martedì 26 ottobre 2010

Forno a Microonde

Il forno a microonde è un tipo di forno da cucina in cui la cottura del cibo è principalmente dovuto all'effetto riscaldante delle microonde, come dice il nome stesso.
Il meccanismo di funzionamento del forno in questione è abbastanza semplice: un dispositivo, chiamato magnetron, genera un campo elettromagnetico variabile, ovvero la radiazione a microonde. L'oscillazione del campo elettromagnetico, che si ripete 2 miliardi e 450 milioni di volte al secondo (2,45 GHz), è capace di amplificare le oscillazioni nelle molecole che possiedono polarizzazione, principalmente acqua, ma anche lipidi, proteine e zuccheri. Dunque il meccanismo di funzionamento del microonde è semplicemente quello di scaldare l'acqua (ovvero di aumentarne l'agitazione termica grazie all'interazione fra il dipolo molecolare e, appunto, la radiazione a microonde), che costituisce la componente principale della maggior parte dei cibi, permeandoli quasi sempre in tutto il loro volume.
Questo modo di riscaldamento è completamente diverso rispetto al metodo convenzionale: nel caso di cibi molto ricchi di acqua o lipidi al loro interno, l'interno stesso si riscalderà più velocemente rispetto allo strato esterno più secco, che assorbe dunque meno radiazione a microonde. Al contrario, in un forno elettrico normale il calore può passare per irraggiamento e conduzione solo dagli strati più esterni a quelli interni.

STORIA
E’ negli Stati Uniti che nacque la pratica di cuocere i cibi utilizzando il forno a microonde: Percy Spencer, professione impiegato, fu il primo a notare che, durante un lavoro in cui teneva il radar acceso, la tavoletta di cioccolato che teneva in tasca si era stranamente sciolta. Spencer capì subito l’importanza di questa scoperta: iniziò a sperimentare la cottura del pop corn, in seguito di un uovo che però scoppiò in faccia ad uno dei suoi sperimentatori.
La Raytheon, nel 1946, brevettò il metodo di cottura a microonde e nel 1947 mise in commercio il primo forno, chiamato Radarange: pesava la bellezza di 340 kg con una potenza di 3000 Watt! Il successo fu immediato, e da allora negli Stati Uniti furono sempre più le famiglie che possedevano un apparecchio di questo tipo nella loro cucina.
Negli anni ‘60, invece, fu un’altra casa costruttrice, la Litton, a mettere in commercio un forno simile a quello della Raytheon, presentato ad una fiera commerciale a Chicago. In seguito furono sempre più le aziende che si lanciarono sul mercato nel commercio di questi apparecchi, in seguito allo sviluppo delle conoscenze sui magnetron. C’è da dire che i costi dei primi modelli erano (ovviamente) esagerati: solo negli anni ‘70 i costi iniziarono a calare, conseguentemente alla diminuzione del prezzo dei microprocessori, rendendone più semplice l’utilizzo. Attualmente la stima delle famiglie americane con un forno a microonde si attesta sul 95%; l’Italia segue a ruota.

