2022年微波技術(shù)應(yīng)用

微波技術(shù)應(yīng)用

微波技術(shù)

一概述

微波是指波長范圍為頻率范圍為30x102,30x105,,,,具有穿透特性的電磁波。常用

的微波頻率為915“,和2450〃,。微波作為一種電磁波，通常應(yīng)用于播送、電視及通信技術(shù)中，

近年來，隨著科學技術(shù)的進展，微波作為一種能源，已漸漸應(yīng)用于食品殺菌、枯燥、烘烤、膨

化、解凍等方面。

微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用可追溯到四十年月末期，1947年由美國雷聲公司馬文？貝克

依據(jù)微波的加熱效應(yīng)制成了世界上第一臺用于食品加熱的微波爐。鑒于微波具有在食品內(nèi)部生

熱并快速產(chǎn)生均勻溫度的觀點，人們開頭爭辯將它用于工業(yè)加熱技術(shù)上以其開拓的熱能源，提

高熱能利用率和縮短加工時間，大約經(jīng)受了十余年的探究，最終在1965年由美國Cryodry

Comporation公司研制成功了世界上第一臺915MHz/50kW隧道式微波枯燥設(shè)備，并在Seyfert

Foods食品公司首次投入實際應(yīng)用，用來枯燥油炸馬鈴薯片。此后微波能技術(shù)在美國、日本、

加拿大和歐洲等興盛國家在用來解決食品工業(yè)中的多種加熱枯燥、烹制、殺蟲滅菌和回溫解凍

等方面相繼獲得成功并表現(xiàn)出強大的技術(shù)優(yōu)勢。到七十年月，世界各國普遍推廣應(yīng)用。例如在

氣候溫存潮濕的日本，微波在食品工業(yè)中的應(yīng)用占整個工業(yè)應(yīng)用的60%。我國自1973年由南

京電子管廠領(lǐng)先研制成功了工業(yè)微波枯燥設(shè)備以來，經(jīng)過了20年的努力，也積存了比較豐富的

閱歷。目前我國己成功地應(yīng)用微波能燒烤食品、干果焙烤、牛肉枯燥、蔬菜脫水、快餐面枯燥、

食品殺菌、飲料殺菌、白酒陳化催熟等很多領(lǐng)域，并取得顯著進展。

二微波技術(shù)的原理及特點

綜合微波技術(shù)在食品工業(yè)中的各種應(yīng)用可歸結(jié)為如下原理。

(―)微波加熱枯燥原理

微波加熱技術(shù)是一種的加熱方式。它是依靠以每秒245000萬次速度進展周期變化的微波

透入物料內(nèi)，與物料的極性分子相互作用，物料中的極性(如水分子)吸取了微波能以后，轉(zhuǎn)變

其原有的分子構(gòu)造，亦以同樣的速度作電場極性運動，致使彼此間頻繁碰撞而產(chǎn)生了大量的摩

擦熱，從而使物料內(nèi)各局部在同一瞬間獲得熱能而升溫。由于微波輻射下介質(zhì)的熱效應(yīng)是內(nèi)部

整體加熱的，即理論上所謂的“無溫度梯度加熱"，根本上介質(zhì)內(nèi)部不存在熱傳導現(xiàn)象，因此，

微波可相當均勻地加熱介質(zhì)。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方法相比，有如下特性:?穿透力強。？

熱慣性小。？呈現(xiàn)選擇加熱特性。？具有反射性和透射性。

微波枯燥是在微波理論，微波技術(shù)和微波電子管成就的根底上進展起來的一門技術(shù)，微波

枯燥己在很多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應(yīng)用。它是應(yīng)用微波加熱的原理，

使品溫度上升，到達枯燥的目的。微波枯燥具有如下的特點：

1.枯燥速度快、枯燥時間短

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由于常規(guī)加熱需要加熱傳熱介質(zhì)和環(huán)境，再進入食品，故需較長時間才能到達所需加熱溫

