Tuesday 16 July 2013

Aplikasi Mikrogelombang dalam Makanan

Dan 'kapal-kapal' yang belayar laju dengan 'kemudahan' yang diberikan kepadanya 
(Adz-Dzaariyaat, 51 : 3) 

Bismillah. Pernahkah kita mendengar kisah kehebatan Nabi Sulaiman A.S yang dikurniakan Allah untuk mengarah angin tunduk atas segala perintahnya atau bagaimana Sahabat Rasululllah Nabi Muhammad s.a.w. iaitu Saidina Umar Bin al-Khattab رضي الله عنه (R.A) yang sedang berkhutbah boleh memberi arahan kepada tentera Islam yang sedang berperang dan dalam keadaan hampir kalah walaupun ketika itu beliau berada di Madinah dan tentera Islam (pimpinan Sariyah) berada jauh ratusan batu dari Madinah (ada yang mengatakan di Asbahan). 



Anda minat masak dengan ketuhar mikrogelombang (microwave oven)?


Dalam dunia teknologi hari ini, kita biasa menggunakan telefon. Daripada yang berkabel dan lebih canggih hari ini tanpa kabel (wireless). Apakah prinsip yang digunakan sehingga manusia abad belakangan ini dapat 'mengarahkan' elektrik dan gelombang elektromagnet. Salah satu gelombang elektromagnet yang semakin meluas digunakan oleh manusia hari ini ialah penggunaan mikrogelobang (microwave) untuk diaplikasikan dalam bidang pemprosesan makanan termasuklah untuk memasak, pengeringan, pempasteuran, pensterilan penyahbekuan, penyesuaian (tempering), pembakaran bahan makanan roti atau biskut (baking) dan lain-lain. SubhanAllah. 

Pemanasan mikrogelombang semakin mendapat tempat dan menjadi pilihan masa kini dalam pemprosesan makanan kerana kemampuannya untuk mencapai kadar pemanasan yang tinggi, pengurangan masa memasak yang signifikan, pemanasan yang lebih seragam, pengendalian yang lebih selamat, kemudahan operasi dan penyelenggaraan yang rendah. Tambahan pula, pemanasan mikrogelombang perubahan rasa dan kualiti pemakanan adalah pada tahap yang lebih rendah berbanding dengan pemanasan konvensional semasa proses memasak atau pemanasan semula. Mikrogelombang adalah gelombang elektromagnet dengan julat frekuensi antara 300 MHz hingga 300 GHz. Secara umumnya, peralatan dan perkakasan mikrogelombang domestik beroperasi pada frekuensi 2.45 GHz, manakala bagi kegunaan industri beroperasi pada frekuensi 915 MHz. 


Pemanasan mikrogelombang adalah disebabkan oleh keupayaan bahan-bahan menyerap tenaga mikrogelombang dan menukarkan ia menjadi haba.  Punca utama pemanasan mikrogelombang bahan makanan disebabkan oleh mekanisme dipol dan ion (dipolar and ionic).  Kehadiran kelembapan atau air menyebabkan pemanasan dielektrik kerana sifat dipol air. Apabila berlaku medan elektrik berayun (oscillating electric field) molekul air, molekul dipol kekal polar (permanent polarized dipolar) cuba untuk menyusun semula mengikut arah medan elektrik. Disebabkan frekuensi medan elektrik yang tinggi, penyusunan semula yang berlaku satu juta kali sesaat ini menyebabkan geseran dalaman (internal friction) molekul dan seterusnya berlaku pemanasan isipadu bahan. Pemanasan mikrogelombang juga mungkin berlaku disebabkan oleh penghijrahan ayunan ion (oscillatory migration) dalam makanan di mana ianya menjana haba dengan kehadiran frekuensi medan elektrik berayun yang tinggi [1] .

