Forno a microonde
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
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.
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 produrre oscillazioni nelle molecole che possiedono polarizzazione, principalmente acqua, ma anche lipidi, proteine e zuccheri. Una spiegazione molto diffusa chiamerebbe in causa a questo punto una presunta (ma inesistente) frizione intermolecolare da cui si genererebbe il calore capace di aumentare la temperatura dei cibi. In realtà la temperatura stessa di un corpo altro non è se non l'agitazione molecolare dei suoi costituenti. 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.
Indice |
[modifica] Storia
La possibilità di cuocere i cibi con le microonde fu scoperta negli Stati Uniti da Percy Spencer, impiegato della Raytheon, mentre realizzava magnetron per apparati radar. Un giorno, mentre lavorava su un radar acceso notò improvvisamente che una tavoletta di cioccolato che aveva in tasca si era sciolta.
Detentore di 120 brevetti, Spencer intuì immediatamente cosa era accaduto. Il primo cibo che provò intenzionalmente a cuocere fu il pop corn, successivamente provò con un uovo che però esplose in faccia ad uno degli sperimentatori.
Nel 1946 la Raytheon brevettò il processo di cottura a microonde e nel 1947 realizzò il primo forno commerciale, chiamato Radarange. Era alto 1,8 metri, pesava 340 kg, aveva un sistema di raffreddamento ad acqua e produceva una potenza in radioonde di 3000 W, che è da 2 a 4 volte la potenza dei forni domestici attuali. Il successo fu elevato e per espandere il mercato la Raytheon acquistò la Amana, produttrice di elettrodomestici dell'Iowa.
Negli anni '60 la holding Litton Industries acquistò da Studebaker gli stabilimenti Franklin Manufacturing per la produzione di magnetron e forni a microonde simili al Radarange.
La Litton sviluppò quindi la configurazione ancora comune nei forni moderni, anche se il nome fu particolarmente noto nell'ambito della ristorazione. L'alimentazione del magnetron fu modificata in modo che questo potesse sopravvivere indefinitamente ad un funzionamento senza carico. Il nuovo prodotto fu esposto ad una fiera commerciale a Chicago, aprendo la strada alla grande diffusione del forno a microonde in tutte le cucine (soprattutto negli Stati Uniti).
In seguito diverse altre aziende entrarono sul mercato — per diverso tempo si trattava di committenti della Difesa, che avevano sviluppato esperienza con i magnetron.
Negli anni '70 la tecnologia si era evoluta a sufficienza ed i prezzi iniziarono a scendere rapidamente. Le microonde, che prima erano relegate ad applicazioni industriali, si diffusero nelle cucine, favorite anche dal crollo dei prezzi dei microprocessori che, inclusi in tutti i forni a microonde, ne semplificano l'utilizzo.
Si stima che circa il 95% delle famiglie americane abbia un forno a microonde.
[modifica] Descrizione e 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, 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 e 1000 W, 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 dela 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.
[modifica] Vantaggi e limiti in cucina
Il principale vantaggio del forno a microonde rispetto ai sistemi di cottura tradizionali risiede nella grande rapidità. Il calore, infatti, viene generato direttamente sulla superficie del cibo e non è necessario riscaldare l'aria, il contenitore del cibo e le pareti del forno come avviene in forno elettrico o a gas. È possibile scongelare cibi surgelati in breve tempo e cuocerli immediatamente.
Un altro vantaggio è quello di usare contenitori di plastica usa e getta, purché siano realizzati con un materiale plastico idoneo del tutto trasparente alle microonde, oltre che naturalmente adatti all'uso alimentare.
Uno svantaggio è invece il riscaldamento non omogeneo ma concentrato in particolari zone che assorbono l'energia delle microonde. Tale problema viene superato facendo ruotare il cibo durante la cottura. Un buon accorgimento è quello di posizionare la pietanza non al centro del piatto rotante ma da un lato.
