第五章_食品微波技術

1、 微波技術的發(fā)展歷史：微波技術的發(fā)展歷史： 微波技術的發(fā)現可追溯到二戰(zhàn)時期雷達的發(fā)明。而微微波技術的發(fā)現可追溯到二戰(zhàn)時期雷達的發(fā)明。而微波的加熱技術在食品工業(yè)中的應用則是波的加熱技術在食品工業(yè)中的應用則是19451945年美國雷聲公年美國雷聲公司工作人員泊西司工作人員泊西斯潘塞在雷達試驗時偶爾發(fā)現衣袋里的斯潘塞在雷達試驗時偶爾發(fā)現衣袋里的糖果因泄漏的微波而發(fā)熱融化了，經過進一步的實驗研究，糖果因泄漏的微波而發(fā)熱融化了，經過進一步的實驗研究，申請了世界上第一個微波應用于食品加熱的專利，從此微申請了世界上第一個微波應用于食品加熱的專利，從此微波技術開始在食品加工領域廣為應用。波技術開始在食品加工領

2、域廣為應用。 微波一般是指波長在微波一般是指波長在1mm1mmlmlm范圍范圍( (其相應的頻率為其相應的頻率為300300300000MHz)300000MHz)的電磁波。微波的傳統(tǒng)應用是將微波作為一種傳遞的電磁波。微波的傳統(tǒng)應用是將微波作為一種傳遞信息的媒介，應用于雷達、通訊、測量等方面。近年來，除了信息的媒介，應用于雷達、通訊、測量等方面。近年來，除了傳統(tǒng)的微波應用繼續(xù)發(fā)展外，微波作為一種能技術也迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的微波應用繼續(xù)發(fā)展外，微波作為一種能技術也迅速發(fā)展，將微波能廣泛用于對物體進行加熱和干燥等。將微波能廣泛用于對物體進行加熱和干燥等。 為了防止民用微波技術對軍用雷達和通訊廣播的干擾

3、，國為了防止民用微波技術對軍用雷達和通訊廣播的干擾，國際上規(guī)定供工農業(yè)、科學及醫(yī)學等民用的微波有際上規(guī)定供工農業(yè)、科學及醫(yī)學等民用的微波有4 4個波段，即個波段，即433.92MHz433.92MHz、915MHz915MHz、2375MHz2375MHz和和2450MHz2450MHz。目前。目前915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz 2 2個頻率已廣泛地為微波加熱所采用。個頻率已廣泛地為微波加熱所采用。 食品微波加工技術的原理主要是利用它的食品微波加工技術的原理主要是利用它的熱效應熱效應。食品。食品中的水分、蛋白質、脂肪、碳水化合物等都屬于電介質，微中的水分、蛋白質、脂肪

4、、碳水化合物等都屬于電介質，微波對它們的加熱稱作介電感應加熱。由于水分子的特殊結構，波對它們的加熱稱作介電感應加熱。由于水分子的特殊結構，在微波作用下，是引起食品材料發(fā)熱的主要成分。在微波作用下，是引起食品材料發(fā)熱的主要成分。（一）微波加熱的基本原理（一）微波加熱的基本原理+ H2O偶極距偶極距微波加熱的原理微波加熱的原理電 介 質微波微波 常用微波爐的頻率常用微波爐的頻率2450MHz，就相當于使水分子在一秒內要，就相當于使水分子在一秒內要發(fā)生發(fā)生180度來回轉動度來回轉動24.5億次，這樣就會引起水分子之間強烈地摩億次，這樣就會引起水分子之間強烈地摩擦，使分子熱運動加劇，這就是微波加熱的原

5、理。擦，使分子熱運動加劇，這就是微波加熱的原理。1.1.加熱速度快加熱速度快 一般只需常規(guī)方法的一般只需常規(guī)方法的1/101/100的時間就可完成加熱過程。的時間就可完成加熱過程。2.2.加熱均勻性好加熱均勻性好 微波加熱是內部均勻加熱，不需熱傳導。微波加熱是內部均勻加熱，不需熱傳導。3.3.加熱易于瞬時控制加熱易于瞬時控制 微波加熱的熱慣性小，可以立即發(fā)熱和升溫，易于控制，有微波加熱的熱慣性小，可以立即發(fā)熱和升溫，易于控制，有利于配制自動化流水線。利于配制自動化流水線。（二）微波加熱的特點（二）微波加熱的特點4.4.選擇性吸收選擇性吸收 某些成分非常容易吸收微波，另一些成分則不易吸收某些成分

