食品加工与保藏食品的微波处理

1、2022-6-11第七章 食品的微波处理2022-6-12主要内容I.概述II. 微波加热的原理及特点III. 微波加热设备IV. 微波技术在食品工业中的应用2022-6-14微波u微波一般是指波长在1 mm1 m范围(相应的频率为300 MHz300 GHz)的电磁波。300 GHZ频率（HZ）波长（M）300 MHZ1 M1 mm工业微波炉 915 MHZ家用微波炉 2450 MHZ0.328 M0.122 M2022-6-15微波的特性u微波的能量与其频率成正比，微波的波长与其频率成反比。Ehvcv2022-6-16微波的特性u微波具有电磁波的波动性，如具有反射、透射、干涉和衍射等特性。

2、u微波在自由空间以光速直线传播，受金属反射，可透过空气、玻璃、纸、塑料、陶瓷.u微波会被食品成分所吸收。2022-6-17微波的热效应u微波被物质反射时，不产热。u微波透过空气、玻璃、纸、塑料、陶瓷时，也不产热。u只有当微波被介质吸收时，介质吸收了微波的能量，会发热，这就是微波的热效应。2022-6-18微波加热的原理和特点u微波加热的原理u微波加热的影响因素u微波加热的特点2022-6-19微波加热的原理u微波引起介质产热主要有两种机制：离子极化和偶极子转向。2022-6-110离子极化产热2022-6-111离子极化产热u由于食品离子大多是极化力弱，且变形性也弱(不易被极化)的离子；因此，

3、食品的离子极化产热相对而言比较小。2022-6-112偶极子（极性分子）u有些物质，其分子的正负电荷中心不重合，即物质分子具有偶极矩，这种具有偶极矩的分子称为偶极子（也称为极性分子）。-+2022-6-113极性电介质u由极性分子组成的介电物质称为极性介电物质，又称极性电介质。2022-6-114偶极子的极化u在外加电场的作用下，偶极子的电子会进一步定向迁移，偶极子极性进一步增强，偶极矩进一步增大，这一过程即为极化。u极化后的偶极子在外加电场的作用下，马上会定向排列，形成有一定取向的规则排列的偶极子。2022-6-115偶极子的转向2022-6-116偶极子的转向u极化后定向排列的偶极子的取向

4、会随外加电场方向的改变而改变，这一过程即为偶极子的转向。u偶极子转向频率与外加电场的频率一致。若外加电场迅速交替地改变方向，则偶极子的取向也随之迅速转换。2022-6-117微波加热的机理偶极子转向产热u偶极子的转向，实际上是分子中的电子在偶极子(即分子)的两极来回迅速运动，这种运动当然会受到原子核的阻碍，从而产生类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来（即产热）。2022-6-118微波加热的影响因素u微波场对微波加热的影响u介质对微波能的吸收u微波在有耗介质中的衰减2022-6-119微波场对微波加热的影响u外加电场的变化频率越高，电子在偶极子两极间往返运动的频次越快，因“摩擦

5、”产生的热量就越多。u外加电场越强，电子在偶极子两极间来回运动的幅度就越大，因“摩擦”产生的热量也就越多。2022-6-120介质对微波能的吸收u微波的能量在通过介质时被吸收，并转变为热能，介质的微波吸收功率可根据下式计算：202tanrPfE 2022-6-121介质对微波能的吸收u上式中r为介质的介电常数；u0为真空的介电常数，等于8.8541012；utan为介质损耗角正切。202tanrPfE 2022-6-122介电现象u分子定向排列后，介质表现出一定的电性，而且从整体上看介质对外加电场有一定的反作用，这种反作用会削弱外加电场，这种现象称为介电现象。2022-6-123介电常数u极性

6、分子具有偶极矩或电矩，将这种分子放在电场中具有不同电荷的两极（A+,B-）之间时， A+及B-之间的吸引力将减弱，极性分子这种减弱两不同电荷间吸引力的能力，为极性分子的介电常数。2022-6-124介电常数u介电现象使外加电场的一部分能量转移到介质中，介质的介电常数越大介质中储存的能量就越多。2022-6-125介电常数2022-6-126介电损耗u介质在电场作用下，由于漏导、极化等各种因素造成电能损耗而转换成热能散失的现象，为介电损耗。u介电损耗的大小通常用介电损耗角正切tg来表示。2022-6-127物质的介电性质u不同介质的介电常数r和介电损耗角正切tg一般不同(见表75)。u水和脂肪的

7、r和tg值比一般介质大；因此，一般情况下，物料的水分（或脂肪）含量越高其介电损耗越大(见表76)。2022-6-128影响物质介电性质的因素u极性分子的介电常数比非极性分子大。如水和脂肪等的介电常数较大，而纸、玻璃、陶瓷等的介电常数较小。2022-6-129影响物质介电性质的因素u物料的介电性质还受微波的频率的影响。物料的介电常数受微波的频率的影响不大，但物料的介电损耗随微波频率的升高有显著的降低。2022-6-130食品温度/频率/MHzrtg牛肉25915245062612717猪肉25915245059582616土豆25915245065641914胡萝卜259152450737220