Un limite per i forni di prima generazione, che portava molti cuochi professionisti a considerare il forno a microonde di scarsa utilità, era quello di cuocere a temperatura relativamente bassa, non idonea per i tipici prodotti da forno come torte, arrosti ben dorati e altri cibi che richiedano la reazione di Maillard. Questo limite venne superato abbinando alle microonde un sistema a raggi infrarossi (grill) in grado di dorare la superficie dei cibi e conferire maggiore sapore. Forni di questo tipo sono detti combinati. Dalla penultima generazione in avanti, molti forni dispongono di un'ulteriore funzione, generalmente nota come crisp (che è il nome di tale funzione in una nota marca, ma con altri nomi è comunque presente in tutte le marche), la quale, in unione al grill e alle microonde, migliora drasticamente la cottura di particolari piatti; parte dell'energia emessa viene assorbita infatti da una speciale teglia estraibile in alluminio antiaderente che contiene la pietanza, distribuendo così il calore in modo uniforme. La combinazione di questi tre modi di riscaldamento garantiscono una cottura paragonabile a quella del forno tradizionale.
L'ultima generazione di forni abbina alle microonde e al grill anche la cottura tipica di un forno tradizionale ventilato o statico, che può essere abbinata o meno alle microonde. Questi apparecchi di fascia alta, particolarmente versatili, sono in grado quindi di sostituire completamente il forno tradizionale sia per quanto riguarda i risultati di cottura sia per quanto riguarda i tipi di cibo che vi si possono inserire, mantenendo (in tutti i casi ove è possibile l'abbinamento) anche i vantaggi e i tempi ridotti tipici della cottura a microonde.
Alcuni cibi non possono essere cotti nel microonde, come le uova che esplodono se inserite intere. L'uovo esplode perché al suo interno evapora un po' dell'acqua e il vapore occupa più spazio del liquido aumentando la pressione interna e causando quindi la rottura del guscio; è per questo motivo che le pietanze "ermeticamente chiuse", come patate e mele, vanno bucherellate con uno stuzzicadenti prima di essere cucinate in un forno a microonde per permetterne la fuoriuscita del vapore durante la cottura. Tuttavia la tecnologia ha rimediato al problema delle uova che esplodono progettando particolari contenitori a doppia camera che in pratica realizzano una cottura a vapore: le microonde riscaldano l'acqua nella camera inferiore che sale in forma di vapore nella camera superiore contenente le uova. Le onde non possono raggiungere direttamente le uova perché la camera superiore è in metallo e comunica con quella inferiore solo attraverso piccoli fori. Sempre riguardo la cottura a vapore, alcuni forni di fascia alta dispongono di una vaporiera che permette di cuocere cibi come pesce o verdure abbinando le microonde e il vapore; il forno stesso in base ad un sensore di umidità rileva quando l'acqua della vaporiera (grazie alle microonde) ha raggiunto l'ebollizione e da quel momento fa partire il timer della cottura a vapore vera e propria del cibo. Come per la cottura a microonde normale, questo tipo di cottura permette, in pochissimi minuti, di cuocere senza l'uso di grassi o condimenti e mantenendo gran parte del sapore e delle proprietà naturali dei cibi.
Il forno a microonde si presta ottimamente anche per il riscaldamento e la cottura di pietanze liquide, per portare l'acqua all'ebollizione e per scongelare i cibi. Nei forni di migliore qualità un microprocessore permette di impostare il peso dell'alimento per determinare automaticamente il tempo di scongelamento.
[modifica] Rendimento
In un forno a microonde non tutta l'energia elettrica assorbita è convertita in microonde. Un tipico forno domestico assorbe 1100 W producendo 700 W di microonde. I rimanenti 400 W sono dissipati come calore dai componenti del forno, principalmente dal magnetron, che è raffreddato da una ventola. Minori perdite sono dovute alla lampadina di illuminazione del forno, al trasformatore di alimentazione, alla ventola di raffreddamento, al motore del piano rotante e ai vari circuiti di controllo. Quasi tutto questo calore viene espulso all'esterno come aria calda e non contribuisce alla cottura.
Normalmente l'energia a microonde generata dal magnetron viene tutta assorbita dai cibi in cottura. Se la camera di cottura è vuota o contiene troppo poco cibo, l'energia ritorna al magnetron che può surriscaldarsi o danneggiarsi e costituire un possibile principio di incendio. Per questo motivo si deve evitare di accendere il forno a vuoto.
