第一章 微波加热

第一章微波加热1.1微波加热的原理1.2微波加热设备1.3微波加热在食品加工中的应用本章主要内容微波一般是指波长在1mm-1m范围（其相应的频率为300-300000MHz）的电子波。由于微波的频率很高，所以在某些场合也称作超高频。微波的传统应用是将微波作为一种传递信号的媒介。近年来，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的加热和干燥。频率/MHz波段中心频率/MHz中心波长/m890-940L9150.3302400-2500S24500.1225725-5875C58500.05222000-22250K221250.008国际规定民用的微波频段广泛地为微波加热采用微波加热是靠电磁波把能量传播到被加热物体的内部加热均匀性好、速度快加热易于瞬时控制选择性吸收加热效率高特点第一节微波加热的原理一、微波加热的基本原理未加电场加直流场介质中偶极子的排列偶极子在介质中杂乱无规则的运动有一定取向的有规则的偶极子产生一定位能若改变电场的方向，则偶极子的取向也随之改变。若电场迅速交替也改变方向，则偶极子亦随之作迅速的摆动。由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，偶极子随外加电场方向改变而作了规则摆动便受到了干扰和阻碍，产生了类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来，表现为介质温度的升高。外加电场的变化频率越高，分子摆动就越快，产生的热量就越多。外加电场越强，分子的振幅就越大，产生的热量也越大。除了交变电场的频率和电场强度外，介子在微波场中所产生的热量的大小还与物质的种类及特性有关。二、微波加热的计算计算公式介质吸收微波功率计算式物料升温计算式介质的微波穿透深度计算式电场强度不易测得，就用此式影响因素分析对加热角度而言，频率越高，加热速度越快；不是加热频率提高，对加热操作越有利，还应考虑微波的穿透深度，实现均匀加热；频率还将影响介质损耗系数。功率大，场强大，加热速度快；加热速度不一定越快越好，应设计功率调节旋钮，适应不同的加工要求。水的和值比一般的介质大，物料含水量越大，介质损耗越大；介电系数与频率关系不大，但在2450MHz时的损耗系数比915MHz时的小。频率电场强度介电性质物料密度大，升温速度慢；疏松物料介电常数小，吸收微波功率速度较慢，但由于微波加热的穿透作用，时间仍只需烘烤法的1/3；密度高的物料对微波吸收差，反射作用，出现冷带。比热容小的物质温度升高的速度快；在多组分食品的微波加热研究中，应很好地对比热容加以控制，使加热速度基本同步。物料密度比热容三、微波加热工艺的计算加热物料耗用的微波功率物料干燥需耗用的微波功率电源总功率的估算第二节微波加热设备微波加热设备方块示意图一、微波加热设备的类型谐振腔加热器结构示意图谐振腔微波加热器工作原理图箱式微波加热器隧道式微波加热器连续性谐振腔加热器之一连续性谐振腔加热器之二连续式多谐振腔加热器示意图波导型微波加热器压缩曲折波导外形图V型波导加热器示意图直波导加热器示意图辐射型微波加热器喇叭式辐射型加热器示意图慢波型微波加热器单脊梯形加热器第三节微波加热在食品加工中的应用一、食品微波烹调二、食品微波干燥三、食品微波解冻四、食品微波杀菌与保鲜五、食品微波焙烤与烘烤六、微波膨化一、食品微波烹调优点：方便、快速，营养成分

