第七章 食品的微波處理

課程名稱食品加工與保藏原理授課班級食品1431授課時間2015.11.23授課時數(shù)2本次內(nèi)容食品微波處理教具多媒體教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

能區(qū)分不同材料對微波的吸收能力；

掌握微波概念、微波加熱原理、特點；了解微波加熱設(shè)備構(gòu)成。重點微波加熱原理難點微波加熱原理能力訓(xùn)練方式方法講解、問答、互動教學(xué)環(huán)節(jié)時間安排復(fù)習(xí)：5min講解、互動：75min小結(jié)：5min看書鞏固知識點：5min課外作業(yè)預(yù)習(xí)課堂考勤41參考資料《食品加工與保藏原理》課程名稱食品加工與保藏原理授課班級食品1431授課時間2015.11.25授課時數(shù)2本次內(nèi)容食品微波處理教具多媒體教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)

能區(qū)分微波不同應(yīng)用中各自應(yīng)用原理；

了解微波在食品中的應(yīng)用范圍；掌握微波干燥、烘烤、殺菌、滅酶和傳統(tǒng)方式的區(qū)別及微波處理的優(yōu)點；掌握我國微波使用安全標(biāo)準(zhǔn)。重點微波應(yīng)用范圍及其原理難點微波應(yīng)用范圍及其原理能力訓(xùn)練方式方法講解、問答、互動教學(xué)環(huán)節(jié)時間安排復(fù)習(xí)：5min講解、互動：75min小結(jié)：5min看書鞏固知識點：5min課外作業(yè)查閱資料了解微波輻射對人體影響課堂考勤41參考資料《食品加工與保藏原理》食品微波處理主要內(nèi)容3241

微波技術(shù)的發(fā)展歷史

微波的性質(zhì)和加熱機(jī)理

微波加熱在食品中的應(yīng)用

微波加熱設(shè)備的組成及選用

微波的安全使用及其防護(hù)

57.1微波技術(shù)的發(fā)展歷史19世紀(jì)40年代美國雷聲公司制造出第一臺微波爐。19世紀(jì)五六十年代，伴隨著大功率磁控管研制成功，美英等國隧道式、波導(dǎo)等多種加熱器的問世，國外在微波能的應(yīng)用上掀起一場新的“能源革命行動”。微波能的應(yīng)用普及到食品、醫(yī)藥、農(nóng)副土特產(chǎn)品加工、化工及當(dāng)代尖端技術(shù)的各個領(lǐng)域中。我國從20世紀(jì)70年代開始研制、推廣微波能應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備。當(dāng)時研制的2450MHz45KW隧道式微波干燥乳兒糕生產(chǎn)線，將原來需要烘烤7h左右的工藝縮短到9min完成。圖1世界上第一臺微波爐

7.2微波的性質(zhì)與加熱機(jī)理7.2.1微波及其特點

微波是頻率非常高的電磁波，又稱為超高頻波，頻率大約從300MHz到300GHz（千兆赫茲）。之所以稱為微波，是因為其波長在1mm～1m，比普通的無線電波波長更微小。

1GHz＝103MHz＝109Hz電磁波分類:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線（放射性）7.2.1微波與介電物質(zhì)微波

非電離輻射。當(dāng)微波在傳輸過程中遇到不同的材料時，會產(chǎn)生反射、吸收和穿透現(xiàn)象。介電物質(zhì)

性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，具有吸收、穿透和反射微波的性能。7.1.2微波應(yīng)用系統(tǒng)常用的材料導(dǎo)體材料：銅、銀、鋁類；性能：能反射微波。導(dǎo)體以一種特殊的形式傳播以及反射微波能量；用途：微波裝置中的波導(dǎo)管，微波加熱用的外殼。1材料：含水、鹽和脂肪的食品以及其他生物質(zhì)。性能：具有吸收、穿透和反射微波性能。在微波加熱過程中，被處理的介質(zhì)材料以不同程度吸收微波能量，又稱為有耗介質(zhì)。介電質(zhì)2絕緣體材料：玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料等；性能：可部分反射或滲透微波，通常吸收微波能較少。用途：微波處理過程中用此作為包裝和反應(yīng)器的材料，或作為家用微波爐烹調(diào)用的食品器皿。絕緣體37.2.2微波的加熱機(jī)理食品工業(yè)中所使用的微波設(shè)備主要是利用微波的熱效應(yīng)。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)，微波對它們的加熱稱作介電感應(yīng)加熱(dielectricheating)。