6、非常容易吸收微波，另一些成分則不易吸收微波，這種微波加熱的選擇性有利于提高產品的質量。微波，這種微波加熱的選擇性有利于提高產品的質量。5.5.加熱效率高加熱效率高 加熱作用始自加工物料本身，基本上不輻射散熱，所加熱作用始自加工物料本身，基本上不輻射散熱，所以熱效率高，可高達以熱效率高，可高達80。 1.1.微波頻率微波頻率 頻率越高，加熱速度越快，但并非頻率越高，對加熱操作越有頻率越高，加熱速度越快，但并非頻率越高，對加熱操作越有利，在進行微波加熱時，還應考慮微波的穿透深度。頻率越高，波利，在進行微波加熱時，還應考慮微波的穿透深度。頻率越高，波長就越短，其穿透深度也就越小。長就越短，其穿透深度

7、也就越小。 2.2.電場強度電場強度 電場強度是與微波加熱器功率相聯系的指標。功率越大，電場電場強度是與微波加熱器功率相聯系的指標。功率越大，電場強度越大，其加熱速度快。在食品加工中，加熱速度不一定越快越強度越大，其加熱速度快。在食品加工中，加熱速度不一定越快越好，加熱操作應根據加工要求來進行。因此，在微波加熱器的設計好，加熱操作應根據加工要求來進行。因此，在微波加熱器的設計中，都有功率調節(jié)旋鈕，以滿足不同的加工要求。中，都有功率調節(jié)旋鈕，以滿足不同的加工要求。（三）影響微波加熱的主要因素（三）影響微波加熱的主要因素3.3.物料的介電性質物料的介電性質 在一般情況下，加工物料的含水量愈大，其介

8、質損耗也愈大。某些在一般情況下，加工物料的含水量愈大，其介質損耗也愈大。某些物料在溫度上升時，其介質損耗系數降低，這時就出現了所謂的自動平物料在溫度上升時，其介質損耗系數降低，這時就出現了所謂的自動平衡。微波加熱的這種自動平衡作用使得物料的加熱更均勻，避免出現局衡。微波加熱的這種自動平衡作用使得物料的加熱更均勻，避免出現局部過熱的缺陷。但是，有些物料在加熱時，溫度上升，其介質損耗系數部過熱的缺陷。但是，有些物料在加熱時，溫度上升，其介質損耗系數也升高，這時就出現惡性循環(huán)。也升高，這時就出現惡性循環(huán)。 4.4.物料的密度物料的密度 物料的密度大，其升溫速度慢。物料的密度不僅由于影響單位體積物料的

9、密度大，其升溫速度慢。物料的密度不僅由于影響單位體積熱容量而直接影響微波對物體的加熱，而且還影響物料的介電性質，從熱容量而直接影響微波對物體的加熱，而且還影響物料的介電性質，從而間接影響微波的熱效應。而間接影響微波的熱效應。5.5.物料的比熱容物料的比熱容 比熱容小的物質溫度升高的速度快。食品往往是多種原材料配制比熱容小的物質溫度升高的速度快。食品往往是多種原材料配制而成的多組分混合體系，不同成分具有不同的比熱容，從而會有不同的而成的多組分混合體系，不同成分具有不同的比熱容，從而會有不同的溫升速度，不同的組分又呈現不同的介電特性，故有不同的吸收微波功溫升速度，不同的組分又呈現不同的介電特性，故

10、有不同的吸收微波功率的能力。因此，在多組分食品的微波加熱中，應該很好地對比熱容加率的能力。因此，在多組分食品的微波加熱中，應該很好地對比熱容加以控制，以便使各組分的加熱速度達到基本同步的要求。以控制，以便使各組分的加熱速度達到基本同步的要求。 上述討論的這些因素有些相互關聯，有些還受別的因素影響。上述討論的這些因素有些相互關聯，有些還受別的因素影響。例如物料的介電特性和比熱容，不僅受溫度的影響，而且也與食例如物料的介電特性和比熱容，不僅受溫度的影響，而且也與食品中的鹽濃度有關，鹽含量增加，加熱速度加快，但穿透深度減品中的鹽濃度有關，鹽含量增加，加熱速度加快，但穿透深度減小。影響微波加熱的因素非

