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1、微波技术一概述微波是指波长范围为11，频率范围为30102 30105，具有穿透特性的电磁波。常用的微波频率为 91 5和 2 450。微波作为一种电磁波，通常应用于广播、电视及通信技术中，近年来，随着科学技术的发展，微波作为一种能源，已逐渐应用于食品杀菌、干燥、烘烤、膨化、解冻等方面。微波技术在食品工业中的应用可追溯到四十年代末期，1947年由美国雷声公司马文贝克根据微波的加热效应制成了世界上第一台用于食品加热的微波炉。鉴于微波具有在食品内部生热并迅速产生均匀温度的观点，人们开始研究将它用于工业加热技术上以其开辟新的热能源，提高热能利用率和缩短加工时间，大约经历了十余年的探索，终于在1965
2、年由美国Cryodry Comporation 公司研制成功了世界上第一台915MHz/50kW隧道式微波干燥设备，并在Seyfert Foods食品公司首次投入实际应用，用来干燥油炸马铃薯片。此后微波能技术在美国、日本、加拿大和欧洲等发达国家在用来解决食品工业中的多种加热干燥、烹制、杀虫灭菌和回温解冻等方面相继获得成功并表现出强大的技术优势。到七十年代，世界各国普遍推广应用。例如在气候温和潮湿的日本，微波在食品工业中的应用占整个工业应用的60%。我国自1973年由南京电子管厂率先研制成功了工业微波干燥设备以来，经过了20年的努力，也积累了比较丰富的经验。目前我国已成功地应用微波能烧烤食品、干
3、果焙烤、牛肉干燥、蔬菜脱水、快餐面干燥、食品杀菌、饮料杀菌、白酒陈化催熟等许多领域，并取得显著进展。二 微波技术的原理及特点 综合微波技术在食品工业中的各种应用可归结为如下原理。（一）微波加热干燥原理微波加热技术是一种新的加热方式。它是依靠以每秒 245000万次速度进行周期变化的微波透入物料内，与物料的极性分子相互作用，物料中的极性 (如水分子 )吸收了微波能以后，改变其原有的分子结构，亦以同样的速度作电场极性运动，致使彼此间频繁碰撞而产生了大量的摩擦热，从而使物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温。由于微波辐射下介质的热效应是内部整体加热的，即理论上所谓的“无温度梯度加热”，基本上介质内部不
4、存在热传导现象，因此，微波可相当均匀地加热介质。微波加热技术与传统加热方法相比，有如下特性：穿透力强。热惯性小。呈现选择加热特性。具有反射性和透射性。微波干燥是在微波理论，微波技术和微波电子管成就的基础上发展起来的一门新技术，微波干燥已在许多领域内获得广泛的应用。它是应用微波加热的原理，使品温度上升，达到干燥的目的。微波干燥具有如下的特点：1 .干燥速度快、干燥时间短由于常规加热需要加热传热介质和环境，再进入食品，故需较长时间才能达到所需加热温度。而微波加热则是加热物体直接吸收微波能，加热速度大大高于常规加热方法，此时只需一般方法的十分之一到百分之一的时间就能完成整个加热和干燥的过程。2. 产
5、品质量高由于加热时间短，又非热效应配合，因此，可以保存加工原料的色、香、味 ,并且维生素的破坏也较少。3. 加热均匀常规加热是食品表面先热，然后通过热传导把热量传到内部，而微波加热是使食品表面和内部同时受热，因此加热均匀，可以避免一般加热干燥过程中容易引起的里生外焦及不均匀等现象，提高了产品的质量。4. 加热过程具有自动热平衡性能当频率和电场的强度一定时，物料在干燥过程中对微波功率的吸收，主要决定于介质损耗因素之值。不同干燥物质的介质损耗因素不同，如水比干物质为大 ,故吸收能量多，水分蒸发快。因此，微波不会集中在已干的物质部分，避免了物质的过热现象，具有自动平衡性能，从而保证了物质原有的各种特