微波產(chǎn)熱的兩種機(jī)制：離子極化和偶極子轉(zhuǎn)向。溶液中帶電離子在電場作用下獲得動能，相互碰撞，將動能轉(zhuǎn)化為熱能。若為交變電場，碰撞次數(shù)增加，升溫快。極性分子在高頻交流電場中不停轉(zhuǎn)動，摩擦生熱，使物料溫度升高。直流電

只從正極流向負(fù)極。交流電

方向和強(qiáng)度都隨時間做周期性改變的電流。產(chǎn)熱機(jī)制偶極子轉(zhuǎn)向－＋－＋－＋＋－交變電場引起偶極子轉(zhuǎn)向微波頻率2450MHz，水分子1S內(nèi)發(fā)生180°來回轉(zhuǎn)動24.5億次7.2.2食品材料的介電特性微波對食品材料的穿透特性該特性用穿透深度（功率傳透深度或半功率穿透深度）表示。功率穿透深度：微波功率從材料表面衰減至表面值的1/e（大約37%，e=2.718282)時的距離。半功率穿透深度：微波功率透入材料后，功率衰減一半的距離。能量密度：一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小同一種介質(zhì)，穿透深度與微波波長成正比，與頻率成反比；介電材料的含水量不同，微波對介電材料的穿透能力（深度）也不同。水分增加，穿透深度降低；低溫和低頻時在食品有較大的穿透深度。（P273表格）7.2.2食品材料對微波的吸收特性Pm=0.566εγtanδfE2×10-12Pm----功率密度W/cm3εγ---介質(zhì)的介電常數(shù)Tanδ—介質(zhì)損耗f---微波頻率,HzE----電場強(qiáng)度，V/cm介質(zhì)的固有介電特性（介電損耗因子）：

εγtanδ食品材料的介電特性不同，其對微波的吸收特性就不同。適宜的介電損耗因子10-2<ε”<57.2.2影響材料介電特性的因素1)材料成分成分不同介電特性（介電常數(shù)等）不同。2）材料的含水量及狀態(tài)物料含水量高，則其介電常數(shù)及介電損耗大，材料吸收微波能的能力強(qiáng)。水呈液態(tài)時比呈固態(tài)（冰）時的介電常數(shù)及介電損耗大。3）材料的溫度溫度高則介電常數(shù)大，吸收微波能力強(qiáng)。4）微波頻率微波頻率高，材料的介電常數(shù)及介電損耗降低。5）材料的密度密度大而緊實的物料，因空氣少，故介電常數(shù)及介電損耗大，吸收微波的能力強(qiáng)，易被微波加熱。7.2.2微波加熱特點選擇性加熱（食品成分選擇性吸收導(dǎo)致）好處：

