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1、第第九九章章 食品微波加工技术食品微波加工技术 概概 述述 微波技术的发展历史：微波技术的发展历史： 微波技术的发现可追溯到二战时期雷达的发明。微波技术的发现可追溯到二战时期雷达的发明。而微波的加热技术在食品工业中的应用则是而微波的加热技术在食品工业中的应用则是19451945年美国雷声公司工作人员泊西年美国雷声公司工作人员泊西斯潘塞在雷达试斯潘塞在雷达试验时偶尔发现衣袋里的糖果因泄漏的微波而发热验时偶尔发现衣袋里的糖果因泄漏的微波而发热融化了，经过进一步的实验研究，申请了世界上融化了，经过进一步的实验研究，申请了世界上第一个微波应用于食品加热的专利，从此微波技第一个微波应用于食品加热的专利，
2、从此微波技术开始在食品加工领域广为应用。术开始在食品加工领域广为应用。v1965年由美国年由美国CryodryComporation公司研制成公司研制成功了世界上第一台功了世界上第一台915MHz/50kW隧道式微波干燥隧道式微波干燥设备，并在设备，并在SeyfertFoods食品公司首次投入实际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
3、得成功并表现出强大的技术优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整个工业应用的60%。v我国自我国自1973年由南京电子管厂率先研制成功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，我国已成功地将了工业微波干燥设备以来，我国已成功地将微波能应用于烧烤食品、干果焙烤、牛肉干微波能应用于烧烤食品、干果焙烤、牛肉干燥、蔬菜脱水、快餐面干燥、食品杀菌、饮燥、蔬菜脱水、快餐面干燥、食品杀菌、饮料杀菌、白酒
4、陈化催熟等许多领域，并取得料杀菌、白酒陈化催熟等许多领域，并取得显著进展。显著进展。 微波一般是指波长在微波一般是指波长在1mm1mmlmlm范围范围( (其相应的频率为其相应的频率为300300MHzMHz300000MHz)300000MHz)的电磁波。微波的传统应用是将微波作为一种传的电磁波。微波的传统应用是将微波作为一种传递信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。近年来，除递信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。近年来，除了传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发了传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发展，将微波能广泛用于对物体进行加热和干燥等。展，将微
5、波能广泛用于对物体进行加热和干燥等。 为了防止民用微波技术对军用雷达和通讯广播的干扰，国为了防止民用微波技术对军用雷达和通讯广播的干扰，国际上规定供工农业、科学及医学等民用的微波有际上规定供工农业、科学及医学等民用的微波有4 4个波段，即个波段，即433.92MHz433.92MHz、915MHz915MHz、2375MHz2375MHz和和2450MHz2450MHz。目前。目前915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz 2 2个频率已广泛地为微波加热所采用。个频率已广泛地为微波加热所采用。普通家用微波炉使用的频率一般为普通家用微波炉使用的频率一般为2450MHz，而食品工业所
6、使用的微波加热设备的频率则而食品工业所使用的微波加热设备的频率则有有915MHz(美国用美国用896MHz)和和2450MHz两种。两种。 9 9. .1 1 微波加热的原理与特点微波加热的原理与特点 食品微波加工技术的原理主要是利用它的食品微波加工技术的原理主要是利用它的热效应热效应。食品。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质，微中的水分、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波对它们的加热称作介电感应加热介电感应加热。由于。由于水分子水分子的特殊结构，的特殊结构，在微波作用下，是引起食品材料发热的主要成分。在微波作用下，是引起食品材料发热的主要成分。9
7、.1.1微波加热的基本原理微波加热的基本原理+ H2O偶极距偶极距图图水分子的极性水分子的极性图图微波加热机理示意图微波加热机理示意图以水为例，说明微波感应加热的原理。如图以水为例，说明微波感应加热的原理。如图9.1表示，表示，n 图图9.1 微波加热的原理微波加热的原理常用微波炉的频率常用微波炉的频率2450MHz，就相当于使水分子在一秒内，就相当于使水分子在一秒内要发生要发生180度来回转动度来回转动24.5亿次，这样就会引起水分子之间强烈亿次，这样就会引起水分子之间强烈地摩擦，使分子热运动加剧，这就是微波加热的原理。地摩擦，使分子热运动加剧，这就是微波加热的原理。1.1.加热速度快加热速
