微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究畢業(yè)論文

1、 （2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料 題 目 名 稱：微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究 學(xué) 院（部）： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 07-1 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 教授 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 2011屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料第一部分 畢業(yè)論文（2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究學(xué) 院（部）： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 07-1 學(xué)號 指導(dǎo)教師名字： 職稱 教授 最終評定成績： 2011年 6 月 摘 要微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米（不含1米）到1毫米之間的

2、電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。微波作為一種清潔高效的能源，在食品工業(yè)方面得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在食品高溫加熱、干燥、消毒殺菌等方面。 本文首先給出了微波的概念和一些重要參數(shù)、性質(zhì)，接著對微波技術(shù)理論以及微波技術(shù)在食品工業(yè)中的各項應(yīng)用原理及特點(diǎn)進(jìn)行了比較詳細(xì)的描述，并且展望了微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景和面臨的問題。關(guān)鍵詞：微波技術(shù) , 食品工業(yè) , 應(yīng)用研究ABSTRACTMicrowave is an electromagnetic wave which has a frequency from 300MHz t

3、o 300GHz, an abbrevation of a limitied frequency band in radiowave- an electromagnetic wave whose wavelength is from 1M (not including 1M) to 1CM,and an umbrella term for electromagnetic wave, decimatric wave, millimeter wave, and sub millimeter wave .Microwaves nature is revealed generally through

4、three characterictics penetration，reflection and absorption .As a kind of clean and high effective energy, microwave is widely used in food industry ,and is mainly applied in foods heating, drying , disfection and so on.First of all, this article presents microwaves conception, properties and some k

5、ey parameters. Secondly, it explains microwave techniques theory and principles of its application in food industry and characteristics in detail. Furthermore , it forcasts the prospect of microwaves application in food industry and exsisting problems.Keywords: microwave techniques , food industry ,

6、 application research目 錄第1章 緒論11.1 微波的基本概念11.1.1 微波與電磁波11.1.2 微波的基本性質(zhì)31.2 微波與物質(zhì)的相互作用51.2.1 微波吸收光譜51.2.2 微波極性分子、離子作用機(jī)制51.3本文所作的主要工作6第2章 微波技術(shù)72.1微波加熱技術(shù)72.1.1物料的介電特性72.1.2微波對物料的加熱效應(yīng)82.1.3微波加熱機(jī)理92.1.4微波加熱物料特征102.1.5微波場中物料吸收的微波能及穿透深度的計算122.2 微波干燥技術(shù)152.2.1干燥過程對食品品質(zhì)的影響152.2.2微波干燥機(jī)理162.2.3 微波/熱風(fēng)干燥技術(shù)182.2.4

7、微波/真空干燥技術(shù)182.2.5 微波/冷凍干燥技術(shù)182.3 微波殺菌技術(shù)192.3.1 微波對生物體的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)192.3.2 微波滅菌機(jī)理及影響因素202.3.3 微波殺菌特點(diǎn)21第3章 微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用233.1微波技術(shù)的應(yīng)用233.1.1微波在膨化方面的應(yīng)用233.1.2微波在干燥方面的應(yīng)用243.1.3微波在食品保鮮方面的應(yīng)用243.1.4微波在微量元素測定方面的應(yīng)用263.2微波對食品的影響273.3微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景28結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31致 謝32第1章 緒論1.1 微波的基本概念1.1.1 微波與電磁波微波是指頻率為300MHz-300GHz的

8、電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米（不含1米）到1毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。以上關(guān)于微波的波長或頻率范圍，是一種傳統(tǒng)上的約定。從現(xiàn)代微波技術(shù)的發(fā)展來看,一般認(rèn)為短于1毫米的電磁波（即亞毫米波）屬于微波范圍，而且是現(xiàn)代微波研究的一個重要領(lǐng)域。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。 圖1.1給出了微波在整個電磁波譜中的位置，從中可見，其低頻端與普通無線電波的“超短波”波段相連接，而其高頻端與紅外線的“遠(yuǎn)紅外”波段毗鄰。圖1.1電磁波譜圖1.2電磁波頻譜將微波從整個電磁波譜中專門劃分出來并非任意，主要是因?yàn)槠洳ㄩL比普通無線電波

9、的波長短的多，這種量的變化引起了電磁波質(zhì)的變化，使得微波具有一系列不同于普通電磁波的特點(diǎn)；同時微波的波長又比可見光的波長長的多，其特點(diǎn)與光波也不同，使得微波的應(yīng)用領(lǐng)域和研究方法及其所用的傳輸系統(tǒng)、元件、器件和測量裝置等都與別的波段不同而成為一個獨(dú)立的體系。在微波波段內(nèi)部通常又按頻率范圍將其劃分為如表1.1所示的若干個分波段表1.1 微波的分波段劃分波段名稱波長范圍頻率范圍分米波1m10cm300MHz3GHz厘米波10cm1cm3GHz30GHz毫米波1cm1mm30GHz300GHz亞毫米波1mm0.1mm300GHz3THz其波段代號如表1.2所示2。表1.2 常用微波波段的劃分波段代號頻

10、率范圍/GHz波段代號頻率范圍/GHzUHF0.31.12Ka26.540.0L1.121.7Q33.050.0LS1.72.6U40.060.0S2.63.95M50.075.0C3.955.85E60.090.0XC5.858.2F90.0140.0X8.212.4G140.0220.0KU12.418.0R220.0325.0K18.026.5微波是由磁控管震蕩電路產(chǎn)生的，磁控管將直流電能直接變成微波震蕩輸出。磁控管通電工作時，陽極與陰極空間稱為作用空間，在作用空間內(nèi)，激起了一個個繞縱軸旋轉(zhuǎn)的高頻電磁波；同時在作用空間內(nèi)，電子在直流電場與磁場所組成的正交場的作用下，形成了輪輻狀的電子云，

