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1、食品加工工艺原理食品加工工艺原理第七章第七章 食品的微波处置食品的微波处置张鹰 little_goshawksina60145980主要内容主要内容3241 微波技微波技术的开展的开展历史史 微波的性微波的性质和加和加热机理机理 微波加微波加热在食品中的运用在食品中的运用 微波加热设备的组成及选用 微波的平安运用及其防护 57.1 7.1 微波技术的开展历史微波技术的开展历史 1919世世纪纪4040年代美国雷声公司制造出第一台微年代美国雷声公司制造出第一台微波炉。波炉。1919世世纪纪五六十年代，伴随着大功率磁控管研五六十年代，伴随着大功率磁控管研制制胜胜利，美英等国隧道式、波利，美英等国隧
2、道式、波导导等多种加等多种加热热器的器的问问世，国外在微波能的运用上掀起一世，国外在微波能的运用上掀起一场场新的新的“能源革命行能源革命行动动。微波能的运用普及。微波能的运用普及到食品、医到食品、医药药、农农副土特副土特产产品加工、化工及品加工、化工及当代尖端技当代尖端技术术的各个的各个领领域中。域中。我国从我国从2020世世纪纪7070年代开年代开场场研制、推行微波能研制、推行微波能运用技运用技术术和和设备设备。当。当时时研制的研制的2450MHz45KW2450MHz45KW隧隧道式微波枯燥乳儿糕消道式微波枯燥乳儿糕消费线费线，将原来需求烘，将原来需求烘烤烤 的工的工艺缩艺缩短到短到 完成
3、。完成。6-8h9min图图1 世界上第一台微波炉世界上第一台微波炉 7.2 7.2 微波的性质与加热机理微波的性质与加热机理 v7.2.1 7.2.1 微波的性质微波的性质v7.2.1.1 7.2.1.1 微涉及其特点微涉及其特点v7.2.1.2 7.2.1.2 微波与介电物质微波与介电物质v7.2.1.3 7.2.1.3 微波运用系统常用的资料微波运用系统常用的资料v7.2.2 7.2.2 微波的加热机理及特点微波的加热机理及特点v7.2.2.1 7.2.2.1 微波加热原理微波加热原理v7.2.2.2 7.2.2.2 微波加热特点微波加热特点7.2.1.1 7.2.1.1 微涉及其特点微
4、涉及其特点u 微波是频率非常高的电磁波，又称为超高频波，微波是频率非常高的电磁波，又称为超高频波，频率大约从频率大约从300MHz300MHz到到300GHz*300GHz*。之所以称为微波，。之所以称为微波，是由于其波长在是由于其波长在1mm1mm1m1m，比普通的无线电波波长，比普通的无线电波波长更微小。更微小。 u * *：1GHz1GHz103 MHz103 MHz109 Hz109 Hz7.2.1.2 7.2.1.2 微波与介电物质微波与介电物质v微波：非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不微波：非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不同的资料时，会产生反射、吸收和穿透景象。同的资料时，会
5、产生反射、吸收和穿透景象。v介电物质：性能介于导体和绝缘体之间，具有吸介电物质：性能介于导体和绝缘体之间，具有吸收、穿透和反射微波的性能。收、穿透和反射微波的性能。7.1.2.3 7.1.2.3 微波运用系统常用的资料微波运用系统常用的资料导体导体p资料：铜、银、铝资料：铜、银、铝 类；类；p性能：能反射微波。性能：能反射微波。 导体以一种特殊的方式导体以一种特殊的方式传播以及反射微波能量；传播以及反射微波能量；p用途：微波安装中的用途：微波安装中的波导管，微波加热用的波导管，微波加热用的外壳。外壳。p资料：含水、盐和脂资料：含水、盐和脂肪的食品以及其他生物肪的食品以及其他生物质。质。p性能：