1.加熱效率高，節(jié)約能源，易控制。

2.可用于較干燥的谷物殺滅害蟲。壞處：微波的選擇性加熱是造成微波加熱不均勻(runawayheating)的主要原因之一。

7.2.2微波穿透性特點好處：

1.實現(xiàn)包裝后食品的短時殺菌。

2.加熱時間短，干燥速度快，而且對有些食品還能起到特有的膨化效果。

3.快速解凍。壞處：

微波加熱的穿透性是造成微波加熱不均勻(runawayheating)的另一個主要原因之一。物料中的水分吸熱汽化，從而帶動食品物料組織膨化的一種新的常壓膨化技術(shù)穿透性原因：電磁波具有波粒二象性，波長與光子能量成反比關(guān)系，當(dāng)波長越短光子能量越大，則穿透力越強(qiáng)。如高能X射線幾乎能穿透所有非金屬物，甚至還可以穿透薄鋁。而Y射線則能穿透大多數(shù)金屬，只有重金屬（如很厚的鉛板）才能將其擋住7.3微波加熱系統(tǒng)的組成及選用被加熱物料高壓電源微波發(fā)生器連接波導(dǎo)冷卻系統(tǒng)微波加熱系統(tǒng)示意圖微波加熱器冷卻微波管腔體及陰極部分7.3.2微波頻率的選擇目前用于工業(yè)微波加熱的頻率主要有915MHz和2450MHz。915MHz具有較大穿透深度，獲得較大的功率915MHz體積較大/較厚的物料含水分高的物料加工大批物料2450MHz因磁控管及其波導(dǎo)小，適用于家用微波爐含水分量低的物料7.4微波加熱在食品中的應(yīng)用7.4.1在食品工業(yè)中采用微波加熱技術(shù)特點優(yōu)點：加熱、干燥速度快，所需時間短加熱效率高加熱過程具有自動平衡性能物料加熱均勻、產(chǎn)品質(zhì)量高設(shè)備操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，且占地面積小，工作環(huán)境良好缺點：

微波加熱最主要的缺點是電能消耗大。

物料對微波的吸收取決于損耗系數(shù)，水的損耗系數(shù)大于干物質(zhì)，水分多，吸收能量多，揮發(fā)快。因此，微波能不會一直聚集在已干物質(zhì)部分。7.4微波技術(shù)在食品工業(yè)中的最新發(fā)展7.4.2.1微波用于食品的解凍和軟化7.4.2.2微波用于一些食品的烹調(diào)及預(yù)加工7.4.2.3微波用于食品物料的干燥(包括真空干燥、冷凍干燥)7.4.2.4微波還可用于食品的殺菌消毒與滅酶7.4.2.5微波用于焙烤與烘烤7.4.2.6微波萃取7.4.2.7微波用于食品物料的去殼去皮7.4.2.8微波用于酒類的陳化7.4.2.9其他（生物育種誘變等）

7.4食品的解凍和軟化利用微波能在低溫下的穿透力較強(qiáng)，及冰的介電特性特點進(jìn)行解凍處理。915MHz，120kW連續(xù)式微波軟化/解凍裝置

國外已有使用915MHz和2450MHz微波解凍設(shè)備進(jìn)行食品的軟化、解凍冷凍食品解凍工藝融化凍結(jié)食品快速解凍過程調(diào)溫根據(jù)后續(xù)操作升高操作溫度。如凍結(jié)肉的切塊。

1h可解凍500kg水對微波吸收能力大于冰，已融化解凍區(qū)域吸收較多能量，易在已解凍區(qū)域造成過熱效應(yīng)，因此，解凍速度不易過快。P284表7-9：微波解凍脫水率高于自然解凍？7.4微波用于食品的烹調(diào)及預(yù)加工熏制食品

優(yōu)點：改善常規(guī)熏制副產(chǎn)物油脂污染嚴(yán)重，重新利用度低的缺點，同時節(jié)約能量和加工空間。肉質(zhì)品

可使碎肉凝結(jié)成塊研究發(fā)現(xiàn)使用不同功率的微波爐(商業(yè)生產(chǎn)使用1.6～2.0kW，家用600～800w)，對食品中營養(yǎng)成分的保留情況無顯著性差異.微波烹調(diào)時間的選擇至關(guān)重要，短時間烹調(diào)，減少了高溫對營養(yǎng)成分的破壞；微波烹調(diào)避免了食物烹調(diào)過程中化學(xué)污染物的產(chǎn)生.同時也能較好地殺滅食品中的微生物；微波烹調(diào)無需預(yù)熱而立即發(fā)揮作用，加熱效率高，烹調(diào)時間短，節(jié)省能源；烹調(diào)過程無油煙.清潔安全，是值得推廣的家用烹調(diào)方式。溫度過高（120℃以上），時間過長，會產(chǎn)生丙烯酰胺類疑似致癌物質(zhì)注意事項嬰兒食品不能使用微波爐加熱；微波加熱是夠產(chǎn)生致癌物并無明確研究，但在加熱過程中應(yīng)嚴(yán)格控制時間；水分含量高的食物適合于微波加熱；有膜（如雞蛋黃）或有外殼的食物不宜微波加熱；7.4微波干燥與膨化

