Il forno a microonde (spesso chiamato semplicemente microonde) è una tecnologia a microonde impiegata in cucina per riscaldare e cuocere il cibo attraverso l'utilizzo di microonde (che sono radiazioni elettromagnetiche con frequenza maggiore delle frequenze delle onde radio e minore delle frequenze della radiazione infrarossa). Siccome il forno a microonde ha una vasta diffusione, è anche un elettrodomestico.
Storia
La possibilità di riscaldare e cuocere gli alimenti con le microonde fu scoperta per caso negli Stati Uniti d'America nel 1945 da Percy Spencer, dipendente della Raytheon che realizzava magnetron per apparati radar; un giorno, mentre lavorava in prossimità di un magnetron in funzione, egli notò che una barretta di cioccolato che teneva in tasca si era sciolta.
Detentore di 120 brevetti, Spencer intuì immediatamente cosa fosse accaduto. Il primo cibo che provò intenzionalmente a cuocere fu il pop corn; in seguito provò con un uovo, che però esplose finendo in faccia a uno degli sperimentatori.
Nel 1946 la Raytheon brevettò il processo di cottura a microonde e nel 1947 realizzò il primo apparato destinato alla commercializzazione, chiamato Radarange. Era alto , pesava , aveva un sistema di raffreddamento ad acqua e produceva microonde con una potenza di , che è da 2 a 4 volte la potenza dei forni domestici attuali.
Il successo fu notevole e per espandere il mercato la Raytheon acquistò la Amana, produttrice di elettrodomestici dell'Iowa.
Negli anni sessanta 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 moderni forni domestici, anche se il nome fu noto soprattutto nell'ambito della ristorazione professionale. L'alimentazione del magnetron fu modificata in modo che questo potesse resistere indefinitamente a un funzionamento senza carico. Il nuovo prodotto fu esposto in una fiera commerciale a Chicago, evento che aprì la strada alla sua grande diffusione in tutte le cucine domestiche (inizialmente soprattutto negli Stati Uniti).
In seguito, diverse altre aziende entrarono sul mercato: per diverso tempo si trattava di appaltatori del Dipartimento della difesa, che avevano sviluppato esperienza con i magnetron.
Negli anni settanta la tecnologia si era evoluta a sufficienza e 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, incorporati in tutti i forni a microonde, ne semplificavano l'utilizzo.
Si stimò che circa il 95% delle famiglie statunitensi abbia avuto un forno a microonde.
In Italia il forno a microonde iniziò a diffondersi piuttosto tardi, anche per via di vari pregiudizi contro questa tecnologia. I forni a microonde in Italia iniziarono a essere pubblicizzati negli anni ottanta (i primi apparecchi di produzione italiana vennero realizzati dall'azienda Candy a partire dal 1984), ma fu solo agli inizi degli anni duemila che iniziarono ad avere una diffusione di massa e ad essere considerati validi non solo per scaldare o scongelare i cibi, ma anche per cuocerli.
Tale larga diffusione è stata molto agevolata dall'abbattimento dei costi per i modelli più semplici, dalle varie migliorie e funzioni aggiunte nel tempo ai modelli più evoluti, e dal diminuire dei pregiudizi su questa tecnologia (anche grazie a pubblicazioni e trasmissioni televisive).
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; una rete metallica (sullo sportello).
Il magnetron genera un'onda elettromagnetica con uno spettro di emissione incentrato sulla frequenza di (lunghezza d'onda di ), nell'intervallo delle microonde, con potenza solitamente compresa tra e 900 W, che la guida d'onda invia alla camera di cottura.
L'acqua, i grassi, e i carboidrati contenuti nel cibo assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato "riscaldamento dielettrico": le molecole sono in generale dipoli elettrici, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa; sono per questo sensibili al campo elettrico (alternato), che, cambiando continuamente il suo verso, induce le molecole a modificare ripetutamente il loro orientamento in base alla frequenza del campo. Il trasferimento di energia è possibile quando la radiazione ha un'energia pari alla differenza tra due livelli rotazionali delle molecole. Le molecole eccitate trasferiscono il moto al resto della sostanza attraverso urti, ottenendone così il riscaldamento. Le microonde sono assorbite con più efficienza dalle molecole di acqua allo stato liquido, ma in misura minore anche da grassi e zuccheri.
La camera di cottura è sostanzialmente una gabbia di Faraday che impedisce la fuoriuscita di microonde. Il portello del forno è provvisto di un vetro e di uno strato di rete metallica fine che funge da schermo elettromagnetico. Poiché la larghezza delle maglie, dell'ordine dei millimetri, è di molto inferiore alla lunghezza d'onda delle microonde, la radiazione non può attraversare la rete, a differenza della luce, la cui lunghezza d'onda è molto più piccola della dimensione delle maglie; in questo modo è possibile osservare il cibo in cottura all'interno del forno senza venire esposti alle microonde. Il meccanismo di chiusura del portello prevede appositi interruttori che interrompono istantaneamente il funzionamento se il forno viene aperto mentre è acceso, evitando la fuoriuscita di microonde.
Il magnetron deve essere alimentato con una tensione in corrente continua di diverse migliaia di volt. Questa tensione viene prodotta a partire dalla tensione alternata della rete elettrica per mezzo di un trasformatore seguito da un raddrizzatore e da 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 dall'utente con gli appositi comandi.
