Процессы тепловой обработки продуктов при индукционном нагреве

Стеклокерамическая индукционная панель - один из наиболее прогрессивных видов техники для приготовления еды. Это одно из самых значительных изобретений в области приборов для кухни за последние годы. Индукционные варочные панели быстро входят в повсеместный обиход. Причем исторически так сложилось, что они существуют только как встраиваемая техника; индукционных соло-плит нет в природе. Разработчики ведущих фирм именно во встраиваемой технике в первую очередь претворяют свои новейшие технические находки.

Конфорки индукционной варочной панели вообще не имеют нагревательного элемента, однако такая плита готовит быстрее газовых и любых электрических конфорок. Вода на индукционной конфорке закипает заметно быстрее, чем на традиционной электрической или газовой плите. Так, 1,5 литра воды закипают на индукционной конфорке в стальной кастрюле за 3,2 минуты, тогда как на стандартной электрической конфорке с нихромовой спиралью - за 14 минут. По скорости индукционные конфорки приближаются к микроволновой печи, в то же время обеспечивая традиционное качество приготовления.

Мощность индукционных плит высокая, а расход энергии низкий (вдвое меньше, чем у других плит такой мощности). При этом в индукционной конфорке практически вся электроэнергия идет на приготовление пищи, а не на нагревание плиты и воздуха в кухне. Таким коэффициентом полезного действия (до 90%) пока не обладает больше ни один прибор для приготовления пищи.

В то же время индукционные плиты - наиболее мощные среди предлагаемых на современном рынке плит.

Еще в 1987 году немецкая фирма AEG представила свою первую индукционную варочную поверхность, Тогда она была воспринята как опытный образец техники далекого будущего. Сегодня основные центры разработок и массового выпуска индукционных плит - Германия (AEG, Siemens, Bosch, Gaggenau, Miele), Франция (Brandt, De Dietrich).

Индукционные варочные панели выпускаются серийно, их производство в Европе уже составляет 120000 штук в год, и ежегодный прирост выпуска - порядка 15 процентов. По объему продаж первое место занимает Франция (47000 штук в год), затем идут Нидерланды (30000 штук в год), Испания (17000), Германия (12000), Бельгия (6000), Великобритания (6000).

На российском рынке первые индукционные варочные поверхности французской фирмы Brandt появились в 1996 году. В настоящее время здесь предлагаются модели всех перечисленных выше фирм. Российские варочные панели пока не выпускаются.

Принцип действия индукционной плиты - это способ извлечения тепла для приготовления продуктов за счет индукционного нагрева. Конфорки только нарисованы на черной (реже белой) стеклокерамической панели, обозначая места, куда надо ставить кастрюлю или сковороду. Под стеклокерамикой находятся индукционные катушки, аналогичные используемым в трансформаторах. При работе трансформатора возникают вихревые или паразитные токи, которые образуются в его сердечнике, без пользы нагревая металл. Конструкторы индукционных плит обратили эти паразитные токи во благо. Здесь они эффективно и быстро нагревают дно металлической посуды, если поставить ее на нарисованную конфорку и повернуть рукоятку включения. Сама посуда является экономичным, равномерным и эффективным источником тепла для приготовления пищевых продуктов, а поверхность плиты остается практически холодной.

В отличие от современных электрических конфорок под стеклокерамикой, которые являются довольно инерционными, интенсивность нагрева индукционной конфорки можно изменять так же быстро, как и газовой.

Окантовывающая стеклокерамическую поверхность рама из нержавеющей стали препятствует выливанию жидкости на пол. Сверхплоская варочная панель, обрамление которой выступает всего на 1,7 мм, сливается в единую плоскость с разделочным столом, в который она встроена. На такой плите удобно передвигать посуду, сдвигать ее с конфорки, не боясь опрокинуть. Уход за плитой упрощается благодаря безупречной гладкости и отсутствию выступов, где скапливалась бы грязь, а также потому, что случайно упавшие на панель кусочки продуктов или масло никогда не пригорают. Пища также не пригорает ко дну посуды, так как температура прилегающей поверхности панели остается относительно низкой.

Уход за стеклокерамикой индукционной панели очень легок. Он такой же, как и за более традиционными электрическими стеклокерамическими панелями. Время от времени ее протирают чистой и мягкой влажной тряпкой. Существуют специальные чистящие составы для стеклокерамических панелей. Попавший на стеклокерамическую панель сахар (например, при варке варенья, компота, киселя) надо немедленно удалять, иначе он оставляет невыводимые пятна. По этой же причине необходимо тут же вытирать пролившуюся на плиту воду при варке моркови, свеклы, картофеля и других овощей, содержащих сахар.