8、度快 一般只需常规方法的一般只需常规方法的1/101/100的时间就可完成加热过程。的时间就可完成加热过程。2.2.加热均匀性好加热均匀性好微波加热是内部均匀加热，不需热传导。微波加热是内部均匀加热，不需热传导。3.3.加热易于瞬时控制加热易于瞬时控制微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有利于配制自动化流水线。利于配制自动化流水线。9.1.2微波加热的特点微波加热的特点4.4.选择性吸收选择性吸收某些成分非常容易吸收微波，另一些成分则不易吸收某些成分非常容易吸收微波，另一些成分则不易吸收微波，这种微波加热的选择性有利于提高产品的
9、质量。微波，这种微波加热的选择性有利于提高产品的质量。5.5.加热效率高加热效率高 加热作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所加热作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所以热效率高，可高达以热效率高，可高达80。1.1.微波频率微波频率 频率越高，加热速度越快，但并非频率越高，对频率越高，加热速度越快，但并非频率越高，对加热操作越有利，在进行微波加热时，还应考虑微波加热操作越有利，在进行微波加热时，还应考虑微波的穿透深度。频率越高，波长就越短，其穿透深度也的穿透深度。频率越高，波长就越短，其穿透深度也就越小。就越小。2.2.电场强度电场强度 电场强度是与微波加热器功率相联系的指标。功电场
10、强度是与微波加热器功率相联系的指标。功率越大，电场强度越大，其加热速度快。在食品加工率越大，电场强度越大，其加热速度快。在食品加工中，加热速度不一定越快越好，加热操作应根据加工中，加热速度不一定越快越好，加热操作应根据加工要求来进行。因此，在微波加热器的设计中，都有功要求来进行。因此，在微波加热器的设计中，都有功率调节旋钮，以满足不同的加工要求。率调节旋钮，以满足不同的加工要求。三、影响微波加热的主要因素三、影响微波加热的主要因素n3.3.物料的介电性质物料的介电性质 n 在一般情况下，加工物料的含水量愈大，其介质损在一般情况下，加工物料的含水量愈大，其介质损耗也愈大。某些物料在温度上升时，其
11、介质损耗系数降耗也愈大。某些物料在温度上升时，其介质损耗系数降低，这时就出现了所谓的自动平衡。微波加热的这种自低，这时就出现了所谓的自动平衡。微波加热的这种自动平衡作用使得物料的加热更均匀，避免出现局部过热动平衡作用使得物料的加热更均匀，避免出现局部过热的缺陷。但是，有些物料在加热时，温度上升，其介质的缺陷。但是，有些物料在加热时，温度上升，其介质损耗系数也升高，这时就出现恶性循环。损耗系数也升高，这时就出现恶性循环。n 冰的介电常数为冰的介电常数为3.2。介质损耗系数为。介质损耗系数为0.001，而水的介，而水的介电常数为电常数为80，介质损耗系数为，介质损耗系数为0.2左右左右(在在245
12、0MHz下下)。所以在加热冰冻食品时，如果不把融化的水随时排走，所以在加热冰冻食品时，如果不把融化的水随时排走，则由于水的介电常数和介质损耗系数都比冰大得多，最则由于水的介电常数和介质损耗系数都比冰大得多，最后有可能能量主要为水所吸收，而冰得不到加热。后有可能能量主要为水所吸收，而冰得不到加热。在食在食品解冻时应注意这个问题。品解冻时应注意这个问题。n图图9.2是水和冰的介质损耗系数与温度的关系。是水和冰的介质损耗系数与温度的关系。电介质电介质介电常数介电常数()导电率导电率(tan)损耗因数损耗因数(tan)水水(3000MHz)770.1511.55冰冰(-12，3000MHz)3.20.
13、000950.00304含水食品含水食品0.535生豚肉生豚肉(-15，2450MHz)6.81.28.16生牛肉生牛肉(-15，2450MHz)5.00.150.75马铃薯马铃薯(2450MHz)4.50.20.9碗豆碗豆(2450MHz)2.50.20.5菠菜菠菜(2450MHz)13.00.56.5小麦粉小麦粉(含水率含水率8%，4MHz)2.60.030.078木材木材(硬干材硬干材)30.030.09木材木材(软干材软干材)50.0650.325生橡胶生橡胶2.32.50.0120.02760.03塑料塑料0.0050.1聚乙烯聚乙烯2.30.00050.00115聚氯乙烯聚氯乙烯3
14、50.0250.050.0750.25聚苯乙烯聚苯乙烯2.63.00.00020.00040.000520.0012陶瓷器、纸陶瓷器、纸0.10.2玻璃玻璃0.05表表1一些电介质的损耗因数一些电介质的损耗因数n4.4.物料的密度物料的密度 n 物料的密度大，其升温速度慢。物料的密度物料的密度大，其升温速度慢。物料的密度不仅由于影响单位体积热容量而直接影响微波不仅由于影响单位体积热容量而直接影响微波对物体的加热，而且还影响物料的介电性质，对物体的加热，而且还影响物料的介电性质，从而间接影响微波的热效应。从而间接影响微波的热效应。5.5.物料的比热容物料的比热容n 比热容小的物质温度升高的速度快
