第五章_食品微波技術(shù)

1、 微波技術(shù)的發(fā)展歷史：微波技術(shù)的發(fā)展歷史： 微波技術(shù)的發(fā)現(xiàn)可追溯到二戰(zhàn)時(shí)期雷達(dá)的發(fā)明。而微微波技術(shù)的發(fā)現(xiàn)可追溯到二戰(zhàn)時(shí)期雷達(dá)的發(fā)明。而微波的加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用則是波的加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用則是19451945年美國(guó)雷聲公年美國(guó)雷聲公司工作人員泊西司工作人員泊西斯潘塞在雷達(dá)試驗(yàn)時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)衣袋里的斯潘塞在雷達(dá)試驗(yàn)時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)衣袋里的糖果因泄漏的微波而發(fā)熱融化了，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，糖果因泄漏的微波而發(fā)熱融化了，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，申請(qǐng)了世界上第一個(gè)微波應(yīng)用于食品加熱的專利，從此微申請(qǐng)了世界上第一個(gè)微波應(yīng)用于食品加熱的專利，從此微波技術(shù)開(kāi)始在食品加工領(lǐng)域廣為應(yīng)用。波技術(shù)開(kāi)始在食品加工領(lǐng)

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

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

4、、碳水化合物等都屬于電介質(zhì)，微波對(duì)它們的加熱稱作介電感應(yīng)加熱。由于水分子的特殊結(jié)構(gòu)，波對(duì)它們的加熱稱作介電感應(yīng)加熱。由于水分子的特殊結(jié)構(gòu)，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(zhì)微波微波 常用微波爐的頻率常用微波爐的頻率2450MHz，就相當(dāng)于使水分子在一秒內(nèi)要，就相當(dāng)于使水分子在一秒內(nèi)要發(fā)生發(fā)生180度來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)度來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)24.5億次，這樣就會(huì)引起水分子之間強(qiáng)烈地摩億次，這樣就會(huì)引起水分子之間強(qiáng)烈地摩擦，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，這就是微波加熱的原

5、理。擦，使分子熱運(yùn)動(dòng)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(shí)間就可完成加熱過(guò)程。的時(shí)間就可完成加熱過(guò)程。2.2.加熱均勻性好加熱均勻性好 微波加熱是內(nèi)部均勻加熱，不需熱傳導(dǎo)。微波加熱是內(nèi)部均勻加熱，不需熱傳導(dǎo)。3.3.加熱易于瞬時(shí)控制加熱易于瞬時(shí)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(dòng)化流水線。利于配制自動(dòng)化流水線。（二）微波加熱的特點(diǎn)（二）微波加熱的特點(diǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量。微波，這種微波加熱的選擇性有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)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(dá)以熱效率高，可高達(dá)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(duì)加熱操作越有頻率越高，加熱速度越快，但并非頻率越高，對(duì)加熱操作越有利，在進(jìn)行微波加熱時(shí)，還應(yīng)考慮微波的穿透深度。頻率越高，波利，在進(jìn)行微波加熱時(shí)，還應(yīng)考慮微波的穿透深度。頻率越高，波長(zhǎng)就越短，其穿透深度也就越小。長(zhǎng)就越短，其穿透深度

7、也就越小。 2.2.電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)強(qiáng)度是與微波加熱器功率相聯(lián)系的指標(biāo)。功率越大，電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度是與微波加熱器功率相聯(lián)系的指標(biāo)。功率越大，電場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)根據(jù)加工要求來(lái)進(jìn)行。因此，在微波加熱器的設(shè)計(jì)好，加熱操作應(yīng)根據(jù)加工要求來(lái)進(jìn)行。因此，在微波加熱器的設(shè)計(jì)中，都有功率調(diào)節(jié)旋鈕，以滿足不同的加工要求。中，都有功率調(diào)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(zhì)物料的介電性質(zhì) 在一般情況下，加工物料的含水量愈大，其介

