บทความ เรื่อง Microwave Processing Technology for Food Safety and Quality

 เตาอบไมโครเวฟแบบใช้ในครัวเรือน

เตาอบไมโครเวฟแบบนี้ใช้กันในครัวเรือนทั่วโลก อย่างไรก็ตาม การกระจายสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอในระบบไมโครเวฟเหล่านี้ทำให้เกิดความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอในอาหาร การออกแบบถาดหมุนช่วยให้การกระจายความร้อนดียิ่งขึ้น

 เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่อง

เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่องระดับอุตสาหกรรมมีสองประเภท ประเภทแรกมีทั้งแบบทำงานด้วยโหมดเดี่ยวและทำงานแบบหลายโหมด โหมดเดี่ยวจะใช้แมกนีตรอน (magnetron) กำลังสูงเพียงตัวเดียว ส่งคลื่นไมโครเวฟผ่านท่อนำคลื่นเข้าสู่เตาอบ (cavity) มีอุปกรณ์ป้องกันที่เรียกว่า Circulator เพื่อป้องกันไม่ให้คลื่นไมโครเวฟสะท้อนกลับไปที่แมกนีตรอน นอกจากนั้น มีจูนเนอร์สำหรับปรับคลื่นส่วนใหญ่ผ่านเตาอบเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูง อาหารลำเลียงบนสายพานเทฟลอนและทำให้เกิดความร้อนในเตาอบ

เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่องหลายโหมดมีแมกนีตรอนจำนวนมากที่มีกำลังต่ำ (800–1,200 วัตต์) แมกนีตรอนสองตัวต่อโมดูล มีทั้งหมดสี่โมดูล แมกนีตรอนส่งคลื่นไมโครเวฟผ่านท่อนำคลื่นสั้นในแต่ละโมดูล สายพานเทฟลอนลำเลียงตัวอย่างอาหารผ่านคาวิตีของเตาไมโครเวฟและควบคุมความเร็วสายพาน ทำให้สามารถควบคุมเวลาให้ความร้อนได้ นอกจากนี้ยังมีแบบโหมดเดี่ยวซึ่งใช้แมกนีตรอนตัวเดียวกำลังวัตต์สูง

 เตาอบไมโครเวฟร่วมกับรังสีอินฟราเรด

เตาอบไมโครเวฟร่วมกับรังสีอินฟราเรด (IR) เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่อบโดยใช้ไมโครเวฟและอินฟราเรด การทำงานร่วมกันของพลังงานไมโครเวฟและการแผ่รังสีความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดสามารถลดเวลาในการอบและพลังงาน ทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นสีน้ำตาล เกรียม และมีคุณภาพที่ดี

 เตาอบไมโครเวฟสุญญากาศ

เตาอบไมโครเวฟสุญญากาศใช้แมกนีตรอน 6 ตัว ทำงานแบบหลายโหมด ใช้ถาดหมุนหรือออกแบบเป็นตะกร้าหมุนก็ได้ เตาอบแบบนี้จะมีคอนเดนเซอร์และปั๊มสุญญากาศร่วมด้วย

 การพาสเจอไรซ์และการฆ่าเชื้อด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษด้วยไมโครเวฟแบบต่อเนื่องในท่อ

ในระบบนี้ ท่อเทฟลอนหรือท่อเซรามิก อยู่กลางของช่องทรงกระบอก ของเหลวไหลผ่านท่อเทฟลอน และคลื่นไมโครเวฟส่งไปยังช่องว่างคาวิตี ของเหลวถูกทำให้ร้อนในระยะเวลาสั้นๆ จึงเหมาะสำหรับการพาสเจอไรซ์และการฆ่าเชื้อด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวหรือมีชิ้นอาหารในของเหลว

