a b s t r a c tThis research studie

a b s t r a c t
This research studied the influence of frequency variation on heating patterns within prepackaged foods
in a 915 MHz single-mode microwave assisted sterilization (MATS) system consisting of four microwave
heating cavities. The frequencies of the four generators powering the MATS system at Washington
State University were measured at different power levels over one year. The effect of frequency shifts
in the generators on heating patterns within a model food (whey protein gel, WPG) was studied through
computer simulation. The simulated heating patterns were experimentally validated using a chemical
marker. Our measurement results showed that a 0.5 kW increase in the microwave power caused the
operating frequencies of the generators to increase by 0.25–0.75 MHz. The simulation results suggested
that the heating pattern of WPG processed by the MATS system was not affected by the varying
frequencies of generators within the operating frequency bandwidth (900–920 MHz). In addition, the
simulation results revealed that using deionized water as the circulation medium in the MATS system
resulted in a 23–37% increase in the temperature of WPG as compared with that when using normal
tap water, but did not alter the heating pattern
1. Introduction
The Federal Communications Commission (FCC) of the United
States designated 915 ± 13 MHz and 2450 ± 50 MHz for industrial,
scientific, and medical uses other than telecommunications. However,
the operating peak frequency of a magnetron may vary
within or beyond the allocated bandwidth. The variations are
caused by differences in design and manufacture of magnetrons
and the generators. A magnetron may also experience frequency
shifts as it ages (Cooper, 2009). An important reason for the frequency
shift would be the reduction of strength of the permanent
magnet in the magnetron (Decareau, 1985). Finally, the operating
frequency of a microwave generator also changes with the power
setting during operation.
The heating pattern of food in a microwave heating system is
determined by the microwave propagations and resonant modes
within the microwave heating cavities. Each mode has a matched
frequency. In a multimode microwave heating cavity with fixed
dimension, the mode type is determined by the microwave
frequency. A small shift in frequency may result in a different
mode type (Dibben, 2001), which can lead to unpredictable heating
patterns. For industrial microwave assisted thermal processes that
require regulatory acceptance for food safety purposes, it is highly
desirable that the systems provide predictable and repeatable
heating patterns in the processed foods to allow accurate monitoring
of temperature history at the cold spots. A 915 MHz single
mode microwave assisted thermal sterilization (MATS) system
was developed at Washington State University (WSU) with the
ultimate goal for industrial implementation (Tang et al., 2006).
The MATS system was powered by four high-power magnetron
generators. Since its inception, several MATS processes for different
foods in either rigid trays or flexible pouches were developed
by the WSU research team and accepted by the United States Food
and Drug Administration (FDA) or the United States Department of
Agriculture Food Safety and Inspection Service (USDA, FSIS). After
monitoring the operating frequencies of the four generators of
the MATS system over one year (2009–2010), we noticed changes
in their peak frequencies. Although no change in the heating
patterns were observed during microwave processing, it is necessary
to systematically investigate the effect of the operation peak
frequency on microwave heating of foods and determine the frequency boundaries of the current system design without causing
a change in the heating pattern. Such information is needed
to guide future development of system operation and calibration
protocols that assure consistent industrial production of safe foods
using the MATS systems. Computer simulation was used in this
study to systematically evaluate the limits for microwave operation
frequency shift that would not potentially alter heating patterns
during thermal processing in the WSU MATS system and
guide future design and operations of similar industrial systems.
Microwave heating systems have been modeled using various
numerical methods including the Finite Difference Time Domain
(FDTD) method (Sundberg et al., 1996; Chen et al., 2008) and Finite
Element Method (Zhou et al., 1995; Romano et al., 2005; Hossan
et al., 2010). A typical assumption of such simulation models
considered that microwave energy was transmitted at a fixed
operating frequency. No study was conducted to quantify the effect
of frequency shift of microwave on food heating patterns.
Therefore, the objectives of this study were to evaluate the
factors responsible for possible changes in the peak frequency of
microwave generators and determine the boundary of the
frequency shift to ensure that no change in heating patterns would
occur during microwave heating using the MATS and similar