11、常復雜，實際工作中應慎重考慮選擇小。影響微波加熱的因素非常復雜，實際工作中應慎重考慮選擇和掌握各項控制條件。和掌握各項控制條件。 食品微波殺菌的機理包括食品微波殺菌的機理包括熱效應熱效應和和非熱效應非熱效應。1.1.熱效應熱效應 微波作用于食品，食品吸收微波能，溫度升高。食品中污微波作用于食品，食品吸收微波能，溫度升高。食品中污染的微生物細胞在微波場的作用下，產生熱效應，溫度升高。染的微生物細胞在微波場的作用下，產生熱效應，溫度升高。溫度的快速升高使其蛋白質結構發(fā)生變化，從而失去生物活性，溫度的快速升高使其蛋白質結構發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴重干擾而無法繁殖。使菌體死亡或受

12、到嚴重干擾而無法繁殖。（一）微波殺菌的機理（一）微波殺菌的機理2.2.非熱效應非熱效應 細胞膜離子通道改變；細胞膜離子通道改變； 蛋白質變性；蛋白質變性； 改變生理生化反應的活化能；改變生理生化反應的活化能； 誘發(fā)各種離子基團，使微生物的生理活性物質發(fā)生改變；誘發(fā)各種離子基團，使微生物的生理活性物質發(fā)生改變； 導致導致DNA和和RNA結構中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合，結構中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合， 誘發(fā)一些基因突變，中斷細胞的正常生理功能。誘發(fā)一些基因突變，中斷細胞的正常生理功能。與電場殺菌、磁場殺菌、輻照殺菌的機理比較？與電場殺菌、磁場殺菌、輻照殺菌的機理比較？微波干燥殺菌一體機微波干燥

13、殺菌一體機（二）微波殺菌技術的應用（二）微波殺菌技術的應用 人們對微波應用于肉、肉制品、禽制品、水產品、水果人們對微波應用于肉、肉制品、禽制品、水產品、水果和蔬菜、罐頭、奶、奶制品、農作物、布丁和面包等一系和蔬菜、罐頭、奶、奶制品、農作物、布丁和面包等一系列產品的殺菌、滅酶和消毒進行了大量的研究。微波殺菌列產品的殺菌、滅酶和消毒進行了大量的研究。微波殺菌比常規(guī)的殺菌方法更能保留更多活性物質，即能保證產品比常規(guī)的殺菌方法更能保留更多活性物質，即能保證產品中具生理活性的營養(yǎng)成分是其一大特點。因此，它應用于中具生理活性的營養(yǎng)成分是其一大特點。因此，它應用于人參、香菇、猴頭菌、花粉、天麻以及其他中藥、

14、中成藥人參、香菇、猴頭菌、花粉、天麻以及其他中藥、中成藥的干燥和殺菌是非常適宜的。的干燥和殺菌是非常適宜的。 （一）微波干燥的特點和機理（一）微波干燥的特點和機理特特 點：點：1.1.物料干燥過程中的干燥層首先在物物料干燥過程中的干燥層首先在物料內層形成，然后由里層向外擴展；料內層形成，然后由里層向外擴展；2.2.在低含水量（小于在低含水量（小于5 5）物料干燥過）物料干燥過程中，微波干燥效率遠高于常規(guī)干燥程中，微波干燥效率遠高于常規(guī)干燥法；法；3.3.微波干燥節(jié)能。微波干燥節(jié)能。 熱介質溫度熱介質溫度中心溫度中心溫度干燥層干燥層絕熱層絕熱層室溫室溫（a）（b） 常規(guī)和微波干燥層形成示意圖常規(guī)

15、和微波干燥層形成示意圖（a）常規(guī)干燥）常規(guī)干燥 （b）微波干燥）微波干燥 微波對物料進行加熱時，物料吸收微波的量遠大微波對物料進行加熱時，物料吸收微波的量遠大于微波加熱區(qū)設備部件于微波加熱區(qū)設備部件( (箱體箱體) )對微波的吸收，其能量對微波的吸收，其能量利用率遠大于其他加熱方法。能量利用率可到達利用率遠大于其他加熱方法。能量利用率可到達8080以上。以上。1. 物料整體受熱；物料整體受熱；2. 微波能的全吸收。微波能的全吸收。 （二）微波真空干燥（二）微波真空干燥 所謂微波真空干燥是以微波加熱為加熱方式的真空干燥。所謂微波真空干燥是以微波加熱為加熱方式的真空干燥。采用微波真空干燥可以降低干

