Τρόποι Μετάδοσης της Θερμότητας

Παρόλο που η μετάδοση της θερμότητας είναι ένας βασικός μηχανισμός που εμπλέκεται στην προετοιμασία και συντήρηση των τροφίμων εδώ και αιώνες, οι διάφοροι μηχανισμοί συνεχίζουν να εξελίσσονται. Η εξέλιξη αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα προϊόντα κρέατος λόγω της πολυπλοκότητας που εμφανίζουν στο μέγεθος, το σχήμα και τη σύνθεσή τους.

Τι είναι η μετάδοση της θερμότητας;

Η μετάδοση της θερμότητας είναι μια ανταλλαγή θερμικής ενέργειας μεταξύ δύο αντικειμένων. Ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας εξαρτάται από τις θερμοκρασίες της κάθε οντότητας και του μέσου μέσω του οποίου μεταφέρεται η θερμική ενέργεια. Στο μαγείρεμα, η μεταφορά θερμότητας αναφέρεται στη θέρμανση των τροφίμων μέσω μιας μαγειρικής συσκευής, όπως σόμπα, φριτέζα, φούρνος μικροκυμάτων ή φούρνος.

Η μεταφορά θερμότητας είναι μια πολύ σημαντική πτυχή της διαδικασίας μαγειρέματος. Η θέρμανση των τροφίμων καταστρέφει δυνητικά επιβλαβή βακτήρια και άλλους μικροοργανισμούς, γεγονός που καθιστά τα τρόφιμα ασφαλή για κατανάλωση και ευκολότερα στην πέψη. Όταν τα τρόφιμα ή τα υγρά θερμαίνονται, τα μόρια τους απορροφούν ενέργεια, αρχίζουν να δονούνται γρήγορα και να αναπηδούν. Καθώς συγκρούονται, παράγεται και μεταφέρεται θερμική ενέργεια, η οποία μαγειρεύει το φαγητό.

Υπάρχουν τρεις βασικοί μηχανισμοί μετάδοσης της θερμότητας και το κοινό τους χαρακτηριστικό είναι πως η κίνηση της θερμικής ενέργειας πραγματοποιείται από μία περιοχή υψηλής θερμοκρασίας σε μία περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας:

• Με αγωγή
• Με ρεύματα μεταφοράς
• Με ακτινοβολία

Αγωγή: είναι η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας μεταξύ αντικειμένων μέσω άμεσης επαφής, και είναι ο πιο κοινός τρόπος μεταφοράς θερμότητας. Η μεταβίβαση της θερμότητας συμβαίνει λόγω της ανταλλαγής κινητικής ενέργειας μεταξύ μεμονωμένων μορίων χωρίς την μετατόπισή τους. Αποτελεί την πιο αργή μέθοδο μεταφοράς θερμότητας, αλλά η άμεση επαφή μεταξύ της επιφάνειας μαγειρέματος και του τροφίμου, επιτρέπει στο φαγητό να μαγειρεύεται από έξω προς τα μέσα. Για παράδειγμα, όταν μια μπριζόλα μαγειρεύεται σε σιδερένιο σκεύος, το αποτέλεσμα είναι ένα τρόφιμο με ομοιόμορφα μαγειρεμένο εξωτερικό και ένα ζουμερό εσωτερικό.

Ρεύματα μεταφοράς: ονομάζεται η μεταφορά θερμότητας που πραγματοποιείται στα ρευστά (υγρά ή αέρια) και συμβαίνει μέσω της μετακίνησης των μορίων από τις θερμότερες στις ψυχρότερες περιοχές. Υπάρχουν δύο τύποι μεταφοράς που βασίζονται στην κίνηση των θερμαινόμενων μορίων.

• Φυσική μεταφορά

Η φυσική μεταφορά συμβαίνει όταν τα μόρια στο κάτω μέρος ενός μαγειρικού σκεύους θερμαίνονται και ανεβαίνουν προς τα πάνω ενώ βυθίζονται ψυχρότερα και βαρύτερα μόρια. Αυτό δημιουργεί ένα ρεύμα κυκλοφορίας που κατανέμει ομοιόμορφα τη θερμότητα σε ολόκληρο το εσωτερικό του σκεύους. Για παράδειγμα, όταν ένα δοχείο νερού τοποθετείται στην εστία για να βράσει, θερμαίνεται το δοχείο, το οποίο στη συνέχεια θερμαίνει τα μόρια του νερού στο εσωτερικό. Καθώς αυτά τα μόρια θερμαίνονται, αναγκάζονται να απομακρυνθούν από το εσωτερικό του δοχείου καθώς αντικαθίστανται από ψυχρότερα μόρια. Αυτό το συνεχές ρεύμα δημιουργεί μεταφορά θερμότητας στο νερό.

• Μηχανική μεταφορά

Η μηχανική μεταφορά συμβαίνει όταν διευκολύνεται η κυκλοφορία της θερμότητας από  την παρέμβαση εξωτερικών παραγόντων, οι οποίοι μειώνουν τους χρόνους μαγειρέματος και καταλήγουν σε ομοιόμορφα μαγειρεμένα τρόφιμα. Παραδείγματα αυτού του τρόπου μεταφοράς θερμότητας είναι η ανάδευση του υγρού σε μια κατσαρόλα ή όταν ένας φούρνος χρησιμοποιεί έναν ανεμιστήρα για να φυσάει ζεστό αέρα πάνω και γύρω από το φαγητό.

Ακτινοβολία: είναι η διαδικασία κατά την οποία η μετάδοση της θερμότητας γίνεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει άμεση επαφή μεταξύ της πηγής θερμότητας και του φαγητού. Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι μαγειρέματος με ακτινοβολία: υπέρυθρη ακτινοβολία και ακτινοβολία μικροκυμάτων.

• Υπέρυθρη ακτινοβολία

Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό ή κεραμικό στοιχείο θέρμανσης που εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτά τα κύματα ταξιδεύουν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση με μεγάλη ταχύτητα για να θερμαίνουν γρήγορα τα τρόφιμα από την εξωτερική επιφάνειά τους. Παράδειγμα συσκευής που χρησιμοποιεί υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η τοστιέρα, η φωτιά καθώς και οι εστίες που χρησιμοποιούν γκάζι.

• Ακτινοβολία μικροκυμάτων

Η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιεί κύματα υψηλής συχνότητας που διεισδύουν στα τρόφιμα, και αναδεύουν τα μόρια του νερού για να δημιουργήσουν τριβή και να μεταφέρουν θερμότητα. Παράδειγμα συσκευής που χρησιμοποιεί ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι ο φούρνος μικροκυμάτων.

Πηγές:

• Pflug, I. J., J. L. Blaisdell and I. J. Kopelman. 1965. Developing temperature-time curves for objects that can be approximated by a sphere, infinite plate or infinite cylinder. ASHW Trans. l7( 1) :238.
• Smith, R. E. and G. L. Nelson. 1969. Transient heat transfer in solids: theory vs. experiment. MAE Trans. 12:833.
• Smith, R. E., G. L. Nelson and R. L. Henrickson. 1967. Analysis of transient heat transfer from anomalous shapes. ASAE 10( 2) :236.
• https://meatscience.org/docs/default-source/publications-resources/rmc/1975/heat-transfer-in-meat.pdf?sfvrsn=2
• https://www.webstaurantstore.com/blog/postdetails.cfm?post=976