15、。食品往往是多种比热容小的物质温度升高的速度快。食品往往是多种原材料配制而成的多组分混合体系，不同成分具有不原材料配制而成的多组分混合体系，不同成分具有不同的比热容，从而会有不同的温升速度，不同的组分同的比热容，从而会有不同的温升速度，不同的组分又呈现不同的介电特性，故有不同的吸收微波功率的又呈现不同的介电特性，故有不同的吸收微波功率的能力。因此，在多组分食品的微波加热中，应该很好能力。因此，在多组分食品的微波加热中，应该很好地对比热容加以控制，以便使各组分的加热速度达到地对比热容加以控制，以便使各组分的加热速度达到基本同步的要求。基本同步的要求。 n 上述讨论的这些因素有些相互关联，有些还受
16、别的上述讨论的这些因素有些相互关联，有些还受别的因素影响。例如物料的介电特性和比热容，不仅受温因素影响。例如物料的介电特性和比热容，不仅受温度的影响，而且也与食品中的盐浓度有关，盐含量增度的影响，而且也与食品中的盐浓度有关，盐含量增加，加热速度加快，但穿透深度减小。影响微波加热加，加热速度加快，但穿透深度减小。影响微波加热的因素非常复杂，实际工作中应慎重考虑选择和掌握的因素非常复杂，实际工作中应慎重考虑选择和掌握各项控制条件。各项控制条件。9.29.2 食品的微波杀菌技术食品的微波杀菌技术 n9.2.1微波杀菌的机理微波杀菌的机理n 食品微波杀菌的机理包括食品微波杀菌的机理包括热效应热效应和和
17、非热效应非热效应。n1.1.热效应热效应n 微波作用于食品，食品吸收微波能，温度升高。食品中微波作用于食品，食品吸收微波能，温度升高。食品中污染的微生物细胞在微波场的作用下，产生热效应，温度污染的微生物细胞在微波场的作用下，产生热效应，温度升高。温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而失升高。温度的快速升高使其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。去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。n2.2.非热效应非热效应n 细胞膜离子通道改变；细胞膜离子通道改变；n 蛋白质变性；蛋白质变性；n 改变生理生化反应的活化能；改变生理生化反应的活化能；n 诱发各
18、种离子基团，使微生物的生理活性物质发生改变；诱发各种离子基团，使微生物的生理活性物质发生改变；n 导致导致DNA和和RNA结构中氢键的松弛、断裂和重新组合，结构中氢键的松弛、断裂和重新组合，n 诱发一些基因突变，中断细胞的正常生理功能。诱发一些基因突变，中断细胞的正常生理功能。9.2.2 微波杀菌特点微波杀菌特点n（1）时间短，速度快。）时间短，速度快。n 常规热力杀菌是通过热传导、对流或辐射等常规热力杀菌是通过热传导、对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部，往往需较长方式将热量从食品表面传至内部，往往需较长时间内部才能达到杀菌温度。时间内部才能达到杀菌温度。 微波则利用其透微波则利用其透射
19、作用，以热效应和非热效应共作用，使食品射作用，以热效应和非热效应共作用，使食品内外均匀，迅速升温杀灭细菌。处理时间大大内外均匀，迅速升温杀灭细菌。处理时间大大缩短，在强功率密度强度下，甚至只要几秒至缩短，在强功率密度强度下，甚至只要几秒至数十秒即达到满意效果。数十秒即达到满意效果。 （2 2）杀菌温度低，可保持食品风味和营养）杀菌温度低，可保持食品风味和营养n 微波热效应的快速升温和非热效应的生化作用，微波热效应的快速升温和非热效应的生化作用，增强了杀菌功能。增强了杀菌功能。 相比常规热力杀菌在较低温相比常规热力杀菌在较低温度、较短的时间内就能获得灭虫杀菌效果，一度、较短的时间内就能获得灭虫杀
20、菌效果，一般杀菌温度在般杀菌温度在75-80，处理时间，处理时间3-5min。 微微波特有的加工方式能保留更多的有效成分，保波特有的加工方式能保留更多的有效成分，保持原有的色、香、味、形等特征。持原有的色、香、味、形等特征。 如采用常规如采用常规热力处理蔬菜保留的维生素热力处理蔬菜保留的维生素C 在在46-50%,微波微波处理能达到处理能达到60-90%;常规加热猪肝维生素常规加热猪肝维生素A保持保持在在58%,而微波加热则达而微波加热则达84%。（3 3）加热均匀，杀菌彻底）加热均匀，杀菌彻底n常规热力杀菌是从物料表面开始，通过热传导，常规热力杀菌是从物料表面开始，通过热传导，由表及常规热力
21、杀菌是从物料表面开始由表及常规热力杀菌是从物料表面开始!通过通过热传导，由表及里渐次加热，内外存在温差梯热传导，由表及里渐次加热，内外存在温差梯度，造成内外杀菌效果不一致，愈厚问题就愈度，造成内外杀菌效果不一致，愈厚问题就愈突出，为保持食品风味并缩短处理时间，就得突出，为保持食品风味并缩短处理时间，就得提高处理温度换取处理时间的缩短，然而这将提高处理温度换取处理时间的缩短，然而这将使食品表面的色、香、味、形等品质下降；而使食品表面的色、香、味、形等品质下降；而微波的穿透性，使表面与内部同时受热，保证微波的穿透性，使表面与内部同时受热，保证内外均匀杀菌。内外均匀杀菌。微波干燥杀菌一体机微波干燥杀