度。而微波加熱則是加熱物體直接吸取微波能，加熱速度大大高于常規(guī)加熱方法，此時只需一

般方法的格外之一到百分之一的時間就能完成整個加熱和枯燥的過程。

2.產(chǎn)品質(zhì)量高

由于加熱時間短，又非熱效應(yīng)協(xié)作，因此，可以保存加工原料的色、香、味，并且維生素

的破壞也較少。

3.加熱均勻

常規(guī)加熱是食品外表先熱，然后通過熱傳導把熱量傳到內(nèi)部，而微波加熱是使食品外表和

內(nèi)部同時受熱，因此加熱均勻，可以避開一般加熱枯燥過程中簡潔引起的里生外焦及不均勻等

現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.加熱過程具有自動熱平衡性能

當頻率和電場的強度確定時，物料在枯燥過程中對微波功率的吸取，主要打算于介質(zhì)損耗

因素之值。不同枯燥物質(zhì)的介質(zhì)損耗因素不同，如水比干物質(zhì)為大,故吸取能量多，水分蒸發(fā)快。

因此，微波不會集中在已干的物質(zhì)局部，避開了物質(zhì)的過熱現(xiàn)象，具有自動平衡性能，從而保

證了物質(zhì)原有的各種特性。5.反響靈敏便于把握

用常規(guī)加熱法不管是電熱、蒸汽、熱空氣等，要到達確定的溫度需要預(yù)熱一段時間，當發(fā)

生故障或停頓加熱時，溫度的下降又需要較長的時間，而利用微波加熱時，開機幾分鐘即可正

常運行。調(diào)整微波輸出功率，物料加熱狀況馬上無惰性地隨著轉(zhuǎn)變，因此，便于自動化把握，

節(jié)約人力。6.熱效率高、設(shè)備占地面積小

由于微波加熱枯燥是內(nèi)部加熱法，所以加熱設(shè)備本身根本上可以說是不輻射熱量的，故熱

損失較小，熱效率較高，約可到達80%左右，與常規(guī)方法相比，可節(jié)電30%,50%。同時微波

加熱設(shè)備體積也比較小，與一般加熱枯燥方法相比，所需廠房面積小。

7.改善勞動條件

微波設(shè)備無余熱、無污染、不輻射熱量，所以大大改善了勞動條件。

（二）食品微波殺菌的作用機理

食品微波殺菌機理包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩方面。

1（微波能的熱效應(yīng)

微波作用于食品時，食品表層和內(nèi)部同時吸取微波能，溫度上升。食品中污染的微生物細

胞在微波場作用下，其分子也被極化產(chǎn)生高頻振蕩，產(chǎn)生熱效應(yīng)。溫度的快速上升使菌體內(nèi)蛋

白質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴峻干擾而無法生殖。

2（微波能的非熱生化效應(yīng)

己有不少試驗證明微波對微生物的致死確實存在非熱效應(yīng)。微波的作用可使微生物生命代

謝活動中的大量電子、離子和其它帶電粒子的生物性排列組合狀態(tài)和運動規(guī)律發(fā)生轉(zhuǎn)變，造成

微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生變化。同時，電場也會使細胞膜四周的電荷分布轉(zhuǎn)變，導致膜功能

障礙，使微生物細胞的正常代謝功能受到干擾和破壞，使微生物的生長受到抑制，甚至停頓生

長或死亡。微波能還能使微生物生存所必需的水分活度降低，破壞微生物的生存環(huán)境。微生物

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細胞內(nèi)的DNA和RNA吸取微波能后，會造成分子構(gòu)造中的氫鍵松馳、斷裂和重組合，誘發(fā)基

因突變，染色體畸變，從而中斷微生物細胞的正常生殖。

這樣，在微波輻照使食品溫度上升的熱效應(yīng)和蛋白質(zhì)分子變性后失去生物活性的非熱效應(yīng)

雙重因素共同作用下，細菌、酵母菌等微生物將在短時間內(nèi)被殺死，而且食品的色、香、味和

養(yǎng)分成分并未因此受到損失。

（三）微波萃取的原理

由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動的頻率相關(guān)連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動引

起分子運動的非離子化輻射能。當它作用于分子上時，促進了分子的轉(zhuǎn)動運動，分子假設(shè)此時

具有確定的極性，便在微波電磁場作用下產(chǎn)生瞬時極化，并以24.5億次/s的速度做極性變換

運動，從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進分子活性局部（極性局部）

更好地接觸和反響，同時快速生成大量的熱能，促使細胞裂開，使細胞液溢出來并集中到溶劑

中。

傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導、熱輻射等方式由外向里進展，而微波萃取是通過偶極子旋轉(zhuǎn)和離

子傳導兩種方式里外同時加熱，微波熱萃取和傳統(tǒng)熱萃取相比，微波萃取具有以下特點：

a.質(zhì)量高，可有效地保護食品中的功能成分；

b.產(chǎn)量大；

c,對萃取物具有高選擇性；

d.省時（30s,l0min）;

e.溶劑用量少（可較常規(guī)方法少50%,90%）;

f.低耗能。

三微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）微波加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1微波加熱用于烹調(diào)食品

利用微波烹調(diào)食品有利于保持食品中的養(yǎng)分成分和風味。無論用哪種烹調(diào)方法，只要烹調(diào)