8、質(zhì)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(zhì)損耗也愈大。某些物料在溫度上升時(shí)，其介質(zhì)損耗系數(shù)降低，這時(shí)就出現(xiàn)了所謂的自動(dòng)平物料在溫度上升時(shí)，其介質(zhì)損耗系數(shù)降低，這時(shí)就出現(xiàn)了所謂的自動(dòng)平衡。微波加熱的這種自動(dòng)平衡作用使得物料的加熱更均勻，避免出現(xiàn)局衡。微波加熱的這種自動(dòng)平衡作用使得物料的加熱更均勻，避免出現(xiàn)局部過(guò)熱的缺陷。但是，有些物料在加熱時(shí)，溫度上升，其介質(zhì)損耗系數(shù)部過(guò)熱的缺陷。但是，有些物料在加熱時(shí)，溫度上升，其介質(zhì)損耗系數(shù)也升高，這時(shí)就出現(xiàn)惡性循環(huán)。也升高，這時(shí)就出現(xiàn)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(duì)物體的加熱，而且還影響物料的介電性質(zhì)，從熱容量而直接影響微波對(duì)物體的加熱，而且還影響物料的介電性質(zhì)，從而間接影響微波的熱效應(yīng)。而間接影響微波的熱效應(yīng)。5.5.物料的比熱容物料的比熱容 比熱容小的物質(zhì)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(zhì)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(huì)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(huì)有不同的溫升速度，不同的組分又呈現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)該很好地對(duì)比熱容加率的能力。因此，在多組分食品的微波加熱中，應(yīng)該很好地對(duì)比熱容加以控制，以便使各組分的加熱速度達(dá)到基本同步的要求。以控制，以便使各組分的加熱速度達(dá)到基本同步的要求。 上述討論的這些因素有些相互關(guān)聯(lián)，有些還受別的因素影響。上述討論的這些因素有些相互關(guān)聯(lián)，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(guān)，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(guān)，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(fù)雜，實(shí)際工作中應(yīng)慎重考慮選擇小。影響微波加熱的因素非常復(fù)雜，實(shí)際工作中應(yīng)慎重考慮選擇和掌握各項(xiàng)控制條件。和掌握各項(xiàng)控制條件。 食品微波殺菌的機(jī)理包括食品微波殺菌的機(jī)理包括熱效應(yīng)熱效應(yīng)和和非熱效應(yīng)非熱效應(yīng)。1.1.熱效應(yīng)熱效應(yīng) 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(xì)胞在微波場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生熱效應(yīng)，溫度升高。染的微生物細(xì)胞在微波場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生熱效應(yīng)，溫度升高。溫度的快速升高使其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴(yán)重干擾而無(wú)法繁殖。使菌體死亡或受

12、到嚴(yán)重干擾而無(wú)法繁殖。（一）微波殺菌的機(jī)理（一）微波殺菌的機(jī)理2.2.非熱效應(yīng)非熱效應(yīng) 細(xì)胞膜離子通道改變；細(xì)胞膜離子通道改變； 蛋白質(zhì)變性；蛋白質(zhì)變性； 改變生理生化反應(yīng)的活化能；改變生理生化反應(yīng)的活化能； 誘發(fā)各種離子基團(tuán)，使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生改變；誘發(fā)各種離子基團(tuán)，使微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生改變； 導(dǎo)致導(dǎo)致DNA和和RNA結(jié)構(gòu)中氫鍵的松弛、斷裂和重新組合，結(jié)構(gòu)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(xì)胞的正常生理功能。誘發(fā)一些基因突變，中斷細(xì)胞的正常生理功能。與電場(chǎng)殺菌、磁場(chǎng)殺菌、輻照殺菌的機(jī)理比較？與電場(chǎng)殺菌、磁場(chǎng)殺菌、輻照殺菌的機(jī)理比較？微波干燥殺菌一體機(jī)微波干燥