22、菌一体机9.2.3微波杀菌技术的应用微波杀菌技术的应用 人们对微波应用于肉、肉制品、禽制品、水产品、水人们对微波应用于肉、肉制品、禽制品、水产品、水果和蔬菜、罐头、奶、奶制品、农作物、布丁和面包等一果和蔬菜、罐头、奶、奶制品、农作物、布丁和面包等一系列产品的杀菌、灭酶和消毒进行了大量的研究。微波杀系列产品的杀菌、灭酶和消毒进行了大量的研究。微波杀菌比常规的杀菌方法更能保留更多活性物质，即能保证产菌比常规的杀菌方法更能保留更多活性物质，即能保证产品中具生理活性的营养成分是其一大特点。因此，它应用品中具生理活性的营养成分是其一大特点。因此，它应用于人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻以及其他中药、中成于
23、人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻以及其他中药、中成药的干燥和杀菌是非常适宜的。药的干燥和杀菌是非常适宜的。 9 9. .3 3 食品的微波干燥技术食品的微波干燥技术 9.3.1微波干燥的特点微波干燥的特点干燥速度快，时间短。干燥速度快，时间短。物料干燥过程中的干燥层首先物料干燥过程中的干燥层首先在物料内层形成，然后由里层在物料内层形成，然后由里层向外扩展；向外扩展；在低含水量（小于在低含水量（小于5）物料干燥过程中，微波）物料干燥过程中，微波干燥效率远高于常规干燥法；干燥效率远高于常规干燥法；热热介介质质温温度度中心温度中心温度干燥层干燥层绝热层绝热层室温室温（a）（b） 常规和微波干燥层形成示
24、意图常规和微波干燥层形成示意图（a）常规干燥）常规干燥 （b）微波干燥）微波干燥n产品质量好产品质量好。na.干燥时表面温度不很高，对表面无损害。干燥时表面温度不很高，对表面无损害。nb.不对大量空气加热，因此表面氧化少，这样不对大量空气加热，因此表面氧化少，这样产品的色泽有较大的改善。产品的色泽有较大的改善。nc.采用微波干燥，其产品的含菌率比传统干燥采用微波干燥，其产品的含菌率比传统干燥方法小许多，因为微波具有杀菌作用。方法小许多，因为微波具有杀菌作用。nd.同时产品的表面容易形成多孔性结构，因此同时产品的表面容易形成多孔性结构，因此产品的复水性较好。产品的复水性较好。n加热变化快加热变化
25、快反应灵敏便于控制反应灵敏便于控制n用常规加热法不论是电热、蒸汽、热空气等，要达到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，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。通过调整微波输出热时，开机几分钟即可正常运行。通过调整微波输出功率，物料的加热情况可以瞬间立即改变，热惯性很功率，物料的加热情况可以瞬间立即改变，热惯性很小，从而实现自动化控制，节省人力。小，从而实现自动化控制，节省人力。n加热均匀加热均匀n常规加热是食品表
26、面先热，然后通过热传导把热量传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的各个部位到内部，而微波加热是使食品表面和内部的各个部位同时受热，因此加热均匀，可以避免传统方法由外向同时受热，因此加热均匀，可以避免传统方法由外向内形成的温度梯度导致的物料表面硬化或不均匀现象，内形成的温度梯度导致的物料表面硬化或不均匀现象，提高了产品的质量。提高了产品的质量。n加热过程具有自动平衡能力加热过程具有自动平衡能力n当频率和电场强度一定时，物料在干燥过程中当频率和电场强度一定时，物料在干燥过程中对微波功率的吸收主要决定于物料的介质损耗。对微波功率的吸收主要决定于物料的介
27、质损耗。不同物料的介质损耗不同，如水的介质损耗比不同物料的介质损耗不同，如水的介质损耗比干物质的大，故吸收能量多，水分蒸发快。因干物质的大，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，就避免的此微波不会集中在已干的物质部分，就避免的物质的过热现象，具有自动平衡能力，从而保物质的过热现象，具有自动平衡能力，从而保证了物质原有的各种特性。证了物质原有的各种特性。n热效率高、设备占地面积小热效率高、设备占地面积小 n因为微波加热干燥是内部加热法，所以加热设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，故热损备本身基本上可以说是不辐射热量的，故热损失较小，热