6、性。5. 反应灵敏便于控制用常规加热法不论是电热、蒸汽、热空气等，要达到一定的温度需要预热一段时间，当发生故障或停止加热时，温度的下降又需要较长的时间，而利用微波加热时，开机几分钟即可正常运行。调整微波输出功率，物料加热情况立即无惰性地随着改变，因此，便于自动化控制，节省人力。6. 热效率高、设备占地面积小因为微波加热干燥是内部加热法，所以加热设备本身基本上可以说是不辐射热量的，故热损失较小，热效率较高，约可达到80 %左右，与常规方法相比，可节电 3 0 % 50 %。同时微波加热设备体积也比较小，与普通加热干燥方法相比，所需厂房面积小。7. 改善劳动条件微波设备无余热、无污染、不辐射热量，
7、所以大大改善了劳动条件。（二）食品微波杀菌的作用机理 食品微波杀菌机理包括热效应和非热效应两方面。 1微波能的热效应 微波作用于食品时，食品表层和内部同时吸收微波能，温度升高。食品中污染的微生物细胞在微波场作用下，其分子也被极化产生高频振荡，产生热效应。温度的快速升高使菌体内蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。 2微波能的非热生化效应已有不少实验证明微波对微生物的致死确实存在非热效应。微波的作用可使微生物生命代谢活动中的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生改变，造成微生物的生理活性物质发生变化。同时，电场也会使细胞膜附近的电荷分布
8、改变，导致膜功能障碍，使微生物细胞的正常代谢功能受到干扰和破坏，使微生物的生长受到抑制，甚至停止生长或死亡。微波能还能使微生物生存所必须的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。微生物细胞内的DNA和RNA吸收微波能后，会造成分子结构中的氢键松驰、断裂和重新组合，诱发基因突变，染色体畸变，从而中断微生物细胞的正常繁殖。这样，在微波辐照使食品温度升高的热效应和蛋白质分子变性后失去生物活性的非热效应双重因素共同作用下，细菌、酵母菌等微生物将在短时间内被杀死，而且食品的色、香、味和营养成分并未因此受到损失。（三）微波萃取的原理由于微波的频率与分子转动的频率相关连，所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引
9、起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时，促进了分子的转动运动，分子若此时具有一定的极性，便在微波电磁场作用下产生瞬时极化，并以 2 4. 5亿次 / s的速度做极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞，促进分子活性部分 (极性部分 )更好地接触和反应，同时迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使细胞液溢出来并扩散到溶剂中。传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热，微波热萃取和传统热萃取相比，微波萃取具有以下特点：a. 质量高，可有效地保护食品中的功能成分；b. 产量大；c. 对萃取物具有高选择性；d. 省
10、时 (30 s1 0 min)；e. 溶剂用量少 (可较常规方法少 50 %90 % )；f. 低耗能。三微波技术在食品工业中的应用（一）微波加热技术在食品工业中的应用1微波加热用于烹调食品利用微波烹调食品有利于保持食品中的营养成分和风味。无论用哪种烹调方法，只要烹调时间短而所用水量又少，则其维生素的保存率就高。在美国、日本的食品市场上微波食品的种类十分繁多。其中美国是世界上家用微波炉普及率最高的国家，其微波食品的生产和销售量极大。但以冷冻类预制食品中的冷冻蔬菜，包括多种煮熟并配有调料的混合蔬菜和冷冻调理食品的产量最大，发展速度最快。主要品种有蔬菜、馅饼，各种面包及点心用的生面团。目前，美国有