Asasnya, komponen ketuhar mikrogelombang terdiri daripada magnetron sebagai penjana pengubah tenaga elektrik kepada tenaga mikrogelombang, penjunjuk gelombang (wave guides) iaitu tiub aluminimum yang memindahkan gelombang kepada makanan, kipas logam dan pelapik (turntable) yang membantu penyebaran suhu kepada makanan dan dinding dalaman metalik yang berupaya memantul mikrogelombang [13] . Penggunaan tenaga bagi penggunaan mikrogelombang ialah 1250W / 1210W [5].  Sesetengah ketuhar juga dilengkapi teknologi inverter [6]

Secara umumnya, inverter membawa maksud penyongsang dan dalam kejurutereaan elektrik kuasa, ianya didefnisikan sebagai peranti atau alat yang mampu mengubah arus terus kepada arus ulang alik berubah frekuensi. Inverter sering digunakan pada peralatan yang mempunyai motor dan pemampat (compressor). Dengan menggunakan teknologi ini, kelajuan motor atau pemampat boleh dikawal mengikut keperluan sekaligus boleh menjimatkan tenaga elektrik dan membuatkan peralatan elektrik berfungsi dengan lebih cekap [7] .  Bagi ketuhar yang dilengkapi teknologi Inverter dengan fungsi haba yang tepat dan konsisten, ianya membolehkan penggunaan untuk memasak, memanaskan atau nyahsejuk-beku makanan tanpa membakar tepi hidangan yang dimasak [8] . 
[30]

Secara umum, kehadiran air dalam makanan atau penambahan air membantu sejumlah kandungan lembapan atau air dalam bahan makanan yang menjadi antara faktor penentu terpenting dalam menentukan sifat-sifat dielektrik bahan makanan, kerana air adalah penyerap mikrogelombang yang baik.  Sebagaimana dinyatakan ringkas dalam bahagian pengenalan, kehadiran lembapan atau air yang bersifat dipol menyebabkan pemanasan dielektrik.  Penyusunan semula untuk mengikut arah medan elektrik menyebabkan geseran dalaman (internal friction) hingga menyebabkan pemanasan isipadu bahan selain disebabkan oleh penghijrahan ayunan ion (oscillatory migration) yang menjana haba dengan kehadiran frekuensi medan elektrik berayun yang tinggi [1] .

Kehilangan dielektrik (dielectric loss) atau faktor kehilangan (loss factor) menunjukkan jumlah tenaga yang diserap [13] . Bahan mudahresap (lossy) ialah bahan makanan dengan faktor kehilangan yang tinggi dan amat sesuai untuk pemanasan dengan mikrogelombang [13] . Kehilangan dielektrik bertambah dengan frekuensi makanan yang lembap (moist foods).  Pemalar dielektrik (dielectric constant) air pula berkurangan slightly dengan frekuensi.  Penentuan utama sifar-sifat dielektrik bahan makanan adalah disebabkan komposisi kimianya dan sedikit sebanyak juga disebabkan oleh struktur fizikal. 

Secara umumnya, bahan makanan mengandungi campuran bahan-bahan organik, air dan garam.  Pertambahan garam yang menjadi konduktor dengan kehadiran medan elektrik menyebabkan frekuensi kehilangan dielektrik turut bertambah [1] .  Sifat-sifat dielektrik air juga berlainan bergantung keadaan air atau lembapan itu sama ada dalam bentuk air bebas (free) atau air yang terikat (bound).  Molekul polar air bebas berorientasi dengan lebih bebas berbanding air yang terikat dengan kehadiran medan elektrik [1] .    Ciri –ciri dielektrik bahan makanan juga berlainan berdasarkan saiz partikel, struktur dan ketumpatan (density) bahan.  Juga, sifat-sifat dielektrik ini juga boleh dipengaruhi oleh ketumpatan jelas (apparent density) of campuran partikel udara dalam  bahan bergranul atau partikel [1] .

Terdapat 3 ciri utama mikrogelombang iaitu penyerapan (absorption), penembusan (transmit) dan pemantulan (reflection) [13] .  Pemilihan bekas yang ideal hendaklah mengambil kira faktor penembusan iaitu apabila tenaga mikrogelombang dikenakan, pemanasan hanya melibatkan objek dan kecekapan haba meningkat dengan ketara [14] tanpa bekas tersebut menjadi panas [2] .  Penutup seperti lapisan berpaut (cling film) boleh digunakan jika terdapat keperluan untuk mengekalkan kelembapan makanan yang dimasak. [15] .

