Cottura a microonde: azione delle microonde e cottura

La cottura in un forno a microonde consente di trattenere meglio i nutrienti, riscaldare il cibo per il minor tempo e utilizzare meno liquido .
Lo spettro elettromagnetico è costituito da vari tipi di radiazioni caratterizzate da una:

• lunghezza d’onda λ
• frequenza ν che rappresenta il numero di cicli di un’onda  che passano per un dato punto nell’unità di  tempo.

Le microonde sono un tipo di radiazioni che si trovano tra la regione dell’infrarosso e la ragione delle onde radio. Hanno una frequenza compresa tra 10⁹ e 10¹¹ Hz cui corrisponde una lunghezza d’onda rispettivamente di 10 cm e di 1 mm.

Usi delle microonde

L’utilizzo delle microonde negli ultimi decenni ha subito una crescita esponenziale:

• ponti radio
• cellulari GSM
• comunicazioni satellitari
• radar
• forni a microonde.

Le microonde consentono infatti di scongelare e di cuocere i cibi molto più rapidamente rispetto alle tecniche tradizionali.

Vari sono i modi per generare le microonde tra cui quelli che sfruttano il movimento balistico degli elettroni nel vuoto sotto l’influenza di campi elettrici o magnetici di controllo.

Con lo sviluppo della tecnologia dei radar che si ebbe nel corso della II Guerra Mondiale si trovò il modo per generare microonde con il magnetron. Esso è  una valvola termoionica o tubo a vuoto che, grazie a una fonte esterna di energia, fornisce in uscita un segnale di potenza amplificato.

Nel magnetron  la corrente passa fra due elettrodi (l’anodo e il catodo). A seconda della tensione a cui sono poste alcune parti metalliche frapposte tra i due elettrodi, il catodo emette elettroni per effetto termoionico,  cioè per riscaldamento.

Il campo magnetico costringe gli elettroni a muoversi in un percorso circolare e questo movimento di particelle cariche genera microonde. Esse sono regolate a una frequenza di 2.45 10⁹ Hz per la cottura. Una “guida d’onda” dirige le microonde nel vano di cottura e la rotazione delle pale del ventilatore riflettono le microonde in tutte le parti del forno.

Azione delle microonde e cottura

L’azione di cottura in un forno a microonde è dovuta all’interazione tra la componente del campo elettrico della radiazione con le molecole polari.

Tutte le molecole hanno moti di rotazione e se la frequenza della radiazione e quella della rotazione delle molecole sono uguali può essere trasmessa energia dalla microonda alla molecola polare con la conseguenza che la molecola ruota più rapidamente.

La frequenza di 2.45 ·10⁹ Hz è quella più adatta per aumentare l’energia rotazionale delle molecole di acqua che assorbono l’energia delle microonde. Tale  processo è chiamato riscaldamento dielettrico. L’acqua è costituita da un dipolo permanente e il polo negativo del dipolo segue la propagazione dell’onda ruotando in senso orario (regione positiva):

se, dopo che la molecola è stata ruotata, la radiazione continua ad interagire con essa. Il polo positivo del dipolo si sposterà nella regione negativa mentre il polo positivo è spinto verso l’alto con conseguente maggiore rotazione della molecola. La rapidità di cottura in un forno a microonde è dovuta al fatto che la radiazione non è assorbita da molecole apolari. Essa quindi può raggiungere diverse parti del cibo nello stesso tempo. A seconda della quantità di acqua presente nel cibo la radiazione può penetrare di svariati centimetri. In un forno tradizionale, invece, il trasferimento di calore tra le molecole che costituiscono il cibo avviene solo per conduzione che è un processo molto più lento.

Applicazioni

La plastica, il pirex e i contenitori in vetro non contengono molecole polari e quindi la loro temperatura non varia se sono colpiti da microonde. Questo fenomeno che peraltro è comune anche al polistirolo e ad alcune plastiche particolari il cui utilizzo è tuttavia impedito in quanto raggiungerebbero il loro punto di fusione a causa del calore del cibo che contengono.
E’ inoltre sconsigliato l’uso di contenitori metallici in quanto i metalli, essendo buoni conduttori di elettricità, assorbono le microonde rapidamente. Si crea quindi un corto circuito fra il generatore di microonde e il metallo. L’intensità delle scariche elettriche che ne conseguono è tale da renderle visibili sotto forma di piccole scintille. Il fenomeno, oltre a scaldare il materiale metallico, può danneggiare il generatore di microonde e i circuiti elettrici del forno.

Per quanto attiene lo scongelamento dei cibi surgelati, in cui le molecole di acqua hanno una scarsissima possibilità di poter ruotare,  esso è dovuto al fatto che a temperatura ambiente si forma una pellicola sottile di acqua liquida in cui sono presenti molecole che possono assorbire la radiazione dando luogo allo scongelamento.