第一章 微波加熱

第一章微波加熱1.1微波加熱的原理1.2微波加熱設(shè)備1.3微波加熱在食品加工中的應(yīng)用本章主要內(nèi)容微波一般是指波長在1mm-1m范圍（其相應(yīng)的頻率為300-300000MHz）的電子波。由于微波的頻率很高，所以在某些場合也稱作超高頻。微波的傳統(tǒng)應(yīng)用是將微波作為一種傳遞信號的媒介。近年來，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物體的加熱和干燥。頻率/MHz波段中心頻率/MHz中心波長/m890-940L9150.3302400-2500S24500.1225725-5875C58500.05222000-22250K221250.008國際規(guī)定民用的微波頻段廣泛地為微波加熱采用微波加熱是靠電磁波把能量傳播到被加熱物體的內(nèi)部加熱均勻性好、速度快加熱易于瞬時控制選擇性吸收加熱效率高特點(diǎn)第一節(jié)微波加熱的原理一、微波加熱的基本原理未加電場加直流場介質(zhì)中偶極子的排列偶極子在介質(zhì)中雜亂無規(guī)則的運(yùn)動有一定取向的有規(guī)則的偶極子產(chǎn)生一定位能若改變電場的方向，則偶極子的取向也隨之改變。若電場迅速交替也改變方向，則偶極子亦隨之作迅速的擺動。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作了規(guī)則擺動便受到了干擾和阻礙，產(chǎn)生了類似摩擦的作用，使分子獲得能量，并以熱的形式表現(xiàn)出來，表現(xiàn)為介質(zhì)溫度的升高。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。除了交變電場的頻率和電場強(qiáng)度外，介子在微波場中所產(chǎn)生的熱量的大小還與物質(zhì)的種類及特性有關(guān)。二、微波加熱的計(jì)算計(jì)算公式介質(zhì)吸收微波功率計(jì)算式物料升溫計(jì)算式介質(zhì)的微波穿透深度計(jì)算式電場強(qiáng)度不易測得，就用此式影響因素分析對加熱角度而言，頻率越高，加熱速度越快；不是加熱頻率提高，對加熱操作越有利，還應(yīng)考慮微波的穿透深度，實(shí)現(xiàn)均勻加熱；頻率還將影響介質(zhì)損耗系數(shù)。功率大，場強(qiáng)大，加熱速度快；加熱速度不一定越快越好，應(yīng)設(shè)計(jì)功率調(diào)節(jié)旋鈕，適應(yīng)不同的加工要求。水的和值比一般的介質(zhì)大，物料含水量越大，介質(zhì)損耗越大；介電系數(shù)與頻率關(guān)系不大，但在2450MHz時的損耗系數(shù)比915MHz時的小。頻率電場強(qiáng)度介電性質(zhì)物料密度大，升溫速度慢；疏松物料介電常數(shù)小，吸收微波功率速度較慢，但由于微波加熱的穿透作用，時間仍只需烘烤法的1/3；密度高的物料對微波吸收差，反射作用，出現(xiàn)冷帶。比熱容小的物質(zhì)溫度升高的速度快；在多組分食品的微波加熱研究中，應(yīng)很好地對比熱容加以控制，使加熱速度基本同步。物料密度比熱容三、微波加熱工藝的計(jì)算加熱物料耗用的微波功率物料干燥需耗用的微波功率電源總功率的估算第二節(jié)微波加熱設(shè)備微波加熱設(shè)備方塊示意圖一、微波加熱設(shè)備的類型諧振腔加熱器結(jié)構(gòu)示意圖諧振腔微波加熱器工作原理圖箱式微波加熱器隧道式微波加熱器連續(xù)性諧振腔加熱器之一連續(xù)性諧振腔加熱器之二連續(xù)式多諧振腔加熱器示意圖波導(dǎo)型微波加熱器壓縮曲折波導(dǎo)外形圖V型波導(dǎo)加熱器示意圖直波導(dǎo)加熱器示意圖輻射型微波加熱器喇叭式輻射型加熱器示意圖慢波型微波加熱器單脊梯形加熱器第三節(jié)微波加熱在食品加工中的應(yīng)用一、食品微波烹調(diào)二、食品微波干燥三、食品微波解凍四、食品微波殺菌與保鮮五、食品微波焙烤與烘烤六、微波膨化一、食品微波烹調(diào)優(yōu)點(diǎn)：方便、快速，營養(yǎng)成分