FUNZIONAMENTO
Un comune forno a microonde consiste delle parti seguenti:
  • un magnetron,
  • un circuito elettronico di controllo e alimentazione del magnetron,
  • una guida d'onda,
  • una camera (o tecnicamente cavità) di cottura.
  • rete metallica (sullo sportello)
Il magnetron (immagine a sinistra), alimentato ad alta tensione, genera un flusso di microonde, normalmente alla frequenza di 2450 MHz (lunghezza d'onda di 12,24 cm) con una potenza solitamente compresa tra 800 W ed 1 kW, che la guida d'onda invia alla camera di cottura. L'acqua, i grassi e i carboidrati che costituiscono il cibo assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico.
Molte molecole sono essenzialmente dei dipoli, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa, e sono per questo trascinate dal campo elettrico alternato delle microonde e indotte a vibrare. Questo rapido movimento genera calore.
A volte il riscaldamento viene spiegato del tutto erroneamente con la risonanza delle molecole d'acqua alla frequenza delle microonde, ma in realtà la frequenza di risonanza dell'acqua è molto più alta, a decine di gigahertz. Le microonde riscaldano con più efficienza l'acqua, ma in misura minore anche grassi, zuccheri e ghiaccio.
La camera di cottura è sostanzialmente una gabbia di Faraday che impedisce la fuoriuscita di microonde.
Il portello del forno è di vetro per permettere la visione della pietanza all'interno, ma include uno strato di rete metallica fine come schermo elettromagnetico. Poiché la larghezza delle maglie è inferiore alla lunghezza d'onda delle microonde (12 cm), la radiazione non può attraversare la rete mentre la luce, di lunghezza d'onda molto più piccola delle maglie, può passare. Il meccanismo di chiusura del portello include appositi interruttori che spengono il magnetron in caso di apertura evitando la fuoriuscita di microonde
Il magnetron deve essere alimentato con un tensione in corrente continua di diverse migliaia di volt. Questa tensione viene prodotta a partire dalla tensione della rete elettrica per mezzo di un trasformatore seguito da un raddrizzatore e un condensatore. Un relè o un triac accendono e spengono il sistema su comando del microprocessore che gestisce i tempi di funzionamento in base ai parametri impostati con i comandi presenti sul pannello anteriore.
Sebbene i forni prevedano la regolazione della potenza di cottura, il magnetron viene fatto funzionare sempre a pieno regime per mantenere al massimo l'efficienza. La modulazione della potenza viene fatta regolando il rapporto tra il periodo di accensione ed il periodo di spegnimento secondo una tecnica chiamata modulazione di larghezza di impulso. Per ottenere ad esempio una potenza pari alla metà di quella massima si accende il magnetron per pochi secondi spegnendolo poi per un tempo identico e così via fino al termine del tempo prefissato di cottura.

TIPOLOGIE
I microonde per i consumatori in genere sono di due tipi e di tre dimensioni:
  • Compatti
    Un modello compatto o piccolo, portatile, da piano cucina, è il tipo più piccolo disponibile per i consumatori. I modelli compatti sono di dimensioni più popolari, dominano il mercato. Un modello tipico non è largo più di 50 cm, è profondo 35 cm o meno, alto 30 cm o meno.
    Questi forni hanno tra 500 e 1000 watt di Potenza e una capacità di meno di 28 litri.
    Si usano principalmente per riscaldare cibo già cucinato e per preparare pasti al microonde e popcorn. I modelli più grandi accolgono una casseruola rotonda da 2 litri e vanno bene per la cucina leggera. Questi forni non sono fatti per cucinare grandi quantità di cibo. In genere questi modelli costano meno di 70 euro.
  • Di media capacità
    Questi modelli sono più grandi di quelli compatti.
    Le loro altezze e profondità sono poco maggiori rispetto ai modelli compatti, ma sono larghi 50 cm o più. L’interno ha una capacità compresa tra 30 e 45 litri, e la potenza è di 1000-1500 watt.
    Sono i modelli standard per le famiglie. Hanno più funzioni automatiche e alcune griglie incorporate o persino elementi di riscaldamento dei forni elettrici convenzionali.
  • Di grande capacità
    Sono molto grandi ideati per cucinare pasti abbondanti. I forni a grande capacità possono contenere casseruole da 25×35 cm, e cucinare oggetti alti come arrosti o petti di tacchini, con un gran numero di funzioni automatiche e controlli precisi della temperatura. In genere hanno una potenza di più di 2000 watt, e una capacità di oltre 60 litri. Questi forni normalmente sono più larghi di 50 cm, profondi 50 cm e alti 30 cm o più.