6、具有吸收、穿性能：具有吸收、穿透和反射微波性能。在透和反射微波性能。在微波加热过程中，被处微波加热过程中，被处置的介质资料以不同程置的介质资料以不同程度吸收微波能量，又称度吸收微波能量，又称为有耗介质。为有耗介质。绝缘体绝缘体p资料：玻璃、陶瓷、资料：玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑聚四氟乙烯、聚丙稀塑料等；料等；p性能：可部分反射或性能：可部分反射或浸透微波，通常吸收微浸透微波，通常吸收微波能较少。波能较少。p用途：微波处置过程用途：微波处置过程中用此作为包装和反响中用此作为包装和反响器的资料，或作为家用器的资料，或作为家用微波炉烹调用的食品器微波炉烹调用的食品器皿。皿。介电质介电质绝缘体绝
7、缘体1237.2.2.1 7.2.2.1 微波的加热机理微波的加热机理v食品工业中所运用的微波设备主要是利用微波的食品工业中所运用的微波设备主要是利用微波的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质，微波对它们的加热称作介合物等都属于电介质，微波对它们的加热称作介电感应加热电感应加热(dielectric heating)(dielectric heating)产热机制产热机制v离子极化离子极化v偶极子转向偶极子转向交变电场引起偶极子转向交变电场引起偶极子转向微波微波频率率2450MHz2450MHz，水分子水分子1S1S内内发生生1
8、80180来回来回转动24.524.5亿次次7.2.2.2 7.2.2.2 食品资料的介电特性食品资料的介电特性v7.2.2.2.1 7.2.2.2.1 微波对食品资料的穿透特性微波对食品资料的穿透特性v7.2.2.2.2 7.2.2.2.2 食品资料对微波的吸收特性食品资料对微波的吸收特性v7.2.2.2.3 7.2.2.2.3 影响资料介电特性的要素影响资料介电特性的要素7.2.2.2.1 7.2.2.2.1 微波对食品资料的穿透特性微波对食品资料的穿透特性v该特性用穿透深度功率传透深度或半功率穿透深度表该特性用穿透深度功率传透深度或半功率穿透深度表示。示。v功率传透深度：微波功率从资料外
9、表衰减至外表值的功率传透深度：微波功率从资料外表衰减至外表值的1/e1/e大约大约37%37%，e=2.718282)e=2.718282)时的间隔。时的间隔。v半功率穿透深度：微波功率透入资料后，功率衰减一半的半功率穿透深度：微波功率透入资料后，功率衰减一半的间隔。间隔。v介电资料不同，因它们的介电常数及介电损耗不同，故微介电资料不同，因它们的介电常数及介电损耗不同，故微波对它们的穿透才干深度也不同。波对它们的穿透才干深度也不同。v介电资料的含水量及微波的频率不同，微波对介电资料的介电资料的含水量及微波的频率不同，微波对介电资料的穿透才干深度也不同。穿透才干深度也不同。v低温暖低频时在食品有
10、较大的穿透深度。低温暖低频时在食品有较大的穿透深度。P264P2647.2.2.2.2 7.2.2.2.2 食品资料对微波的吸收特性食品资料对微波的吸收特性vPm=0.566tanf E2 10-12vPm-功率密度功率密度 W/cm3v - 介介质质的介的介电电常数常数vTan介介质损质损耗耗vf -微波微波频频率率, HzvE -电场电场强强度度 ，V/cmv介介质质的固有介的固有介电电特性特性 介介电损电损耗因子耗因子 ： tanv食品食品资资料的介料的介电电特性不同，其特性不同，其对对微波的吸收特性就不同。微波的吸收特性就不同。v适宜的介适宜的介电损电损耗因子耗因子10-257.2.2