 เทคโนโลยีการแปรรูปด้วยไมโครเวฟเพื่อความปลอดภัยและคุณภาพของอาหาร

 ผลของการทำร้อนด้วยไมโครเวฟในการทำลายจุลินทรีย์และเอนไซม์

การทำลายจุลินทรีย์และเอนไซม์โดยใช้ไมโครเวฟเกิดจากความร้อนที่มาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยากับอาหารทำให้เกิดความร้อนทำลายเอนไซม์ โปรตีน และกรดนิวคลีอิกเสียสภาพ นอกจากนั้น กรดนิวคลีอิกหรือดีเอ็นเอถูกทำลายที่อุณหภูมิสูงเช่นกัน ผลกระทบที่ไม่ใช่ความร้อนต่อจุลินทรีย์และการทำให้เอนไซม์ทำงานไม่ได้ส่วนใหญ่เกิดจากสนามไฟฟ้า สำหรับจุลินทรีย์ ผลกระทบที่ไม่ใช่ความร้อนส่งผลต่อการรั่วของเยื่อหุ้มเซลล์และการปล่อยโปรตีนภายในเซลล์ และในที่สุดสูญเสียความสมบูรณ์ของเซลล์ที่ไม่สามารถผันกลับได้

 ผลของการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟต่อโภชนาการและคุณภาพทางประสาทสัมผัส

เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ปรุงสุกโดยใช้วิธีการดั้งเดิม คุณภาพของผลิตภัณฑ์อาหารที่ใช้ไมโครเวฟจะดีกว่าเนื่องจากให้ความร้อนเร็วกว่าและประหยัดพลังงานได้มาก การอบแห้งด้วยไมโครเวฟมีอัตราการให้ความร้อนที่รวดเร็วและช่วยกำจัดออกซิเจน จึงเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ผักเพื่อป้องกันการสูญเสียรสชาติ สารอาหารและคุณสมบัติเชิงหน้าที่ และเพื่อรักษาปริมาณสารต้านอนุมูลอิสระ ฤทธิ์ในการต้านอนุมูลอิสระ และการดูดซึมของสารต้านอนุมูลอิสระ ลักษณะคุณภาพของเนื้อวัวแช่แข็งที่ละลายด้วยไมโครเวฟเป็นที่ยอมรับของผู้ทดสอบมากกว่าและมีการสูญเสียน้ำ (drip loss) ต่ำกว่า อาหารที่มีสารอาหารสูง เช่น เนื้อสัตว์และปลา การอบและย่างด้วยไมโครเวฟลดการสูญเสียวิตามิน เนื่องจากวิตามินไวต่อความร้อน และช่วยรักษาองค์ประกอบสารอาหารที่จำเป็นไว้ การพาสเจอไรซ์นมโดยใช้ไมโครเวฟเมื่อเทียบกับการให้ความร้อนที่มีน้ำเป็นตัวกลางให้ผลที่ไม่แตกต่างกัน

การแปรรูปด้วยไมโครเวฟ

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาสเจอไรซ์และการสเตอริไลซ์อาหารพร้อมรับประทานในภาชนะปิดสนิท

เทคโนโลยีพาสเจอไรซ์และสเตอริไลซ์อาหารในภาชนะปิดสนิทด้วยไมโครเวฟ ได้รับการพัฒนาเพื่อการถนอมอาหารที่มีคุณภาพสูงและช่วยยืดอายุการเก็บรักษา

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาสเจอไรซ์: ช่วยทำลายจุลินทรีย์ก่อโรคและเอนไซม์บางชนิดโดยใช้ไมโครเวฟที่อุณหภูมิต่ำ (60-90 °C) โดยแปรอุณหภูมิและเวลา การเลือกให้ความร้อนทำให้อุณหภูมิในผลิตภัณฑ์ที่รับคลื่นไมโครเวฟสูงกว่าอุณหภูมิของของเหลวโดยรอบ จุลินทรีย์จึงถูกทำลายอย่างรวดเร็ว โดยคุณภาพอาหารไม่เปลี่ยนแปลง