11、圍繞著陰極旋轉(zhuǎn)。磁控管的結(jié)構(gòu)尺寸又滿足了使輪輻狀電子云與高頻電磁波同步旋轉(zhuǎn)的條件。這樣，每當(dāng)電子云的“輪輻”經(jīng)過諧振腔的腔口時，電子都恰遇高頻場向拒斥場的阻力而減慢運(yùn)動速度，從而電子把從直流電場獲得的能量不斷地傳送給高頻磁場，使微波振蕩得以建立起來持續(xù)穩(wěn)定的微波能量，并作為微波源向外輸出微波能量。1.1.2 微波的基本性質(zhì)微波的波長比普通無線電波小的多，相應(yīng)的頻率也高得多。同時微波的波長又比可見光大得多，相應(yīng)的頻率也低得多，因此它與光波不同。與低頻無線電波相比，微波具有如下一些基本性質(zhì)。1.高頻特性微波的振蕩頻率極高，每秒在3億次以上。由于頻率比低頻無線電波提高了幾個數(shù)量級，一些在低頻段并不顯

12、著的效應(yīng)在微波波段就能非常明顯地表現(xiàn)出來。例如：在普通柵控電子管內(nèi)，電子在極間飛越的時間一般為109s的數(shù)量級，這比長、中、短波段無線電波的振蕩周期小得多，可以忽略不計，但與微波的振蕩周期相比就絕不能忽略。因此在低頻時可以認(rèn)為是無慣性的普通柵控電子管，當(dāng)頻率提高到微波波段以后，就會由于電子的慣性而失去有效的控制作用，從而被建立在新原理基礎(chǔ)上的微波電子管、微波固體器件和量子器件所代替。由于電磁波是以光速傳播的，因此它從電路的一端傳到另外一端需要一定的時間，這就是“延時效應(yīng)”。在一般低頻電路中其延時遠(yuǎn)小于振蕩周期，可以忽略，但是在微波電路中其延時可以與周期相比擬，不能再忽略。在簡諧振蕩情況下，這種

13、延時表現(xiàn)為電路中的各點(diǎn)具有不同的相位。此外，如高頻電流的趨膚效應(yīng)、傳輸線的輻射效應(yīng)等，也隨頻率的提高而越來越顯著，乃至在微波波段一般都不可忽略。更重要的是，由于微波的頻率很高，因此在不太大的相對頻寬下，其可用頻帶很寬，可達(dá)數(shù)百甚至上千MHz，這是低頻無線電波無法比擬的。頻帶寬意味著信息容量大，因此微波具有巨大的信息傳遞能力，使的它在需要很大信息容量的場合（如多路通信）得到了廣泛的應(yīng)用。2.短波特性微波的波長比一般宏觀物體的尺寸短的多，因此當(dāng)微波波束照射到這些物體上時將產(chǎn)生顯著的反射，一般地說，電磁波的波長越短，其傳播特性就越接近幾何光學(xué)，波束的定向性和分辨能力就越高，天線也可以做的更小。微波的

14、波長短這一特點(diǎn)，對于雷達(dá)、導(dǎo)航和通信等應(yīng)用都是很重要的。此外，一般微波電路的尺寸可以和波長相比擬，由于延時效應(yīng)，電磁波的傳播特性將明顯地表現(xiàn)出來，使得電磁場的能量分布于整個微波電路之中，形成所謂的“分布參數(shù)”；這與低頻時電場和磁場能量分布集中在各個元件中的所謂“集總參數(shù)”有原則的區(qū)別。3.散射特性當(dāng)電磁波入射到某物體上時，波除了會沿入射波相反方向產(chǎn)生部分反射外還會在其他方向上產(chǎn)生散射，我們稱該物體為散射體，散射是入射波與散射體相互作用的結(jié)果，故散射波中攜帶有關(guān)于散射體的頻域、時域、相位、極化等多種信息，人們通過對不同物體散射特性的檢測，從中提取目標(biāo)信息從而進(jìn)行目標(biāo)識別，這是實(shí)現(xiàn)微波遙感、雷達(dá)成

15、像等的基礎(chǔ)。4.穿透性微波能穿透高空電離層，這一特點(diǎn)為天文觀測增加了一個“窗口”，使得射電天文學(xué)研究成為可能。同時，微波能穿透電離層這一特點(diǎn)又可被用來進(jìn)行衛(wèi)星通信和宇航通信。但另一方面，也正是由于微波不能為電離層所反射，所以利用微波的地面通信只限于天線的視距范圍之內(nèi)，遠(yuǎn)距離微波通信需用中繼站接力。5.量子特性電磁波具有波粒二象性，根據(jù)量子理論，電磁輻射的能量不是連續(xù)的，而是由一個個“能量子”所組成，每個量子具有與頻率成正比的能量 （1.1）其中h=6.626×10-34J·s.是普朗克常量，f代表頻率。低頻無線電波的頻率很低，量子能力甚小，故其量子特性不顯著。與微波頻率相應(yīng)

16、的量子能量范圍是10-510-2eV,故在低功率電平下，微波的量子特性將明顯地表現(xiàn)出來。當(dāng)微波與物質(zhì)相互作用時，應(yīng)該考慮到這種量子效應(yīng)。例如順磁物質(zhì)在磁場作用下的許多能級差、一些大分子振動和轉(zhuǎn)動所造成的能及超精細(xì)結(jié)構(gòu)、接近絕對零度時每個自由度所具有的能量等，都羅在微波量子的能量范圍內(nèi)。當(dāng)微波與這些物質(zhì)相互作用是，特別是在超低溫、低電平的條件下，量子特性往往成為決定過程本質(zhì)的主要因素。微波的上述幾個特點(diǎn)都是互相聯(lián)系的，而這些特點(diǎn)都是由于它在電磁波譜中所占有的特定的位置所決定的。1.2 微波與物質(zhì)的相互作用1.2.1 微波吸收光譜 分子的轉(zhuǎn)動能級是量子化的，吸收與能級間能量差相等的微波能后，分子會

17、由低能級躍遷到高能級，因?yàn)槲⒉ǖ哪芰繘Q定于其頻率的大小，所以分子只能在一些分立的頻率處吸收微波。 分子轉(zhuǎn)動能級躍遷所吸收微波的波長處于遠(yuǎn)紅外微波區(qū)，吸收信號大小隨微波頻率(或波長、 波數(shù))變化的譜圖即為微波吸收光譜。原子光譜是線狀的，它由原子的電子能級躍遷而產(chǎn)生 不同元素的原子有不同的特征譜線。原子光譜一般在可見紫外區(qū)，而不在微波區(qū)。分子的運(yùn)動包括分子的平動、轉(zhuǎn)動、核的振動及電子的運(yùn)動。分子的總能量E總可表示為: 。式中: 分別代表電子能，振動能，轉(zhuǎn)動能和平動能，除平動能之外，前三項都是量子化的，叫分子的內(nèi)部運(yùn)動能。分子能態(tài)的躍遷會吸收或發(fā)射一定的能量，表現(xiàn)為一定頻率的光子的吸收或發(fā)射。一般來