11、.2.3 7.2.2.2.3 影响资料介电特性的要素影响资料介电特性的要素v1)1)资料成分资料成分v成分不同介电特性介电常数等不同。成分不同介电特性介电常数等不同。v2 2资料的含水量及形状资料的含水量及形状v物料含水量高，那么其介电常数及介电损耗大，资料吸收物料含水量高，那么其介电常数及介电损耗大，资料吸收微波能的才干强。微波能的才干强。v水呈液态时比呈固态冰时的介电常数及介电损耗大。水呈液态时比呈固态冰时的介电常数及介电损耗大。v3 3资料的温度资料的温度v温度高那么介电常数大，吸收微波才干强。温度高那么介电常数大，吸收微波才干强。v4 4微波频率微波频率v微波频率高，资料的介电常数及介
12、电损耗降低。微波频率高，资料的介电常数及介电损耗降低。v5 5资料的密度资料的密度v密度大而紧实的物料，因空气少，故介电常数及介电损耗密度大而紧实的物料，因空气少，故介电常数及介电损耗大，吸收微波的才干强，易被微波加热。大，吸收微波的才干强，易被微波加热。7.2.2.3 7.2.2.3 微波加热特点微波加热特点v7.2.2.3.1 7.2.2.3.1 选择加热性选择加热性v7.2.2.3.2 7.2.2.3.2 穿透性穿透性7.2.2.2.1 7.2.2.2.1 微波选择性加热特点微波选择性加热特点p益处：益处：p 1. 1. 加热效率高，节约能源，易控制。加热效率高，节约能源，易控制。 p
13、2. 2. 可用于较枯燥的谷物杀灭害虫。可用于较枯燥的谷物杀灭害虫。 p 害处：害处：p 微波的选择性加热是呵斥微波加热不微波的选择性加热是呵斥微波加热不均匀均匀(runaway heating)(runaway heating)的主要缘由之一。的主要缘由之一。 7.2.2.2.2 7.2.2.2.2 微波穿透性特点微波穿透性特点v益处：益处：v 1. 1. 实现包装后食品的短时杀菌。实现包装后食品的短时杀菌。v 2. 2. 加热时间短，枯燥速度快，而且对有加热时间短，枯燥速度快，而且对有些食品还能起到特有的膨化效果。些食品还能起到特有的膨化效果。v 3. 3. 快速解冻。快速解冻。v害处：害
14、处：v 微波加热的穿透性是呵斥微波加热不均匀微波加热的穿透性是呵斥微波加热不均匀(runaway heating)(runaway heating)的另一个主要缘由之一。的另一个主要缘由之一。7.3 7.3 微波加热系统的组成及选用微波加热系统的组成及选用v7.3.1 7.3.1 微波加热系统的组成微波加热系统的组成v7.3.2 7.3.2 微波频率的选择微波频率的选择被加热物料被加热物料7.3.1 7.3.1 微波加热系统的组成微波加热系统的组成高压电源高压电源微波微波发生器发生器衔接波导衔接波导冷却系统冷却系统微波加热系统表示图微波加热系统表示图微波微波加热器加热器7.3.2 7.3.2
15、微波频率的选择微波频率的选择v目前用于工业微波加热的频率主要有目前用于工业微波加热的频率主要有915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz。v915MHz915MHz具有较大穿透深度，获得较大的功率具有较大穿透深度，获得较大的功率915MHz体积较大体积较大/较厚的物料较厚的物料含水分高的物料含水分高的物料加工大批物料加工大批物料2450MHz因磁控管及其波导小，适用于家用微因磁控管及其波导小，适用于家用微波炉波炉含水分量低的物料含水分量低的物料7.4 7.4 微波加热在食品中的运用微波加热在食品中的运用v7.4.17.4.1在食品工业中采用微波加热技术的优缺陷在食品工业中采用微波