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสเตอริไลซ์: ขึ้นอยู่กับค่า pH ของผลิตภัณฑ์อาหาร เนื่องจากความเป็นกรดช่วยควบคุมการเจริญเติบโตของสปอร์ เช่น อาหารที่มีความเป็นกรดสูง pH ≤ 4.6 สามารถฆ่าเชื้อได้ที่อุณหภูมิ 80–90 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลาหนึ่ง ส่วนผลิตภัณฑ์อาหารที่มีความเป็นกรดต่ำ pH > 4.6 ผ่านอุณหภูมิประมาณ 121 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อให้ปลอดเชื้อในทางการค้า และสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้องได้ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสเตอริไลซ์ (MATS) ในอาหารพร้อมรับประทานในบรรจุภัณฑ์ปิดสนิทได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USFDA) ผลิตภัณฑ์แรกที่ได้รับอนุมัติคือมันบด เป็นตัวแทนอาหารที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่สองคือปลาแซลมอนในซอสอัลเฟรโด เป็นตัวอย่างอาหารที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ที่สามคือไก่และเกี๊ยวบรรจุในถุงเพาซ์ คุณภาพอาหารจากการแปรรูปด้วย MATS ดีกว่ากระบวนการฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำแบบดั้งเดิมมาก เนื่องจากกระบวนการให้ความร้อนที่จุดร้อนที่สุดและจุดเย็นที่สุดใกล้เคียงกัน ในขณะที่การฆ่าเชื้อในรีทอร์ต ค่าความร้อนที่จุดร้อนที่สุดและจุดเย็นที่สุดต่างกันมาก การหาจุดที่เย็นที่สุดจำเป็นต่อความปลอดภัยอาหาร การหาจุดร้อนที่สุดบ่งบอกถึงคุณภาพอาหาร

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการพาสเจอไรซ์และการฆ่าเชื้อด้วยอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHT) ในระบบท่อ: ระบบพาสเจอไรซ์และระบบ UHT ใช้กับของเหลวและของเหลวผสมอนุภาค การทดสอบในนมและของเหลวที่มีโปรตีนสูง ไม่พบตะกรัน และใช้เวลาสั้นเมื่อเทียบกับการให้ความร้อนด้วยไอน้ำแบบดั้งเดิม ได้ผลผลิตที่มากขึ้นพร้อมกับคุณภาพที่ดีขึ้น โดยสี ประสาทสัมผัส และโภชนาการมีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุด

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำแข็ง

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำแข็งเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการละลายน้ำแข็งจากผลิตภัณฑ์อาหารแช่แข็ง เช่น เนื้อสัตว์ ปลา ผัก ผลไม้ เนย หรือน้ำผลไม้เข้มข้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านท่อนำคลื่นไปสัมผัสผลิตภัณฑ์เกิดความร้อนในการละลายน้ำแข็ง ใช้แมกนีตรอนขนาด 30 กิโลวัตต์ และ 896 เมกะเฮิรตซ์ คลื่นไมโครเวฟเข้าสู่ตู้อบทางท่อนำคลื่นที่ด้านบนและด้านล่าง

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำแข็ง: โดยทั่วไป ระบบควบคุมการละลายน้ำแข็งใช้กำลังไฟฟ้าของเตาไมโครเวฟ 10% ของกำลังที่มี การละลายแบบดั้งเดิมใช้เวลานานมาก ทำให้เกิดการสูญเสียน้ำ (drip loss) ความเสียหายของเนื้อสัมผัส และการเปลี่ยนสี จากการใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำแข็งใช้เวลาน้อยกว่าวิธีการอื่น นอกจากนั้น การรักษาปริมาณกรด แอสคอร์บิกในสตรอเบอร์รีดีขึ้นเมื่อละลายน้ำแข็งในเตาอบไมโครเวฟ

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการละลายน้ำแข็งแบบต่อเนื่อง: สามารถใช้เตาอบไมโครเวฟแบบต่อเนื่องในโหมดเดี่ยวและหลายโหมดได้ โดยใช้กำลังไฟฟ้าต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ และควรละลายน้ำแข็งให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง โดยปกติอยู่ที่ -1 ถึง -2 องศาเซลเซียส

 การใช้ไมโครเวฟช่วยการอบแห้ง

การใช้ไมโครเวฟช่วยการอบแห้งผลิตภัณฑ์อาหารมีข้อดี คือ อัตราการทำแห้งสูงมาก และช่วยปรับปรุงคุณภาพของอาหารกึ่งสำเร็จรูปโดยช่วยให้คืนรูปเร็ว ระดับการดูดกลืนพลังงานไมโครเวฟขึ้นอยู่กับความชื้นในผลิตภัณฑ์ เนื่องจากการให้ความร้อนเชิงปริมาตรในการทำให้แห้งด้วยไมโครเวฟทำให้เกิดไอน้ำภายในผลิตภัณฑ์ ทำให้แรงดันภายในสูงไล่ให้ไอน้ำออกจากผลิตภัณฑ์ ทำให้เกิดรูพรุนจำนวนมากส่งผลให้การคืนรูปง่ายและรวดเร็ว การทำแห้งด้วยไมโครเวฟส่งผลดีอย่างมากต่อสี ดัชนีการเกิดสีน้ำตาล ปริมาณแคโรทีนอยด์ และคะแนนการทดสอบทางประสาทสัมผัสของผลิตภัณฑ์