13、殺菌一體機(jī)（二）微波殺菌技術(shù)的應(yīng)用（二）微波殺菌技術(shù)的應(yīng)用 人們對(duì)微波應(yīng)用于肉、肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、水果人們對(duì)微波應(yīng)用于肉、肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、水果和蔬菜、罐頭、奶、奶制品、農(nóng)作物、布丁和面包等一系和蔬菜、罐頭、奶、奶制品、農(nóng)作物、布丁和面包等一系列產(chǎn)品的殺菌、滅酶和消毒進(jìn)行了大量的研究。微波殺菌列產(chǎn)品的殺菌、滅酶和消毒進(jìn)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(zhì)，即能保證產(chǎn)品比常規(guī)的殺菌方法更能保留更多活性物質(zhì)，即能保證產(chǎn)品中具生理活性的營(yíng)養(yǎng)成分是其一大特點(diǎn)。因此，它應(yīng)用于中具生理活性的營(yíng)養(yǎng)成分是其一大特點(diǎn)。因此，它應(yīng)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(diǎn)和機(jī)理（一）微波干燥的特點(diǎn)和機(jī)理特特 點(diǎn)：點(diǎn)：1.1.物料干燥過(guò)程中的干燥層首先在物物料干燥過(guò)程中的干燥層首先在物料內(nèi)層形成，然后由里層向外擴(kuò)展；料內(nèi)層形成，然后由里層向外擴(kuò)展；2.2.在低含水量（小于在低含水量（小于5 5）物料干燥過(guò)）物料干燥過(guò)程中，微波干燥效率遠(yuǎn)高于常規(guī)干燥程中，微波干燥效率遠(yuǎn)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(zhì)溫度熱介質(zhì)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(duì)物料進(jìn)行加熱時(shí)，物料吸收微波的量遠(yuǎn)大微波對(duì)物料進(jìn)行加熱時(shí)，物料吸收微波的量遠(yuǎn)大于微波加熱區(qū)設(shè)備部件于微波加熱區(qū)設(shè)備部件( (箱體箱體) )對(duì)微波的吸收，其能量對(duì)微波的吸收，其能量利用率遠(yuǎn)大于其他加熱方法。能量利用率可到達(dá)利用率遠(yuǎn)大于其他加熱方法。能量利用率可到達(dá)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(shí)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(shí)間，可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)?？梢赃M(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)。 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(fēng)干燥二次熱風(fēng)干燥粉碎分級(jí)粉碎分級(jí)計(jì)量包裝計(jì)量包裝產(chǎn)品產(chǎn)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(nèi)部加熱，效率更高。水分升華熱源有微波提供。內(nèi)部

17、加熱，效率更高。冷凍干燥與微波冷凍干燥物料內(nèi)溫度分布冷凍干燥與微波冷凍干燥物料內(nèi)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(shù)、食品的微波保鮮技術(shù)2 2、食品微波烹調(diào)、食品微波烹調(diào)3 3、食品的微波膨化技術(shù)、食品的微波膨化技術(shù) 4 4、食品微波焙烤、食品微波焙烤 （一）微波對(duì)人體的影響（一）微波對(duì)人體的影響高強(qiáng)度微波輻射，對(duì)人體器官造成的主要危害是：高強(qiáng)度微波輻射，對(duì)人體器官造成的主要危害是：中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)神經(jīng)衰弱癥；中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)神經(jīng)衰弱癥；器質(zhì)性損傷；器質(zhì)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(duì)生物體的主要效應(yīng)微波對(duì)生物體的主要效應(yīng)頻率頻率/ MHz波長(zhǎng)波長(zhǎng)/cm受影響的主要組織受影響的主要組織主要生物效應(yīng)主要生物效應(yīng)200透過(guò)人體，影響不大透過(guò)人體，影響不大150100020030體內(nèi)器官體內(nèi)器官體內(nèi)組織過(guò)熱，引起各器官損傷體內(nèi)組織過(guò)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(jué)有皮膚加熱的感覺(jué)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(duì)人體傷害的關(guān)鍵指標(biāo)。功率密度是微波對(duì)人體傷害的關(guān)鍵指標(biāo)。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(shí)，才產(chǎn)生不可逆病理變化。微波的傷害與許多因素有關(guān)。以上功率密度時(shí)，才產(chǎn)生不可逆病理變化。微波的傷害與許多因素有關(guān)。比如高溫、高濕度環(huán)境下，微波的傷害就要大些；輻射時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)間長(zhǎng)，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(yīng)，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(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)（二）微波輻射的安全標(biāo)準(zhǔn) 目前各國(guó)仍執(zhí)行著不同的安全標(biāo)準(zhǔn)，多目前各國(guó)仍執(zhí)行著不同的安全標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)國(guó)家認(rèn)為采用微波頻率高于數(shù)國(guó)家認(rèn)為采用微波頻率高于1000MHz1000MHz時(shí)，時(shí)，10mWcm10mWcm-2-2的功率密度不會(huì)有什么熱傷害；的功率密度不會(huì)有什么熱傷害；頻率頻率433.9MHz433.9MHz時(shí)，在所規(guī)定的功率密度上時(shí)，在所規(guī)定的功率密度上長(zhǎng)時(shí)間的暴露可能產(chǎn)生局部組織過(guò)熱現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間的暴露可能產(chǎn)生局部組織過(guò)熱現(xiàn)象，其要求功