16、加热技术的优缺陷v7.4.27.4.2微波技术在食品工业中的最新开展微波技术在食品工业中的最新开展 7.4.17.4.1在食品工业中采用微波加热技术缺陷在食品工业中采用微波加热技术缺陷F优点：优点：F加热、枯燥速度快，所需时间短加热、枯燥速度快，所需时间短F加热效率高加热效率高F加热过程具有自动平衡性能加热过程具有自动平衡性能* *F物料加热均匀、产质量量高物料加热均匀、产质量量高F设备操作简单，顺应性强，且占地面积小，任务环境良好设备操作简单，顺应性强，且占地面积小，任务环境良好F缺陷：缺陷：F 微波加热最主要的缺陷是电能耗费大。微波加热最主要的缺陷是电能耗费大。7.4.27.4.2微波技术
17、在食品工业中的最新开展微波技术在食品工业中的最新开展v7.4.2.1 7.4.2.1 微波用于食品的解冻和软化微波用于食品的解冻和软化v7.4.2.2 7.4.2.2 微波用于一些食品的烹调及预加工微波用于一些食品的烹调及预加工v7.4.2.3 7.4.2.3 微波用于食品物料的枯燥微波用于食品物料的枯燥( (包括真空枯燥、冷冻枯燥包括真空枯燥、冷冻枯燥) )v7.4.2.4 7.4.2.4 微波还可用于食品的杀菌消毒与灭酶微波还可用于食品的杀菌消毒与灭酶v7.4.2.5 7.4.2.5 微波用于焙烤与烘烤微波用于焙烤与烘烤v7.4.2.6 7.4.2.6 微波萃取微波萃取v7.4.2.7 7
18、.4.2.7 微波用于食品物料的去壳去皮微波用于食品物料的去壳去皮v7.4.2.8 7.4.2.8 微波用于酒类的陈化微波用于酒类的陈化v7.4.2.9 7.4.2.9 其他生物育种诱变等其他生物育种诱变等v 7.4.2.1 食品的解冻和软化v利用微波能在低温下的穿透力较强，及冰的介电利用微波能在低温下的穿透力较强，及冰的介电特性特点进展解冻处置。特性特点进展解冻处置。 915MHz，120kW延续式微波软化/解冻安装 p国外已有运用国外已有运用915MHzp和和2450MHz微波解冻设微波解冻设p备进展食品的软化、解冻备进展食品的软化、解冻7.4.2.1 食品的解冻和软化2450MHz，30
19、kW延续式微波软化/解冻安装 7.4.2.2 7.4.2.2 微波用于食品的烹调及预加工微波用于食品的烹调及预加工v合理选择微波烹调方式可以最大限制地保管食品的营养和合理选择微波烹调方式可以最大限制地保管食品的营养和天然口味：天然口味：v研讨发现运用不同功率的微波炉研讨发现运用不同功率的微波炉( (商业消费运用商业消费运用1.61.6 2.0 2.0 kWkW，家用，家用600600800 w)800 w)，对食品中营养成分的保管情况无，对食品中营养成分的保管情况无显著性差别显著性差别. .v微波烹调时间的选择至关重要，短时间烹调，减少了高温微波烹调时间的选择至关重要，短时间烹调，减少了高温对
20、营养成分的破坏；微波烹调防止了食物烹调过程中化学对营养成分的破坏；微波烹调防止了食物烹调过程中化学污染物的产生污染物的产生. .同时也能较好地杀灭食品中的微生物；微同时也能较好地杀灭食品中的微生物；微波烹调无需预热而立刻发扬作用，加热效率高，烹调时间波烹调无需预热而立刻发扬作用，加热效率高，烹调时间短，节省能源；烹调过程无油烟短，节省能源；烹调过程无油烟. .清洁平安，是值得推行清洁平安，是值得推行的家用烹调方式。的家用烹调方式。7.4.2.3 7.4.2.3 微波枯燥与膨化微波枯燥与膨化v利用湿物料的快速体积加利用湿物料的快速体积加热而产生的附加显热，诱热而产生的附加显热，诱导湿气向外表分散
