現(xiàn)代食品科學(xué)技術(shù)-2微波加工

ChapterAdvancesinMicrowaveProcessingofFood

一、Microwavesprocessing:basic二、Microwavesprocessing：casestudy(案例：三、Microwavefood:R&Dandpackaging微波一、Microwavesprocessing:basic三、Microwavefood微波食品開發(fā)及其包裝技

0publicationrecordcountof一、Microwavesprocessing:basiccharacteristics微波加工:基本特 oThe微波的基本特微波是一種具有性的電磁波波長在1mm~1m（頻率在微波具有直線、空間衰減特basiccharacteristics:(1)Transmission:Justassunlightshinesthroughawindow,microwavespassrightthroughsomematerials,suchasglass,paper,andplasticaretransarenttoandenerallunaffectedbMicrowavespossessthreebasic(2)Reflection:Microwavesarereflectedbymetalsurfaces,muchasaballwouldbounceoffawall.Themetalwallsofthecookingspaceactuallyformaresonator.Microwavespossessthreebasic(3)Absorption:Microwavespenetrateandareabsorbedbysomesubstances,primarilyfoodproductsFrictionProducestheHeatThatCookstheFood2450millioncyclesperHeatingwith偶極旋DipoleRealignmentofdipoleswiththeappliedelectromagneticfield離子極化IonicMigrationofionswhenanelectromagneticfieldisapplied1.2ABriefHistoryoftheMicrowaveOven西·斯潘塞博士（Dr.PercySpencer）在試驗中測試一個新的真空管（calledamagnetron）時偶然發(fā)現(xiàn)口袋里的糖果因的微波作用而發(fā)熱Heplacedsomepopcornkernelsnearthetube,thepopcornsputtered,crackedandpoppedalloverhislab.Putthemagnetrontubenearanegg.theeggbegantotremorandquake.theeggexplodedandsplatteredhotyokealloverhisface. themeltedcandybar,thepopcorn,andtheexplodingegg,wereallattributabletoexposuretolow-densitymicrowaveenergy.Dr.PercySpencer申請了第一個微波能應(yīng)用于的專利in1947,thefirstcommercialmicrowaveovenhitthemarket.calledita"Radarange," 51/2feet 750ounds$5000一、Microwavesprocessing:basic三、Microwavefood微波食品開發(fā)及其包裝技Microwavesprocessing：casestudy(案例：微波萃取、微波殺菌微波技術(shù)可廣泛應(yīng)用于食品各個行業(yè)如微波萃取食品殺菌MAE:微波萃Whymicrowave(iterative(iterativeMAE(microwaveassisted微波的熱效應(yīng)對樣品及其進(jìn)行加熱，將待測組分從樣品基體中提取出來的一種Figure28Schematicofthestepsinsolventextractionofsolidplantparticle(Aguilera,2003).ConventionalextractionHeatsolvent(water)extractionSoxhletextractionlongextractionlargesolventconsumption,lowefficiency,thermaldegradation ModernGreatattentionhasbeenpaidtodevelopmoreefficientextractionmethods:Accelerated(Pressurized)solventextraction(ASE)Supercriticalfluidextraction(SFE)Ultrasonicassistedextraction(UAE)Microwaveassistedextraction(MAE)MICROWAVEASSISTEDEXTRACTION微波萃In1975,firstusingmicrowaveforaciddigestionapplication1986年，Ganzler等首次了用微波進(jìn)行溶劑萃取。