18、說分子的電子光譜波長約在1 um 20 nm，即可見和紫外區(qū)；振動光譜波長為50 1um，位于紅外區(qū)。如果單純地轉(zhuǎn)動能發(fā)生改變(在同一電子態(tài)，同一振態(tài)) 則產(chǎn)生轉(zhuǎn)動光譜，其波長為10 cm 50 um。微波的波長在11000mm之間，因而只能激發(fā)分子的轉(zhuǎn)動能級躍遷。微波譜比遠(yuǎn)紅外譜更易于得到單色波束，因而微波譜的分辨能力較高，不過微波譜主要是研究氣態(tài)分子。根據(jù)量子化學(xué)理論，只有當(dāng)分子的電子態(tài)的永久電偶極矩不為零，才有轉(zhuǎn)動能級的躍遷。因?yàn)榉菢O性分子的電偶極矩為零，決定著非極性分子就不會有轉(zhuǎn)動光譜。雙原子分子是簡單分子，按照非剛性轉(zhuǎn)子模型考慮，雙原子分子可分作極性與非極性分子，對于非極性分子(如

19、H2 、Cl2等) 因?yàn)闆]有永久偶極，故不會有純粹的轉(zhuǎn)動光譜。1.2.2 微波極性分子、離子作用機(jī)制 極性分子在無電場的作用下，分子的正負(fù)電荷中心不重合，雖然整個分子不帶電，但分子出現(xiàn)極性，由于極性的存在，整個極性分子存在偶極矩。當(dāng)它們處于靜電場時，極性分子將會呈現(xiàn)方向性排列，帶正電的一端朝向負(fù)極，帶負(fù)電的一端朝向正極；電磁場發(fā)生改變時極性分子的排列方向?qū)㈦S之發(fā)生改變。例如微波頻率達(dá)到時2.450MHZ時（相當(dāng)于使水分子在1秒內(nèi)發(fā)生180度來回轉(zhuǎn)動25億次），分子發(fā)生高頻轉(zhuǎn)動，這種極性變更運(yùn)動可能產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦碰撞，促進(jìn)分子活性部分更好地接觸和反應(yīng)，同時迅速產(chǎn)生大量的熱

20、能。關(guān)于離子作用機(jī)制，一般認(rèn)為是通過離子的電泳產(chǎn)生熱能的。如：NaCl在水溶液中將會解離成Na離子和Cl離子，在電場存在的情況下，正離子沿著電力線方向移動，負(fù)離子逆著電力線移動。由于微波場中電場方向是變化的，因此離子將會作來回的振蕩，使之與相鄰的分子碰撞，這種碰撞將會產(chǎn)生能量。同時，它會造成水分子所形成的氫鍵的瓦解從而釋放能量。上述的兩部分能量都以熱量的形式釋放出來，表現(xiàn)為物料的溫度升高，從而達(dá)到將微波轉(zhuǎn)化成熱能的目的1。1.3本文所作的主要工作本文主要研究了微波技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。第一章給出了微波的基本概念，介紹了微波的一些重要性質(zhì)，在整體上對微波做了比較全面的闡述。文章的第二章主要

21、對微波加熱技術(shù)、干燥技術(shù)以及殺菌技術(shù)分別進(jìn)行了分析，具體討論了其技術(shù)原理及特點(diǎn)。微波加熱，物料吸收電磁波產(chǎn)生的熱量與物料的介電特性有關(guān)。微波加熱不同于其他加熱方法 ,一般的加熱方式都是先加熱物體的表面，然后熱量由表面?zhèn)鞯絻?nèi)部，而微波加熱則可直接輻射加熱物體的全部，并且呈現(xiàn)出即時性、選擇性等特點(diǎn)?，F(xiàn)代微波干燥技術(shù)常與其它常規(guī)干燥方法結(jié)合起來使用，如微波/熱風(fēng)干燥、微波/真空干燥和微波/冷凍干燥等技術(shù)。微波殺菌以其殺菌時間短、升溫速度快、能耗少、殺菌均勻、食品營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)破壞和損失少等特點(diǎn)受到越來越多的食品生產(chǎn)廠家的青睞與應(yīng)用。第三章介紹了微波技術(shù)在食品工業(yè)中的具體應(yīng)用以及微波技術(shù)的廣闊前景

22、。真正意義上的微波技術(shù)時代即將到來。第2章 微波技術(shù) 加熱物料按其導(dǎo)熱方式可以分為兩類：一類是依靠物料表面將熱介質(zhì)熱量逐層傳人物料內(nèi)部使之升溫，稱為表面熱傳導(dǎo)加熱,即常規(guī)加熱法。其熱介質(zhì)可為熱空氣、蒸汽 ,也包括遠(yuǎn)紅外線輻射（熱源）等。另一類為依靠微波透人物料內(nèi),與物料的極性分子相互作用而轉(zhuǎn)化為熱能，使物料內(nèi)各部分在同一瞬間獲得熱量而升溫，這種具有使物料整體成為熱源的加熱方式稱為微波加熱，又稱為介電加熱。這兩種加熱方式及其熱傳導(dǎo)特性是迥然不同的。研究表明微波電磁場對物料相互作用能產(chǎn)生兩方面的效果：一是微波能量轉(zhuǎn)化為物料升溫的熱能而對物料加熱；另一種是與物料中生物活性組成部分（如蛋白質(zhì)及酶）或混

23、合物（如細(xì)菌 、霉菌等）等相互作用 ,使它們的生物活性得到抑制或激勵（視微波電磁場的頻率和強(qiáng)度等因素，以及物料生物活性滅活閡值而定）。前者稱為微波對物料的加熱效應(yīng)，后者稱為非熱效應(yīng)或生物效應(yīng)。2.1微波加熱技術(shù)2.1.1物料的介電特性電磁波在傳播過程中，若遇到介質(zhì)會發(fā)生反射、吸收和穿透現(xiàn)象，根據(jù)物料與電磁場之間的相互關(guān)系，可將物料分為四類：導(dǎo)體、絕緣體，介電體和鐵磁體。導(dǎo)體（主要是金屬）反射電磁波，可用于貯存或引導(dǎo)電磁波，即可作為干燥室和波導(dǎo)的材料；絕緣體也稱為無損耗介電體，幾乎不反射也不吸收電磁波，電磁波可以穿過絕緣體，這些材料有陶瓷，玻璃，純聚丙烯（PP），聚四氟乙烯等，特別是純聚丙烯和聚