21、，有利导湿气向外表分散，有利于用较经济的常规技术来于用较经济的常规技术来抽走和排除湿气，到达枯抽走和排除湿气，到达枯燥目的。燥目的。 微波牛肉枯燥微波牛肉枯燥设备7.4.2.3 7.4.2.3 微波枯燥设备及产品微波枯燥设备及产品微波泡菜枯燥微波泡菜枯燥7.4.2.3 7.4.2.3 微波膨化微波膨化v是利用微波加热的特性内部加热，促使食品是利用微波加热的特性内部加热，促使食品内部水分的相变和气体的热压效应原理，使食品内部水分的相变和气体的热压效应原理，使食品内部水分快速升温汽化、增压、膨胀，并依托气内部水分快速升温汽化、增压、膨胀，并依托气体的膨胀力和物料的质构变化，构成网状多孔构体的膨胀力
22、和物料的质构变化，构成网状多孔构造。造。 v 比较好的产品是爆玉米花比较好的产品是爆玉米花7.4.2.4 7.4.2.4 微波杀菌消毒与灭酶微波杀菌消毒与灭酶v微波杀菌既有热效应原理，也有非热效应生物微波杀菌既有热效应原理，也有非热效应生物效应原理。效应原理。v热效应：升温导致蛋白量变性，细胞膜破裂等。热效应：升温导致蛋白量变性，细胞膜破裂等。v非热效应：光化学反响、场力效应、电磁共振效非热效应：光化学反响、场力效应、电磁共振效应等应等7.4.2.4 7.4.2.4 微波杀菌设备微波杀菌设备微波泡菜微波泡菜杀菌菌微波微波杀菌菌设备7.4.2.4 7.4.2.4 微波杀菌消毒与灭酶微波杀菌消毒与
23、灭酶v常规的热水烫漂法灭酶易呵斥营养损失等问题；常规的热水烫漂法灭酶易呵斥营养损失等问题；v采用热空气或蒸汽又会出现受热不均匀问题；采用热空气或蒸汽又会出现受热不均匀问题；v利用微波能，可处理物料外形复杂，料层中间的利用微波能，可处理物料外形复杂，料层中间的传热问题。传热问题。v如甜玉米棒及芯的过氧化物酶的灭活。如甜玉米棒及芯的过氧化物酶的灭活。v小麦胚芽解脂酶的灭活；微波灭酶大大延伸了小小麦胚芽解脂酶的灭活；微波灭酶大大延伸了小麦胚芽的存放时间麦胚芽的存放时间; ;与热灭酶相比与热灭酶相比, ,微波灭酶大大微波灭酶大大缩短了灭酶处置时间缩短了灭酶处置时间, ,并且改善了灭酶效果。并且改善了灭
24、酶效果。 7.4.2.5 7.4.2.5 微波焙烤与烘烤微波焙烤与烘烤v采用微波炉进展面包的烘烤，可以到达以下效率采用微波炉进展面包的烘烤，可以到达以下效率v用正常面筋蛋白质含量的面粉，可使烘烤后的面用正常面筋蛋白质含量的面粉，可使烘烤后的面包膨胀率提高包膨胀率提高50%50%左右；左右；v用低筋粉，也可烘烤出高质量的面包用低筋粉，也可烘烤出高质量的面包v采用微波采用微波- -热空气组合烘炉，可使面包消费工艺的热空气组合烘炉，可使面包消费工艺的醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而节省工艺醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而节省工艺设备的投资和厂房面积等。设备的投资和厂房面积等。花生微波烘烤设备花生
25、微波烘烤设备7.4.2.6 7.4.2.6 微波辅助萃取微波辅助萃取Microwave Microwave Assisted ExtractionAssisted Extraction，MAE)MAE)v物质中的极性分子在微波的作用下迅速活化，分子间大量物质中的极性分子在微波的作用下迅速活化，分子间大量的碰撞导致物质在短时间内迅速升温。的碰撞导致物质在短时间内迅速升温。v不同的物质的介电常数不一样。在微波场中，萃取体系中不同的物质的介电常数不一样。在微波场中，萃取体系中各种物质被选择性的加热。各种物质被选择性的加热。v被加热的物质的某些物理性质发生改动，变得容易进入到被加热的物质的某些物理性质