Selain itu, faktor yang perlu diambil kira termasuk ciri-ciri daripada bahan yang tidak berliang (non-porous), tidak meledingkan (not warp) atau mudah cair dan membenarkan tenaga mikrogelombang untuk dihantar kepada makanan. Bekas berbentuk bulat biasanya lebih sesuai digunakan memandangkan makanan dalam bekas dengan sudut bersegi (acute corners) cenderung untuk menjadi terlalu panas dan kering pada sudut dan tepi sebelum benar-benar masak [15] .

Zon bahaya ialah julat suhu antara 4.4°C and 60°C.  Apabila makanan yang berisiko dicemari bahaya (potentially hazardous food atau high risk food) dibiarkan atau didedahkan pada julat suhu ini, bakteria patogenik yang didapati pada makanan tersebut akan mengalami pertumbuhan dengan lebih cepat yang menyebabkan makanan tersebut tidak selamat lagi untuk dimakan dan mendatangkan masalah kesihatan kepada manusia jika dimakan juga.  Oleh itu, amat penting untuk memastikan makanan disimpan sebaik-baiknya pada suhu di bawah 4.4°C atau melebihi 60°C [16]  yang akan membunuh bakteria patigenik [18].  Walau bagaimanapun, terdapat sesetengah Negara yang meletakkan piawai suhu  panas yang lebih rendah iaitu melebihi 57◦C [17] .
[29]

Makanan yang berisiko dicemari bahaya termasuklah daging dan ayamitik, ikan, kerang dan makanan laut,  telur dan produk kaya protein seperti soya, susu dan produk tenusu, sayuran yang telah dipotong atau dimasak, kekacang, nasi dan pasta, sos dan pekatan serta kacang taugeh [18] .  Selain daripada faktor tidak mengendalikan makanan pada zon bahaya, faktor lain yang membawa kepada kejadian penyakit bawaan makanan termasuklah kegagalan mengamalkan kebersihan personal (pekerja), tidak mencegah pencemaran silang, tidak melindungi makanan daripada punca pencemaran dan juga suhu teras makanan yang tidak mencukupi [17] .

Bagi makanan yang berisiko dicemari bahaya, nilai suhu terasnya biasanya ditetapkan lebih tinggi seperti bagi daging lembu, anak lembu dan bebiri ialah 71°C,  daging ayam atau ayam belanda bulat ialah 82°C, kepingan daging ayam atau ayam belanda ialah 77°C  dan stik daging lembu ialah 63°C (bagi medium rare) dan 77°C (bagi well done) [18] .

Kadang-kadang, setelah selesai pemanasan, makanan (contohnya daging, jagung atau kentang) yang dikeluarkan dari ketuhar dan dibalut dengan kerajang aluminium.  Secara umumnya, aloi seperti aluminium tidak bertindak balas dengan majoriti bahan-bahan organik, tahan terhadap tindak balas kimia (bergantung kepada bahan individu atau komponennya), rintang yang baik terhadap kakisan (kerajang boleh dipra-rawat atau berlapis untuk meningkatkan daya tahan dalam sebatian garam), tidak bertindak balas dengan produk pencernaan (alimentary products) dan legap untuk mengekalkan suhu jagung yang telah dimasak tadi [19] . 

Teknik membalut menggunakan kerajang aluminium ini mestilah dengan memastikan bahagian bersinar berada di sebelah dalam (bersentuhan dengan makanan) dan bahagian yang pudar di sebelah bahagian luar.  Ini adalah kerana, bahagian bersinar dapat memantulkan semula (reflection) haba dari jagung yang panas tadi dan dapat mengekalkan lembapan dalam jagung sekaligus memberi rasa jus (juiciness) semasa memakannya. Terdapat pandangan mengatakan sekiranya daging yang dimasak panggang (roasting), kemudian dibalut dengan kerajang alumnium dan dibiarkan selama 10 minit,  kecenderungan daging tersebut untuk mengekalkan jus adalah lebih tinggi [20] .  