28、效率较高，约可达到失较小，热效率较高，约可达到80 %左右，与左右，与常规方法相比，可节电常规方法相比，可节电3 0 %50 %。同时微。同时微波加热设备体积也比较小，与普通加热干燥方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。同样的厂房面积，法相比，所需厂房面积小。同样的厂房面积，微波干燥器的生产能力是传统干燥器的微波干燥器的生产能力是传统干燥器的34倍。倍。n微波干燥节能微波干燥节能n采用微波干燥可节能采用微波干燥可节能2025。微波加热的能量利。微波加热的能量利用率高，得益于微波能被物料吸收，而且是透入物料用率高，得益于微波能被物料吸收，而且是透入物料被吸收的特点。此
29、特性使物料加热时出现两种结果：被吸收的特点。此特性使物料加热时出现两种结果：n形成物料整体受热，等于增加了物料受热面积，而形成物料整体受热，等于增加了物料受热面积，而不是局限在物料表面界面；不是局限在物料表面界面；n微波加热由于物料对微波能量是全吸收的，微波频微波加热由于物料对微波能量是全吸收的，微波频谱中的哪个波频都不受限制；也不受物料热传导特性谱中的哪个波频都不受限制；也不受物料热传导特性的限制；也没有里层物料受热滞后的问题。的限制；也没有里层物料受热滞后的问题。n因此，微波加热方式是一种能量利用率高，物料温升因此，微波加热方式是一种能量利用率高，物料温升迅速的节能加热方式。迅速的节能加热
30、方式。 改善劳动条件改善劳动条件 微波设备无余热、无污染、不辐射热量，所以大大改微波设备无余热、无污染、不辐射热量，所以大大改善了劳动条件。善了劳动条件。n微波干燥具有很多的优点，但也存在一些缺点，如微波干燥具有很多的优点，但也存在一些缺点，如投投资大，耗电量大资大，耗电量大等。从经济上考虑，对于含水量高的等。从经济上考虑，对于含水量高的物料，单纯采用微波干燥其经济效益不一定好。实际物料，单纯采用微波干燥其经济效益不一定好。实际上，微波加热干操经常与其它干燥方法如热空气干燥，上，微波加热干操经常与其它干燥方法如热空气干燥，油炸，甚至近红外干燥技术结合起来使用，而且微波油炸，甚至近红外干燥技术结
31、合起来使用，而且微波干燥往往用于后续干燥工段。干燥往往用于后续干燥工段。9.3.2微波真空干燥微波真空干燥 所谓微波真空干燥是以微波加热为加热方式的真空干所谓微波真空干燥是以微波加热为加热方式的真空干燥。采用微波真空干燥可以降低干燥温度和显著缩短干燥燥。采用微波真空干燥可以降低干燥温度和显著缩短干燥时间，可以进一步提高产品品质。时间，可以进一步提高产品品质。 目前在蔬菜、谷物类、种子、果汁的干燥中用得较多。目前在蔬菜、谷物类、种子、果汁的干燥中用得较多。新鲜蔬菜新鲜蔬菜去净洗净去净洗净煮煮白白离心脱水离心脱水微波真空干燥微波真空干燥二次热风干燥二次热风干燥粉碎分级粉碎分级计量包装计量包装产品产
32、品蔬菜粉末制作的工艺流程蔬菜粉末制作的工艺流程另：还有土豆片、香蕉片的微波干制工艺。另：还有土豆片、香蕉片的微波干制工艺。v不同的果蔬原料微波干制的效果表现出很大的不同的果蔬原料微波干制的效果表现出很大的差异。有的可以顺利得到蓬松酥脆的干制品，并保差异。有的可以顺利得到蓬松酥脆的干制品，并保持较好的形状，如马铃薯、洋葱；有的则不能，多持较好的形状，如马铃薯、洋葱；有的则不能，多在脱水过程中出现严重的皱缩变形，如西红柿、杏、在脱水过程中出现严重的皱缩变形，如西红柿、杏、园桃。这与不同果蔬材料的含水量有一定关系，呈园桃。这与不同果蔬材料的含水量有一定关系，呈负相关倾向。含水量高的多汁果蔬内固形物含
33、量相负相关倾向。含水量高的多汁果蔬内固形物含量相对较低，因此，维持其形状的刚性效果就较差。对较低，因此，维持其形状的刚性效果就较差。原料名称原料名称切分方式切分方式含水量含水量（g/100gg/100g）微波干燥结果微波干燥结果900W900W持续持续900W720W900W720W转换转换苹果苹果片片1/21/286.586.5后期焦化后期焦化中心熟化、易焦中心熟化、易焦可得果干，皱缩可得果干，皱缩中心熟化、严重皱缩中心熟化、严重皱缩蟠桃蟠桃片片1/21/287.087.0后期焦化后期焦化中心熟化、易焦中心熟化、易焦可得果干，皱缩可得果干，皱缩中心熟化、严重皱缩中心熟化、严重皱缩圆桃圆桃片片
34、1/21/288.5后期内焦后期内焦中心粥状熟化中心粥状熟化可得果干，皱缩失形可得果干，皱缩失形无法干燥无法干燥杏杏片片1/21/287.0熟化失形熟化失形瞬间粥化，无法干燥瞬间粥化，无法干燥可得果干，严重皱缩可得果干，严重皱缩无法干燥无法干燥西红柿西红柿片片1/21/294.0粥化、无法干燥粥化、无法干燥粥化、无法干燥粥化、无法干燥无法干燥无法干燥无法干燥无法干燥洋葱洋葱片85.4易焦易焦酥脆片酥脆片马铃薯马铃薯片片81.7易焦易焦酥脆片酥脆片表表9.29.2不同种类原料的微波干燥效果不同种类原料的微波干燥效果v已采用微波真空干燥的果汁有：橙汁、柠檬已采用微波真空干燥的果汁有：橙汁、柠檬汁、
35、草莓汁、木莓汁等，还有茶汁和香草提汁、草莓汁、木莓汁等，还有茶汁和香草提取液。取液。v对于果汁中的挥发性风味物质的保存情况，对于果汁中的挥发性风味物质的保存情况，微波真空干燥的结果均好于冷冻干燥和喷雾微波真空干燥的结果均好于冷冻干燥和喷雾干燥，因为冷冻干燥的时间长，喷雾干燥的干燥，因为冷冻干燥的时间长，喷雾干燥的温度高。温度高。v国外某公司采用国外某公司采用“立式微波真空干燥器以干立式微波真空干燥器以干燥种子和谷物，其功率为燥种子和谷物，其功率为50kw，频率选用，频率选用915MNz，操作压力为，操作压力为3.46.6kPM。这种干。这种干燥器也可用于干燥其它农作物如豆类、薯类燥器也可用于干