24、四氟乙烯，不僅具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，而且具有較好的機(jī)械加工性能，在微波機(jī)械中可用做托盤、轉(zhuǎn)動軸、傳送帶等；介電體的特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，它們不同程度地吸收電磁波的能量，并將之轉(zhuǎn)化為熱能，如水、食品等；鐵磁體也吸收、反射和穿透電磁波，同電磁波的磁場發(fā)生作用，會產(chǎn)生較小的熱量，它們常用作保護(hù)或扼流裝置的材料用以防止電磁波能量的泄漏。物料吸收電磁波，產(chǎn)生的熱量與物料的介電特性有關(guān)1 ，物料的介電特性參數(shù)可用復(fù)數(shù)表示： （2.1） 為復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，對應(yīng)于物料的電容，表示從電磁場中貯存電能的能力，這部分能量是可逆的；為復(fù)介電常數(shù)的虛部，為損耗因子，對應(yīng)于物料的電阻，表示從電磁場中耗散的電能，這部分

25、能量是不可逆的。復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部與虛部的相位差小于90°，它們的比值叫損耗角正切值，即： （2.2）式中為損耗角。表2.1一些食品材料的相對介電參數(shù)含水率，溫度大小等都會影響食品物料的介電常數(shù)，在加熱、干燥過程中食品物料的濕度、溫度都是動態(tài)變化的，所以加熱、干燥過程中物料的介電常數(shù)也是在動態(tài)變化的。2.1.2微波對物料的加熱效應(yīng)微波能量被介質(zhì)材料吸收而轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)象，表現(xiàn)為微波能在材料中的總損耗。在微波場的作用下，電介質(zhì)的極性分子從原來雜亂無章的熱運(yùn)動改變?yōu)榘措妶龇较蛉∠虻囊?guī)則運(yùn)動，而熱運(yùn)動以及分子間相互作用力的干擾和阻礙則起著類似于內(nèi)摩擦的作用，將所吸收的電場能量轉(zhuǎn)化為熱能，使電

26、介質(zhì)的溫度隨之升高。電場能量的損耗用介質(zhì)的損耗角正切 tg或介電常數(shù)的虛部作定量表示。損耗角正切越大，則微波熱效應(yīng)越顯著。帶有松弛離子的電介質(zhì)和有漏導(dǎo)損耗的介質(zhì)也會消耗微波電磁場能量而發(fā)熱。無極性分子的電介質(zhì)的損耗角正切很小,其微波熱效應(yīng)可忽略。電磁波從空氣透射進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部,隨著能量被逐漸消耗并轉(zhuǎn)化為熱能,其場強(qiáng)通常按指數(shù)規(guī)律衰減。微波能量減少到表面值的1/e213.6%時的深度稱為穿透深度2。微波場在磁介質(zhì)中的損耗由兩部分組成：介電損耗與磁損耗。介電損耗仍用介質(zhì)的損耗角正切表示，它與材料的電阻率有關(guān)，電阻率越大，介電損耗越小。磁損耗又稱阻尼損耗，它與導(dǎo)磁率的虛部成正比。若微波電磁場的功率過大

27、，將會使磁介質(zhì)的溫度過高；若熱平衡系統(tǒng)受到破壞，則會導(dǎo)致材料飽和磁化強(qiáng)度下降，甚至變?yōu)轫槾挪牧稀?.1.3微波加熱機(jī)理 微波與無線電波、電視信號、雷達(dá)通訊、紅外線和可見光等均屬電磁波，不同的是其波長范圍有所區(qū)別。它以類似于光的速度直線傳播,當(dāng)遇到物體的阻擋 ，就會產(chǎn)生反射、穿透或吸收現(xiàn)象。微波可由磁控管產(chǎn)生，磁控管將50-60Hz 的低頻電轉(zhuǎn)化成為電磁場，其方向每秒可變化數(shù)十億次。食品工業(yè)中主要是利用微波的熱效應(yīng)。微波加熱不同于其他加熱方法 ,一般的加熱方式都是先加熱物體的表面，然后熱量由表面?zhèn)鞯絻?nèi)部，而微波加熱則可直接輻射加熱物體的全部。根據(jù)物理理論可知，介質(zhì)分子可分為有極分子和無極分子兩大

28、類有極分子的正、負(fù)電荷的中心不重合，其間有一段距離，可等效為一個電偶極子。被加熱的介質(zhì)中有許多一端帶正電、另一端帶負(fù)電的分子（稱為偶極子），在沒有電場的作用下，這些偶極子在介質(zhì)中做雜亂無規(guī)則的運(yùn)動。在外電場的作用下，使原來雜亂無章的有極分子沿著外電場的方向轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生轉(zhuǎn)向極化（無極分子的正、負(fù)電荷中心重合，在外電場的作用下使分子中的正負(fù)電荷中心沿電場方向只產(chǎn)生位移極化）。當(dāng)介質(zhì)處于直流電場作用下，偶極分子就重新進(jìn)行排列，帶正電的一端朝向負(fù)極，帶負(fù)電的一端朝向正極，使得雜亂無規(guī)則排列的偶極子變成了有一定取向的有規(guī)則的偶極子，即外加電場給予介質(zhì)中偶極子以一定的“位能”。表征介質(zhì)在外電場作用下極化程度

29、的物理量叫介電常數(shù)（在交變電場作用下，介質(zhì)的介電常數(shù)是復(fù)數(shù)，虛數(shù)部分反映了介質(zhì)的損耗）。實(shí)際上，介電常數(shù)并不是一個不變的數(shù)，在不同的條件下，其介電常數(shù)也不相同，例如水在微波條件下的介電常數(shù)和損耗比一般物質(zhì)大很多，因此較容易吸收微波能量而被加熱。介質(zhì)分子的極化越熱烈,介電常數(shù)越大,介質(zhì)中儲存的能量也就越多。食品中的水分 、蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等都屬于電介質(zhì)，能夠很好地吸收微波能。這些極性分子從原來的隨機(jī)分布狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐勒针妶龅臉O性排列取向,這一過程促使分子高速運(yùn)動和相互摩擦,從而產(chǎn)生熱量，這種效應(yīng)稱介電感應(yīng)加熱效應(yīng)1。若改變電場的方向，則偶極子的取向也隨之改變。若電場迅速交替地改變方向，則

