食品加工與保藏 食品的微波處理

1、2022-6-61第七章 食品的微波處理2022-6-62主要內(nèi)容概述微波加熱的原理及特點(diǎn)微波加熱設(shè)備微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用2022-6-64微波u微波一般是指波長(zhǎng)在1 mm1 m范圍(相應(yīng)的頻率為300 MHz300 GHz)的電磁波。300 GHZ頻率（HZ）波長(zhǎng)（M）300 MHZ1 M1 mm工業(yè)微波爐 915 MHZ家用微波爐 2450 MHZ0.328 M0.122 M2022-6-65微波的特性u(píng)微波的能量與其頻率成正比，微波的波長(zhǎng)與其頻率成反比。Ehvcv2022-6-66微波的特性u(píng)微波具有電磁波的波動(dòng)性，如具有反射、透射、干涉和衍射等特性。u微波在自由空間以光速直線傳播

2、，受金屬反射，可透過空氣、玻璃、紙、塑料、陶瓷.u微波會(huì)被食品成分所吸收。2022-6-67微波的熱效應(yīng)u微波被物質(zhì)反射時(shí)，不產(chǎn)熱。u微波透過空氣、玻璃、紙、塑料、陶瓷時(shí)，也不產(chǎn)熱。u只有當(dāng)微波被介質(zhì)吸收時(shí)，介質(zhì)吸收了微波的能量，會(huì)發(fā)熱，這就是微波的熱效應(yīng)。2022-6-68微波加熱的原理和特點(diǎn)u微波加熱的原理u微波加熱的影響因素u微波加熱的特點(diǎn)2022-6-69微波加熱的原理u微波引起介質(zhì)產(chǎn)熱主要有兩種機(jī)制：離子極化和偶極子轉(zhuǎn)向。2022-6-610離子極化產(chǎn)熱2022-6-611離子極化產(chǎn)熱u由于食品離子大多是極化力弱，且變形性也弱(不易被極化)的離子；因此，食品的離子極化產(chǎn)熱相對(duì)而言比較

3、小。2022-6-612偶極子（極性分子）u有些物質(zhì)，其分子的正負(fù)電荷中心不重合，即物質(zhì)分子具有偶極矩，這種具有偶極矩的分子稱為偶極子（也稱為極性分子）。-+2022-6-613極性電介質(zhì)u由極性分子組成的介電物質(zhì)稱為極性介電物質(zhì)，又稱極性電介質(zhì)。2022-6-614偶極子的極化u在外加電場(chǎng)的作用下，偶極子的電子會(huì)進(jìn)一步定向遷移，偶極子極性進(jìn)一步增強(qiáng)，偶極矩進(jìn)一步增大，這一過程即為極化。u極化后的偶極子在外加電場(chǎng)的作用下，馬上會(huì)定向排列，形成有一定取向的規(guī)則排列的偶極子。2022-6-615偶極子的轉(zhuǎn)向2022-6-616偶極子的轉(zhuǎn)向u極化后定向排列的偶極子的取向會(huì)隨外加電場(chǎng)方向的改變而改變，

4、這一過程即為偶極子的轉(zhuǎn)向。u偶極子轉(zhuǎn)向頻率與外加電場(chǎng)的頻率一致。若外加電場(chǎng)迅速交替地改變方向，則偶極子的取向也隨之迅速轉(zhuǎn)換。2022-6-617微波加熱的機(jī)理偶極子轉(zhuǎn)向產(chǎn)熱u偶極子的轉(zhuǎn)向，實(shí)際上是分子中的電子在偶極子(即分子)的兩極來回迅速運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)當(dāng)然會(huì)受到原子核的阻礙，從而產(chǎn)生類似摩擦的作用，使分子獲得能量，并以熱的形式表現(xiàn)出來（即產(chǎn)熱）。2022-6-618微波加熱的影響因素u微波場(chǎng)對(duì)微波加熱的影響u介質(zhì)對(duì)微波能的吸收u微波在有耗介質(zhì)中的衰減2022-6-619微波場(chǎng)對(duì)微波加熱的影響u外加電場(chǎng)的變化頻率越高，電子在偶極子兩極間往返運(yùn)動(dòng)的頻次越快，因“摩擦”產(chǎn)生的熱量就越多。u外加電場(chǎng)