干燥：利用濕物料的快速體積加熱而產(chǎn)生的附加顯熱，誘導(dǎo)濕氣向表面擴(kuò)散，有利于用較經(jīng)濟(jì)的常規(guī)技術(shù)來抽走和排除濕氣，達(dá)到干燥目的。膨化：促使食品內(nèi)部水分的相變和氣體的熱壓效應(yīng)原理，使食品內(nèi)部水分快速升溫汽化、增壓、膨脹，并依靠氣體的膨脹力和物料的質(zhì)構(gòu)變化，形成網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。7.4微波殺菌消毒與滅酶

微波殺菌既有熱效應(yīng)原理，也有非熱效應(yīng)（生物效應(yīng)）原理。熱效應(yīng)：升溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，細(xì)胞膜破裂等。

原因：微生物體內(nèi)含有大量水分。非熱效應(yīng)：光化學(xué)反應(yīng)、場力效應(yīng)、電磁共振效應(yīng)等物質(zhì)一般在可見光或紫外線的照射下而產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，是由物質(zhì)的分子吸收光子后所引發(fā)的反應(yīng)。7.4微波殺菌設(shè)備微波泡菜殺菌微波殺菌設(shè)備7.4微波殺菌消毒與滅酶常規(guī)的熱水燙漂法滅酶易造成營養(yǎng)損失等問題；采用熱空氣或蒸汽又會出現(xiàn)受熱不均勻問題；利用微波能，可解決外形復(fù)雜物料料層中間的傳熱問題。如甜玉米棒及芯的過氧化物酶的滅活、小麥胚芽解脂酶的滅活。微波滅酶大大延長了小麥胚芽的存放時間;與熱滅酶相比,微波滅酶大大縮短了滅酶處理時間,并且改善了滅酶效果。7.4微波焙烤與烘烤

采用微波爐進(jìn)行面包的烘烤，可以達(dá)到以下效率

使烘烤后的面包膨脹率提高50%左右；

用低淀粉小麥生產(chǎn)出高質(zhì)量面包；

采用微波-熱空氣組合烘爐，可使面包生產(chǎn)工藝的醒發(fā)和烘烤同在一個烘爐內(nèi)完成，從而節(jié)省工藝設(shè)備的投資和廠房面積等。7.4微波輔助萃?。∕AE)萃取利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里溶解度的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從另一溶劑所組成的溶液里提取出來的操作方法．微波萃取機(jī)制（以中草藥浸提工藝為例）

a細(xì)胞破碎機(jī)制

水分汽化使細(xì)胞膜和細(xì)胞壁形成小孔，便于溶劑滲入其中。

b電磁場加速擴(kuò)散速率MAE的特點快只需要幾分鐘就可以達(dá)到傳統(tǒng)方法加熱多個小時才能達(dá)到的萃取效果多麻黃堿的提取率由常規(guī)煎煮法的0.183%提高到0.485%，板藍(lán)根多糖的實驗中，提取率由原來的0.81%提高到3.47%節(jié)能、無污染、操作簡單等MAE的影響因素萃取溶劑的選擇對萃取結(jié)果的影響是至關(guān)重要的。萃取溶劑的選擇指標(biāo)只要是和目標(biāo)物質(zhì)的相似相溶性，和對萃取成分的后續(xù)操作干擾少萃取溶劑可以是一元體系(極性溶劑)，也可以是二元體系(非極性溶劑加機(jī)型溶劑)，甚至可以是多元體系萃取時間一般定在10-15分鐘內(nèi)。微波劑量必須謹(jǐn)慎控制，輻射時間過長會導(dǎo)致系統(tǒng)溫度升得很高，甚至超過萃取溶劑的沸點，影響提取率MAE的應(yīng)用食用色素7.4微波