30、偶極子亦隨之做快速的擺動。由于分子的熱運(yùn)動和相鄰分子間的相互作用 ，偶極子隨外加電場方向改變而做的規(guī)則擺動便受到于擾和阻礙，即產(chǎn)生了類似摩擦的作用，使分子獲得了能量，并以熱的形式表現(xiàn)出來，表現(xiàn)為介質(zhì)的溫度升高。外加電場的變化頻率越高，分子擺動就越快，產(chǎn)生的熱量就越多。外加電場越強(qiáng)，分子的振幅就越大，產(chǎn)生的熱量也越大。分子頻繁擺動，其摩擦產(chǎn)生瞬間集中的熱量，從而能迅速提高介質(zhì)的溫度。微波是一種頻率極高的電磁波，照射在理想導(dǎo)電金屬表面上將被全反射，照射在介質(zhì)表面則有一小部分被反射，而大部分能穿透到介質(zhì)內(nèi)部，并在內(nèi)部逐漸被介質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽浯┩干疃戎饕獩Q定于介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波的頻率，在微波

31、頻率下對一般物體其穿透深度可達(dá)幾厘米，從而使物料能均勻、迅速的被加熱。2.1.4微波加熱物料特征 微波加熱物料具有如下特征1、微波能（量）轉(zhuǎn)化為熱能的即時性物料吸收微波能是物料內(nèi)極性分子與微波電磁場相互作用的結(jié)果。物理學(xué)指出，在外加交變電磁場作用下，物料內(nèi)極性分子電極化并隨外加電磁場的極性變更而交變?nèi)∠颍ㄐD(zhuǎn)）。眾多極性分子因頻繁轉(zhuǎn)向（約10-8次/s），相互產(chǎn)生磨擦，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。研究表明，極性分子在極化轉(zhuǎn)向過程中的轉(zhuǎn)向時間與外加交變電磁場極性改變的圓頻率有關(guān)。在微波頻段時有的結(jié)果。以我國工業(yè)微波加熱設(shè)備常用的兩種工作頻率915MHz和2450MHz計算，約為10-1110-10數(shù)量級

32、。因此，微波能在物料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能的過程具有即時特征 。微波加熱的即時性給微波加熱帶來了如下特點(diǎn)：對物料加熱無惰性 ,即只要有微波輻射，物料即刻得到加熱；反之，物料就得不到微波能量而停止加熱。這種使物料能瞬間得到或失去加熱動力（能量）的性能，符合工業(yè)連續(xù)自動化生產(chǎn)加熱要求。2、微波能量利用率高常規(guī)加熱設(shè)備的能耗包括三部分：物料升溫和成品流通的熱損失；設(shè)備預(yù)熱及向外界散熱的損失；熱介質(zhì)流失（如排廢蒸汽等）。這是依靠物料表面熱傳導(dǎo)加熱方式?jīng)Q定的，因?yàn)橹灰O(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其熱介質(zhì)，包括設(shè)備的溫度必然會高于環(huán)境溫度，因此常規(guī)加熱能耗的后兩部分將占總能耗的較大的比例。據(jù)物料對微波吸收的特性知，物料（介質(zhì)）能

33、吸收微波，而金屬材料只能反射而不能吸收微波。因此組成微波加熱設(shè)備的熱損失僅 占總能耗的極少部分。再加上微波加熱并不依賴（不需要）高溫?zé)峤橘|(zhì)，故絕大部分微波能量被物料吸收轉(zhuǎn)為升溫的熱量，形成能量利用率高的加熱特征。3、物料各部位呈體熱源溫度分布據(jù)傳熱學(xué)理論，在微波電磁場中因物料吸收微波能量成為體熱源，其動態(tài)熱傳導(dǎo)方程為1： （2.3）式中為平均功率密度，為物料導(dǎo)熱系數(shù), 和分別為物料的比熱和密度 ，為水分蒸發(fā)相變需熱項，為物料傳送方向（z方向）上熱量流失項，其中為物料在z方向的傳送速率2。若取物料為熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)，則并假定物料無水分蒸發(fā)相變和傳送（），則對一個半徑為R，兩端面作絕熱處理的園柱體物

34、料為例，其內(nèi)部溫度分布狀況的剖面如圖2.1所示。圖2.1（a）和（b）分別表示依靠物料表面導(dǎo)熱的外熱源加熱及微波加熱物料為體熱源時，物料中的熱量和質(zhì)量遷移，以及溫度梯度方向的模型示意圖2。鑒于微波加熱時熱量傳導(dǎo)與蒸汽遷移的方向相同,是物料加熱干燥的最理想狀態(tài) 。因此 ,微波加熱干燥效率遠(yuǎn)大于常規(guī)加熱干燥，尤適于低含水率（<10%）物料。圖2.1 常規(guī)的與微波加熱機(jī)理 以及熱量、質(zhì)量遷移方向模型示意圖相比一般的憑借加熱周圍的環(huán)境，以熱量的輻射或通過熱空氣對流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過熱傳導(dǎo)傳到物體內(nèi)部的加熱方法。微波熱能是在被加熱物內(nèi)部產(chǎn)生的，熱源來自物體內(nèi)部，加熱均勻，不會造

35、成“外焦里不熟”的夾生現(xiàn)象，在工業(yè)生產(chǎn)中非常有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時由于“里外同時加熱”大大縮短了加熱時間，加熱效率高，有利于提高產(chǎn)品產(chǎn)量。4、選擇性加熱微波加熱所產(chǎn)生的熱量和被加熱物的損耗有著密切關(guān)系。各種介質(zhì)的介電常數(shù)在0.0001到0.5的范圍內(nèi)，所以各種物體吸收微波的能力有很大的差異。一般說介電常數(shù)大的介質(zhì)很容易用微波加熱，介電常數(shù)太小的介質(zhì)就很難用微波加熱。這就是微波對物體具有選擇性加熱的特點(diǎn)。5、微波加熱穿透能力強(qiáng)遠(yuǎn)紅外加熱的頻率比微波加熱的頻率更高，照理加熱效率要更好，但其實(shí)不然，這里面還存在一個穿透能力的概念。遠(yuǎn)紅外加熱雖有許多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用也比較廣泛，但從對物體的穿透能力看，遠(yuǎn)紅