時間短而所用水量又少，則其維生素，的保存率就高。

在美國、日本的食品市場上微波食品的種類格外繁多。其中美國是世界上家用微波爐普及

率最高的國家，其微波食品的生產(chǎn)和銷售量極大。但以冷凍類預(yù)制食品中的冷凍蔬菜，包括多

種煮熟并配有調(diào)料的混合蔬菜和冷凍調(diào)理食品的產(chǎn)量最大，進展速度最快。主要品種有蔬菜、

餡餅，各種面包及點心用的生面團。目前，美國有200多家企業(yè)共生產(chǎn)300多種在包裝上標

明"微波"標簽的微波預(yù)制食品。產(chǎn)品涉及耐貯存的精制菜肴、預(yù)制湯類、冷藏小包裝速食小菜、

蔬菜、配菜，各種餐后甜食、冷凍快餐、薄烤餅、炸土豆食品、脆花生等。

我國臺灣省市場上銷售的微波加熱和烹調(diào)食品也有30多種，包括主食類炒飯、燎飯、炒面、

水餃、春卷、燒賣、饅頭、胡椒牛肉、扣肉、雞丁、牛肉湯面、海鮮煲、牛肉煲、沙拉和蔥油派

等。2微波加熱用于焙烤食品

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微波用于焙烤食品，如面包、甜而包圈的烤制時，不僅使產(chǎn)品質(zhì)量大為改善，而且可縮短

生產(chǎn)時間，延長產(chǎn)品的貨架期。微波一方面快速殺滅面粉中a-淀粉酶活性，用該面粉烤制面包,

其內(nèi)芯不粘牙;另一方面，微波加熱促進生面團中酵母生殖而醒發(fā)面團，利用醒發(fā)的面團制成的

食品構(gòu)造均勻，有咬勁。3微波加熱用于解凍食品

深度凍結(jié)的物料需解凍后才能進一步加工，尤其是大塊冷凍食品原料。在傳統(tǒng)的加工方法

中，冷凍食品物料的解凍過程是個費時費力的過程。微波解凍使溫度回至0?左右，具有解凍時

間短，風味、鮮度、養(yǎng)分成分保持率高，無污水排放，工作環(huán)境干凈等優(yōu)點。適用于分割肉凍

塊、魚、蛋粉凍塊的解凍以及快速熔化的巧克力、油脂等。另外，為了解決低于零度的物料水

分測量難題，可將微波解凍與水分測量裝置組合用來測量低于零度的糧食等的含水率。

（二卜微波枯燥技術(shù)在食品加工業(yè)中的應(yīng)用

微波枯燥技術(shù)對固體飲料、糕點、糧食、藥材等進展快速枯燥的應(yīng)用范圍很廣，目前應(yīng)用

成果層出不窮。日本承受2450MHz/16x5Kw微波枯燥設(shè)備生產(chǎn)出膨化枯燥蛋黃粉。美國研制出

915MHz/60Kw的通心面微波枯燥機。法國國際微波公司的2450MHz/48Kw的微波真空干燥

設(shè)備用于速溶桔粉生產(chǎn)，產(chǎn)品不僅保持了桔汁原有的色、香、味，而且由于枯燥溫度低，保存

的Vc是其它方法不行能到達的。日本在進展紫菜枯燥時，以微波作為最終枯燥手段，縮短了加

熱周期，同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量。美國加州州立大學與某公司合作將微波真空枯燥技術(shù)應(yīng)用于生

產(chǎn)能保持原有外形不變的脫水葡萄，這種葡萄具有穎葡萄原有的風味、色澤，而維生素B2和C

的含量為葡萄的3,4倍。國外把微波枯燥與熱風枯燥相結(jié)合對糧食進展枯燥處理，結(jié)果說明，

枯燥溫度大大降低，且枯燥時間明顯削減，僅為熱風枯燥法的格外之一，對小麥蛋白質(zhì)量、出

粉率均無影響。

國內(nèi)在微波枯燥技術(shù)應(yīng)用方面的爭辯成果也很多。目前，國內(nèi)科研人員已經(jīng)把微波枯燥技

術(shù)應(yīng)用于蘑菇類、蔬菜類的枯燥加工;應(yīng)用于藥材如天麻、當歸、黨參、人參、鹿茸等的深加

工;應(yīng)用于養(yǎng)分保健食品如人參精、花粉、蜂王漿等制造業(yè);應(yīng)用于肉類加工如牛肉干、雞肉絲

等的干制以及其它食品的干制加工中。

目前，很多農(nóng)產(chǎn)品如茶葉、谷物、蔬菜、