Pemasanasan yang tidak seragam (nonuniform) adalah antara masalah yang biasanya berlaku apabila memasak dengan menggunakan mikrogelombang [13] .  Salah satu prinsip yang utama ialah disebabkan penyebaran dalam medan yang tidak diperlukan (undesirable) di mana tenaga mikrogelombang intense pada periphecy berbanding kawasan tengah ketuhar. Selain itu, tenaga mikrogelombang yang melintasi dari sisi dinding bekas menyebabkan makanan yang paling hampir atau bersentuhan dengan dinding bekas lebih panas dan sedikit sahaja pemanasan bagi kawasan tengah makanan.  Prinsip yang ketiga ialah perbezaan penyerapan mikrogelombang oleh makanan sejukbeku dan dinyahbeku, menyebabkan peningkatan lossinessas bagi makanan yang dinyahbeku.  Kemudahserapan (lossinessas) bahan yang lebih tinggi menyebabkan penyerapan tenaga dan kadar peningkatan suhu yang lebih tinggi [13] .

Antara langkah mengurangkan pemanasan yang tidak seragam termasuklah membuat pemilihan formulasi makanan yang teliti dan cermat untuk membolehkan penyediaan makanan yang lebih bertoleransi dengan pemanasan.  Selain itu, masa standing yang sederhana (intermediate) lebih sesuai dengan digunakan dengan pengaturan kuasa yang rendah dengan strirring dan juga menggunakan sistem pembungkusan yang aktif di mana ianya mampu berikteraksi dan berubahsuai dengan mikrogelombang [13] .

Pemanasan mikrogelombang bagi cecair (seperti air dan sos), pepejal (seperti kentang putar) dan makanan yang berbilang (kentang dan sos) telah dikaji pada tahun 2002.  Purata suhu di kawasan panas dan sejuk didapati ialah 83.9 dan 61.7 ° C, masing-masing untuk air manakala bagi makanan berbilang (multicomponent food), kawasan panas dan sejuk ialah masing–masing ialah 91.8 dan 36.7 ° C.  Oleh itu, taburan suhu telah didapati kurang seragam bagi makanan berbilang berbanding air [1] .

Selain itu, saiz dan bentuk bahan makanan mempengaruhi sebaran suhu (temperature distribution) [1] .  Satu kajian menentukan sebaran suhu bagi tiga bentuk isipadu ubi kentang yang berbeza iaitu bentuk bata (brick), silinder (cylinder) dan segi enam (hexagonal) menggunakan ketuhar mikrogelombang telah dijalankan [1].  Bagi bentuk bata, titik panas (hot spot) didapati hadir pada kawasan penjuru manakala titik sejuk (cold spot) didapati pada kawasan geometri tengah.   Bagi bentuk silinder, titik panas berada pada kawasan tengah manakala bagi bentuk segi enam, titik panas dapat diperhatikan pada kawasan sempadan (boundary).  Laporan mengatakan bentuk segi enam ini memberikan penyebaran suhu yang lebih seragam berbanding bentuk bata dan silinder.  Kajian lain pula terhadap ubi kentang bebentuk sfera (spherical) mendapati titik panas terdapat pada kawasan tengah manakala tiitk panas masih berada di kawasan tengah bagi bentuk silinder dan bentuk kiub (cube) [1] . 

 Selain itu, terdapat juga laporan bahawa makanan dengan kandungan air yang tinggi, seperti kentang, gel agar dan susu mempunyai kelonggaran masa (relaxation times) yang sama.  Keadaan ini dikaitkan dengan kehadiran air bebas (free water) yang terdapat dalam makanan. Justeru, memandangkan kandungan lembapan bagi semua daging dan produk daging yang digunakan adalah lebih besar daripada 60%,  air bebas sepatutnya menjadi komponen dominan yang mengawal tingkah laku dielektrik keseluruhan makanan ini. [21]

Semasa ujikaji dijalankan, langkah berjaga-jaga perlulah diambil perhatian iaitu dengan tidak melihat secara terus ke dalam ketuhar mikrogelombang semasa pemanasan dijalankan (ON).  Hal ini untuk mengelakkan mata terkena kesan radiasi dan risiko berlakunya katarak jika mata didedahkan dengan radiasi yang tinggi.  Ini kerana, kandungan air dalam mata  boleh menjadi penerima (water receptive) mikrogelombang yang baik [13] .