16、燥溫度和顯著縮短干燥時間，采用微波真空干燥可以降低干燥溫度和顯著縮短干燥時間，可以進一步提高產品品質。可以進一步提高產品品質。 目前在蔬菜、谷物類、種子、果汁的干燥中用得較多。目前在蔬菜、谷物類、種子、果汁的干燥中用得較多。新鮮蔬菜新鮮蔬菜去凈洗凈去凈洗凈煮煮 白白離心脫水離心脫水微波真空干燥微波真空干燥二次熱風干燥二次熱風干燥粉碎分級粉碎分級計量包裝計量包裝產品產品蔬菜粉末制作的工藝流程蔬菜粉末制作的工藝流程另：還有土豆片、香蕉片的微波干制工藝。另：還有土豆片、香蕉片的微波干制工藝。（三）微波冷凍干燥（三）微波冷凍干燥 水分升華熱源有微波提供。內部加熱，效率更高。水分升華熱源有微波提供。內部

17、加熱，效率更高。冷凍干燥與微波冷凍干燥物料內溫度分布冷凍干燥與微波冷凍干燥物料內溫度分布a) 普通加熱冷凍干燥普通加熱冷凍干燥 b) 微波冷凍干燥微波冷凍干燥1 1、食品的微波保鮮技術、食品的微波保鮮技術2 2、食品微波烹調、食品微波烹調3 3、食品的微波膨化技術、食品的微波膨化技術 4 4、食品微波焙烤、食品微波焙烤 （一）微波對人體的影響（一）微波對人體的影響高強度微波輻射，對人體器官造成的主要危害是：高強度微波輻射，對人體器官造成的主要危害是：中樞神經系統(tǒng)出現神經衰弱癥；中樞神經系統(tǒng)出現神經衰弱癥；器質性損傷；器質性損傷；人體組織極易吸收微波，引起局部溫度升高。人體組織極易吸收微波，引起

18、局部溫度升高。微波對生物體的主要效應微波對生物體的主要效應頻率頻率/ MHz波長波長/cm受影響的主要組織受影響的主要組織主要生物效應主要生物效應200透過人體，影響不大透過人體，影響不大150100020030體內器官體內器官體內組織過熱，引起各器官損傷體內組織過熱，引起各器官損傷100030003010眼睛，睪丸眼睛，睪丸加熱顯著加熱顯著300010000103眼睛，表皮膚眼睛，表皮膚有皮膚加熱的感覺有皮膚加熱的感覺100003皮膚皮膚表皮反射，部分吸收微波而發(fā)熱表皮反射，部分吸收微波而發(fā)熱 功率密度是微波對人體傷害的關鍵指標。功率密度是微波對人體傷害的關鍵指標。人體一般暴露于人體一般暴露

19、于100mW100mW cmcm-2-2以上功率密度時，才產生不可逆病理變化。微波的傷害與許多因素有關。以上功率密度時，才產生不可逆病理變化。微波的傷害與許多因素有關。比如高溫、高濕度環(huán)境下，微波的傷害就要大些；輻射時間長，傷害作用比如高溫、高濕度環(huán)境下，微波的傷害就要大些；輻射時間長，傷害作用越顯著；人體頭部的輻照可以造成全身性生理反應，其中最敏感的部位是越顯著；人體頭部的輻照可以造成全身性生理反應，其中最敏感的部位是眼睛和睪丸；脈沖微波比連續(xù)微波的傷害大。眼睛和睪丸；脈沖微波比連續(xù)微波的傷害大。（二）微波輻射的安全標準（二）微波輻射的安全標準 目前各國仍執(zhí)行著不同的安全標準，多目前各國仍執(zhí)行著不同的安全標準，多數國家認為采用微波頻率高于數國家認為采用微波頻率高于1000MHz1000MHz時，時，10mWcm10mWcm-2-2的功率密度不會有什么熱傷害；的功率密度不會有什么熱傷害；頻率頻率433.9MHz433.9MHz時，在所規(guī)定的功率密度上時，在所規(guī)定的功率密度上長時間的暴露可能產生局部組織過熱現象，長時間的暴露可能產生局部組織過熱現象，其要求功