogrzewania mikrofalowego.

Zawartość białek również ma wysoki wpływ na szybkość ogrzewania mikrofalowego, mniejszy woda, a najmniejszy 20-procentowa sacharoza i NaCl.

Z ćwiczenia nasuwa się wniosek, że zawartość tłuszczu i białka w najwyższym stopniu wpływa na szybkość ogrzewania żywności, następnie wody, a w najmniejszym zawartość cukrów.

Ćwiczenie pokazało że szybkość ogrzewania mikrofalowego zależy od składu produktu.

Ćwiczenie 2:

Zależność szybkości ogrzewania mikrofalowego od temperatury.

Zasada pomiaru: Ćwiczenie polega na pomiarze temperatury wody destylowanej ogrzewanej w kuchence mikrofalowej w odstępie czasu 1 minuty przez 8 minut w celu sprawdzenia zależności pomiędzy temperaturą próbki a szybkością ogrzewania.

Wyniki:

Czas ogrzewania [min]	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Temperatura [°C]	2,2	13,3	23,9	33,2	47,1	67,2	84,3	98,5	100
dT/dt	-	11,1	10,6	9,3	13,9	20,1	17,1	14,2	1,5

Tabela 2. Zmiany temperatury podczas ogrzewania mikrofalowego oraz zmiany szybkości ogrzewania mikrofalowego (w funkcji temperatury)

Wykresy:

Wykres 1. Zależność pomiędzy czasem ogrzewania a temperaturą.

Wykres 2 Szybkość ogrzewania mikrofalowego w funkcji temperatury.

Wnioski:

Temperatura wzrasta wraz z czasem ogrzewania, co przedstawia wykres 1.

Szybkość ogrzewania mikrofalowego maleje wraz ze wzrostem temperatury ogrzewanego produktu, co pokazuje linia trendu wykresu 2.

W pewnym momencie przyrost temperatury jest wysoki (pomiędzy 3 a 5 minutą), jednak ogólna tendencja zmian, którą przedstawia linia trendu jest malejąca, przyrost temperatury malał aż do osiągnięcia temperatury wrzenia.

Im wyższa temperatura badanego produktu tym wolniej się on ogrzewa.

Ćwiczenie 3:

Zależność pomiędzy stosowana mocą mikrofal a czasem ogrzewania.

Zasada pomiaru: Ćwiczenie polega na pomiarze czasu potrzebnego do całkowitego zagotowania wody destylowanej w kuchence mikrofalowej przy mocy: 350, 500 oraz 1000W w celu zbadania zależności pomiędzy mocą mikrofal a czasem ogrzewania.

Wyniki:

Moc [W]	250	440	600
Czas [s]	344	172	137
Praca [J]	86000	75680	82200

Tabela 3. Czas i zużyta moc potrzebne do ogrzania 100ml wody w kuchence mikrofalowej

Obliczenia:

Do obliczeń korzystano ze wzoru na pracę:

W = Pt [Ws = J]

gdzie:

W  praca [J]

P  moc [W]

t  czas [s]

W₂₅₀ = 250W344s = 86000J

W₄₄₀ = 440W172s = 75680J

W₆₀₀ = 600W137s = 86000J

Q – to teoretyczna ilość energii potrzebna, aby doprowadzić 100ml wody od temperatury początkowej do wrzenia.

Q  =  CvmΔT

Cv  =  4, 18 kJ/kgC

m  =  0, 1kg

ΔT  = (Tk  Tp)

ΔT =  (100  22)C  = 78C

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{\text{kg}} C\ \ 0,1kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C\ $$

Q =  32, 604 kJ

Q =  32604J 

Wykresy:

Wykres 3. Zależność pomiędzy zastosowaną mocą mikrofal a czasem ogrzewania.

Wykres 4. Zależność zużytej energii od zastosowanej mocy.

Wykres 5. Zależność czasu ogrzewania i zużytej energii od zastosowanej mocy

Wnioski:

Wraz ze wzrostem mocy wzrasta tempo ogrzewania wody.