損失少，鮮嫩多汁；微波爐烹調(diào)食品：蒸燉、烘烤、煎炸、炒、蒸制；加熱效果與食品的含水量和容器形狀有關(guān)；微波爐方便食品：常溫下流通：經(jīng)高溫殺菌或采用熱裝技術(shù)和無菌包裝技術(shù)包裝，常溫下貯存半年或一年；低溫流通：可以微波爐加熱或普通爐加熱的容器包裝；二、食品微波干燥干燥特點(diǎn)：內(nèi)部加熱、干燥速度快。優(yōu)點(diǎn)：廠房利用率高、節(jié)能；干燥速度快，時間短；產(chǎn)品質(zhì)量好，衛(wèi)生條件好。缺點(diǎn)：投資大、耗電量大；經(jīng)常與其他干燥方法結(jié)合起來使用。微波真空干燥：以微波加熱為加熱方式的真空干燥。適用：熱敏性的材料，如果汁；更好的保存果汁中的風(fēng)味物質(zhì)。微波冷凍干燥：防止冷凍干燥時靠近加熱板食品外層硬殼的形成；節(jié)約冷凍干燥時間：60-75%?！⒉ㄕ婵崭稍铮∕icrowavevacuumdrying）微波真空干燥是隨微波干燥技術(shù)發(fā)展起來的一項(xiàng)參數(shù)可控適合多種不同物料干燥的新的組合干燥技術(shù)。微波干燥具有從內(nèi)向外干燥的特點(diǎn)，極大提高干燥效率凍干制品保質(zhì)期長重量輕，可室溫儲藏和運(yùn)輸，耗能降低物料內(nèi)部和表面同步進(jìn)行加熱，溫度分布均勻，提高品質(zhì)耗能是普通干燥設(shè)備的1/3-1/4，成本低，安全無公害特點(diǎn)物料分子隨電磁場變化而運(yùn)動，將動能轉(zhuǎn)化成熱能，物料溫度升高。物料內(nèi)各部分在同一瞬間獲得熱能而升溫,因此能在短時間內(nèi)達(dá)到均勻加熱。由于物料表面水份蒸發(fā),致使表面溫度降低,從而造成一個內(nèi)高外低的溫度梯度,這個梯度的方向正好與水份蒸發(fā)的方向一致,使得蒸發(fā)加快,所以效率極高

——微波真空干燥原理先將濕物質(zhì)冷凍,然后把它放到較低的水蒸氣分壓下,使冰直接升華成蒸汽的干燥方法。(是真空技術(shù)與冷凍技術(shù)相結(jié)合的干燥脫水技術(shù))真空冷凍干燥機(jī)——真空冷凍干燥（FreezeDried，F(xiàn)D）簡介制冷系統(tǒng)1243真空系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)加熱系統(tǒng)凍結(jié)物料到共晶點(diǎn)以下，使水分變成固態(tài)冰，再裝入干燥箱內(nèi)在低溫真空狀態(tài)下,由加熱板以導(dǎo)熱或輻射方式供給熱能,使物料中的水分直接由冰升華成水蒸氣。液態(tài)固態(tài)氣態(tài)水的三相態(tài)

三相態(tài)既可以相互轉(zhuǎn)換也可以共存。三相點(diǎn)所對應(yīng)的溫度為0.0098℃,水蒸氣壓為610.5Pa(4.58mmHg),在這樣的溫度和水蒸氣壓下,水、冰、水蒸氣三者可共存且相互平衡?！婵绽鋬龈稍镌怼婵绽鋬龈稍锕叩奶攸c(diǎn)