5、越強(qiáng)，電子在偶極子兩極間來回運(yùn)動(dòng)的幅度就越大，因“摩擦”產(chǎn)生的熱量也就越多。2022-6-620介質(zhì)對(duì)微波能的吸收u微波的能量在通過介質(zhì)時(shí)被吸收，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，介質(zhì)的微波吸收功率可根據(jù)下式計(jì)算：202tanrPfE 2022-6-621介質(zhì)對(duì)微波能的吸收u上式中r為介質(zhì)的介電常數(shù)；u0為真空的介電常數(shù)，等于8.8541012；utan為介質(zhì)損耗角正切。202tanrPfE 2022-6-622介電現(xiàn)象u分子定向排列后，介質(zhì)表現(xiàn)出一定的電性，而且從整體上看介質(zhì)對(duì)外加電場(chǎng)有一定的反作用，這種反作用會(huì)削弱外加電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為介電現(xiàn)象。2022-6-623介電常數(shù)u極性分子具有偶極矩或電矩，將這種分

6、子放在電場(chǎng)中具有不同電荷的兩極（A+,B-）之間時(shí)， A+及B-之間的吸引力將減弱，極性分子這種減弱兩不同電荷間吸引力的能力，為極性分子的介電常數(shù)。2022-6-624介電常數(shù)u介電現(xiàn)象使外加電場(chǎng)的一部分能量轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中，介質(zhì)的介電常數(shù)越大介質(zhì)中儲(chǔ)存的能量就越多。2022-6-625介電常數(shù)2022-6-626介電損耗u介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由于漏導(dǎo)、極化等各種因素造成電能損耗而轉(zhuǎn)換成熱能散失的現(xiàn)象，為介電損耗。u介電損耗的大小通常用介電損耗角正切tg來表示。2022-6-627物質(zhì)的介電性質(zhì)u不同介質(zhì)的介電常數(shù)r和介電損耗角正切tg一般不同(見表75)。u水和脂肪的r和tg值比一般介質(zhì)大；因此，

7、一般情況下，物料的水分（或脂肪）含量越高其介電損耗越大(見表76)。2022-6-628影響物質(zhì)介電性質(zhì)的因素u極性分子的介電常數(shù)比非極性分子大。如水和脂肪等的介電常數(shù)較大，而紙、玻璃、陶瓷等的介電常數(shù)較小。2022-6-629影響物質(zhì)介電性質(zhì)的因素u物料的介電性質(zhì)還受微波的頻率的影響。物料的介電常數(shù)受微波的頻率的影響不大，但物料的介電損耗隨微波頻率的升高有顯著的降低。2022-6-630食品溫度/頻率/MHzrtg牛肉25915245062612717豬肉25915245059582616土豆25915245065641914胡蘿卜259152450737220152022-6-631水、冰

8、的介電性質(zhì)及微波解凍時(shí)熱失控現(xiàn)象u冰的r為3.2，tg值為0.001；而水的r為80，tg值為0.2左右。因此，在微波解凍時(shí)，如果不及時(shí)把融化產(chǎn)生的水排走，微波能可能主要被解凍后產(chǎn)生的水所吸收，而冰得不到微波能；引起解凍不均勻及局部食品升溫的加熱效果，即為熱失控現(xiàn)象。2022-6-632溫度對(duì)介質(zhì)介電特性的影響及微波加熱的自動(dòng)平衡現(xiàn)象u有些物料在溫度上升時(shí)，其介電損耗反而降低，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)平衡的現(xiàn)象。u微波加熱的這種自動(dòng)平衡作用使物料加熱更均勻，可避免出現(xiàn)局部過熱。2022-6-633微波在有耗介質(zhì)中的衰減u那些具有較強(qiáng)吸收微波能并將其轉(zhuǎn)化為熱能的物質(zhì)，即為有耗介質(zhì)。u有耗介質(zhì)，如含水或脂

9、肪的食品，受微波照射后，將不同程度地吸收微波的能量并將其轉(zhuǎn)化為熱能，這樣微波的場(chǎng)強(qiáng)和功率將逐漸衰減。2022-6-634微波的穿透能力u微波在有耗介質(zhì)中的衰減狀態(tài)，決定微波對(duì)介質(zhì)的 穿透能力 。u微波對(duì)物料的穿透能力可以用微波在介質(zhì)中的 穿透深度 來衡量。2022-6-635穿透深度的表示方法一u物料中微波功率 P 為微波在物料表面時(shí)(即微波剛開始進(jìn)入物料時(shí))微波功率P0的1/e（即36.8%）的點(diǎn)離物料表面的距離，表示為 DE ；即 DE 為 PP0/e 的點(diǎn)離物料表面的距離。tanErD2022-6-636穿透深度的表示方法二u物料中微波功率P為微波在物料表面時(shí)（即微波剛開始進(jìn)入物料時(shí)）微