VANTAGGI
Il maggior vantaggio del forno a microonde in contrapposizione ai sistemi di cottura classici consiste nella grande rapidità. Ciò si deve al fatto che il calore viene creato senza tappe intermedie sullo strato superficiale del cibo, e non è fondamentale scaldare l’aria, il container del cibo e le pareti del forno come accade nei sistemi tradizionali, siano a gas o elettrici.
Questo rende possibile anche lo scongelamento di cibi congelati in breve tempo per cucinarli immediatamente. Un’ altra facilitazione è quella di poter sottoporre a cottura il cibo in contenitori di plastica usa e getta, purchè quel dato contenitore sia stato prodotto con dei materiali resistenti alle microonde (basta controllare il libretto delle istruzioni per scoprirlo). Uno svantaggio è invece quello di produrre un riscaldamento non omogeneo, ma convogliato in particolari zone di spazio dove si raccoglie l’energia emessa nella camera di cottura.
Questo inconveniente viene spesso superato utilizzando dei piatti rotanti, che rendono più omogenea l’operazione di cottura. Un altro limite consistente che scredita questo forno agli occhi di chef e pasticceri, è che è impossibile raggiungere alti gradi di temperatura, necessari per cuocere una torta o, per esempio, il pollo arrosto.
Ma i forni combinati, che sono dotati anche di grill, permettono di dorare i cibi e cuocere anche gli alimenti che, in altro modo, non verrebbero cotti in maniera ottimale. Altri cibi sono invece banditi , in quanto potenzialmente pericolosi: per esempio le uova, che potrebbero scoppiare all’interno della cavità. Invece per riscaldare l’acqua o portarla ad ebollizione il microonde è lo strumentopiù adatto.
I forni in commercio, nella loro modalità d’uso standard, usano tutti un timer; quando il timer suona, il forno si spegne da solo.
  • Cucinano il cibo senza scaldarsi essi stessi. Togliere una pentola dal fornello, con l’eccezione dei piani cucina a induzione, lascia un elemento o una sottopentola caldi, potenzialmente pericolosi e che rimarranno caldi per un po’ di tempo. Ugualmente, quando si toglie una casseruola da un forno tradizionale, le braccia sono esposte alle pareti molto calde del forno. Un forno con tecnologia micro onde elimina questo problema.  I recipienti usati spesso sono più freddi del cibo, poichè le emissioni scaldano direttamente il cibo e il recipiente è scaldato indirettamente dal contatto con il cibo. Cibo e recipienti tolti da un forno convenzionale, invece, hanno la stessa temperatura del resto del forno; una tipica temperatura di cottura è 180 °C. Questo significa che i forni convenzionali e i forni elettrici possono causare bruciature più serie.
  • La più bassa temperatura di cottura (il punto di ebollizione dell’acqua) è un fattore importante per la sicurezza, se confrontata con la cottura al forno o con la frittura in padella, poichè elimina la formazione di catrami e sostanze carbonizzate, che sono carcinogene.
  • Inoltre, la radiazione penetra più a fondo del calore diretto, così che il cibo è riscaldato dal suo contenuto d’acqua interno. Al contrario, il calore diretto può friggere la superficie, mentre l’interno è ancora freddo. Preriscaldare il cibo in un forno microonde, prima di metterlo sulla griglia o in una padella, può ridurre il tempo necessario per cuocere il cibo e la formazione di sostanze carbonizzate carcinogeniche.
SVANTAGGI
Il cibo può essere riscaldato per un periodo di tempo così breve da essere cucinato in maniera non uniforme, poichè il calore richiede tempo per diffondersi attraverso il cibo, e le microonde penetrano solo fino a una certa profondità.
Questi forni si usano spesso per riscaldare di nuovo cibo precedentemente cucinato, e i batteri potrebbero non essere uccisi se non si raggiunge una temperatura sicura, avendo come risultato intossicazioni alimentari, come con tutti i metodi di riscaldamento.
Un riscaldamento non uniforme del cibo può essere dovuto in parte a una distribuzione non uniforme dell’energia emessa nel forno, e in parte al diverso assorbimento di energia delle diverse parti del cibo.
Il primo problema è ridotto da un agitatore, un tipo di ventola che, ruotando, riflette l’energia delle microonde nelle diverse parti del forno, o da una piattaforma girevole che faccia girare il cibo; le piattaforme girevoli, tuttavia, possono ancora lasciare dei punti, come il centro del forno, che ricevono una distribuzione di energia non uniforme.
Il secondo problema è dovuto alla composizione e alla forma del cibo, e deve essere affrontato organizzando il cibo in modo che assorba energia in maniera uniforme, facendo delle prove e proteggendo periodicamente parti del cibo che si stiano bruciando.
Con alcuni materiali con bassa conducibilità termica, per i quali la costante dielettrica aumenta con la temperatura, il riscaldamento con le microonde può causare una perdita termica localizzata.
Come esempio, il riscaldamento non uniforme dei cibi congelati è un problema, poiché il ghiaccio assorbe l’energia delle microonde in misura inferiore rispetto all’acqua liquida, per cui le porzioni scongelate del cibo si riscaldano più velocemente, per una più rapida deposizione di calore in quei punti.