systems.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นามธรรมงานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในรูปแบบความร้อนภายในอาหารแช่ใน915 MHz ไมโครเวฟโหมดเดียวช่วยฆ่าเชื้อ (เสื่อ) ระบบประกอบด้วยสี่ไมโครเวฟฟันผุร้อน ความถี่ในสี่ของการเปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบ MATS วอชิงตันมหาวิทยาลัยรัฐที่มีการวัดระดับพลังงานที่แตกต่างกันมากกว่าหนึ่งปี ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรูปแบบความร้อนภายในอาหารแบบนี้ (เจลเวย์โปรตีน, WPG) ได้ทำการศึกษาผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ รูปแบบความร้อนได้รับการตรวจสอบจำลองการทดลองใช้สารเคมีเครื่องหมาย ผลการวัดของเราแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้น 0.5 กิโลวัตต์ในอำนาจไมโครเวฟทำให้ความถี่ในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะเพิ่มขึ้น0.25-0.75 MHz ผลการจำลองบอกว่ารูปแบบร้อนของ WPG ประมวลผลโดยระบบ MATS ไม่ได้รับผลกระทบจากที่แตกต่างกันความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในแบนด์วิดธ์ความถี่ปฏิบัติการ (900-920 MHz) นอกจากนี้ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าการใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นสื่อกลางในการไหลเวียนในระบบ MATS ส่งผลให้ 23-37% เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของ WPG เมื่อเทียบกับเมื่อใช้ตามปกติน้ำประปาแต่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อน1 . บทนำกรรมาธิการกิจการสื่อสาร (FCC) ของประเทศสหรัฐอเมริกากำหนด915 ± 13 MHz และ 2450 MHz ± 50 สำหรับอุตสาหกรรมทางวิทยาศาสตร์และการใช้ประโยชน์ทางการแพทย์อื่นๆ กว่าการสื่อสารโทรคมนาคม แต่ความถี่สูงสุดในการดำเนินงานของแมกอาจแตกต่างกันภายในหรือเกินกว่าที่จัดสรรแบนด์วิดธ์ รูปแบบที่มีสาเหตุมาจากความแตกต่างในการออกแบบและการผลิตของ magnetrons และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แมกนอกจากนี้ยังอาจพบความถี่กะเป็นวัยมัน (คูเปอร์ 2009) เหตุผลที่สำคัญสำหรับความถี่กะจะลดลงของความแข็งแรงของถาวรแม่เหล็กแมกนีตรอน(Decareau, 1985) ในที่สุดการดำเนินงานความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครเวฟยังมีการเปลี่ยนแปลงที่มีอำนาจการตั้งค่าระหว่างการดำเนินการ. รูปแบบความร้อนของอาหารในระบบทำความร้อนไมโครเวฟกำหนดโดยการขยายพันธุ์ไมโครเวฟและโหมดจังหวะภายในโพรงร้อนไมโครเวฟ แต่ละโหมดจะมีการจับคู่ความถี่ ในโพรงร้อนไมโครเวฟมัลติคงมีมิติชนิดโหมดจะถูกกำหนดโดยไมโครเวฟความถี่ กะขนาดเล็กในความถี่ที่อาจส่งผลให้ที่แตกต่างกันชนิดโหมด (Dibben, 2001) ซึ่งจะนำไปสู่ความร้อนไม่สามารถคาดเดารูปแบบ สำหรับไมโครเวฟอุตสาหกรรมช่วยกระบวนการความร้อนที่จำเป็นต้องได้รับการยอมรับกฎระเบียบเพื่อความปลอดภัยอาหารเป็นอย่างมากที่พึงประสงค์ที่ระบบให้สามารถคาดเดาได้และทำซ้ำรูปแบบความร้อนในอาหารแปรรูปเพื่อให้การตรวจสอบความถูกต้องของประวัติศาสตร์อุณหภูมิที่จุดเย็น 915 MHz เดียวไมโครเวฟโหมดช่วยฆ่าเชื้อด้วยความร้อน(เสื่อ) ระบบได้รับการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยรัฐวอชิงตัน(WSU) กับเป้าหมายสูงสุดสำหรับการดำเนินงานอุตสาหกรรม(Tang et al., 2006). ระบบ MATS ถูกขับเคลื่อนสี่พลังงานสูงแมกกำเนิด. นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นกระบวนการหลายเสื่อสำหรับที่แตกต่างกันอาหารทั้งในถาดแข็งหรือถุงที่มีความยืดหยุ่นได้รับการพัฒนาโดยทีมวิจัยWSU และเป็นที่ยอมรับโดยสหรัฐอเมริกาอาหารและยา(FDA) หรือสหรัฐอเมริกากรมวิชาการเกษตรปลอดภัยด้านอาหารและบริการตรวจสอบ( USDA, FSIS) หลังจากการตรวจสอบการดำเนินงานของความถี่สี่กำเนิดของระบบMATS กว่าหนึ่งปี (2009-2010) เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในความถี่สูงสุดของพวกเขา แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความร้อนรูปแบบที่พบระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟ, มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะมีระบบการศึกษาผลของการดำเนินงานสูงสุดความถี่ในการทำความร้อนของอาหารไมโครเวฟและกำหนดขอบเขตความถี่ของการออกแบบระบบปัจจุบันไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบการให้ความร้อนที่ ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาในอนาคตของการทำงานของระบบและการสอบเทียบโปรโตคอลที่มั่นใจการผลิตภาคอุตสาหกรรมที่สอดคล้องกันของอาหารที่ปลอดภัยใช้ระบบเสื่อ จำลองคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการนี้การศึกษาเป็นระบบการประเมินข้อ จำกัด สำหรับการดำเนินงานไมโครเวฟเปลี่ยนแปลงความถี่ที่จะไม่อาจปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อนระหว่างการประมวลผลความร้อนในระบบWSU เสื่อและเป็นแนวทางในการออกแบบในอนาคตและการดำเนินงานของระบบอุตสาหกรรมที่คล้ายกัน. ระบบทำความร้อนไมโครเวฟได้รับรูปแบบการใช้ ต่างๆวิธีการเชิงตัวเลขรวมทั้งจำกัด แตกต่างโดเมนเวลา(FDTD) วิธีการและ จำกัด (Sundberg et al, 1996. เฉิน et al, 2008). ธาตุวิธี (โจว, et al, 1995;.. โรมาโน, et al, 2005; Hossan et al, ., 2010) สมมติฐานทั่วไปของแบบจำลองดังกล่าวพิจารณาแล้วเห็นว่าพลังงานไมโครเวฟที่ถูกส่งคงที่ความถี่ในการปฏิบัติการ ไม่มีการศึกษาได้ดำเนินการที่จะหาจำนวนผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความถี่ของไมโครเวฟในรูปแบบความร้อนอาหาร. ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้มีการประเมินที่ปัจจัยที่มีความรับผิดชอบสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในความถี่สูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครเวฟและกำหนดขอบเขตของความถี่เปลี่ยนไปให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบความร้อนจะไม่เกิดขึ้นในช่วงความร้อนจากไมโครเวฟใช้เสื่อและที่คล้ายกันระบบ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