36、燥其它农作物如豆类、薯类等。等。n 微波真空干燥用于谷物和种子的干燥是因为微微波真空干燥用于谷物和种子的干燥是因为微波干燥具有以下的特点：波干燥具有以下的特点：n速度快。很多作物的种子用微波真空干燥，速度快。很多作物的种子用微波真空干燥，由于速度快而不会对其颗粒有损害。由于速度快而不会对其颗粒有损害。n无噪音及无污染。无噪音及无污染。n效率高。系统的效率比普通系统高效率高。系统的效率比普通系统高48。n质量高。由于温度低，对作物种子颗粒没有质量高。由于温度低，对作物种子颗粒没有损害，种子的发芽率可以提高。损害，种子的发芽率可以提高。n操作简单、安全。没有粉尘爆炸的危险。操作简单、安全。没有粉尘
37、爆炸的危险。n适应性强。不同的谷物和种子可以用同一台适应性强。不同的谷物和种子可以用同一台设备干燥。设备干燥。9.3.3、微波冷冻干燥、微波冷冻干燥 水分升华热源有微波提供。内部加热，效率更高。水分升华热源有微波提供。内部加热，效率更高。冷冻干燥与微波冷冻干燥物料内温度分布冷冻干燥与微波冷冻干燥物料内温度分布a) 普通加热冷冻干燥普通加热冷冻干燥 b) 微波冷冻干燥微波冷冻干燥9.4食品微波焙烤与烘烤v微波焙烤与微波干燥的原理相近，其主要差别在于微波焙烤与微波干燥的原理相近，其主要差别在于加热的程度不同。加热的程度不同。v微波焙烤的微波焙烤的优点优点主要体现在：主要体现在：v(1)微波焙烤的产
38、品其营养价值较传统方法焙烤的高，微波焙烤的产品其营养价值较传统方法焙烤的高，时间较短，因此营养成分的损失较小。时间较短，因此营养成分的损失较小。v(2)由于其焙烤过程是内外同时加热，因此焙烤时间由于其焙烤过程是内外同时加热，因此焙烤时间可以减少至几分钟。可以减少至几分钟。v(3)由于焙烤一开始就内部加热，物料内部的水分迅由于焙烤一开始就内部加热，物料内部的水分迅速汽化并向外迁移，形成无数条微小的孔道，使得速汽化并向外迁移，形成无数条微小的孔道，使得产品的结构蓬松。产品的结构蓬松。v(4)设备占地面积小。设备占地面积小。v缺点：缺点：v(1)但由于焙烤时其表面的温度太低，不足以产生足但由于焙烤时
39、其表面的温度太低，不足以产生足够的美拉德反应，因此产品的表面缺少人们所喜爱够的美拉德反应，因此产品的表面缺少人们所喜爱的金黄色。因此，微波焙烤往往与传统焙烤方法结的金黄色。因此，微波焙烤往往与传统焙烤方法结合起来使用，两种加热方式同时进行或依次进行，合起来使用，两种加热方式同时进行或依次进行，或微波焙烤与红外加热一起使用。一般的做法是微或微波焙烤与红外加热一起使用。一般的做法是微波焙烤后，再用传统方法在波焙烤后，再用传统方法在200300下焙烤下焙烤45min，或再用红外加热上色。，或再用红外加热上色。v(2)对食物加热时间的准确度要求高，加热时间稍微对食物加热时间的准确度要求高，加热时间稍微
40、延长就会产生过度加热的后果。延长就会产生过度加热的后果。9.5微波膨化v定义：微波膨化就是利用微波的内部加热特性，使物料内部迅速受热、温度急剧上升、产生大量蒸汽，内部大量蒸汽往外冲出，形成无数的微小孔道，使物料组织膨胀、疏松。这就是微波膨化加工。v影响物料膨化效果的因素：v(1)物料组成 组织疏松，纤维含量高者不易膨化，而高蛋白、高淀粉、高胶原或高果胶的物料由于加热后这些化学组分“熟化”，有较好的成膜性，可以包裹气体，有利于发泡膨化。v(2)水分含量 高水分物料，水分在干燥初期因水分的大量蒸发，使制品表面温度下降，膨化效果不好。当水分低于20%时，由于物料的粘稠性增加，致使物料内部空隙中水分和
41、空气难泻出而处于高度积聚待发状态，能产生好的膨化效果。v应用：微波用于膨化的成功例子很多、如：美国的爆玉米花，现在可以不用传统的压力膨化工艺进行生产，而采用微波加热膨化的生产工艺进行生产。v微波加热再辅以降低体系压强的方法，可有效提高膨化效果。一般，首先用通常的方法进行加热干燥处理使物料水分质量分数达到15%-20%，然后再用微波加热，同时快速降低系统的压强，使物料内包裹的气体急速膨胀，由此而形成制品体积较大。9.6食品微波解冻v9.6.1、食品微波解冻过程及其特点v 传统的解冻作业有以下几个缺点：时间长；占地面积大；失水率较高；表面易氧化；易变色；消耗大量清洁水。v 由于微波加热的特性，使得
42、微波加热解冻，可以全部或部分地克服上述缺点。v微波加热解冻的过程如下：v细胞间的水分由于其吸收微波能快(介电常数大)，首先升温并熔化，然后使细胞内冻结点低的冰晶熔化。由于细胞内的溶液浓度比细胞外的溶液浓度高，细胞内外存在着渗透压差，水分便向细胞内扩散和渗透，这样既提高了解冻速度又降低了失水率。此法解冻过程与一般的解冻过程正好相反，即细胞内冻结点较低的冰晶首先熔化。另外，微波解冻作用是内外一起进行的，因此速度要比传统的由外向内进行的解冻过程快得多。v自然解冻是失水率最小的方法(失水率小，产品质量好)：表9.3是国内发表的有关微波解冻与自然解冻的比较数据。微波解冻比自然解冻快得多，而失水率则基本上