8、152022-6-131水、冰的介电性质及微波解冻时热失控现象u冰的r为3.2，tg值为0.001；而水的r为80，tg值为0.2左右。因此，在微波解冻时，如果不及时把融化产生的水排走，微波能可能主要被解冻后产生的水所吸收，而冰得不到微波能；引起解冻不均匀及局部食品升温的加热效果，即为热失控现象。2022-6-132温度对介质介电特性的影响及微波加热的自动平衡现象u有些物料在温度上升时，其介电损耗反而降低，这时就会出现自动平衡的现象。u微波加热的这种自动平衡作用使物料加热更均匀，可避免出现局部过热。2022-6-133微波在有耗介质中的衰减u那些具有较强吸收微波能并将其转化为热能的物质，即为有

9、耗介质。u有耗介质，如含水或脂肪的食品，受微波照射后，将不同程度地吸收微波的能量并将其转化为热能，这样微波的场强和功率将逐渐衰减。2022-6-134微波的穿透能力u微波在有耗介质中的衰减状态，决定微波对介质的 穿透能力 。u微波对物料的穿透能力可以用微波在介质中的 穿透深度 来衡量。2022-6-135穿透深度的表示方法一u物料中微波功率 P 为微波在物料表面时(即微波刚开始进入物料时)微波功率P0的1/e（即36.8%）的点离物料表面的距离，表示为 DE ；即 DE 为 PP0/e 的点离物料表面的距离。tanErD2022-6-136穿透深度的表示方法二u物料中微波功率P为微波在物料表面

10、时（即微波刚开始进入物料时）微波功率P0的1/2的点离物料表面的距离，表示为D1/2。1/238.686tanrD2022-6-137穿透深度的影响因素u介质的介电常数和介电损耗是影响微波穿透深度的主要因素。u微波对介质的穿透深度还受微波的频率（或波长）的影响。u微波对介质的穿透深度还与物料的温度有关。2022-6-138微波加热的穿透能力u由于一般物料的tan1ru所以微波的穿透深度与使用的波长是同一数量级的。因此，与红外及远红外加热相比，微波的穿透能力要大得多。（远红外加热常用的波长仅为十几纳米）2022-6-139微波加热的特点u微波加热依靠穿透能力强的特点，可深入物料的内部加热，使物料

11、表里几乎同时升温形成整体状态加热，其加热方式有别于传导加热。2022-6-140微波加热的特点u加热速度快。微波加热不是依靠热传导，而是利用被加热物体本身作为发热体而进行的内部加热，所以加热速度特别快。一般只需要常规方法1/101/100的时间即可完成整个加热过程。2022-6-141微波加热的特点u加热均匀性好。微波加热时食品内外同时加热，避免了其他加热方式容易导致的食品表面硬化及食品内外受热不均匀的现象；而且微波加热往往具有自动平衡的性能，容易达到均匀加热的目的，从而避免食品局部受热过度的情况发生。2022-6-142微波加热的特点u容易控制。微波加热速度快，可以立即加热升温；且微波加热惯

12、性小，可以瞬间停止整个食品各个部位的加热。2022-6-143微波加热的特点u具有选择性。不同食品成分对微波的吸收能力各不相同，因此可以利用微波对某些食品进行选择性加热，以提高食品的品质。2022-6-144微波加热的特点u热效率高。微波加热设备虽然在电源及产生微波的磁控管上会消耗一部分能量，但由于微波加热来自带加热物料本身，基本上不辐射或散失热量，所以热效率高，可达80左右。2022-6-145微波加热设备的组成2022-6-146微波加热器的分类u按被加热物料与微波场的作用形式分为：驻波场谐振腔加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器和慢波型加热器等几大类。u按结构分为：箱式、隧道式、平板式

13、、曲波导式和直波导式。2022-6-147箱式驻波场谐振腔微波加热器2022-6-148箱式驻波场谐振腔微波加热器u被加热物料在谐振腔内各个方面都受热。适于各种形状的物料。u微波损伤少，几乎全部用于加热。u谐振腔是密闭的，微波泄漏很少，使用安全。2022-6-149连续式多管并联谐振腔微波加热器2022-6-150连续式多管并联谐振腔微波加热器u这种加热器功率容量大，在工业生产上的应用比较普遍。u为防止微波泄漏，在炉体入口和出口处装有吸收微波功率的水负载。2022-6-151波导型微波加热器u所谓波导型加热器是在波导的一端输入微波，在另一端装有吸收剩余能量的水负载，这样使微波能在波导内无反射地传输，构成行波场，故这类加热器又称行波场加热器。2022-6-152辐射型微波加热器u这类设备是利用微波发生器产生的微波通过一定的转换装置，再经辐射器向外辐射的一种加热器。2022-6-153喇叭式辐射型微波加热器2022-6-154慢波型微波加热器u这类加热器是一种微波沿导体表面传输的加热器。由于微波传送速度比空间传送慢，又称慢波加热器。u这种加热器的特点是能量集中在电路里很狭窄的区域传送，电场相对集中，加热效率较高。2022-6-155单脊梯形微波加热器2022-6-156微波加热器的选择u待处理食品的体积和厚度。