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 ottenuta accendendo e spegnendo il magnetron per intervalli di tempo opportuni e regolando la durata di tali intervalli, secondo una tecnica chiamata modulazione di larghezza d'impulso (nota anche come PWM, acronimo dell'inglese Pulse Width Modulation). Per ottenere, ad esempio, una potenza pari alla metà di quella massima, il magnetron viene alternativamente acceso e spento per intervalli di tempo uguali tra loro, per tutta la durata della cottura.
Considerando costante l'energia irradiata dal magnetron, vi è un rapporto di proporzionalità diretta fra la massa da riscaldare e il tempo necessario; questo vuol dire che, a parità di energia usata, se si raddoppia la quantità di cibo inserita nel forno si impiegherà il doppio del tempo per ottenere il riscaldamento voluto, oppure che a parità di energia e di tempo il doppio del cibo si scalderà la metà.
Vantaggi e limiti in cucina Nonostante l'analogia suggerita dal nome, questo metodo di riscaldamento e cottura dei cibi è del tutto diverso rispetto a quello di un forno convenzionale: in un normale forno il calore si trasmette per irraggiamento e per conduzione, in una direzione che dagli strati più esterni va a quelli più interni; con l'irraggiamento a microonde, invece, può succedere che, nel caso di cibi il cui interno sia molto ricco di acqua (molecola polare) o ioni, l'interno stesso si riscalderà in modo più veloce rispetto allo strato esterno più secco e asciutto, che, per questo motivo, assorbe meno radiazione a microonde.
Il principale vantaggio del forno a microonde rispetto ai sistemi di cottura tradizionali risiede nella grande rapidità, dovuta all'efficiente trasferimento di energia. L'energia, infatti, viene inviata direttamente nell'interno del cibo, trasportata dalle microonde, mentre l'aria interna al forno, il contenitore del cibo e le pareti del forno non vengono riscaldati direttamente ma si riscaldano soltanto quando il cibo, divenuto caldo, li riscalda a loro volta per scambio termico, a differenza di quanto avviene in un comune forno elettrico o a gas.
Un altro vantaggio è quello di poter usare contenitori di plastica usa e getta, purché realizzati con un materiale plastico idoneo, del tutto trasparente alle microonde (oltre che, naturalmente, adatto all'uso alimentare).
Uno svantaggio è invece quello relativo al fatto che il riscaldamento non è omogeneo ma si concentra in particolari zone, quelle che assorbono al meglio l'energia delle microonde. Tale problema viene in parte risolto facendo ruotare il piatto su cui si trova il cibo durante la cottura tramite una guida con motorino elettrico. Un buon accorgimento è quello di posizionare la pietanza non al centro del piatto rotante ma da un lato. Per risolvere questa problematica, alcune aziende hanno dotato alcuni modelli di un sistema a più aperture per far fuoriuscire le microonde, garantendone una distribuzione omogenea in tutto il vano cottura.
Un limite per i primi forni, che portava molti esperti di cucina a considerare il forno a microonde di scarsa utilità, era quello di cuocere a temperatura relativamente bassa, non idonea per i tipici prodotti da forno come torte, arrosti dorati e altri cibi che richiedano la reazione di Maillard. Questo limite fu superato abbinando alle microonde un sistema a raggi infrarossi, il cosiddetto grill, il quale emette calore tramite irraggiamento per dorare la superficie dei cibi e conferire maggiore sapore. Forni di questo tipo sono detti combinati. Dalla penultima generazione in avanti, molti forni dispongono di un'ulteriore funzione, conosciuta come crisp (dal nome commerciale attribuito alla funzione da un noto produttore, ma con altri nomi la funzione è comunque presente in tutte le marche), la quale, in unione al grill e alle microonde, migliora nettamente la cottura di particolari piatti; parte dell'energia emessa come raggi infrarossi viene assorbita da una speciale teglia estraibile in alluminio antiaderente che contiene la pietanza, distribuendo così il calore in modo uniforme; grazie proprio a questo contatto diretto con la speciale teglia, la pietanza viene dorata anche sul fondo. La combinazione di questi tre modi di riscaldamento garantisce una cottura paragonabile a quella del forno tradizionale.
La temperatura di cottura è un problema rilevante anche per quanto riguarda il riscaldamento a microonde di cibo cotto in precedenza, che è sicuro solamente se si è certi della conservazione dell'alimento dalla prima cottura in poi, in quanto, proprio a causa delle basse temperature, gli eventuali batteri presenti potrebbero non essere eliminati completamente e causare infezioni alimentari.
L'ultima generazione di questi apparecchi prevede anche l'azione tipica di un forno tradizionale ventilato o statico, con riscaldamento mediante resistenze elettriche, che può essere abbinata o meno alle microonde e al grill. Questi apparecchi di fascia alta, particolarmente versatili, sono in grado quindi di sostituire completamente il forno tradizionale sia per quanto riguarda i risultati di cottura, sia per quanto riguarda i tipi di cibo che vi si possono inserire, mantenendo (in tutti i casi ove è possibile l'abbinamento) anche i vantaggi e i tempi ridotti tipici della cottura a microonde.