PERICOLI
I liquidi riscaldati al microonde in contenitori dalle pareti lisce possono raggiungere lo stato supercritico, ovvero una condizione in cui la temperatura è superiore di alcuni gradi a quella di ebollizione ma la sostanza rimane liquida. Quando il liquido viene in qualche modo perturbato, per esempio afferrando il contenitore per estrarlo dal forno, l'ebollizione può iniziare in modo esplosivo e può essere causa di gravi ustioni.
I contenitori chiusi, così come le uova, quando riscaldati nel microonde possono esplodere a causa della pressione del vapore che si produce all'interno.
Diversi materiali, se riscaldati troppo a lungo, possono carbonizzare e prendere fuoco. È consigliabile sorvegliare sempre il forno acceso.
Fogli di alluminio, stoviglie in ceramica decorate con metalli e oggetti contenenti metalli possono produrre scintille se esposti alle microonde. Il metallo può fondere e contaminare il cibo e si possono generare vapori tossici dai materiali investiti dalla scarica. Sotto l'effetto delle microonde, i compact disc si danneggiano formando sulla superficie una serie di motivi circolari, emettendo contestualmente fumi tossici.
Porre nel microonde oggetti in metallo solido, come per esempio un cucchiaio, è sicuro, purché sia presente cibo o acqua per assorbire le microonde riflesse dall'oggetto. Alcuni forni prevedono infatti tra gli accessori dei piani in metallo. Tuttavia l'utilizzo di materiali in metallo solido è generalmente sconsigliato a causa della difficoltà di discriminare il caso pericoloso da quello sicuro.

ALTERAZIONI DEL CIBO
Esiste una corrente di pensiero che si oppone al forno a microonde affermando che esisterebbero, insiti in questo metodo di cottura, rischi più sottili di quelli qui precedentemente esposti.
Alcuni affermano che la cottura a microonde provocherebbe una perdita di nutrienti superiore a quella causata da altri metodi di cottura e che le microonde causerebbero reazioni chimiche differenti.
Non esistono comprovate conferme scientifiche a queste affermazioni e gli scettici le vedono in molti casi come pseudoscienza e allarmismo di livello quasi ridicolo.
Esistono studi da cui risulterebbero alterazioni molecolari in cibi cotti al microonde, senza alcun riferimento però a quanto queste alterazioni differiscono da quelle prodotte da una cottura tradizionale. Considerazioni di chimica e fisica portano a contestare facilmente le affermazioni precedenti. In una cottura alla griglia, o anche nel forno a legna, elettrico o a gas, nel cibo avvengono, a causa delle temperature elevate, reazioni di carbonizzazione e caramellificazione che producono sostanze complesse. La cancerogenicità di alcune di queste sostanze prodotte dalla cottura tradizionale (soprattutto se prolungata) è stata oggetto di studi dai risultati controversi. Nel forno a microonde queste reazioni di carbonizzazione e caramellificazione (e quindi i rischi ad esse connessi) non avvengono o avvengono in misura molto minore. Ciononostante gli oppositori della cottura a microonde succitati considerano ciò negativo dal punto di vista culinario.
Si può fare anche una considerazione fisica. I forni tradizionali a gas, elettrici e a legna trasmettono gran parte del calore al cibo sotto forma di raggi infrarossi. Dal punto di vista fisico i raggi infrarossi sono onde elettromagnetiche esattamente come le microonde ma con energia per fotone maggiore e quindi più vicini al valore in grado di spezzare i legami chimici delle molecole organiche. In realtà questa energia è comunque ampiamente al di sotto del limite di ionizzazione, quindi difficilmente è in grado di provocare alterazioni chimiche nei cibi. Questa valutazione dovrebbe rendere i raggi infrarossi, e quindi la cottura tradizionale, maggiormente temibile rispetto alla cottura a microonde dal punto di vista di chi considera un rischio le alterazioni chimiche provocate dalla cottura dei cibi.

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