[modifica] Sicurezza
[modifica] Cottura insufficiente
Nel microonde il cibo è riscaldato per un tempo breve e comunque inferiore a quello necessario per riscaldare lo stesso cibo in un forno tradizionale e (nei vecchi forni) in modo non uniforme. Spesso non conviene riscaldare il cibo cotto in precedenza se non si è sicuri della sua conservazione dalla prima cottura in poi in quanto i batteri potrebbero non essere eliminati completamente e causare infezioni alimentari.
La cottura disomogenea è dovuta principalmente alla distribuzione disomogenea delle microonde all'interno della camera di cottura, ma anche dalla differente capacità di assorbimento delle diverse parti del cibo. Come già accennato, il primo problema viene affrontato con l'uso di piatti rotanti e riflettori che distribuiscono più uniformemente l'energia. Molti forni di nuova generazione possiedono infatti dei dispositivi che distribuiscono le microonde più uniformemente all'interno della camera di cottura. Il secondo problema deve essere gestito dal cuoco, che deve disporre il cibo in modo opportuno e verificare periodicamente lo stato e l'uniformità della cottura.
[modifica] Pericoli immediati
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 alla 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.
[modifica] Pericoli del fai-da-te
Più di ogni altro elettrodomestico, il forno a microonde presenta gravi insidie al suo interno ed è assolutamente da evitare l'apertura ed ogni tentativo di riparazione se non a tecnici specificamente preparati.
Le fonti di pericolo sono principalmente due:
- La presenza di un grosso condensatore che potrebbe mantenere una carica elettrica ad alta tensione in quantità letale anche per lungo tempo dopo lo spegnimento dell'apparecchio. Normalmente allo spegnimento questa energia si scarica sul magnetron in una frazione di secondo, ma ciò non è sempre certo, soprattutto nel caso di apparecchi guasti.
- L'emissione di microonde all'esterno dell'apparecchio, che può essere causa di ustioni e opacizzazione del cristallino con conseguente formazione di cataratta e cecità. Normalmente il portello del forno incorpora speciali interruttori di interblocco che spengono immediatamente il forno in caso di apertura. Per nessun motivo questi interruttori devono essere esclusi o manomessi e non si deve fare funzionare il forno in assenza dei pannelli di chiusura o se il portello di chiusura è rotto.
[modifica] Compatibilità elettromagnetica
Con la sempre maggiore diffusione delle reti wireless, che operano nel campo delle microonde a frequenze vicine a quelle usate nei forni, crescono le preoccupazioni per le interferenze che possono essere causate da questi apparecchi.
Anche i radioastronomi hanno sollevato preoccupazioni per i disturbi che le pur minime perdite dei forni a microonde possono indurre nelle sensibilissime antenne utilizzate per ricevere i segnali a microonde dal cosmo.
[modifica] Controversie
[modifica] Alterazione 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 conferme scientifiche a queste affermazioni e gli scettici le vedono in molti casi come pseudoscienza e allarmismo di livello quasi ridicolo.
Esistono siti che citano fantomatici 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.
Semplici 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.
[modifica] Emissione di radiazioni
Diverse persone sono preoccupate dall'esposizione alle microonde in prossimità di forni a microonde accesi.
Da molti anni tutti i modelli di forni a microonde in commercio hanno una schermatura metallica sia all'interno del forno che per l'apertura anteriore di vetro.
Un modo efficace per verificare l'effettiva protezione dalle onde elettromagnetiche è introdurre un dispositivo sensibile a queste, come un cellulare, all'interno del forno vuoto e spento e fare una chiamata da un altro telefono per vedere se si stabilisce la comunicazione o vi sono fenomeni di interferenza.
Negli Stati Uniti il limite di emissione di radiazioni è di 1 mW/cm2 a 5 cm di distanza da un forno nuovo (per un forno usato il limite sale di cinque volte). Difficilmente un forno eccede questo limite. Come confronto, un telefono cellulare GSM può emettere 1 W a 1800 MHz, il che produce un campo di 2 mW/cm2 a 5 cm. Ad ogni modo, l'esistenza stessa di rischi connessi ad un'esposizione a lungo termine è tuttora controversa.