11、 2 0 0多家企业共生产 3 0 0多种在包装上标明“微波”标签的微波预制食品。产品涉及耐贮存的精制菜肴、预制汤类、冷藏小包装速食小菜、蔬菜、配菜 ,各种餐后甜食、冷冻快餐、薄烤饼、炸土豆食品、脆花生等。我国台湾省市场上销售的微波加热和烹调食品也有3 0多种，包括主食类炒饭、烩饭、炒面、水饺、春卷、烧卖、馒头、胡椒牛肉、扣肉、鸡丁、牛肉汤面、海鲜煲、牛肉煲、沙拉和葱油派等。2微波加热用于焙烤食品微波用于焙烤食品，如面包、甜面包圈的烤制时，不仅使产品质量大为改善，而且可缩短生产时间，延长产品的货架期。微波一方面快速杀灭面粉中-淀粉酶活性，用该面粉烤制面包，其内芯不粘牙；另一方面，微波加热促进生
12、面团中酵母繁殖而醒发面团，利用醒发的面团制成的食品结构均匀，有咬劲。3微波加热用于解冻食品深度冻结的物料需解冻后才能进一步加工，尤其是大块冷冻食品原料。在传统的加工方法中，冷冻食品物料的解冻过程是个费时费力的过程。微波解冻使温度回至 0左右，具有解冻时间短，风味、鲜度、营养成分保持率高，无污水排放，工作环境整洁等优点。适用于分割肉冻块、鱼、蛋粉冻块的解冻以及快速熔化的巧克力、油脂等。另外，为了解决低于零度的物料水分测量难题，可将微波解冻与水分测量装置组合用来测量低于零度的粮食等的含水率。（二）、微波干燥技术在食品加工业中的应用微波干燥技术对固体饮料、糕点、粮食、药材等进行快速干燥的应用范围很广
13、，目前应用成果层出不穷。日本采用 2450 MHz/ 165Kw微波干燥设备生产出膨化干燥蛋黄粉。美国研制出 915MHz/ 60 Kw的通心面微波干燥机。法国国际微波公司的 2 450 MHz/48Kw的微波真空干燥设备用于速溶桔粉生产，产品不仅保持了桔汁原有的色、香、味，而且由于干燥温度低，保留的 Vc是其它方法不可能达到的。日本在进行紫菜干燥时，以微波作为最终干燥手段，缩短了加热周期，同时提高了产品质量。美国加州州立大学与某公司合作将微波真空干燥技术应用于生产能保持原有形状不变的脱水葡萄，这种葡萄具有新鲜葡萄原有的风味、色泽，而维生素 B2 和 C的含量为新葡萄的3 4倍。国外把微波干燥
14、与热风干燥相结合对粮食进行干燥处理，结果表明，干燥温度大大降低，且干燥时间明显减少，仅为热风干燥法的十分之一，对小麦蛋白质量、出粉率均无影响。国内在微波干燥技术应用方面的研究成果也很多。目前，国内科研人员已经把微波干燥技术应用于蘑菇类、蔬菜类的干燥加工；应用于药材如天麻、当归、党参、人参、鹿茸等的深加工；应用于营养保健食品如人参精、花粉、蜂王浆等制造业；应用于肉类加工如牛肉干、鸡肉丝等的干制以及其它食品的干制加工中。目前，很多农产品如茶叶、谷物、蔬菜、水果、大豆等都已成功应用了微波干燥，并取得了显著的经济效益；与此同时，农产品微波干燥机理的研究也比较活跃，如谷物干燥方面，国内外研究较多的有玉米
15、、水稻、小麦、油菜籽和大豆等，这势必会促进农产品微波干燥的发展。（三）微波杀菌工艺在食品加工业中的应用由于食品防腐剂的使用要求相当严格，在食品中不添加防腐剂就可大大延长保鲜期的微波杀菌技术的应用越来越广泛。瑞典、德国、丹麦和意大利等国使用微波对切片面包杀菌、防霉、保鲜，已达到工业化生产程度，我国的一些食品生产企业也开始将微波杀菌技术应用到部分食品的加工、运输、贮藏及销售中。微波杀菌可以在食品包装前进行也可以在包装后进行。采用包装后对食品进行微波杀菌时，由于食品接受微波能后升温并产生蒸汽，压力过高时会胀破包装容器（袋），因此，包装后的食品微波能杀菌过程应在加压下进行，或将包装好的食品置于加压的玻璃容器内进行微波杀菌处理。许多国内外学者对微波能杀菌在食品上的应用进行了大量研究。研究的微波杀菌食品主要有：肉及肉制品、禽制品、水产品、水果和蔬菜、罐头、乳及乳制品、农作物、布丁、面包、月饼、糕点、豆制品、调味品、春卷等。