文中探索了從土壤、、微波加熱樣品及溶劑30秒后，將容器浸入如此重復(fù)5次，以得到最佳萃取率。In1986,firstreportonMAEforextraction 1991年，In1986,firstreportonMAEforextraction 殘留：MAE3.5minvs索氏萃取法6h。1994年，Lopez-Avila等從土壤中提取有機(jī)物， (1：1)為溶劑，在115oC下萃取15min，45種有機(jī)氯 中的38種、47種有機(jī) 中的34種，回收率在80%~120%，并證 氏萃取或超聲波萃取法提高至少7%。In1994,microwave-assistedprocess(MAPTM)asasamplepreparationtechniquefortheytical

1994年，Greenway等 自1997年至2003年，國外有關(guān)微波萃取 Inrecentyears,MAEisacontinuouslyexpandingareaofresearchrecordrecordcountof00publicationFigureGrowthinthenumberofpublishedpa extractionfrom1994to2014(basedonasearchinSCIdatabases).據(jù)不完全統(tǒng)計(1994-2003)年，國內(nèi)期有關(guān)微波萃取的文獻(xiàn)達(dá)100余篇。2090年代初期，第一篇是1994年等用微波法提取率，傳統(tǒng)浸泡時間是微波處理時間的22倍。BackgroundofThecharacteristicofpreviousworksofMostUsedforextractioncontaminantinenvironmentalysisfocusedoninvestigationoftheeffectoffewonthefundamentalkineticsandInrecentyears,interestisrisenfornaturalproductsextraction有關(guān)連續(xù)流動微波萃取的則很系統(tǒng)。用于第二類是的CEM公司和意大利tone司生的適用于溶、萃取和BackgroundofMAEOpen 國內(nèi)南方大恒公司和新科微波技術(shù)應(yīng)用研制的WK2000微波快速反應(yīng)系統(tǒng)和光纖自動控壓微波制樣系研究和開發(fā)，國內(nèi)研究正在對連續(xù)微是微波萃取的一般方法，樣品在密閉萃取罐中高壓進(jìn)行萃取。它的主要優(yōu)點是所需時間短，試劑消耗少。其一般步驟是先將樣品后，稱取一定量樣品，將樣品置于樣品杯內(nèi)襯罐中，放入一定量溶劑，再將此杯置于密閉罐中，而后將此罐密封，放入微波爐中，根據(jù)設(shè)定的壓力和時間，萃取一定時間后，取出，冷卻至室溫，開罐取出樣品杯，通過過濾和離心分離去溶，行后測。樣是了加表積，使樣品便于和溶劑接觸，在微波的作用下，加快被測物從基體中溶出進(jìn)入溶劑中。溶劑可采用極性、非極性等，極性溶劑可采用甲醇、水等。非極性溶劑常采用正己烷，但由于非極性溶劑不吸收微波能，所以為了加速萃取，常在非極性溶劑中加入一些極性溶劑，如在環(huán)己烷中加入。當(dāng)然，溶劑選用的最根本原則是可溶解被測物。9～12個萃取罐，使BackgroundofMAEClosedvessel:undercontrolledpressure(1-5atm.)andtemperature 種國外科研應(yīng)用的流動萃取裝置質(zhì)等，其具體應(yīng)用見表1.9BackgroundofMAEExtractingSolventMechanismI:Sampleimmersedinasinglesolventormixtureofsolventsthatstronglyabsorbmicrowaveenergy(e.g.ethanol,ethanol/water)MechanismII:Sampleextractedwithbothhighandlowdielectriclossesinvariousproportions(e.g.MechanismIII:Samplesthathaveahighdielectriclossextractedwithamicrowavetransparentsolvent劑及加熱它能夠萃取溶劑和物料使整個系統(tǒng)更加均勻地加微波萃取的機(jī)理可從兩方面考樣品擴(kuò)散到萃取溶劑界面的時間，從而使瞬時極化，并以24.5億次/秒的速度做極性變的相互摩擦、碰撞，促進(jìn)分(極性BackgroundofEffectofmicrowaveoncellFreshpeppermint leaf(untreated) Soxhletextraction(6hin MAE(at30sinhexane)Figure2.9SEMofuntreated,Soxhlet-extractedandMAE-treatedfreshpeppermint(MenthapiperitaL.Mitchum)leaves.