43、处于同一水平。9.6.2食品微波解冻操作v微波加热解冻有如下几个操作要点。v 微波的频率越高，其加热速度越快，但其穿透深度越小。在解冻时，频率不宜选得太高，一般宜选用915MHz的频率，对于厚度较大的冷冻产品，有时甚至采用896MHz。 v 低频率(896MHz和9l5MHz)的微波其穿送深度可达20cm，而2450MHz的微波只有10cm。 v微波的穿透深度还与微波的穿透深度还与温度有关。图温度有关。图9.3是作是作用于含水量超过用于含水量超过50的的材料时，其穿透深度与材料时，其穿透深度与温度的关系。随温度的温度的关系。随温度的升高，由于其介电常数升高，由于其介电常数增加，其穿透深度下降增
44、加，其穿透深度下降。v不向的温度阶段，其升温所需的热量不不向的温度阶段，其升温所需的热量不同。将冻牛肉从同。将冻牛肉从-3升温至升温至-2所需的热量所需的热量是从是从-4升温至升温至-3的近的近2倍。但在温度升至倍。但在温度升至一一l附近时，升温所需的热量又很快下降。附近时，升温所需的热量又很快下降。因此，在因此，在-1附近升温应仔细操作，否则产附近升温应仔细操作，否则产品的质量会有所下降。品的质量会有所下降。v准备采用微波加热解冻的块状食品应按准备采用微波加热解冻的块状食品应按大小和形状分类贮存，形状和大小相同的食大小和形状分类贮存，形状和大小相同的食品应安排在同一批处理。品应安排在同一批处
45、理。9.7其他应用v9.7.1、微波灭酶v9.7.2、白酒的微波老熟v9.7.3、面包的微波醒发v9.7.4、糕点微波油炸v9.7.5、微波在粮食储藏中的应用v9.7.6、微波在油提取中的作用v9.7.7、微波在淀粉改性中的作用加工方式加工方式应用状况应用状况制制品品软化软化/解冻解冻实用阶段实用阶段冻鱼、冻肉、牛油、浆果、巧克力、蛋黄膏制品冻鱼、冻肉、牛油、浆果、巧克力、蛋黄膏制品烹烹调调实用阶段实用阶段鸡、烟熏肉、夹肉馅饼、土豆食品、米饭鸡、烟熏肉、夹肉馅饼、土豆食品、米饭干干燥燥实用阶段实用阶段面食、洋葱、米糕、海藻面食、洋葱、米糕、海藻试验阶段试验阶段快餐食品、鸡蛋黄、水果、蜂蜜快餐食
46、品、鸡蛋黄、水果、蜂蜜真空干燥真空干燥试验试验/实用实用柑桔汁、粮谷、种子、花生、热敏食品柑桔汁、粮谷、种子、花生、热敏食品冷冻干燥冷冻干燥试验阶段试验阶段肉、蔬菜、水果肉、蔬菜、水果焙焙烤烤试验阶段试验阶段面包、甜面包圈面包、甜面包圈烘烘烤烤试验试验/实用实用坚果、咖啡豆、可可豆坚果、咖啡豆、可可豆巴氏杀菌巴氏杀菌实用阶段实用阶段面包、酸奶、饮料、豆腐、馅饼面包、酸奶、饮料、豆腐、馅饼消消毒毒试验阶段试验阶段牛奶、预处理过的食品牛奶、预处理过的食品去壳去皮去壳去皮试验阶段试验阶段谷物、马铃薯、水果谷物、马铃薯、水果熬熬制制试验阶段试验阶段猪油、其它动物油脂猪油、其它动物油脂陈陈化化试验试验/
47、实用实用酒类酒类微波技术在食品加工上的应用微波技术在食品加工上的应用品品名名微波设备的微波设备的规规模模目的效果目的效果功率、频率功率、频率(1)批量生产批量生产(2)样样机机(1)干燥干燥(2)杀菌杀菌(3)杀杀虫虫乳儿糕乳儿糕5kW102450MHz(1)(1)(2)(3)营养松营养松5kW102450MHz(1)(1)(2)(3)甘露醇甘露醇10kW2450MHz(1)(1)(2)花粉花粉10kW2450MHz(1)(2)方糖方糖5kW102450MHz(1)烘干成形烘干成形方便熟食品方便熟食品10kW22450MHz(2)(2)方便快餐食品方便快餐食品5kW32450MHz(1)(2)
48、无壳瓜子无壳瓜子10kW2915MHz(1)焙烤焙烤脆饼脆饼10kW2450MHz(1)焙烤焙烤鱼片干鱼片干10kW2450MHz(1)(1)(2)豆皮制品豆皮制品10kW2450MHz(1)(1)(2)(3)白酒白酒20kW32450MHz(1)老熟醇化老熟醇化国内食品加工中微波的应用项目统计国内食品加工中微波的应用项目统计(一一)品品名名微波设备的微波设备的规规模模目的效果目的效果功率、频率功率、频率(1)批量生产批量生产(2)样样机机(1)干燥干燥(2)杀菌杀菌(3)杀杀虫虫中药材、中成药中药材、中成药20kW915MHz(1)(1)(2)(3)乳珍乳珍(1)低温灭菌，保持活性低温灭菌，
49、保持活性鹿茸鹿茸5kW915MHz(2)(1)(2)槟榔芋槟榔芋20kW3915MHz(1)(1)(2)魔芋魔芋5kW915MHz(2)(1)(2)米酒米酒(2)保鲜保鲜牛奶牛奶25kW915MHz(1)(2)油炸方便面油炸方便面(1)节油节油猪胴体猪胴体20kW5915MHz(1)解冻回温解冻回温咖啡豆咖啡豆10kW2450MHz(2)焙烤焙烤小包装榨菜小包装榨菜15kW2450MHz(2)(2)虾粉汤料虾粉汤料20kW915MHz(1)(1)(2)鸡粪饲料鸡粪饲料60kW915MHz(1)(1)(2)(3)国内食品加工中微波的应用项目统计国内食品加工中微波的应用项目统计(二二)9.8.1微