Czas ogrzewania produktu zależy od mocy.

Zgodnie z oczekiwaniami teoretyczna ilość energii potrzebna do doprowadzenia wody od temperatury początkowej do temperatury wrzenia jest mniejsza. Straty mogą wynikać z konwekcji ciepła w kuchenkach oraz z „wycieku” mikrofal” w kuchenkach.

Ćwiczenie 4:

Zależność pomiędzy ilością ogrzewanego materiału a czasem potrzebnym na doprowadzenie go do określonej temperatury.

Zasada pomiaru: Ćwiczenie polegało na pomiarze czasu ogrzewania różnych ilości wody destylowanej do wystąpienia trwałego wrzenia.

Wyniki:

Ilość wody [ml]	10	30	60	100	150	200
Czas [s]	30	37	70	120	178	220
Praca [J]	15000	18500	35000	60000	89000	110000
Energia teoretyczna [J]	3260,4	9781,2	19562,4	32604	48906	74880

Tabela 4. Czas, zużyta i teoretyczna energia potrzebna do ogrzania różnych ilości wody w kuchence mikrofalowej

Obliczenia:

Pracę i energię teoretyczną obliczono analogicznie jak w ćwiczeniu 3.

W = Pt [Ws = J]

gdzie:

W  praca [J]

P  moc [W]

t  czas [s]

W₁₀ = 500W30s = 15000J

W₃₀₀ = 500W37s = 18500J

W₆₀ = 500W70s = 35000J

W₁₀₀ = 500W120s = 60000J

W₁₅₀ = 500W178s = 89000J

W₂₀₀ = 500W220s = 110000J

Q – to teoretyczna ilość energii potrzebna, aby doprowadzić wodę od temperatury początkowej do wrzenia.

Q  =  CvmΔT

Cv  =  4, 18 kJ/kgC

ΔT  = (Tk  Tp)

ΔT =  (100  22)C  = 78C

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C}\ \ 0,01kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = 3260,4\ J$$

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C\ } \ 0,03kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = 9781,2\ J\ $$

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C\ } \ 0,06kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = \ 19562,4\ J$$

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C}\ \ 0,1kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = \ 32604\ J$$

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C}\ \ 0,15kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = \ 48906\ J$$

$$Q\ = \ 4,18\frac{\text{kJ}}{kg C}\ \ 0,2kg\ \ \left( 100\ \ 22 \right)C = 74880\ J$$

Wykresy:

Wykres 6. Zależność czasu ogrzewania od ilości ogrzewanego materiału

Wykres 7. Zależność zużytej energii od ilości ogrzewanego materiału

Wykres 8. Zależność czasu potrzebnego do zagotowania i dostarczonej energii od ilości ogrzewanej wody

Wnioski:

Wraz ze wzrostem ilości ogrzewanego materiału wzrasta czas na doprowadzenie go do wrzenia. Wynik jest zgodny z oczekiwaniami.

Wraz ze wzrostem ilości ogrzewanego materiału wzrasta ilość energii potrzebna do doprowadzenia materiału do wrzenia.

Energia teoretyczna jest mniejsza niż zużyta w doświadczeniu, może to wynikać z wycieku mikrofal, przez co wydłuża się czas potrzebny do ogrzania oraz wzrasta zużyta ilość energii.

Ćwiczenie 5:

Porównanie intensywności ogrzewania w zależności od usytuowania próbki w polu mikrofalowym.

Zasada pomiaru: Ćwiczenie polegało na sprawdzeniu czy jest zależność pomiędzy usytuowaniem próbki a intensywnością ogrzewania poprzez porównanie temperatury ogrzewanej wody destylowanej przez 2 minuty na środku talerza obrotowego oraz wody destylowanej ogrzewanej na brzegu talerza obrotowego kuchenki mikrofalowej.

