Forno a microonde
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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 di corrente elettrica alternata. Il ribaltamento del campo elettrico, che si ripete per più di 2 miliardi di volte al secondo, produce un effetto di «scuotimento» delle molecole, specialmente quelle dell'acqua, ma anche di lipidi e proteine. Questa frizione intermolecolare genera un calore che riscalda il cibo in modo completamente diverso rispetto al metodo convenzionale: dall'interno verso l'esterno.
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[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 e pesava 340 Kg. Aveva un sistema di raffreddamento ad acqua e produceva una potenza in radioonde di 3000 Watt, circa il triplo 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, ed aprì 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, e 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 rendono molto semplice 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.
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 watt, 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 anche in misura minore 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 dell'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 di 12cm, la radiazione non può attraversare la rete, mentre la luce, con lunghezza d'onda molto più piccola delle maglie può passare.
Il meccanismo di chiusura del portello include speciali interruttori in grado di spegnere immediatamente il magnetron in caso di apertura accidentale o meno.
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. Ciò è dovuto al fatto che il calore 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 di tipo differente, a gas o elettrico. Ciò consente anche di scongelare i cibi surgelati in breve tempo e cuocerli immediatamente. Un altro vantaggio è quello di potere cuocere il cibo in contenitori di plastica usa e getta, purché il contenitore sia realizzato con un materiale plastico idoneo, del tutto trasparente alle microonde.
Uno svantaggio è invece quello di provocare un riscaldamento non omogeneo, ma concentrato in particolari zone di spazio dove si concentra l'energia delle microonde in risonanza nella cavità di cottura. Questo problema viene normalmente superato facendo ruotare il cibo durante la cottura.
Altro limite, per il quale molti cuochi professionisti considerano il forno a microonde di scarsa utilità, è quello di cuocere a temperatura relativamente bassa, rendendo impossibile la cottura di prodotti da forno, torte, arrosti ben dorati e altri cibi che richiedano il verificarsi della reazione di Maillard. Questo secondo limite viene superato abbinando alla cottura a microonde un sistema di cottura a raggi infrarossi (grill) in grado di dorare superficialmente i cibi e conferire maggiore sapore. Forni di questo tipo sono detti combinati.
Alcuni cibi sono del tutto preclusi al microonde, come è il caso delle uova, che esplodono se messe intere a cuocere.
Il microonde si presta ottimamente invece per il riscaldamento e la cottura di pietanze liquide, o per portare l'acqua all'ebollizione.
[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, la stessa ventola di raffreddamento, il motore del piano rotante e i 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, danneggiarsi, e costituire un possibile principio di incendio. Per questo motivo si deve evitare di accendere il forno vuoto.
[modifica] Sicurezza
[modifica] Cottura insufficiente
Nel microonde il cibo è riscaldato per breve tempo e questo può condurre ad una cottura non uniforme. Il forno a microonde è spesso usato per riscaldare cibo cotto in precedenza ed i batteri potrebbero non essere eliminati completamente ed essere causa di infezioni alimentari.
La cottura disomogenea è dovuta principalmente alla non omogeneità dell'energia 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. 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 dalla 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 riscaldate 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. É consigliabile tenere sempre sorvegliato 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 produrre vapori tossici dai materiali investiti dalla scarica. Sotto 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 anche 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, specialmente 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. Non fare funzionare il forno privato dei pannelli di chiusura o con il portello 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 pseoudoscienza 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 differente.
Semplici considerazioni di chimica portano a contestare facilmente le affermazioni precedenti. In una cottura alla griglia, o anche al 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 è oggetto di studi controversi. Nel forno a microonde queste reazioni di carbonizzazione e caramellificazione, e quindi i rischi ad esse connessi, avvengono in misura molto minore. Ciononostante, gli oppositori della cottura a microonde succitati considerano questo 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.
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 a cinque volte). Difficilmente un forno eccede questo limite. Come confronto un telefono cellulare GSM può emettere 1 W a 1800 MHz, che produce un campo di 2 mW/cm2 a 5 cm. Ad ogni modo i rischi connessi ad un'esposizione a lungo termine è tuttora controversa.
