Dielectric Properties of Foods

Abstract

Dielectric properties of materials are used for evaluating their interactions with electromagneticenergy. Dielectric properties of food materials are required for various applications in food industrysuch as microwave (at 915 or 2450 MHz), radio wave (at 13.56, 27.12 or 40.68 MHz) and magneticfield processing. In order to understand the response of food materials to electromagnetic energy,dielectric parameters must be determined as a function of frequency, temperature, composition andmoisture content. In this review, the dielectric properties of different food groups were listeddepending on temperature and frequency ranges. In addition to the literature data of dielectricproperties, the penetration depths of microwave or radio wave through food groups were calculated.The effects of temperature and composition (mostly moisture content) on dielectric propertiesdepend on the type of the food and sometimes on frequency. However, the effect of frequency isconstant; increased frequency decreased dielectric constant, loss factor and penetration depth. Thelowest calculated penetration depth belonged to the fish surimi gel as 3.39 mm at microwavefrequency whereas they were high generally for fats, oily seeds and flours (max was 372602 mm forcorn flour). It appears that dielectric properties of foods should be investigated further depending onthe interactions between frequency, temperature and composition. And then, dielectric heating basedon the aim of the process can be applied accordingly. Besides, it appears that the moisture contentand especially the dipole rotation and the conductivity movements of the molecules in free watercontent of the food are some of the most critical factors influencing the dielectric properties of foodmaterials.

Özet

Maddelerin dielektrik özellikleri elektromanyetik enerji ile olan etkileşimlerini değerlendirmek için kullanılmaktadır. Gıda endüstrisinde mikrodalga (915 veya 2450 MHz), radyo dalgaları (13,56; 27,12 veya 40,68 MHz) ve manyetik alan işlemlerinin uygulanmasında gıda maddelerinin dielektrik özelliklerinin bilinmesi gereklidir. Gıda maddelerinin elektromanyetik enerjiye verdiği cevabın anlaşılması için dielektrik parametreler frekans, sıcaklık, bileşim ve su içeriğinin fonksiyonu olarak belirlenmelidir. Bu derleme çalışmasında farklı gıda gruplarının dielektrik özellikleri sıcaklık ve frekansa göre sınıflandırılmıştır. Buna ilaveten, literatürdeki dielektrik verileri kullanılarak nüfuz derinlikleri hesaplanmıştır. Sıcaklık ve bileşimin (çoğunlukla su içeriğinin) dielektrik özelliklere etkisi gıdaya bağlı olarak bazen de frekansa bağlı olarak değişmektedir. Ancak frekansın etkisi sabittir, frekans arttıkça dielektrik sabiti, kayıp faktörü ve nüfuz derinliği azalmaktadır. Hesaplanan en düşük nüfuz derinliği 3,39 mm ile mikrodalga frekansında ölçülen surimi balık jeline aitken, en yüksek değerler katı yağlar, yağlı tohumlar ve bazı unlarınki (hesaplanan en yüksek nüfuz derinliği mısır unu için 373602 mm’dir) için hesaplanmıştır. Frekansın, sıcaklığın ve bileşimin birbiriyle etkileşimlerinin dielektrik özelliklere etkileri daha detaylı olarak incelenmelidir. Ancak ondan sonra prosesteki amacına göre dielektrik ısıtma işlemi uygulanabilir. Ayrıca nem içeriği ve özellikle dipol rotasyonu ile gıdanın içeriğindeki serbest suda bulunan moleküllerin iletkenlik hareketleri, gıda maddelerinin dielektrik özelliklerini etkileyen en önemli faktörlerden bazıları olduğu görülmektedir