(Pareetal,微波加熱是直接容器，容器中的溶劑與樣比常規(guī)加熱法一般要10~100倍。微波加熱者消耗的還不到前者的50%。微波萃取法不僅快速，而且回收率也較高ParametersinMAEmicrowavepower功temperature溫solventcomposition(ethanolconcentration)溶solventtosampleratio溶劑/樣sampleparticlesize,etc.ApplicationofMAEforSaiko-saponinsfromRadixBupleuri柴胡2.1Materialand2.2Resultsand2.32.1MaterialandRadixBupleuri(柴胡Maineffectivecompoundssaikosaponins:(柴胡皂苷saikosaponina,canddpolysaccharides:（多糖standardofsaikosaponina,b2,canddmethanol,acetonitrile,(HPLCgrade)ethanol(AR)Chemicalstructuresof柴胡StructuresoftheSaikosaponinDerivativesandtheChemicalConversionsoftheOleananeSaponinsMicrowave(openvessel,HPLC Figure31SchematicofmicrowaveHP1100withavariablewavelengthdetector,andaHypersilODSC18columnExtraction Experimentaldesign:one-factor-at-a-time MAE:2gsamplein60mlsolventwithdifferentpower,time,temperature,ethanolcon.(inwater),ratioofsolventtosample(1.25-6g),particlesize Hotsolventextraction:2gsamplein60ml50%ethanolinvesselat75oCextraction HOTrefluxextraction:2gsamplein60mlwaterinaflaskat100oCrefluxextractionfor1h.HPLCCondition:gradien ution:ACN:H2O0.8ml/min,203nm,10μltative:externalstandardmethodyield=mgsaikosaponin/gsampleStatisticalDuncan’sMultiplerangstatistical ysis(p=0.05),byusingSAS(6.12)2.2Resultsand ysisbyFig2.HPLCChromatogramsofStandardofsaikosaponins:1saikosaponinc;2saikosaponina;3saikosaponinb;4saikosaponinMAE:2gsamplein60ml50%ethanolextractedbyMAEwith300Wpowerat75℃forHSE:2gsamplein60ml50%ethanolextractedbyheatsolventextractionat75℃forEffectofmicrowaveFigure3.3.InfluenceofmicrowavepoweronyieldsofsaikosaponinsbyMAE(2.00gsampleswithparticlesizeof0.3-0.45mmin60mlof50%ethanolat75Cfor5min).EffectofmicrowaveFigure3.4.InfluenceofrradiationtimeonyieldsofsaikosaponinsbyMAE(2.00gsampleswithparticlesizeof0.3-0.45mmin60mlof50%ethanoland300Wofpowerat75C)Figure3.5.InfluenceofethanolconcentrationonyieldsofsaikosaponinsbyMAE(2.00gsampleswithparticlesizeof0.30-0.45mmand300Wofmicrowavepowerat75Cfor3min).EffectofFigure3.6.InfluenceoftemperatureonyieldsofsaikosaponinsbyMAE(2.00gsampleswithEffectofsolventtosampleFigure3.7.InfluenceofsolventtosampleratioonyieldsofsaikosaponinsbyMAE(6.00,3.00,2.00,1.50,1.20gsamplewithparticlesizeof0.30-0.45mmin60mlof50%ethanland300Wofmicrowavepowerat75Cfor5min).EffectofsolventtosampleFigure3.8.InfluenceofsampleparticlesizeonyieldsofsaikosaponinsbyMAE(2.00gsampleswithdifferentarticlesizesin60mlof50%ethanoland300Wofmicrowaveowerat75℃for5min).ComparisonofconventionalandMAEwithhotsolventextractionandhotrefluxextraction2.3Theextractionefficiencywasaffectedbytheparametersofpower,time,solvent,temperature,ratioofsolventtosamlearticlesizeHighyieldwasobtainedwith3070%ethanolinwater,30:1solventtosampleratio,0.300.45mmparticlesize,300500Wofpowerand75oCfor5min.ThedegradationofsaikosaponinsduringextractioncouldbeminimizedbecauseMAEcansubstantiallyreduceextractiontime,andgivebetterextraction一、Microwavesprocessing:basic三、Microwavefood微波食品開發(fā)及其包裝技CASE1應(yīng)用概況racticesforFoodProcesses/ucm100250htm.2.技術(shù)問3.前景展典型隧道式工業(yè)微應(yīng)用概我國、廣州、、等地的一些類解凍回溫、面制品焙烤、干燥等方微波殺菌技術(shù)在國內(nèi)外食品工業(yè)中的成目前僅2~3項運用微波殺菌技術(shù)歐洲，微波殺菌在生產(chǎn)中的應(yīng)用亦寥寥在進(jìn)行荔枝糖水罐頭微波巴氏殺菌的中MicrowaveProcessingFY01-08DUSTProjectatWash.StateUniv.Kraftmac&Microwavessharply rocessedbnewandreduceprocesstime oldmethods ProjectObjective:Developanadvancedthermalprocessing“AnewthermalprocessingtechnologytobringqualitymealstoourWarfightersinthe21stcenturyW 食形狀食形狀,大小,成分水分,鹽,糖等組分(套餐),液體與固體包加功率、時間、加熱前后處設(shè)2微波加熱的關(guān)鍵因 目前國內(nèi)有關(guān)微波在中的研有配備測溫技術(shù)，所取得的成果要2.2微波加熱溫度測定技術(shù)磁場，導(dǎo)致金屬探頭產(chǎn)生大的電流而生錯誤溫度測定主要可靠，但也只能測定有對密封在包裝容器內(nèi)的食品進(jìn)行微波加關(guān)系模型，人們正期待著這一研究的深入，突破密封包裝食品微波殺菌測溫技利用光纖測溫技術(shù)測得食品在微波加熱的實化學(xué)標(biāo)記物M-1與溫度的關(guān)的歷程（timetemeraturerofile?2.3包器要求外，關(guān)鍵是包裝容器材料不能因罐頭加工所用的金屬罐不適合微波加常用的玻璃成分中對微波的吸收率僅在3%以下，玻璃具有剛性結(jié)構(gòu)，并且具有良好的隔熱性能，而更重要的是在食品和飲品中使用時不會出現(xiàn)包裝中材料分解的問題，是目前微波殺菌適宜采用的冷凍和冷藏套餐類和主菜類食品包裝的膜要求可以承受230～245結(jié)晶聚酯（CPET）是聚酯的晶體形式，可以承受高達(dá)230℃的溫度，是目前生產(chǎn)具有雙聚丙烯PP器也是目前常用的微波食容器，可耐110~130℃的高溫其他不耐高溫微波安全微生物、食品成分、質(zhì)微波對微生物殺滅作熱效應(yīng)況下細(xì)胞所發(fā)生的生理，生化和功能上而使酶失活。Tajchakavit等人比較了果，微波殺菌由于具有非熱力因素的存Lau等人利用915Mhz的微波對蘆筍進(jìn)行巴氏殺菌處理，結(jié)果顯示采用1kw的微波處理使過氧化物酶完全失活，而2kw70％的過氧化物酶失活原因是2kw的微波處理樣品的溫度分微波對成分的影響?zhàn)B成分有利，未見微波加熱處理對食品的成分造成的影響。對于有細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的（植物性）原料，微波加熱對其質(zhì)地影響的研究不多。