第五章_食品微波技术

1、 微波技术的发展历史：微波技术的发展历史： 微波技术的发现可追溯到二战时期雷达的发明。而微微波技术的发现可追溯到二战时期雷达的发明。而微波的加热技术在食品工业中的应用则是波的加热技术在食品工业中的应用则是19451945年美国雷声公年美国雷声公司工作人员泊西司工作人员泊西斯潘塞在雷达试验时偶尔发现衣袋里的斯潘塞在雷达试验时偶尔发现衣袋里的糖果因泄漏的微波而发热融化了，经过进一步的实验研究，糖果因泄漏的微波而发热融化了，经过进一步的实验研究，申请了世界上第一个微波应用于食品加热的专利，从此微申请了世界上第一个微波应用于食品加热的专利，从此微波技术开始在食品加工领域广为应用。波技术开始在食品加工领

2、域广为应用。 微波一般是指波长在微波一般是指波长在1mm1mmlmlm范围范围( (其相应的频率为其相应的频率为300300300000MHz)300000MHz)的电磁波。微波的传统应用是将微波作为一种传递的电磁波。微波的传统应用是将微波作为一种传递信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。近年来，除了信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。近年来，除了传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发展，传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发展，将微波能广泛用于对物体进行加热和干燥等。将微波能广泛用于对物体进行加热和干燥等。 为了防止民用微波技术对军用雷达和通讯广播的干扰

3、，国为了防止民用微波技术对军用雷达和通讯广播的干扰，国际上规定供工农业、科学及医学等民用的微波有际上规定供工农业、科学及医学等民用的微波有4 4个波段，即个波段，即433.92MHz433.92MHz、915MHz915MHz、2375MHz2375MHz和和2450MHz2450MHz。目前。目前915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz 2 2个频率已广泛地为微波加热所采用。个频率已广泛地为微波加热所采用。 食品微波加工技术的原理主要是利用它的食品微波加工技术的原理主要是利用它的热效应热效应。食品。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质，微中的水分、蛋白质、脂肪

4、、碳水化合物等都属于电介质，微波对它们的加热称作介电感应加热。由于水分子的特殊结构，波对它们的加热称作介电感应加热。由于水分子的特殊结构，在微波作用下，是引起食品材料发热的主要成分。在微波作用下，是引起食品材料发热的主要成分。（一）微波加热的基本原理（一）微波加热的基本原理+ H2O偶极距偶极距微波加热的原理微波加热的原理电 介 质微波微波 常用微波炉的频率常用微波炉的频率2450MHz，就相当于使水分子在一秒内要，就相当于使水分子在一秒内要发生发生180度来回转动度来回转动24.5亿次，这样就会引起水分子之间强烈地摩亿次，这样就会引起水分子之间强烈地摩擦，使分子热运动加剧，这就是微波加热的原

5、理。擦，使分子热运动加剧，这就是微波加热的原理。1.1.加热速度快加热速度快 一般只需常规方法的一般只需常规方法的1/101/100的时间就可完成加热过程。的时间就可完成加热过程。2.2.加热均匀性好加热均匀性好 微波加热是内部均匀加热，不需热传导。微波加热是内部均匀加热，不需热传导。3.3.加热易于瞬时控制加热易于瞬时控制 微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有利于配制自动化流水线。利于配制自动化流水线。（二）微波加热的特点（二）微波加热的特点4.4.选择性吸收选择性吸收 某些成分非常容易吸收微波，另一些成分则不易吸收某些成分

6、非常容易吸收微波，另一些成分则不易吸收微波，这种微波加热的选择性有利于提高产品的质量。微波，这种微波加热的选择性有利于提高产品的质量。5.5.加热效率高加热效率高 加热作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所加热作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所以热效率高，可高达以热效率高，可高达80。 1.1.微波频率微波频率 频率越高，加热速度越快，但并非频率越高，对加热操作越有频率越高，加热速度越快，但并非频率越高，对加热操作越有利，在进行微波加热时，还应考虑微波的穿透深度。频率越高，波利，在进行微波加热时，还应考虑微波的穿透深度。频率越高，波长就越短，其穿透深度也就越小。长就越短，其穿透深度

7、也就越小。 2.2.电场强度电场强度 电场强度是与微波加热器功率相联系的指标。功率越大，电场电场强度是与微波加热器功率相联系的指标。功率越大，电场强度越大，其加热速度快。在食品加工中，加热速度不一定越快越强度越大，其加热速度快。在食品加工中，加热速度不一定越快越好，加热操作应根据加工要求来进行。因此，在微波加热器的设计好，加热操作应根据加工要求来进行。因此，在微波加热器的设计中，都有功率调节旋钮，以满足不同的加工要求。中，都有功率调节旋钮，以满足不同的加工要求。（三）影响微波加热的主要因素（三）影响微波加热的主要因素3.3.物料的介电性质物料的介电性质 在一般情况下，加工物料的含水量愈大，其介