Menurut satu kajian, ayat ketiga surah Adz-Dzaariyaat juga disambung dengan “Fa” untuk menunjukkan berlaku kesenambungan atau perubahan (transformasi) dari “Al-Haamilat” (ayat ke-2) kepada “Al-Jaariyat”. Perkataan “Jara” bermakna berlari atau meluncur (to flow, glide, run, be current), maka “Al-Jariyat” bermakna peluncur atau pelari. Perkataan “Yusra” bermakna “kemudahan atau kesenangan” (with ease), dan nahunya adalah “Al-maf’ulul mutlaq” untuk menunjukkan semudah-mudahnya, sesenang-senangnya (tanpa sebarang halangan) [28].

Di sini Al-Quran memastikan bahawa gelombang ini adalah gelombang elektromagnetik (cahaya), dan bukannya gelombang bunyi. Gelombang bunyi tidak dapat bergerak/meluncur dengan semudah-mudahnya sebab ianya berbentuk mekanikal. Ia bergerak melalui perlanggaran jasad (molekul udara), tanpa jasad (seperti vakuum) bunyi tidak boleh bergerak. Bunyi juga tidak boleh bergerak melalui penghadang seperti dinding.  Kronologi ayat 1 hingga 4 : Az-Zariyat ==> Al-Hamilat ==> Al-Jariyat ==> Al-Muqassamat = 

Elektron ==> Foton ==> Gelombang Elektromagnetik ==> Transciver [28]. 

Bolehkah Foton terhasil sekiranya elektron tidak terbang/melompat keluar dari orbitnya? Boleh gelombang elektromagnetik meluncur sekiranya tidak ada tenaga foton? Dan bolehkah “transceiver” mengumpul dan membahagi data/arahan sekiranya gelombang tidak ada? Keempat-empat ayat ini MESTI disusun dalam tertib sebegini, kalau tidak komunikasi tanpa wayar tidak boleh berlaku. Misalnya tidak boleh kita luncurkan foton terlebih dahulu kemudian baru kita cuba mengisi (mengkod) data. Begitu juga foton tidak akan bertabur sekiranya elektron tidak melompat keluar orbit. Tidakkah susunan 4 ayat ini amat menakjubkan?  SubahanAllah. Namun, kenapa pula sesetengah kitab tafsir memasukkan perkataan “Angin”, “Awan/Hujan”, “Kapal-kapal”, dan “Malaikat” ke dalam kitab terjemahan ayat-ayat ini?  Kenapa ini boleh berlaku, dan dari mana perkataan-perkataan ini datang ? [28].  Bersama kita mencari sumbernya.
Alhamdulillah, moga-moga perkongsian ini dapat sama-sama memberi manfaat kepada kita dalam memahami ilmu Allah yang luas ini dalam konteks aplikasi mikrogelombang dalam makanan. Salam Ramadhan dan selamat beribadah. :-)

"Demi Elektromagnetik meluncur dengan teramat mudah"

Salam Man Jadda Wa Jada

Abdullah Abas ~ Pencinta Halal
Perunding berdaftar/ Ahli Professional MIFT
Tutor Keselamatan Makanan diiktiraf HABC
Facebook : inspirasi Halal

 * Mencari sumber kontra penggunaan ketuhar mikrogelombang ? Salah satunya di sini http://mydiary-notes.blogspot.com/2011/01/bahaya-microwave-oven.html