50、波对人体的影响微波对人体的影响 9 9. .8 8 微波应用中的有关问题微波应用中的有关问题高强度微波辐射，对人体器官造成的主要危害是：高强度微波辐射，对人体器官造成的主要危害是：中枢神经系统出现神经衰弱症；中枢神经系统出现神经衰弱症；器质性损伤；器质性损伤；人体组织极易吸收微波，引起局部温度升高。人体组织极易吸收微波，引起局部温度升高。微波微波对对生物体的主要效生物体的主要效应应频频率率/MHz波波长长/cm受影响的主要受影响的主要组织组织主要生物效主要生物效应应200透透过过人体，影响不大人体，影响不大150100020030体内器官体内器官体内体内组织过热组织过热，引起各器官，引起各器官
51、损伤损伤100030003010眼睛，睾丸眼睛，睾丸加加热显热显著著300010000103眼睛，表皮肤眼睛，表皮肤有皮肤加有皮肤加热热的感的感觉觉100003皮肤皮肤表皮反射，部分吸收微波而表皮反射，部分吸收微波而发热发热 功率密度是微波对人体伤害的关键指标。功率密度是微波对人体伤害的关键指标。人体一般暴露于人体一般暴露于100mW100mW cmcm-2-2以上功率密度时，才产生不可逆病理变化。微波的伤害与许多因素有关。以上功率密度时，才产生不可逆病理变化。微波的伤害与许多因素有关。比如高温、高湿度环境下，微波的伤害就要大些；辐射时间长，伤害作用比如高温、高湿度环境下，微波的伤害就要大些；
52、辐射时间长，伤害作用越显著；人体头部的辐照可以造成全身性生理反应，其中最敏感的部位是越显著；人体头部的辐照可以造成全身性生理反应，其中最敏感的部位是眼睛和睾丸；脉冲微波比连续微波的伤害大。眼睛和睾丸；脉冲微波比连续微波的伤害大。9.8.2、微波辐射的安全标准、微波辐射的安全标准 目前各国仍执行着不同的安全标准，多目前各国仍执行着不同的安全标准，多数国家认为采用微波频率高于数国家认为采用微波频率高于1000MHz1000MHz时，时，10mW10mW cmcm-2-2的功率密度不会有什么热伤害；的功率密度不会有什么热伤害；频率频率433.9MHz433.9MHz时，在所规定的功率密度上时，在所规
53、定的功率密度上长时间的暴露可能产生局部组织过热现象，长时间的暴露可能产生局部组织过热现象，其要求功率密度其要求功率密度1mW1mW cmcm-2-2。 美国美国FDAFDA对家用（小功率）微波炉的泄漏标准规定，在卖给顾客之前对家用（小功率）微波炉的泄漏标准规定，在卖给顾客之前功率密度不得超过功率密度不得超过1mW1mW cmcm-2-2，此后也不得超过，此后也不得超过5mW5mW cmcm-2-2。对工业用微波加。对工业用微波加工生产线，泄漏密度最大值工生产线，泄漏密度最大值100mW100mW cmcm-2-2。 日本对家用微波炉泄漏标准则以炉门开闭日本对家用微波炉泄漏标准则以炉门开闭101
54、0万次实验后，其泄漏微万次实验后，其泄漏微波功率密度低于波功率密度低于5mW5mW cmcm-2-2。 我国对微波辐射的暂行标准规定，微波设备出厂前，我国对微波辐射的暂行标准规定，微波设备出厂前，在设备外壳在设备外壳5cm5cm处泄漏能值不得超过处泄漏能值不得超过1mW1mW cmcm-2-2；此后也不得超过；此后也不得超过5mW5mW cmcm-2-2。工作人员工作人员短时间间断辐射或一天超过短时间间断辐射或一天超过8h8h时，一日总剂量不超过时，一日总剂量不超过300300 W W h h-1-1 cmcm-2-2。特殊情况下，需要大于特殊情况下，需要大于1mW1mW cmcm-2-2时，
55、必须使用防护用品，但日剂量不得时，必须使用防护用品，但日剂量不得超过超过300300 W W h h-1-1 cmcm-2-2。一般不允许在超过。一般不允许在超过5mW5mW cmcm-2-2的环境下工作。的环境下工作。本本 章章 结结 束束（二）微波技术在食品工业中的应用及发展（二）微波技术在食品工业中的应用及发展1 1、 食品的解冻和软化食品的解冻和软化 国外已有使用国外已有使用915915和和2450MHz2450MHz微波解冻设备进行食品的软微波解冻设备进行食品的软化、解冻。化、解冻。915MHz，120kW连续式微波软化连续式微波软化/解冻装置解冻装置 2450MHz，30kW连续式
56、微波软化连续式微波软化/解冻装置解冻装置 2450MHz，5080kW流动式切块禽肉微波处理设备流动式切块禽肉微波处理设备2、用于食品的烹调及预加工用于食品的烹调及预加工915MHz，60kW面食、面食、酱料微波处理设备酱料微波处理设备 中试用微波真空干燥机中试用微波真空干燥机 3 3、用于食品物料的干燥、用于食品物料的干燥( (包括真空、冷冻干燥包括真空、冷冻干燥) ) 微波加热可用于诸如通心粉、谷物、水果、海藻类食微波加热可用于诸如通心粉、谷物、水果、海藻类食品等干燥。品等干燥。中试用微波冷冻干燥机中试用微波冷冻干燥机 5.5 5.5 微波保鲜技术及其他应用微波保鲜技术及其他应用一、食品的微波保鲜技术一、食品的微波保鲜技术二、食品微波烹调二、食品微波烹调三、食品的微波膨化技术三、食品的微波膨化技术 四、食品微波焙烤四、食品微波焙烤