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบแห้งที่บรรยากาศปกติ

มีการใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบแห้งบะหมี่กึ่งสำเร็จรูป พบว่าสามารถทำให้บะหมี่แห้งได้รวดเร็ว และคืนรูปเร็วภายใน 3 นาที โดยใช้น้ำร้อนที่ 90 องศาเซลเซียส ตัวอย่างบะหมี่กึ่งสำเร็จรูปโปรตีนสูงสามารถคืนรูปได้เร็วเช่นเดียวกัน

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบสุญญากาศ

เป็นการผสานการทำแห้งแบบสุญญากาศและการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟเป็นจังหวะ (pulse) ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อน การทำแห้งแบบสุญญากาศเป็นเทคนิคหนึ่งในการทำแห้งอาหารโดยใช้แรงดันอากาศต่ำลง ทำให้น้ำกลายเป็นไอที่จุดเดือดต่ำ การทำความร้อนด้วยไมโครเวฟถ่ายเทพลังงานจากการให้ความร้อนเชิงปริมาตรที่สามารถขจัดน้ำออกได้อย่างรวดเร็ว ผลิตภัณฑ์มีสีที่ดีมาก คุณภาพดี และมีคุณค่าทางโภชนาการสูง เนื่องจากมีออกซิเจนอยู่ในระบบน้อยมากและอุณหภูมิอยู่ในช่วง 40–60 องศาเซลเซียส

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง

เป็นเทคนิคที่รวดเร็วกว่าการทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งแบบดั้งเดิม สำหรับอาหารที่ไวต่อความร้อนและวัสดุทางเภสัชกรรมและชีวภาพ เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำมากในสถานะแช่เยือกแข็ง เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการทำแห้งแบบดั้งเดิมและเทคโนโลยีไมโครเวฟสุญญากาศ ผลิตภัณฑ์ทำแห้งแบบแช่เยือกแข็งมีคุณภาพดีที่สุด แม้ว่ามีราคาแพงที่สุดเมื่อเทียบกับทั้งสามกระบวนการก็ตาม

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งด้วยลมร้อน

เป็นการผสานการใช้อากาศร้อนเข้ากับการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟสามขั้นตอน ในขั้นแรก การให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟ ขั้นที่สอง ทำให้แห้งอย่างรวดเร็ว โดยตั้งค่าอุณหภูมิที่เสถียรเพื่อให้ไอน้ำออกจากผลิตภัณฑ์ ทำให้เกิดโครงสร้างเป็นรูพรุนที่เรียกว่าการพองตัว (puffing) ในขั้นสุดท้าย ปริมาณความชื้นที่จุดศูนย์กลางของผลิตภัณฑ์ลดลงโดยการขจัดน้ำที่รวมอยู่กับอาหาร (bound water)

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบด

อนุภาคที่เป็นของแข็งถูกผลักให้ลอยขึ้นด้วยกระแสอากาศ การถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวลที่สูงเกิดขึ้นระหว่างอากาศกับเฟสของแข็ง ดังนั้น การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดจึงใช้สำหรับการทำให้แห้งวัสดุที่มีความชื้นและเป็นเม็ด

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบสเปาเต็ดเบด (spouted-bed)

เป็นการดัดแปลงเทคนิคฟลูอิไดซ์แบบดั้งเดิม โดยที่มีการกวนอนุภาคที่หยาบกว่าและผลักให้อนุภาคลอยตัวสูงกว่าแล้วตกลงอีกด้านและดันผลิตภัณฑ์ให้ลอยตัวซ้ำแล้วซ้ำอีก และช่วยให้การถ่ายเทความร้อนและมวลสูงยิ่งขึ้น การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำแห้งแบบสเปาเต็ดเบดทำให้ผลิตภัณฑ์มีเนื้อสัมผัสที่ดีขึ้น และลดเวลาในการผลิต