Rujukan
1.      S. Chandrasekaran, S. Ramanathan & Tanmay Basak. 2013. Microwave food processing—A review. Food Research International 52: 243–261
2.      M. Bu lent Cos_kun, Ibrahim Yalc，ın & Cengiz O¨ zarslan.2006.Physical properties of sweet corn seed (Zea mays saccharata Sturt.). Journal of Food Engineering 74: 523–528
3.      Cecília Muller Bandeira, Warlley Pinheiro Evangelista & Maria Beatriz Abreu Gloria. 2012. Bioactive amines in fresh, canned and dried sweet corn, embryo and endosperm and germinated corn. Food Chemistry 131: 1355–1359
4.      Kawaljit Singh Sandhu, Narpinder Singh & Nachhattar Singh Malhi. 2007. Some properties of corn grains and their flours I: Physicochemical, functional and chapati-making properties of flours. Food Chemistry 101: 938–946
5.      Abdullah Oktem,  A. Gulgun Oktem & Yalcin Coskun. 2004. Determination of Sowing Dates of Sweet Corn (Zea mays L. saccharata Sturt.) under Sanliurfa Conditions. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 28: 83-91
6.      Panasonic Products : Microwave Oven. 14 Mei 2013.
7.      Teknologi inverter. 14 Mei 2013. (http://zon152.blogspot.com/2010/04/teknologi-inverter.html)
8.      Panasonic Malaysia memperkenalkan enam model Ketuhar Gelombang Mikro terbaru yang melengkapkan rangkaian produk Gelombang Mikro. 14 Mei 2013.
9.      Mascorn- Farming, Care & Harvest. 21 Mei 2013.
10.   J.I. Lizaso. K.J. Boote, C.M. Cherr. & J.M.S. Scholberg. 2007 Developing a Sweet Corn Simulation Model to Predict Fresh Market Yield and Quality of Ears. J. AMER. SOC. HORT. SCI. 132(3) 415–422
11.   EHow - How to Steam Corn on the Cob in the Microwave. 21 Mei 2013.
12.   Boonlom Cheva-Isarakul, Boonserm Cheva-Isarakul, Somkid Promma & Stang Pumisutapool. 2001. Net Energy of Sweet Corn Husk and Cob Silage Calculated from Digestibility in Cows. Journal, Natural Sciences 35(3): 299-303
13.   Nota Microwave STKM 6722 Pembungkusan Makanan
14.   Introduction to Microwave. Micro Denshi Co.,Ltd. 22 Mei 2013.
(http://www.microdenshi.co.jp/en/microwave/)
15.   Fact Sheet. Microwave Technologies Association. 22 Mei 2013.
16.   Sandria L. Godwin, Fur-Chi Chen & Richard Stone.2012. Avoiding The Food “Danger Zone” When It Is Hot Outside. Cooperative Extension Faculty Research. Paper 20. (http://digitalscholarship.tnstate.edu/extension/20)
17.   Beverly J. Mccabe-Sellers & Samuel E. Beattie. 2004. Food Safety: Emerging Trends in Foodborne Illness Surveillance and Prevention. Journal of the American Dietetic Association 104:1708-1717
18.   Factsheet: The Temperature Danger Zone. Nova Scotia Department of Agriculture Food Safety. 28 Mei 2013. (http://www.gov.ns.ca/agri/foodsafety/)
19.   ALUMINIUM FOILS AND THIN GAUGE STRIPS. 28 Mei 2013.
21.   M.S. Venkatesh & G.S.V. Raghavan. 2004. An Overview of Microwave Processing and Dielectric Properties of Agri-food Materials. Biosystems Engineering (2004) 88 (1): 1–18
22.   R.B. Pandit & Suresh Prasad. 2003. Finite element analysis of microwave heating of potato––transient temperature profiles. Journal of Food Engineering 60: 193–202
23.   Nishkaran Gunasekaran. 2002. Effect of Fat Content and Food Type on Heat Transfer during Microwave Heating. Thesis submitted to the Faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University. Blacksburg, Virginia
24.   Potato. Wikipedia. 29 Mei 2013. (www.wikipedia.org/wiki/potato)
25.   Russet Potato. Wikipedia. 29 Mei 2013 (www.wikipedia.org/wiki/russet_potato)
26.   Elizabeth Howell. 2013. Rocky Alien Planets: What The Heck Is On Their Surfaces? Universe Today. 29 Mei 2013. ( http://www.universetoday.com/102401/rocky-alien-planets-what-the-heck-is-on-their-surfaces/#ixzz2UgUdjaUv)
27.   Sucie Febrial2012. Sifat-sifat Optis Jaringan tubuh, Sebuah Gambaran Umum Mengenai Perambatan Cahaya dalam Jaringan Tubuh. Physics Broom. 29 Mei 2013. (http://physicsbroom.blogspot.com/)

Posted by at
Labels: , , , , ,

No comments:

Post a Comment

Subscribe to: Post Comments (Atom)