26、发生改动，变得容易进入到介电常数小到萃取溶剂中。介电常数小到萃取溶剂中。 v微波产生的场加速萃取溶剂界面的分散速率，使溶剂和被微波产生的场加速萃取溶剂界面的分散速率，使溶剂和被萃取物质充分的接触萃取物质充分的接触 。v极性溶剂能更好的吸收微波，提高溶剂的活性，所以在微极性溶剂能更好的吸收微波，提高溶剂的活性，所以在微波辅助萃取中普通选用极性溶剂更有利。波辅助萃取中普通选用极性溶剂更有利。 MAE的特点及影响要素快只需求几分只需求几分钟就可以到达就可以到达传统方法加方法加热多个小多个小时才干到达的萃才干到达的萃取效果取效果多麻黄碱的提取率由常麻黄碱的提取率由常规煎煮法的煎煮法的0.183%0.1
27、83%提高到提高到0.485% 0.485% ，板板蓝根多糖的根多糖的实验中，提取率由原来的中，提取率由原来的0.81%0.81%提高到提高到3.47% 3.47% MAE的特点及影响要素萃取溶萃取溶剂的的选择对萃取萃取结果的影响是至关果的影响是至关重要的。萃取溶重要的。萃取溶剂的的选择目的只需是和目目的只需是和目的物的物质的的类似相溶性，和似相溶性，和对萃取成分的后萃取成分的后续操作干操作干扰少少 萃取溶萃取溶剂可以是一元体系可以是一元体系( (极性溶极性溶剂) )，也可以是二元体系，也可以是二元体系( (非极性溶非极性溶剂加机加机型溶型溶剂) )，甚至可以是多元体系，甚至可以是多元体系 萃
28、取萃取时间普通定在普通定在10-1510-15分分钟内。内。 微波微波剂量必需量必需谨慎控制，慎控制，辐射射时间过长会会导致系致系统温度升得很高，甚至超越萃取溶温度升得很高，甚至超越萃取溶剂的的沸点，影响提取率沸点，影响提取率 MAEMAE的运用的运用MAEMAE的运用的运用食用色素7.4.2.7 7.4.2.7 微波用于食品物料的去壳去皮微波用于食品物料的去壳去皮v传统脱皮法：高温烘烤法、湿法脱皮、酸碱法脱传统脱皮法：高温烘烤法、湿法脱皮、酸碱法脱皮、过氧化氢脱皮等；皮、过氧化氢脱皮等；v微波用于花生去皮，速度快，能耗低、效率高，微波用于花生去皮，速度快，能耗低、效率高，可大大降低花生仁油脂
29、的酸败程度可大大降低花生仁油脂的酸败程度7.5 7.5 微波的平安运用与防护微波的平安运用与防护v7.5.1 7.5.1 微波对人体的影响微波对人体的影响v7.5.2 7.5.2 微波辐射的平安规范及平安技术措施微波辐射的平安规范及平安技术措施7.5.1 7.5.1 微波对生物体的主要效应微波对生物体的主要效应频率频率/MHz波长波长/cm受影响的主要组织受影响的主要组织主要的生物效应主要的生物效应150200200透过人体，影响不大透过人体，影响不大150150100010002002003030体内器官体内器官由于体内组织过热，由于体内组织过热，引起各器官损伤引起各器官损伤10001000
30、3000300030301010眼睛水晶体，睾丸眼睛水晶体，睾丸组织的加热显著，特组织的加热显著，特别是眼睛的水晶体别是眼睛的水晶体30003000100001000010103 3眼睛水晶体，表皮肤眼睛水晶体，表皮肤有皮肤加热的觉得有皮肤加热的觉得100001000033皮肤皮肤表皮反射，部分吸收表皮反射，部分吸收微波而发热微波而发热7.5.27.5.2微波辐射的平安规范及平安微波辐射的平安规范及平安技术措施技术措施v规范v措施v1.批量系统：抗流系统、在炉门设置互锁安装。v2.延续消费系统：封锁型屏蔽、遥控、抗流系统。本章思索题1、简述微波加热机理。2、为什么微波加热具有选择性？3、试解释损耗因子。食品加工工艺原理食品加工工艺原理Thank You!Thank You!