B S T R A C T
งานวิจัยนี้ได้ศึกษาถึงอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในรูปแบบความร้อนภายในอาหาร prepackaged
ใน 915 MHz แอพพลิเคชั่นไมโครเวฟฆ่าเชื้อ ( เสื่อ ) ระบบประกอบด้วยสี่ไมโครเวฟ
ความร้อน cavities . ความถี่ของระบบไฟฟ้ากำลังเปิดเสื่อสี่ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน
สภาพวัดระดับพลังที่แตกต่างกันกว่าหนึ่งปีผลของความถี่ในเครื่องกะ
รูปแบบความร้อนภายในอาหารรูปแบบเจล เวย์โปรตีน wpg ) คือเรียน
จำลองคอมพิวเตอร์ การจำลองแบบโดยการใช้เครื่องตรวจสอบสารเคมี
เครื่องหมาย ผลที่ได้จากการวัดของเราพบว่า 0.5 กิโลวัตต์ เพิ่มขึ้นใน ไมโครเวฟ พลังที่เกิดจากความถี่ของไฟฟ้า
ปฏิบัติการเพิ่มขึ้น 0.25 - 0.75 MHzผลการจำลองแบบพบว่ารูปแบบของ wpg
เครื่องประมวลผลโดยระบบเสื่อไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของไฟฟ้า
ภายในความถี่แบนด์วิดธ์ ( 900 - 920 MHz ) นอกจากนี้ ผลการจำลองพบว่าคล้ายเนื้อเยื่อประสาน
ใช้น้ำหมุนเวียนในระบบ
) เสื่อผลใน 23 - 37 % เพิ่มอุณหภูมิของ wpg เมื่อเทียบกับเมื่อใช้น้ำปกติ
แต่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อน
1 บทนำ
Federal Communications Commission ( FCC ) แห่งสหรัฐอเมริกาเขต 915
± 13 MHz และ 2450 ± 50 MHz สำหรับอุตสาหกรรม
ทางวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์นอกจากจะใช้โทรคมนาคม อย่างไรก็ตาม
การดำเนินงานของแมกนีตรอนความถี่สูงสุดอาจแตกต่างกัน
ภายในหรือนอกจัดสรรแบนด์วิดธ์ รูปแบบเป็น
ที่เกิดจากความแตกต่างในการออกแบบและผลิตสามารถ magnetrons
และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แมกนีตรอนยังอาจพบความถี่
กะตามวัย ( คูเปอร์ , 2009 ) เหตุผลสำคัญสำหรับความถี่
กะจะลดความแข็งแรงของถาวร
แม่เหล็กในตรอน ( decareau , 1985 ) ในที่สุด ปฏิบัติการ
ความถี่ของไมโครเวฟเครื่องยังมีการเปลี่ยนแปลงด้วยพลัง