36、外就遠(yuǎn)不如微波。什么叫穿透能力呢？穿透能力就是電磁波穿透到介質(zhì)內(nèi)部的本領(lǐng)，電磁波從表面進(jìn)入介質(zhì)并在其內(nèi)部傳播時，由于能量不斷被吸收并能轉(zhuǎn)化為熱能，它所攜帶熱量就隨著深入介質(zhì)表面的距離以指數(shù)形式衰減。電磁波的穿透深度和波長是同一數(shù)量級，除了較大的物體外，一般可以做到表里一起加熱。而遠(yuǎn)紅外加熱的波長很短，加熱時穿透能力差，在遠(yuǎn)紅外線照射下，只有物體一薄層發(fā)熱，而熱量要到內(nèi)部主要靠傳導(dǎo)，這樣不僅加熱時間長，而且容易造成加熱不均勻。相比之下，電磁波中的微波加熱的穿透能力比遠(yuǎn)紅外加熱強(qiáng)的多。微波能透入食品內(nèi)部加熱，以及無須高溫?zé)峤橘|(zhì)的特點(diǎn)，從根本上改變了依賴高溫?zé)峤橘|(zhì)和熱傳導(dǎo)方式的常規(guī)加熱方法，體現(xiàn)了微

37、波技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢（如表2.2）10。表2.2常規(guī)加熱與微波加熱法的差別與工藝狀況常規(guī)加熱微波加熱微波工藝焦糊開始位置表層里層不能從物料表層觀察火候預(yù)熱時間較長（以分鐘計）短（以秒計）不需要預(yù)熱時間加熱慣性狀態(tài)有無加熱控制量不必提前加熱與殺菌工序分開合一省卻殺菌工序溫升狀態(tài)表層溫度高里層溫度高表層不易結(jié)硬殼干燥層擴(kuò)展由表及里里層向表層含水率低，干燥效率高物料溫度梯度大較小均溫時間短熱量傳遞方式表面熱傳導(dǎo)透入物料轉(zhuǎn)換整體加熱熱量吸收與介質(zhì)有關(guān)密切相關(guān)選擇性加熱2.1.5微波場中物料吸收的微波能及穿透深度的計算要進(jìn)一步分析微波加熱或微波干燥，必須計算微波場中吸收的能量。計算方法主要有兩種，即：解麥克

38、斯韋方程組和Lambert定理。1.由麥克斯韋方程組求解物料吸收的微波能微波是時變的電磁場，麥克斯韋歸納了4個方程進(jìn)行描述： （2.4a） (2.4b) (2.4c) (2.4d)式中和分別是電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度，是電流密度，是電位移，是磁感應(yīng)強(qiáng)度,為體積電荷密度，它們方向具有如下關(guān)系：靜止、線性、各向同性的本構(gòu)方程為8： （2.5a） (2.5b) (2.5c)電磁場中，場源、場量大多是時間的正弦或余弦函數(shù)，即隨時間作簡諧變化，又稱為時諧變電磁場，可用復(fù)數(shù)表示為： (2.6a) (2.6b)式中、分別為和的復(fù)振幅矢量。將(2.5)和(2.6)代入式(2.4a)和(2.4b)得到： (2.7a)

39、 (2.7b)其中復(fù)介電常數(shù)為： (2.8)實(shí)部Re()表示從電磁場中貯存電能的能力，這部分能量是可逆的；復(fù)介電常數(shù)的虛部Im()為損耗因子，表示從電磁場中耗散的電能，式中為電導(dǎo)率，為介電常數(shù)，()為磁導(dǎo)率，它們都是電磁波頻率的函數(shù)。在研究微波加熱時，磁場的效應(yīng)可忽略，材料的磁導(dǎo)率()近似等于真空介質(zhì)的磁導(dǎo)。對式(2.7b)和式(2.8)兩邊分別取散度，則有： （2.9a） (2.9b)利用矢量恒等式，聯(lián)合式(2.7a)和式(2.7b)得到電場強(qiáng)度的微分方程： (2.10)式中： (2.11) (2.12a) (2.12b)而為真空介電常數(shù)，為傳播常數(shù)，可表示成： (2.13)其中： (2.1

40、4) (2.15)，c是光速，f是頻率,微波在真空中的波長為，在媒介中的波長為 (2.16a) (2.16b)設(shè)微波從物料的一面射入，無限大物料表面的電場強(qiáng)度為，對在深度z的電場強(qiáng)度可表示為： (2.17)式中稱為衰減常數(shù)，頻率越大，越大。當(dāng)電場強(qiáng)度在介質(zhì)中衰減到表面電場強(qiáng)度的37%(1e)，這時距離輻射表面的長度定義為穿透深度Dv，數(shù)值等于，即 (2.18)根據(jù)坡印亭定理，能流密度矢量為： (2.19)體積V，穿過閉曲面s的復(fù)數(shù)功率為： （2.20）式(2.20)兩邊取散度得： （2.21）式中,分別是復(fù)數(shù),的共扼復(fù)數(shù)。方程右邊第一項是實(shí)部，它是體積V內(nèi)因焦耳熱等消耗的功率；第二項是體積V內(nèi)

41、的無功功率。所以單位體積的物料內(nèi)，微波的耗散能為： （2.22）如微波的頻率為2450MHz，真空介電常數(shù)則(2-22)式變?yōu)椋?（2.23）2.利用Lambert定理計算微波能Lambert定理雖是一種近似的計算方法，但計算簡單、實(shí)用。計算公式如下2： （2.24）式中是物料表面?zhèn)鬏數(shù)奈⒉芰?，是距離表面z處的能流。則單位體積內(nèi)吸收的微波能為： （2.25）利用Lambert定理，通過試驗(yàn)測出物料表面的微波能流，此能流在物料內(nèi)部呈指數(shù)衰減，從而可計算物料內(nèi)部任一點(diǎn)吸收的微波能。2.2 微波干燥技術(shù)干燥是一種古老的單元操作之一，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、化工、醫(yī)藥、礦產(chǎn)、造紙和木材加工等眾多領(lǐng)域，