На демонстрациях бытовой техники изготовители индукционных плит любят показывать такой трюк: берется разрезанная по диаметру стальная сковородка, ставится на конфорку, на нее разбивают сырое яйцо и включают конфорку. Результат получается таким: часть яичницы, которая попала мимо сковороды на голую конфорку, так и остается сырой, потому что конфорка холодная, можно потрогать пальцем, а на другой половине сковороды быстро получается половина яичницы.

Индукционная плита устроена так, что нагревает только металлические предметы диаметром больше 12 см. Упавшая на поверхность плиты ложка, вилка или другой мелкий предмет не нагреются. Плита не включится, если на нее не поставлена кастрюля или поставлена пустая посуда.

Рис. 1. Наведение индукционной ЭДС в плоской катушке	Рис. 2. Наведение индукционной ЭДС в дне кастрюли

Рис. 3. Расположение плоской катушки в индукционной плите

Некоторые индукционные плиты наделены способностью не только распознавать наличие на конфорке посуды, но и определять ее размер. Функция электронного распознавания наличия посуды и ее размера обеспечивает не только безопасность, но и экономию расхода энергии. На одной и той же конфорке можно использовать кастрюли и сковороды разного диаметра. И каждый раз благодаря автоматике будет расходоваться минимально необходимое количество энергии.

Принцип работы индукционных плит основан на использовании эффекта наведения индукционной ЭДС в переменном магнитном поле. Дно кастрюли представляет собой замкнутую петлю проводника, на которую воздействует переменное поле. При возникновении индукционной ЭДС по дну кастрюли протекает ток короткого замыкания, что приводит к нагреву дна кастрюли (рис. 1, 2, 3).

Индукционные плиты имеют наружный диэлектрический стеклокерамический настил, под которым расположены плоские катушки, на которые подается питание от генератора с частотой 20 - 30 кГц.

Плоская катушка прижата на пружинах к стеклокерамической поверхности так, что между катушкой и дном кастрюли остается зазор в 4 мм. Этот путь с высоким магнитным сопротивлением воздушной прослойки в замкнутом магнитном контуре должен быть пройден силовыми линиями В два раза. Чтобы сохранить напряженность магнитного поля под катушкой с низким сопротивлением, используют ферритовый диск или ферритовые стержни. Феррит обладает высокой магнитной проводимостью при низкой электропроводности (изолятор), поэтому через него не могут проходить индукционные токи, и феррит не нагревается.

При приготовлении блюд на индукционных плитах при выкипании воды или при нагревании масла в случае установки высокого уровня мощности может значительно нагреваться стеклокерамическая поверхность. Теплота передается также на катушку индуктивности, которая находится под стеклокерамической поверхностью. Для защиты катушка от постоянного нагрева под стеклокерамической поверхностью находится алюминиевая гребенка (рис.4), которая передает теплоту датчику температуры и затем блоку управления. Если температура дна кастрюли повышается до 250°С, электронный блок управления автоматически снижает мощность генератора.

Рис. 4. Защита стеклокерамического покрытия от перегрева

Индукционных конфорок на панели всегда бывает четное количество в силу особенностей конструкции индукционных катушек: либо четыре, либо две. Невозможно сделать варочную панель из пяти или трех индукционных конфорок, как это порой встречается в электрических и газовых плитах. Индукционные конфорки всегда связаны в пары, каждую из которых обслуживает одна индукционная катушка. Это позволило оснастить их функцией, недоступной традиционным нагревательным элементам. Ее назвали Boost, или Booster - по-английски это означает «горячий сторонник». Смысл Boost-функции в том, что в случае необходимости можно ускорить закипание и приготовление на одной конфорке за счет другой. Для этого одним нажатием кнопки значительно увеличивают ее мощность за счет соседней. Если индукционная конфорка имеет, например, мощность 2000 Вт, то Boost-функция повышает ее до 3000 Вт! Соседней конфоркой при этом пользоваться нельзя.

Индукционная панель совершенно безопасна как в смысле случайных ожогов, так и в смысле электромагнитного поля. Оно низкочастотно. В научных лабораториях были проведены тщательные проверки и испытания на предмет воздействия индукционных плит на здоровье. Электрические наводки в окружающих предметах отсутствуют, частота достаточно низкая. Например, для людей с кардиостимуляторами соседство такой плиты совершенно безопасно.

Работа индукционной плиты автоматически прекращается в случае перегрева, за которым следят электронные датчики. Конфорка автоматически выключается, если готовящееся блюдо «убежит» из кастрюли.