8、质损耗也愈大。某些在一般情况下，加工物料的含水量愈大，其介质损耗也愈大。某些物料在温度上升时，其介质损耗系数降低，这时就出现了所谓的自动平物料在温度上升时，其介质损耗系数降低，这时就出现了所谓的自动平衡。微波加热的这种自动平衡作用使得物料的加热更均匀，避免出现局衡。微波加热的这种自动平衡作用使得物料的加热更均匀，避免出现局部过热的缺陷。但是，有些物料在加热时，温度上升，其介质损耗系数部过热的缺陷。但是，有些物料在加热时，温度上升，其介质损耗系数也升高，这时就出现恶性循环。也升高，这时就出现恶性循环。 4.4.物料的密度物料的密度 物料的密度大，其升温速度慢。物料的密度不仅由于影响单位体积物料的

9、密度大，其升温速度慢。物料的密度不仅由于影响单位体积热容量而直接影响微波对物体的加热，而且还影响物料的介电性质，从热容量而直接影响微波对物体的加热，而且还影响物料的介电性质，从而间接影响微波的热效应。而间接影响微波的热效应。5.5.物料的比热容物料的比热容 比热容小的物质温度升高的速度快。食品往往是多种原材料配制比热容小的物质温度升高的速度快。食品往往是多种原材料配制而成的多组分混合体系，不同成分具有不同的比热容，从而会有不同的而成的多组分混合体系，不同成分具有不同的比热容，从而会有不同的温升速度，不同的组分又呈现不同的介电特性，故有不同的吸收微波功温升速度，不同的组分又呈现不同的介电特性，故

10、有不同的吸收微波功率的能力。因此，在多组分食品的微波加热中，应该很好地对比热容加率的能力。因此，在多组分食品的微波加热中，应该很好地对比热容加以控制，以便使各组分的加热速度达到基本同步的要求。以控制，以便使各组分的加热速度达到基本同步的要求。 上述讨论的这些因素有些相互关联，有些还受别的因素影响。上述讨论的这些因素有些相互关联，有些还受别的因素影响。例如物料的介电特性和比热容，不仅受温度的影响，而且也与食例如物料的介电特性和比热容，不仅受温度的影响，而且也与食品中的盐浓度有关，盐含量增加，加热速度加快，但穿透深度减品中的盐浓度有关，盐含量增加，加热速度加快，但穿透深度减小。影响微波加热的因素非

11、常复杂，实际工作中应慎重考虑选择小。影响微波加热的因素非常复杂，实际工作中应慎重考虑选择和掌握各项控制条件。和掌握各项控制条件。 食品微波杀菌的机理包括食品微波杀菌的机理包括热效应热效应和和非热效应非热效应。1.1.热效应热效应 微波作用于食品，食品吸收微波能，温度升高。食品中污微波作用于食品，食品吸收微波能，温度升高。食品中污染的微生物细胞在微波场的作用下，产生热效应，温度升高。染的微生物细胞在微波场的作用下，产生热效应，温度升高。温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，温度的快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。使菌体死亡或受

12、到严重干扰而无法繁殖。（一）微波杀菌的机理（一）微波杀菌的机理2.2.非热效应非热效应 细胞膜离子通道改变；细胞膜离子通道改变； 蛋白质变性；蛋白质变性； 改变生理生化反应的活化能；改变生理生化反应的活化能； 诱发各种离子基团，使微生物的生理活性物质发生改变；诱发各种离子基团，使微生物的生理活性物质发生改变； 导致导致DNA和和RNA结构中氢键的松弛、断裂和重新组合，结构中氢键的松弛、断裂和重新组合， 诱发一些基因突变，中断细胞的正常生理功能。诱发一些基因突变，中断细胞的正常生理功能。与电场杀菌、磁场杀菌、辐照杀菌的机理比较？与电场杀菌、磁场杀菌、辐照杀菌的机理比较？微波干燥杀菌一体机微波干燥

13、杀菌一体机（二）微波杀菌技术的应用（二）微波杀菌技术的应用 人们对微波应用于肉、肉制品、禽制品、水产品、水果人们对微波应用于肉、肉制品、禽制品、水产品、水果和蔬菜、罐头、奶、奶制品、农作物、布丁和面包等一系和蔬菜、罐头、奶、奶制品、农作物、布丁和面包等一系列产品的杀菌、灭酶和消毒进行了大量的研究。微波杀菌列产品的杀菌、灭酶和消毒进行了大量的研究。微波杀菌比常规的杀菌方法更能保留更多活性物质，即能保证产品比常规的杀菌方法更能保留更多活性物质，即能保证产品中具生理活性的营养成分是其一大特点。因此，它应用于中具生理活性的营养成分是其一大特点。因此，它应用于人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻以及其他中药、