42、幾乎所有的產(chǎn)業(yè)都涉及干燥。然而在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，它仍然是最具有挑戰(zhàn)性的單元操作之一，特別是干燥農(nóng)產(chǎn)品、食品和具有生物活性功能的生物制品等。干燥是食品保藏的重要手段，也是加工高質(zhì)量食品的一個重要加工技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品、食品的種類繁多，絕大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品和食品加工都與干燥密切相關(guān)。2.2.1干燥過程對食品品質(zhì)的影響在農(nóng)產(chǎn)品和食品的干燥中，與干燥節(jié)能相比，人們更關(guān)心干燥產(chǎn)品的品質(zhì)。隨著人民生活水平的提高，人們已不再滿足于吃得飽，而是要吃得好，吃得健康，因此對食品的品質(zhì)提出了更高的要求。干燥過程對農(nóng)產(chǎn)品和食品產(chǎn)品的品質(zhì)具有很大的影響，有時甚至起到?jīng)Q定性的作用。表2.3干燥過程中食品品質(zhì)的變化表干燥是一個

43、復(fù)雜的過程，它經(jīng)常受所經(jīng)歷的溫度含水率時間的綜合影響，其過程中可能會發(fā)生各種物理、化學(xué)或生物化學(xué)變化3，表2.3列出了各種可能的變化，這些變化都會影響干燥產(chǎn)品的品質(zhì)。發(fā)生上述各種變化的影響因素也很多和復(fù)雜，圖2.2綜述了干燥過程中的熱量、質(zhì)量、動量傳遞等對干燥產(chǎn)品的質(zhì)量影響4。圖2.2干燥過程中的傳遞現(xiàn)象與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系2.2.2微波干燥機(jī)理 微波干燥主要利用的是微波加熱和穿透特性，微波加熱改變了常規(guī)加熱干燥過程中某些遷移勢和遷移勢梯度方向,形成了微波干燥的獨(dú)特機(jī)理。物料在微波中被整體加熱,這種加熱方式也稱“體積加熱” 。因具不依賴于物料的導(dǎo)熱性質(zhì)，而加快加熱速度 ,使物料受熱均勻 ,不會有表

44、面結(jié)殼現(xiàn)象。干燥是一種水分遷移和蒸發(fā)同時進(jìn)行的加工方式。微波加熱從內(nèi)部產(chǎn)生熱量，在物料內(nèi)部迅速生成的蒸汽形成巨大的驅(qū)動力，產(chǎn)生一種“泵送效應(yīng)”3,驅(qū)動水分以水蒸汽的狀態(tài)移向表面。有時甚至產(chǎn)生很大的總壓梯度，使部分水分還未來得及被汽化就已經(jīng)排列到物料表面，因此干燥速率極快。由于蒸發(fā)作用表面溫度比內(nèi)部的低，不必?fù)?dān)心會造成物料表面過熱、燒焦或內(nèi)外干燥不均。（a）普通干燥（b）微波（介電）干燥圖2.3微波（介電）干燥與普通干燥傳熱機(jī)理比較圖2.3表示了微波（介電）干燥和普通干燥（包括熱風(fēng)干燥、真空干燥等）過程中的熱量傳遞方向和水分遷移方向5，可見差別很大。在普通干燥時水分從表面開始蒸發(fā)，內(nèi)部的水分慢慢

45、地擴(kuò)散到表面，而能量是由物料外部向內(nèi)部傳遞，傳熱的推動力是溫度梯度，通常需要很高的外部溫度才能形成所需的溫度差，傳質(zhì)的推動力是物料內(nèi)部和表面之間的濃度差，可見普通干燥中傳熱和傳質(zhì)方向相反。在介電干燥過程中，物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，傳質(zhì)的推動力主要是物料內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所形成的壓力梯度。如果物料開始很濕，物料內(nèi)部的壓力升高非?？欤瑒t液體也可能在壓力梯度的作用下從物料中被排出，初始的含水量越高，壓力梯度對水分排除的影響也越大，通過“泵”效應(yīng)，驅(qū)使液體水和水蒸汽流向表面，因而干燥進(jìn)行得非?？臁Ｎ锪铣叽绱笥诖┩干疃鹊?2倍，熱能在內(nèi)部可能積累，導(dǎo)致內(nèi)部溫度可能超過表面溫度，此時傳熱和傳質(zhì)方向一致，如沒有其

46、他的輔助熱源，則該加熱系統(tǒng)空氣的溫度保持不變，物料表面溫度低于內(nèi)部的溫度；若物料的尺寸比穿透深度大許多倍，則穿透深度以內(nèi)的熱傳遞又類似于普通干燥。近年以來，許多研究者進(jìn)行了微波干燥機(jī)理的研究。一般認(rèn)為微波干燥分四個階段：內(nèi)部調(diào)整、液體流動、等干燥速率和下降速率階段。每一個階段都有各自特定的溫度、濕度分布。但總的來說，物料內(nèi)部的溫度梯度和濃度梯度很小，在溫度接近100時，壓強(qiáng)急速升高，而物料中心處壓強(qiáng)最高，沿徑向漸減，形成壓力梯度。這表明由蒸汽壓造成的傳質(zhì)方向是由里向外。物料的傳熱方向 、蒸汽壓遷移方向、壓力梯度、溫度梯度的方向一致，也即傳熱和傳質(zhì)的方向一致，熱阻礙小。而且物料吸收能量和排濕并不

47、完全依賴于干燥介質(zhì)和自身的熱傳導(dǎo)率，從而大大提高了傳熱效率和干燥速率。干燥速率的影響因素有很多，除了物料的介電特性、水分含量、組分、厚度、形狀等，還隨微波爐的輸出功率增加而顯著增加9。通常在加工生產(chǎn)中，為了節(jié)約能源降低成本，充分發(fā)揮微波加熱的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，微波常與其它常規(guī)干燥方法結(jié)合起來使用，如微波/熱風(fēng)干燥、微波/真空干燥和微波/冷凍干燥等技術(shù)。2.2.3 微波/熱風(fēng)干燥技術(shù)微波的加熱特性和干燥原理與眾不同，尤其適用于在低水分含量（<20%）物料的干燥。此時水分遷移率低，但微波能將物料內(nèi)的水分驅(qū)出。若食品過濕，應(yīng)用微波加熱將導(dǎo)致食品過熱。一般是先將物料用熱風(fēng)干燥至水分含量約20%左右，而