การตั้งค่าในระหว่างการดำเนินการ รูปแบบความร้อนของอาหารในระบบทําความร้อนไมโครเวฟ
กำหนดโดยไมโครเวฟและ propagations เรโซแนนซ์โหมด
ภายในไมโครเวฟ cavities . แต่ละโหมดมีคู่
ความถี่ในมัลติไมโครเวฟโพรงถาวร
มิติชนิดโหมดจะถูกกำหนดโดยไมโครเวฟ
ความถี่ การเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กในความถี่ที่อาจส่งผลในประเภทของโหมดที่แตกต่างกัน
( dibben , 2001 ) ซึ่งสามารถนำไปสู่การคาดเดาไม่ได้ความร้อน
ลวดลาย ไมโครเวฟช่วยกระบวนการความร้อนอุตสาหกรรมที่ต้องการการยอมรับกฎระเบียบเพื่อความปลอดภัย

อาหาร เป็นอย่างสูงพึงประสงค์ที่ระบบให้ทาย และทำซ้ำ
รูปแบบความร้อนในอาหารแปรรูปให้
การตรวจสอบความถูกต้องของประวัติศาสตร์อุณหภูมิที่เย็นยะเยือก เป็น 915 MHz เดียว
โหมดไมโครเวฟความร้อนฆ่าเชื้อ ( เสื่อ ) ระบบ
ถูกพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันสเตต ( wsu ) กับ
เป้าหมายสูงสุดสำหรับการอุตสาหกรรม ( Tang et al . , 2006 ) .
เสื่อระบบขับเคลื่อนโดยสี่สูง ตรอน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า นับตั้งแต่ก่อตั้ง , เสื่อหลายกระบวนการ ทั้งในอาหารที่แตกต่างกัน
ถาดหรือกระเป๋าแข็งยืดหยุ่นขึ้น
โดย wsu ทีมวิจัยและยอมรับโดยสหรัฐอเมริกาอาหารและยา ( FDA )

หรือสหรัฐอเมริกากรมความปลอดภัยด้านอาหารการเกษตรและบริการตรวจสอบ ( USDA FSIS ) หลังจาก
การใช้ความถี่ของสี่ generators
เสื่อระบบมากกว่าหนึ่งปี ( 2009 – 2010 ) เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลง
ในความถี่สูงสุดของพวกเขา . แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความร้อน
รูปแบบพบในระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟเป็น
ศึกษาอย่างเป็นระบบ ผลของการผ่าตัดสูงสุด
ความถี่ในการทำความร้อนด้วยไมโครเวฟอาหารและกำหนดความถี่ขอบเขตของการออกแบบระบบปัจจุบันโดยไม่ก่อให้เกิด
เปลี่ยนความร้อนแบบ ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็น
คู่มือการพัฒนาในอนาคตของระบบการดำเนินงานและระบบการสอบเทียบ
ที่รับประกันการผลิตอุตสาหกรรมที่สอดคล้องกันของอาหารปลอดภัย
ใช้เสื่อระบบ คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในนี้
การศึกษาระบบประเมินข้อ จำกัด สำหรับไมโครเวฟความถี่ปฏิบัติการ
กะจะไม่อาจเปลี่ยนรูปแบบความร้อน
ในระหว่างการประมวลผลความร้อนในระบบและการดำเนินงาน wsu เสื่อ
คู่มือในอนาคตและออกแบบระบบอุตสาหกรรมที่คล้ายกัน .
ระบบไมโครเวฟมีแบบใช้วิธีเชิงตัวเลขต่างๆ

รวมถึงสืบเนื่องจำกัดโดเมนเวลา( FDTD ) วิธีการ ( sundberg et al . , 1996 ; Chen et al . , 2008 ) และระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์
( โจว et al . , 1995 ; โรมาโน et al . , 2005 ; hossan
et al . , 2010 ) สมมติฐานทั่วไปของแบบจำลองเช่น
ถือว่าพลังงานไมโครเวฟคือส่งที่ความถี่คงที่
. ไม่มีการศึกษาถึงปริมาณผล
กะ ความถี่ของไมโครเวฟในรูปแบบความร้อนของอาหาร .
ดังนั้นการศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมิน
ปัจจัยที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในช่วงความถี่ของเครื่องไมโครเวฟ และศึกษา

เปลี่ยนขอบเขตของความถี่เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบความร้อนจะ
เกิดขึ้นระหว่างไมโครเวฟโดยใช้เสื่อและระบบที่คล้ายกัน