Food science, food industrial technology on blog

เขียนโดย มณฑล สุกใส

วันเสาร์ที่ 11 ตุลาคม 2008 เวลา 04:11 น.

นับตั้งแตปี 1896 ที่ Roentgen ค้นพบรังสี X ถัดจากนั้นมาในปีเดียวกัน Becquerel ก็ค้นพบถึงปฏิกิริยาจากกัมกัมตรังสี และได้นำเสนอรายงาน "On the Question of the Effect of Roentgen Rays on Bacteria and Possibility of their Eventually Application" ก็มีศึกษาในเรื่องการใช้ประโยชน์จากรังสีอย่างแพร่หลาย ในปี 1916 มีการทดลองใช้รังสีเพื่อถนอมสตรอเบอรีที่สวีเดน ในปี1930 ก็มีรายงานการถนอมอาหารและถูกตีพิมพ์ในปี 1930 แต่อย่างไรก็ตามวิทยาการความรู้ในด้านรังสีนี้มีการนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมอาหารอย่างจริงจังก็ในช่วงกลางของทศวรรษ 1940

กระบวนการแปรรูปโดยรังสี

สำหรับการใช้ประโยชน์จากรังสีเพื่อกระบวนการอาหารนั้นประกอบด้วย 5 หัวข้อดังนี้

Radapertisation เป็นการใช้รังสีที่มีความเข้มข้นสูง เปรียบได้ดังการสเตอริไรซ์โดยไม่ใช้ความร้อน จุลินทรีย์ทั้งหมดจะลดลงในปริมาณสูง
Radicication เป้าหมายเพื่อการทำลายจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค เช่น Salmonella, Vibrio เป็นต้น แต่ระดับความเข้มข้นของรังสียังไม่รุนแรงเท่ากับในหัวข้อแรก หรือเรียกได้ว่า เป็นการพาสเจอไรซ์แบบไม่ใช้ความร้อน
Radurisation เป็นการใช้รังสีในระดับต่ำเพื่อช่วยยืดอายุการเก็บรักษา โดยระดับรังสีที่ใช้จะต่ำกว่าเพื่อทำลายเซลล์แบคทีเรียเต็มวัย
Radiation disinfestation เป็นการใช้รังสีเพื่อทำลายแมลง ไข่แมลงที่ปนเปื้อนมากับผลิตผล
Sprout inhibition ในวิธีการนี้เป็นการใช้รังสีเพื่อยับยั้งการงอกของพืชผลบางชนิด เช่น หัวหอม เห็ด เป็นต้น

การถ่ายโอนความร้อนแบบแผ่รังสี

รังสีเป็นการเคลื่อนที่ของความร้อนในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเร็วเท่าแสง โดยสามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างๆได้ แม้แต่สุญญากาศ เช่นรังสีX จากดวงอาทิตย์ที่เดินทางผ่านอวกาศมายังโลกของเรา ดังนั้นในเรื่องของการแผ่รังสีจึงจำเป็นต้องเข้าใจถึงพฤติกรรมของรังสีในแง่ของความเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย ทฤษฎีอนุภาคของคลื่นกล่าวว่า คลื่นจะเดินทางด้วยความถี่ค่าหนึ่ง() เป็นฟังก์ชันกับความเร็วแสง(c)และค่าความยาวคลื่น() ซึ่งในปัจจุบันทราบว่าความสัมพันธ์ของฟังก์ชันนี้คือ

...................1)

ส่วนในทฤษฏีอนุภาคกล่าวว่าพลังงานความร้อน(e)ที่ปลดปล่อยจากรังสีจะมีระดับพลังงานแตกต่างกันไป เรียกว่า พลังงานโฟตอน ซึ่งพลังงานโฟตอนนี้เป็นฟังก์ชันกับความถี่ของคลื่นรังสี

...................2)

เมื่อ h คือ ค่าคงตัวของแพงค์มีค่า 6.625E-34 Js^-1

ซึ่งจากสมการที่ 2 ก็จะเห็นความสัมพันธ์ว่าพลังงานโฟตอนนั้นผันแปรไปตามค่าความถี่ เมื่อความถี่คลื่นสูงก็จะมีพลังงานโฟตอนสูงตามไปด้วย ดังนั้นเมื่อวัตถุใดๆเมื่อถูกทำให้ร้อน จะทำำให้เกิดการกระโดดข้ามชั้นระดับพลังงานของอิเล็กตรอน (จำได้ไหมครับ ชั้นพลังงานของโครงสร้างธาตุใดๆ มีแพทเทิร์นคือ ระดับพลังงาน s p d f) ซึ่งแต่ละชั้นพลังงานจะมีค่าต่างกันไป เมื่อเข้าสู่สภาวะหนึ่งอิเล็กตรอนก็จะกลับมายังชั้นเดิม โดยที่เกิดการคายพลังงานออกมา ซึ่งก็คือ ความร้อนรังสี ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานในระดับอะตอมในธาตุนั้นเอง

สำหรับคลื่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเราสามารถมองเห็นได้เมื่อรังสีนั้นตกอยู่ในช่วงของ Visible radiation ก็คือ มีความยาวคลื่นประมาณ 4E-7 ถึง 8E-7 m ซึ่งนอกเหนือไปจากนี้เราก็รู้จักกันดี เช่น คลื่นวิทยุ รังสีแกมมา รังสีคอสมิค เป็นต้น ดังนั้นถ้าจะอธิบายเรื่องรังสีนั้น เป็นเรื่องยาวเลย ในที่นี้จะขอสรุปให้อยู่ในขอบเขตของวิศวกรรมอาหารละกัน

การถ่ายโอนความร้อนแบบแผ่รังสี

การถ่ายเทความร้อนในลักษณะแผ่รังสีเกิดขึ้นเมื่อวัตถุการเกิดดูดซับ และยอมให้พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่งผ่าน ซึ่งต่างจากการถ่ายโอนความร้อนแบบพา และนำที่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่

ส่วนปริมาณพลังงานที่วัตถุปล่อย หรือ ดูดซับไว้จากผิวหน้าเป็นสัดส่วนกับค่าอุณหภูมิยกกำลังสี่ และลักษณะเฉพาะของวัสดุ ดังสมการที่ 3

...................3)

เมื่อ คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลซ์มันน์ มีค่า 5.67E-8 W/m²K⁴ ส่วน คือ ค่าemissivity ของผิววัสดุเทียบกับวัตถุดำซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 สำหรับค่า emisivity สำหรับวัสดุใด ๆ สามารถเปิดได้จากตารางในหนังสือการถ่ายโอนความร้อนได้ทั้งภาษาไทย และภาษาอังกฤษ

ตัวอย่างที่ 1

Calculate the rate of heat energy emitted by 100m² of a polish iron surface (emissivity = 0.06) as shown in fig 1 The temperature of surface is 37^oC. (Source : Paul Singh,R. and D. R. HeldMann in The Text book of Introduction to Food Engineering 3rd,pp 228)

วิธีทำ