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำให้พอง (puffing)

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทำให้พองเหมาะสำหรับอบผลิตภัณฑ์เพื่อทดแทนการทอดในน้ำมันแบบน้ำมันท่วม การทำให้พองด้วยไมโครเวฟ อาหารที่มีความชื้นที่เหมาะสมได้รับคลื่นไมโครเวฟทำให้เกิดความร้อนในปริมาณกำลังวัตต์ที่เหมาะสมในเวลาที่เหมาะสม น้ำกลายเป็นไอน้ำ ดันผลิตภัณฑ์ให้พอง ผลิตภัณฑ์มีการเปลี่ยนเฟสจากกลาสเป็นรับเบอร์ทำให้พองได้มากขึ้น และเกิดการสูญเสียความชื้นจากการที่ไอน้ำพุ่งออกจากผลิตภัณฑ์เกิดรูพรุนจำนวนมากในผลิตภัณฑ์ เมื่อหยุดการให้ความร้อน ผลิตภัณฑ์จะมีอุณหภูมิลดลง ความชื้นลดลง และหดตัวลงโดยเปลี่ยนสภาพจากรับเบอร์มาเป็นกลาส ทำให้กรอบแบบไร้น้ำมัน

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการลวก

การลวกเป็นการปรับสภาพเพื่อรักษาคุณภาพของอาหารด้วยการหยุดการทำงานของเอนไซม์และการลดปริมาตรด้วยการขจัดอากาศที่ขังอยู่ในช่องว่างภายในเซลล์ และลดปริมาณจุลินทรีย์ สี กลิ่น และรสที่ไม่พึงประสงค์ การใช้ไมโครเวฟช่วยในการลวกใช้อุณหภูมิสูงในเวลาสั้น ๆ ทำให้ได้รสชาติที่ดีขึ้น ประหยัดพลังงานและเวลา และรักษาคุณค่าทางโภชนาการ

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการทอด

การทอดเป็นกระบวนการทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสแบบเฉพาะ รวมถึงรสชาติ เนื้อสัมผัส และสี การใช้ไมโครเวฟช่วยในระบบทอดช่วยประหยัดพลังงาน ลดเวลาในการแปรรูป เปลี่ยนความดันภายในของผลิตภัณฑ์อย่างรวดเร็ว และรักษาคุณภาพน้ำมัน

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสกัด (MAE)

การใช้ไมโครเวฟช่วยในการสกัดช่วยเพิ่มปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่สกัดได้ ตัวอย่างและตัวทำละลายซึ่งวางอยู่ภายใต้คลื่นไมโครเวฟ ผลการวิจัยการใช้ MAE สกัดโพลีฟีนอลและคาเฟอีนจากใบชาเขียว พบว่าปริมาณโพลีฟีนอลและคาเฟอีนที่สกัดด้วยวิธี MAE สูงกว่าการสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงและการสกัดด้วยความร้อนภายใต้อุณหภูมิห้อง นอกจากนั้น MAE ช่วยลดเวลาในการสกัดและใช้แรงงานน้อยลง

 การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบผลิตภัณฑ์ขนมอบ

การอบแบบดั้งเดิมใช้การพาความร้อนและการนำความร้อน ส่วนการใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบ ไมโครเวฟจะมีอันตรกิริยากับอนุภาคที่มีประจุและโมเลกุลมีขั้ว ทำให้อาหารร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบส่งผลดีต่อคุณภาพของแป้งข้าวเจ้า ทำให้ดัชนีน้ำตาลลดลงเหลือ 61.67 จากเดิม 80.24 ของผลิตภัณฑ์ที่อบด้วยลมร้อน นอกจากนั้น เวลาอบลดลงจาก 30 นาที เหลือ 12 นาที การใช้ไมโครเวฟช่วยในการอบร่วมกับการให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดช่วยลดเวลาและพลังงานในการอบมากยิ่งขี้น ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพดีกว่าเมื่อเทียบกับการอบด้วยไมโครเวฟเพียงอย่างเดียว