10、波功率P0的1/2的點(diǎn)離物料表面的距離，表示為D1/2。1/238.686tanrD2022-6-637穿透深度的影響因素u介質(zhì)的介電常數(shù)和介電損耗是影響微波穿透深度的主要因素。u微波對(duì)介質(zhì)的穿透深度還受微波的頻率（或波長(zhǎng)）的影響。u微波對(duì)介質(zhì)的穿透深度還與物料的溫度有關(guān)。2022-6-638微波加熱的穿透能力u由于一般物料的tan1ru所以微波的穿透深度與使用的波長(zhǎng)是同一數(shù)量級(jí)的。因此，與紅外及遠(yuǎn)紅外加熱相比，微波的穿透能力要大得多。（遠(yuǎn)紅外加熱常用的波長(zhǎng)僅為十幾納米）2022-6-639微波加熱的特點(diǎn)u微波加熱依靠穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可深入物料的內(nèi)部加熱，使物料表里幾乎同時(shí)升溫形成整體狀態(tài)加

11、熱，其加熱方式有別于傳導(dǎo)加熱。2022-6-640微波加熱的特點(diǎn)u加熱速度快。微波加熱不是依靠熱傳導(dǎo)，而是利用被加熱物體本身作為發(fā)熱體而進(jìn)行的內(nèi)部加熱，所以加熱速度特別快。一般只需要常規(guī)方法1/101/100的時(shí)間即可完成整個(gè)加熱過程。2022-6-641微波加熱的特點(diǎn)u加熱均勻性好。微波加熱時(shí)食品內(nèi)外同時(shí)加熱，避免了其他加熱方式容易導(dǎo)致的食品表面硬化及食品內(nèi)外受熱不均勻的現(xiàn)象；而且微波加熱往往具有自動(dòng)平衡的性能，容易達(dá)到均勻加熱的目的，從而避免食品局部受熱過度的情況發(fā)生。2022-6-642微波加熱的特點(diǎn)u容易控制。微波加熱速度快，可以立即加熱升溫；且微波加熱慣性小，可以瞬間停止整個(gè)食品各個(gè)

12、部位的加熱。2022-6-643微波加熱的特點(diǎn)u具有選擇性。不同食品成分對(duì)微波的吸收能力各不相同，因此可以利用微波對(duì)某些食品進(jìn)行選擇性加熱，以提高食品的品質(zhì)。2022-6-644微波加熱的特點(diǎn)u熱效率高。微波加熱設(shè)備雖然在電源及產(chǎn)生微波的磁控管上會(huì)消耗一部分能量，但由于微波加熱來自帶加熱物料本身，基本上不輻射或散失熱量，所以熱效率高，可達(dá)80左右。2022-6-645微波加熱設(shè)備的組成2022-6-646微波加熱器的分類u按被加熱物料與微波場(chǎng)的作用形式分為：駐波場(chǎng)諧振腔加熱器、行波場(chǎng)波導(dǎo)加熱器、輻射型加熱器和慢波型加熱器等幾大類。u按結(jié)構(gòu)分為：箱式、隧道式、平板式、曲波導(dǎo)式和直波導(dǎo)式。2022

13、-6-647箱式駐波場(chǎng)諧振腔微波加熱器2022-6-648箱式駐波場(chǎng)諧振腔微波加熱器u被加熱物料在諧振腔內(nèi)各個(gè)方面都受熱。適于各種形狀的物料。u微波損傷少，幾乎全部用于加熱。u諧振腔是密閉的，微波泄漏很少，使用安全。2022-6-649連續(xù)式多管并聯(lián)諧振腔微波加熱器2022-6-650連續(xù)式多管并聯(lián)諧振腔微波加熱器u這種加熱器功率容量大，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用比較普遍。u為防止微波泄漏，在爐體入口和出口處裝有吸收微波功率的水負(fù)載。2022-6-651波導(dǎo)型微波加熱器u所謂波導(dǎo)型加熱器是在波導(dǎo)的一端輸入微波，在另一端裝有吸收剩余能量的水負(fù)載，這樣使微波能在波導(dǎo)內(nèi)無反射地傳輸，構(gòu)成行波場(chǎng)，故這類加熱器又稱行波場(chǎng)加熱器。2022-6-652輻射型微波加熱器u這類設(shè)備是利用微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波通過一定的轉(zhuǎn)換裝置，再經(jīng)輻射器向外輻射的一種加熱器。2022-6-653喇叭式輻射型微波加熱器2022-6-654慢波型微波加熱器u這類加熱器是一種微波沿導(dǎo)體表面?zhèn)鬏數(shù)募訜崞?。由于微波傳送速度比空間傳送慢，又稱慢波加熱器。u這種加熱器的特點(diǎn)是能量集中在電路里很狹窄的區(qū)域傳送，電場(chǎng)相對(duì)集中，加熱效率較高。2022-6-655單脊梯形微波加熱器2022-6-656微波加熱器的選擇u待處理食品的體積和厚度。u