48、后用微波干燥至終點(diǎn)，熱風(fēng)則將表面的水蒸汽攜帶除去。常規(guī)的熱風(fēng)干燥一般要用加工時間的2/3來除出最后1/3的水分含量，而且會破壞物料中的熱敏感或熱不穩(wěn)定組分，造成溶質(zhì)遷移，使物料表面形成硬殼。與其相比 ,微波/熱風(fēng)干燥技術(shù)加熱時間短，速度快；不加熱周圍空氣或物料表面，因結(jié)合熱風(fēng)干燥，故節(jié)能，成本低；液相中溶質(zhì)遷移少，表皮不會硬化；可以調(diào)節(jié)加工條件使溫度控制在一定值以下，對色素、維生素、脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素的破壞作用小，保存率高；還可以殺滅物料中的細(xì)菌；產(chǎn)品復(fù)水性好。如先用熱風(fēng)處理洋蔥使水分含量降到10%,而后用微波干燥至5%,整個過程比熱風(fēng)干燥節(jié)能30%，可殺死約90%的細(xì)菌7。一般來講，提高熱

49、風(fēng)溫度或加大微波功率輸出都可提高干燥速率，在實(shí)際應(yīng)用中，物料后期的操作步驟和加熱條件，如熱空氣溫度、濕度、是否間斷進(jìn)行熱風(fēng)換向、傳送帶速率以及微波功率大小等的確定，應(yīng)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求和物料特性及所期望的加工產(chǎn)量酌情處理。原則是在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量使生產(chǎn)成本降低。用這項技術(shù)可加工干燥土豆片、薯片、香菇、玉米片、乳兒糕、豆類產(chǎn)品等。2.2.4 微波/真空干燥技術(shù)微波/真空干燥技術(shù)是把微波干燥和真空干燥兩項技術(shù)結(jié)合起來，充分發(fā)揮微波干燥和真空干燥各自優(yōu)點(diǎn)的一項綜合干燥技術(shù)。真空干燥中隨著工作壓強(qiáng)的降低,水分?jǐn)U散速率加快，物料的沸點(diǎn)溫度也降低，因而可使物料處在低溫狀態(tài)下進(jìn)行脫水，較好地保護(hù)物料

50、中的成分。微波是為真空干燥提供熱源，克服真空狀態(tài)下常規(guī)對流方式熱傳導(dǎo)速率慢的缺點(diǎn)，對物料進(jìn)行整體加熱，溫升迅速，不僅僅依賴介質(zhì)的存在。此項技術(shù)最適合熱敏性物料的加工處理7。在加工過程中,終產(chǎn)品的質(zhì)量隨溫度、真空度及微波照射水平的不同而不同，而且由于擊穿場強(qiáng)在真空中降低易引起電暈打火現(xiàn)象，因此需要特別注意。加工中各參數(shù)的確定和要求類同于微波/熱風(fēng)干燥技術(shù)。2.2.5 微波/冷凍干燥技術(shù)冷凍干燥是指將凍結(jié)物料中的冰直接升華為水汽的工藝過程。在干燥時需要外部提供冰塊升華所需的熱量。升華的速率則取決于熱源所能提供的能量的多寡。微波可克服常規(guī)干燥熱傳導(dǎo)率低的缺點(diǎn)，從物料內(nèi)部開始升溫，并且由于蒸發(fā)作用使冰

51、塊內(nèi)層溫度高于外層，對升華的排濕通道無阻礙作用。微波還可以選擇性地針對冰塊加熱，而干燥部分卻很少吸收微波能，從而使干燥速率大大增加，干燥時間可比常規(guī)干燥縮短一倍以上。由于物料內(nèi)部冰塊迅速升華，物料呈多孔性結(jié)構(gòu)，更易復(fù)水和壓縮。而且微波/冷凍干燥技術(shù)可更好的保留揮發(fā)性組分。相比較而言，微波/冷凍干燥比其它凍干方式更適于較厚的物料。物料干燥前的內(nèi)部溫度并不重要，不必過分強(qiáng)調(diào)。微波冷凍干燥適合于處理那些具有較低的熱降解溫度或高附加值的物料。例如某食品利用微波/冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)脫水蔬菜，產(chǎn)品不僅顏色、形狀與鮮菜相似，甚至還保存了產(chǎn)品原有的品質(zhì)和風(fēng)味。經(jīng)驗(yàn)證，其復(fù)水后的主要的營養(yǎng)成分含量達(dá)到鮮菜的97%

52、以上。在實(shí)際生產(chǎn)中為了降低成本，可使用組合式微波/冷凍干燥裝置，即將微波/冷凍干燥作為最終干燥手段7。微波/冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)與常規(guī)冷凍干燥產(chǎn)品沒有多大差別 ,但其加工周期大大縮短了，微波/冷凍干燥在經(jīng)濟(jì)上較合算。因此微波冷凍干燥技術(shù)必將越來越受重視，其應(yīng)用將越來越廣泛。2.3 微波殺菌技術(shù) 近年來，微波殺菌技術(shù)已越來越廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)之中。殺菌是食品加工的一個重要操作單元，目前使用最多的殺菌方法是熱力殺菌。傳統(tǒng)熱力殺菌熱量由食品表面向中心傳遞，其傳遞速率取決于食品的傳熱特性，因此造成食品表層與中心的溫差與殺菌的時間差，延長了食品整體殺菌所需的總時間。其次，單純依靠熱力的作用，增加了對食品中的耐熱性較強(qiáng)的芽孢桿菌的殺滅難度。另外，食品的初溫、原料形狀大小、黏度及包裝均對熱力殺菌總時間有影響，尤其是傳導(dǎo)傳熱型食品初溫的影響最為明顯。因此，傳統(tǒng)的熱殺菌方法殺菌時間長、熱量消耗大，對于熱敏性物料來說，營養(yǎng)成分和風(fēng)味損失大。微波殺菌時，食品本身成為加熱體，食品內(nèi)外同時升溫，不需要利用傳熱介質(zhì)