質(zhì)量最小化高價值產(chǎn)品不適合長期冷凍快速完全復(fù)水不耐熱不穩(wěn)定尤其適合低溫真空狀態(tài)下進(jìn)行，保留新鮮物料色香味和營養(yǎng)成分凍干制品保質(zhì)期長重量輕，可室溫儲藏和運(yùn)輸，耗能降低保持食品原有的形狀，具有很好的速溶性和復(fù)水性升華過程可溶性物質(zhì)就地吸出，避免表面硬化和營養(yǎng)流失特點(diǎn)對不耐熱的物質(zhì)來說,其活力的破壞和損失最小形成一層有孔的脆性結(jié)構(gòu)快速并完全復(fù)水具有無菌過濾液體的能力……設(shè)備投資大(大約是其他方法的三倍)能耗高(大約也是其他方法的三倍)處理時間長(典型的干燥周期一般在4～10h之間)當(dāng)純水凍結(jié)成冰時,由于pH值和張力的變化,可能會損壞產(chǎn)品——真空冷凍干燥優(yōu)缺點(diǎn)微波真空干燥的優(yōu)點(diǎn)真空冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)微波真空冷凍干燥技術(shù)

保留果蔬色香味和營養(yǎng)成分的基礎(chǔ)上，很好的保持果蔬原有形狀，并且具有很好的速溶性和復(fù)水性；將干燥熱源改為微波以后，又很大的節(jié)約了成本，減少能耗。——微波真空冷凍干燥——不同干燥方法外形效果比較ABCD真空冷凍微波真空微波真空冷凍熱風(fēng)干燥——不同干燥方法Vc（抗壞血酸）保留量測定熱風(fēng)干燥微波真空干燥組合干燥冷凍真空干燥Vc又稱抗壞血酸，是水溶性維生素，它普遍存在于蔬菜水果中，但容易因外在環(huán)境改變而遭到破壞，人體自身無法合成Vc，必須額外從食物中獲取?！⒉ㄕ婵绽鋬龈稍锎嬖诘膯栴}微波加熱量不好控制，易造成物料溫度過高1微波加熱過程中會產(chǎn)生輝光放電等現(xiàn)象2要準(zhǔn)確測量物料干燥過程中溫度變化，但微波場給溫度測量帶來困難3輝光放電-百度百科：低壓氣體中顯示輝光的氣體放電（空氣中的電子大概在1000對/cm，由于高壓放電現(xiàn)象在低氣壓狀態(tài)下會產(chǎn)生輝光現(xiàn)象）現(xiàn)象，即是稀薄空氣中的自激導(dǎo)電現(xiàn)象?！⒉ㄕ婵绽鋬龈稍镎雇?.微波冷凍干燥設(shè)備和干燥工藝將不斷完善2.一些關(guān)鍵技術(shù)難題,如輝光放電的攻克3.微波冷凍干燥設(shè)備具有空前的市場潛力應(yīng)用實(shí)例-1面條：熱風(fēng)將含水30%的濕面干燥至含水分18%→微波-熱風(fēng)干燥至水分13%。8h的干燥時間縮短至1.5h。速溶橘子粉和葡萄粉：果汁濃縮至63oBx→微波真空干燥至含水率<2%；Vc保存率高于噴霧干燥。三、食品微波解凍解決傳統(tǒng)解凍以下缺點(diǎn)：時間長、占地面積大；失水率較高、表面易氧化變色；消耗大量清潔水。特點(diǎn)：細(xì)胞內(nèi)凍結(jié)點(diǎn)較低的冰晶首先熔化；內(nèi)外同時解凍，速度較快；比自然解凍快得多，而失水率類似于自然解凍；操作要點(diǎn)微波頻率越高，加熱速度越快，但穿透深度越?。阂话氵x用915MHz頻率，厚度較大的冷凍產(chǎn)品，選用896915MHz頻率（20cm）。穿透深度與溫度有關(guān)：溫度升高，介電常數(shù)增加，穿透深度下降。形狀和大小相同的食品同一批處理。四、食品微波殺菌熱效應(yīng)：微生物細(xì)胞分子高頻振蕩→熱效應(yīng)→溫度升高→蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化→失去生物活性→菌體死亡；非熱生化效應(yīng)：微波：微生物生命化學(xué)過程中產(chǎn)生的帶電粒子生物性排列組合狀態(tài)和運(yùn)動規(guī)律發(fā)生變化；電場：細(xì)胞膜附近電荷分布改變，膜功能障礙，正常代謝功能破壞；微波：細(xì)胞基因突變，染色體畸變，中斷