Wyniki:

Temperatura początkowa: 25,2 °C

Temperatura wody ogrzewanej na środku talerza: 99,9 °C

Temperatura wody ogrzewanej na brzegu talerza: 90,7 °C

Wnioski:

Istnieje zależność pomiędzy usytuowaniem próbki a intensywnością ogrzewania. Próbka ogrzewana na środku talerza obrotowego kuchenki mikrofalowej ogrzewa się szybciej, niż ta ogrzewana na brzegu. Jest to skutek nierównomiernego natężenia fal mikrofalowych.

Ćwiczenie 6:

Profil temperaturowy produktów ogrzewanych mikrofalami i promieniami podczerwonymi.

Zasada pomiaru: Ćwiczenie polegało na pomiarze temperatury buraka ogrzewanego w kuchence mikrofalowej oraz buraka ogrzewanego za pomocą promiennika podczerwieni w różnych odległościach od powierzchni buraka.

Wyniki:

Odległość od powierzchni [cm]	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
(MF) Temperatura [°C]	34	33,2	32,4	32,2	31,8	32,2	31,8	31,8	31,4
(IR) Temperatura [°C]	36,2	34	32,8	31,4	31	31,2	29,8	29,2	27,6

Tabela 5. Zależność temperatury produktu ogrzewanego mikrofalami i podczerwienią od odległości od powierzchni

Wykres:Wykres 9. Profile temperaturowe (temperatura w funkcji odległości od powierzchni) próbek ogrzewanych mikrofalowo i promiennikiem podczerwieni

Wnioski:

Promieniowanie podczerwone najsilniej oddziałuje na powierzchniowe warstwy produktu, w głębszych warstwach temperatura produktu silnie spada. Podczerwień jest pochłaniana na powierzchni produktu i dlatego badana próbka miała najwyższą temperaturę właśnie na powierzchni, dalej ciepło przekazywane jest przez konwekcję.

Mikrofale oddziałują na produkt bardziej równomiernie, wnikają w głąb produktu, minimalna temperatura produktu (buraka) w odległości 4 centymetrów od powierzchni jest o 3,8 stopnia wyższa niż w przypadku produktu ogrzewanego promiennikiem podczerwieni, co świadczy o tym, że mikrofale ogrzewają szybciej.

Ćwiczenie 7:

Obserwacja efektu powierzchniowego i efektu ostrego rogu w procesie rozmrażania.

Ćwiczenie polegało na obserwacji rozmrażanego buraka pastewnego, któremu nadano odpowiedni kształt (rysunek 1).

Rysunek 1.

Obserwacje i wnioski:

Brzegi oraz wystające części buraka były twardsze niż reszta wskutek nadmiernego ogrzania oraz tego, że .

Wnętrze buraka pozostało zamrożone, podczas gdy warstwy powierzchniowe zostały rozmrożone, na skutek mocniejszego ogrzewania warstw powierzchniowych, co może wytłumaczyć fakt, że w temperaturach bliskich 0°C warstwa zewnętrzna absorbuje znaczna część energii, przez co zewnętrzna część może ulec przegrzaniu.

Stąd wniosek: zaobserwowano efekt powierzchniowy i efekt ostrego rogu.

Ćwiczenie 8:

Ocena organoleptyczna żywności wygodnej – gotowych dań mikrofalowych.

Ćwiczenie polegało na przygotowaniu gotowego dania mikrofalowego według instrukcji na opakowaniu – 7 minut, moc: 800W.

W ćwiczeniu użyto Risotto Tricolore.

Po przygotowaniu oceniono w pięciostopniowej skali (1 – 5) wygląd i smak.

Wyniki i wnioski:

Wygląd dania: 4

Smak dania: 3

Danie wyglądało apetycznie, wyglądem prawie nie odbiegało od dań przygotowywanych tradycyjnie. Jeżeli chodzi o smak, danie było mdłe i mało smaczne.

Gotowe dania mikrofalowe są łatwe w przygotowaniu i bardzo szybkie, jednakże walory smakowe odbiegają od walorów smakowych potraw przygotowywanych tradycyjnie.