14、中成药人参、香菇、猴头菌、花粉、天麻以及其他中药、中成药的干燥和杀菌是非常适宜的。的干燥和杀菌是非常适宜的。 （一）微波干燥的特点和机理（一）微波干燥的特点和机理特特 点：点：1.1.物料干燥过程中的干燥层首先在物物料干燥过程中的干燥层首先在物料内层形成，然后由里层向外扩展；料内层形成，然后由里层向外扩展；2.2.在低含水量（小于在低含水量（小于5 5）物料干燥过）物料干燥过程中，微波干燥效率远高于常规干燥程中，微波干燥效率远高于常规干燥法；法；3.3.微波干燥节能。微波干燥节能。 热介质温度热介质温度中心温度中心温度干燥层干燥层绝热层绝热层室温室温（a）（b） 常规和微波干燥层形成示意图常规

15、和微波干燥层形成示意图（a）常规干燥）常规干燥 （b）微波干燥）微波干燥 微波对物料进行加热时，物料吸收微波的量远大微波对物料进行加热时，物料吸收微波的量远大于微波加热区设备部件于微波加热区设备部件( (箱体箱体) )对微波的吸收，其能量对微波的吸收，其能量利用率远大于其他加热方法。能量利用率可到达利用率远大于其他加热方法。能量利用率可到达8080以上。以上。1. 物料整体受热；物料整体受热；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 所谓微波真空干燥是以微波加热为加热方式的真空干燥。所谓微波真空干燥是以微波加热为加热方式的真空干燥。采用微波真空干燥可以降低干

16、燥温度和显著缩短干燥时间，采用微波真空干燥可以降低干燥温度和显著缩短干燥时间，可以进一步提高产品品质。可以进一步提高产品品质。 目前在蔬菜、谷物类、种子、果汁的干燥中用得较多。目前在蔬菜、谷物类、种子、果汁的干燥中用得较多。新鲜蔬菜新鲜蔬菜去净洗净去净洗净煮煮 白白离心脱水离心脱水微波真空干燥微波真空干燥二次热风干燥二次热风干燥粉碎分级粉碎分级计量包装计量包装产品产品蔬菜粉末制作的工艺流程蔬菜粉末制作的工艺流程另：还有土豆片、香蕉片的微波干制工艺。另：还有土豆片、香蕉片的微波干制工艺。（三）微波冷冻干燥（三）微波冷冻干燥 水分升华热源有微波提供。内部加热，效率更高。水分升华热源有微波提供。内部

17、加热，效率更高。冷冻干燥与微波冷冻干燥物料内温度分布冷冻干燥与微波冷冻干燥物料内温度分布a) 普通加热冷冻干燥普通加热冷冻干燥 b) 微波冷冻干燥微波冷冻干燥1 1、食品的微波保鲜技术、食品的微波保鲜技术2 2、食品微波烹调、食品微波烹调3 3、食品的微波膨化技术、食品的微波膨化技术 4 4、食品微波焙烤、食品微波焙烤 （一）微波对人体的影响（一）微波对人体的影响高强度微波辐射，对人体器官造成的主要危害是：高强度微波辐射，对人体器官造成的主要危害是：中枢神经系统出现神经衰弱症；中枢神经系统出现神经衰弱症；器质性损伤；器质性损伤；人体组织极易吸收微波，引起局部温度升高。人体组织极易吸收微波，引起

18、局部温度升高。微波对生物体的主要效应微波对生物体的主要效应频率频率/ MHz波长波长/cm受影响的主要组织受影响的主要组织主要生物效应主要生物效应200透过人体，影响不大透过人体，影响不大150100020030体内器官体内器官体内组织过热，引起各器官损伤体内组织过热，引起各器官损伤100030003010眼睛，睾丸眼睛，睾丸加热显著加热显著300010000103眼睛，表皮肤眼睛，表皮肤有皮肤加热的感觉有皮肤加热的感觉100003皮肤皮肤表皮反射，部分吸收微波而发热表皮反射，部分吸收微波而发热 功率密度是微波对人体伤害的关键指标。功率密度是微波对人体伤害的关键指标。人体一般暴露于人体一般暴露

19、于100mW100mW cmcm-2-2以上功率密度时，才产生不可逆病理变化。微波的伤害与许多因素有关。以上功率密度时，才产生不可逆病理变化。微波的伤害与许多因素有关。比如高温、高湿度环境下，微波的伤害就要大些；辐射时间长，伤害作用比如高温、高湿度环境下，微波的伤害就要大些；辐射时间长，伤害作用越显著；人体头部的辐照可以造成全身性生理反应，其中最敏感的部位是越显著；人体头部的辐照可以造成全身性生理反应，其中最敏感的部位是眼睛和睾丸；脉冲微波比连续微波的伤害大。眼睛和睾丸；脉冲微波比连续微波的伤害大。（二）微波辐射的安全标准（二）微波辐射的安全标准 目前各国仍执行着不同的安全标准，多目前各国仍执行着不同的安全标准，多数国家认为采用微波频率高于数国家认为采用微波频率高于1000MHz1000MHz时，时，10mWcm10mWcm-2-2的功率密度不会有什么热伤害；的功率密度不会有什么热伤害；频率频率433.9MHz433.9MHz时，在所规定的功率密度上时，在所规定的功率密度上长时间的暴露可能产生局部组织过热现象，长时间的暴露可能产生局部组织过热现象，其要求功