Когда вы снимаете кастрюлю с плиты, конфорка быстро остывает. Тем не менее индукционные конфорки обязательно снабжаются индикаторами остаточного тепла (поскольку поверхность стеклокерамики в месте, где нарисована конфорка, может нагреваться от горячей посуды). Это дополнительное устройство безопасности -индикатор, который светится, пока рабочая зона по окончании приготовления остается все еще горячей.

Впрочем, в смысле остаточного тепла по сравнению с другими видами конфорок индукционные - наименее проблематичные. Измерения показали, что после кипячения литра воды индукционная конфорка остывает до температуры 60 градусов Цельсия в течение 6 минут 10 секунд, электрическая стеклокерамическая -в течение 24 минут, а традиционная чугунная конфорка требует для этого 49 минут.

Поверхность индукционной панели будет какое-то время сохранять тепло, но и остынет быстрее, чем другие плиты (рис. 2.26).

Под стеклом нет разогретой конфорки, а само по себе тонкое стекло остынет быстро. Кроме того, во многих моделях предусмотрен вентилятор, охлаждающий стеклокерамическую панель. Сам факт наличия под стеклом индукционной катушки дает возможность системе управления плиты определять, правильно ли поставлена кастрюля на очерченную над конфоркой зону.

Плита не включится, если кастрюля смещена относительно конфорки или если на зону нагрева положили «подходящий» металл, но это нож или вилка. Кроме того, плита может подстраивать диаметр зоны нагрева под диаметр расположенной на ней посуды. Такая функция индукционных плит называется «Автофокус» и применяется в изделиях многих производителей (Bosch-Siemens, Kaiser и др.). Индукционные плиты обычно обладают целым набором функций безопасности — это и автоматическое отключение конфорки, и ограничение температуры нагрева (например, на плитах Brandt до 300°С), и блокировка органов управления от действий детей.

Благодаря плавному регулированию мощности нагрева индукционной конфорки с помощью электронной системы управления, на ней можно поддерживать как высокие, так и очень низкие уровни нагрева. Конфорка, на которой выставлен небольшой нагрев, заменяет собой паровую баню: например, можно часами плавить шоколад, и он не будет густеть или твердеть. Еще один плюс электронного управления — моментальная реакция. Можно остановить нагрев кастрюли с молоком точно на стадии закипания, и оно не убежит. Словом, индукционные плиты обладают неоспоримыми преимуществами — пища на них готовится быстро, пользование такой плитой безопасно, панель легко чистить, а энергии они потребляют меньше, чем другие типы плит. Но при всех замечательных достоинствах у устройства нового типа есть один, но существенный недостаток: индукционная плита почти в шесть раз дороже газовой и втрое дороже стеклокерамической электроплиты. К тому же индукционная плита имеет практически одну основную запчасть - это блок высокочастотных конфорок. По отдельности конфорки не меняются, поэтому при ремонте, если таковой потребуется, придется менять весь блок, а стоимость блока составляет около 1 000€.

Для индукционных плит пригодна только посуда, у которой дно выполнено из магнитного материала (чугуна или железосодержащей стали). Проверить это легко: если постоянный магнит прилипает ко дну - посуда пригодна для индукционной плиты.

Популярная в настоящее время посуда с антипригарным покрытием обычно делается на алюминиевой основе, поэтому для индукционных плит непригодна. Исключение составляет антипригарная посуда «Ultima Armatal» французской фирмы Tefal, которая применима для любых источников тепла, включая индукционные. В ее дно вмонтирован особый диск из нержавеющей стали.

Кроме того, в настоящее время практически все ведущие производители качественной кухонной посуды поставляют на рынок посуду для индукционных плит с ферромагнитными свойствами. Это Hackmann, Fissler, WMF, Spring, Silit, Berghoff, ВЕКО и другие.

Посуда для приготовления блюд на индукционных плитах должна отвечать следующим требованиям:

* дно должно обладать хорошими магнитными свойствами;

* дно должно обладать электропроводностью;

* дно должно быть устойчивым к нагреву изнутри;

* дно должно иметь гладкую поверхность.

В целом, посуда для индукционного нагрева должна обладать так называемым компенсационным дном, которое обеспечивало бы оптимальное распределение температуры. Так как обычная нержавеющая сталь, в состав которой входят хром и никель, не способна намагничиваться, дно посуды выполняют из слоя хромистой стали. За слоем хромистой стали следует сердцевина из алюминия, который обладает способностью равномерно распределять теплоту. Внутренний слой посуды, соприкасающийся с продуктами, выполняется из нержавеющей стали.

Рис. 5. Рабочая поверхность посуды для индукционных плит с нагревом дна	Рис. 6. Рабочая поверхность посуды для индукционных плит с нагревом дна и стенок