馬鈴薯：微波加熱更快使組織質(zhì)地變軟，獲微波加熱比常規(guī)加熱可能產(chǎn)生更完全的從微波萃取技術(shù)研究物料的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變這就提示應(yīng)用微波技術(shù)在新鮮果蔬原料加工中一定要，則難以獲得預(yù)期食品藥物管理局資料（20003.1技術(shù)政策 需要一套可靠的評估程序以評價是否可以達(dá)到法定的微生物安全性但目前還難以達(dá)到該要求，其中重要的是缺乏微波測溫技術(shù)的配合，提供可靠的溫度-時間-微生物之間的科學(xué)數(shù)據(jù)，缺乏可靠的包裝材料，短時間內(nèi)受熱不勻等故食品藥物管理局仍未允許微波殺菌作為一項高溫殺菌工序在的合法2）經(jīng)濟(jì)因素微波設(shè)備必須能根據(jù)各類食品的特點進(jìn)行設(shè)計，使其得到充分的處理，且整個處理過程必須符合殺菌的要求，所以用于殺菌的設(shè)備必須是專門設(shè)備這就意味著食品生產(chǎn)商需要投入一筆資金對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，而對于所獲得的收益是否能夠收回投資尚存疑問。3）業(yè)因素從商業(yè)競爭角度，運用微中占有微波殺菌技術(shù)所帶來的獨有優(yōu)勢。微波殺菌要在食品工業(yè)中獲得規(guī)模和商業(yè)成功應(yīng)用，還有很多問題有待研究）微波設(shè)備：包括：頻率(舉例來說,915萬赫茲有時候比用2450百萬赫茲加熱更均））前還沒有很好地解決測溫問題以及包裝容一、Microwavesprocessing:basic三、Microwavefood微波食品開發(fā)及其包裝技三、Microwavefood微波食品開發(fā)微波食品及其包裝技3.1微波食品發(fā)展微波爐的普及和應(yīng)用情冷凍食品的迅微波食品的定microwaveovenable可用微波爐加熱烹制的食 微波食品大致可分為2公內(nèi)容容公內(nèi)容容特TV餐，調(diào)理快紙容PET/改湯PP容TV餐（中TV餐（高不飽和聚Standard牛肉（派Oheme派類食鋁防止電比微波感受材All調(diào)理食紙容調(diào)理快餐爆玉米花比薩餅餡餅、肉派類（Meat早餐食品（Breakfast點心類食品（Dim-產(chǎn)品包括：調(diào)理快餐食品，爆玉米包裝：CPET（-40--Susceptorpackaging等的微波食品及包公內(nèi)容容公內(nèi)容容特House食面包、PET/加水后House食雞PP容加水后PP容House食飯類、高阻隔性殺菌容調(diào)味醬可果飯類、高阻隔性殺菌容味之炸蝦、CPET、冷比微波感食PP容冷燉牛CPET容銷售量增長率日元103100103133151133151143217143216113245113245103253116285195494190544110548108591107636108652106679品凈重售價(元銷售地日冷牌可樂華聯(lián)商蝦仁炒羅漢齋炒CHOICE千層牛排大超級比MORTON雞肉餅大曼可頓意式薄喜宴牌牛肉歡樂牌兒童套生產(chǎn)企業(yè)：有20包裝：可微波自動排蒸氣sceptorpackaging等。最近，市場上出現(xiàn)可用微波爐加熱的冷凍正餐食品，將主食和各式副食菜肴一同盛裝在耐微波調(diào)理的容器里，雜燴飯和日式米飯團(tuán)都是主食餐類食品和日式傳統(tǒng)風(fēng)味的快餐類食品，的微波食品與包97年前，幾乎空生產(chǎn)青島：大洋食科研：國家重點發(fā)國內(nèi)超市銷售的部分微波食3.2微波食品及其包裝技微波加熱的特優(yōu)點：加熱，快速、方 復(fù)熱、煮開、 油炸、Conventionalheatingvs.microwave食品的介電特性的兩個因子ε’：介電常數(shù)（表示材料能吸收多少微波能）ε’’：介電損耗（表示材料能吸收多少微波能轉(zhuǎn)化成熱量作用介電常數(shù)ε’和介電損耗ε’’在微波加熱中起關(guān)鍵作用，它們的改變會影響微波的深度和吸收。如鹽的濃度從0%--5%，微波深度從1.5cm減少PVKfE2式中Pv——一定體積的物料吸收的K—系數(shù)E電場強度v/m；KfE2 式中K’——系數(shù)c——比熱容，kJ/kgK；改良食品的配改變微波爐內(nèi)微波場的分布 微波包裝材 微波感受材料的基本結(jié)紙皮或紙圖5微波感受材料的結(jié)微波包裝材 微波感受材料的基本結(jié)吸收（Absorbed)熱 透過反射圖6.微波感受材料對微波能的吸收 圖7.750W微波，Susceptor表面的溫度變 圖8.微波感受材料對微波能的透過性 的溫度變微波食品包裝除了符合般食品包裝要求（保藏、衛(wèi)生、易日常使用餐具也含三聚胺不可放進(jìn)微波爐加熱微波爐加熱塑料餐具致微波食品包裝設(shè)防止包裝材料包裝的設(shè)計需利用包裝Microwavep