损失少，鲜嫩多汁；微波炉烹调食品：蒸炖、烘烤、煎炸、炒、蒸制；加热效果与食品的含水量和容器形状有关；微波炉方便食品：常温下流通：经高温杀菌或采用热装技术和无菌包装技术包装，常温下贮存半年或一年；低温流通：可以微波炉加热或普通炉加热的容器包装；二、食品微波干燥干燥特点：内部加热、干燥速度快。优点：厂房利用率高、节能；干燥速度快，时间短；产品质量好，卫生条件好。缺点：投资大、耗电量大；经常与其他干燥方法结合起来使用。微波真空干燥：以微波加热为加热方式的真空干燥。适用：热敏性的材料，如果汁；更好的保存果汁中的风味物质。微波冷冻干燥：防止冷冻干燥时靠近加热板食品外层硬壳的形成；节约冷冻干燥时间：60-75%。——微波真空干燥（Microwavevacuumdrying）微波真空干燥是随微波干燥技术发展起来的一项参数可控适合多种不同物料干燥的新的组合干燥技术。微波干燥具有从内向外干燥的特点，极大提高干燥效率冻干制品保质期长重量轻，可室温储藏和运输，耗能降低物料内部和表面同步进行加热，温度分布均匀，提高品质耗能是普通干燥设备的1/3-1/4，成本低，安全无公害特点物料分子随电磁场变化而运动，将动能转化成热能，物料温度升高。物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温,因此能在短时间内达到均匀加热。由于物料表面水份蒸发,致使表面温度降低,从而造成一个内高外低的温度梯度,这个梯度的方向正好与水份蒸发的方向一致,使得蒸发加快,所以效率极高

——微波真空干燥原理先将湿物质冷冻,然后把它放到较低的水蒸气分压下,使冰直接升华成蒸汽的干燥方法。(是真空技术与冷冻技术相结合的干燥脱水技术)真空冷冻干燥机——真空冷冻干燥（FreezeDried，FD）简介制冷系统1243真空系统自动控制系统加热系统冻结物料到共晶点以下，使水分变成固态冰，再装入干燥箱内在低温真空状态下,由加热板以导热或辐射方式供给热能,使物料中的水分直接由冰升华成水蒸气。液态固态气态水的三相态

三相态既可以相互转换也可以共存。三相点所对应的温度为0.0098℃,水蒸气压为610.5Pa(4.58mmHg),在这样的温度和水蒸气压下,水、冰、水蒸气三者可共存且相互平衡。——真空冷冻干燥原理——真空冷冻干燥果蔬的特点

质量最小化高价值产品不适合长期冷冻快速完全复水不耐热不稳定尤其适合低温真空状态下进行，保留新鲜物料色香味和营养成分冻干制品保质期长重量轻，可室温储藏和运输，耗能降低保持食品原有的形状，具有很好的速溶性和复水性升华过程可溶性物质就地吸出，避免表面硬化和营养流失特点对不耐热的物质来说,其活力的破坏和损失最小形成一层有孔的脆性结构快速并完全复水具有无菌过滤液体的能力……设备投资大(大约是其他方法的三倍)能耗高(大约也是其他方法的三倍)处理时间长(典型的干燥周期一般在4～10h之间)当纯水冻结成冰时,由于pH值和张力的变化,可能会损坏产品——真空冷冻干燥优缺点微波真空干燥的优点真空冷冻干燥的优点微波真空冷冻干燥技术

保留果蔬色香味和营养成分的基础上，很好的保持果蔬原有形状，并且具有很好的速溶性和复水性；将干燥热源改为微波以后，又很大的节约了成本，减少能耗。——微波真空冷冻干燥——不同干燥方法外形效果比较ABCD真空冷冻微波真空微波真空冷冻热风干燥——不同干燥方法Vc（抗坏血酸）保留量测定热风干燥微波真空干燥组合干燥冷冻真空干燥Vc又称抗坏血酸，是水溶性维生素，它普遍存在于蔬菜水果中，但容易因外在环境改变而遭到破坏，人体自身无法合成Vc，必须额外从食物中获取。——微波真空冷冻干燥存在的问题微波加热量不好控制，易造成物料温度过高1微波加热过程中会产生辉光放电等现象2要准确测量物料干燥过程中温度变化，但微波场给温度测量带来困难3辉光放电-百度百科：低压气体中显示辉光的气体放电（空气中的电子大概在1000对/cm，由于高压放电现象在低气压状态下会产生辉光现象）现象，即是稀薄空气中的自激导电现象。——微波真空冷冻干燥展望1.微波冷冻干燥设备和干燥工艺将不断完善2.一些关键技术难题,如辉光放电的攻克3.微波冷冻干燥设备具有空前的市场潜力应用实例-1面条：热风将含水30%的湿面干燥至含水分18%→微波-热风干燥至水分13%。8h的干燥时间缩短至1.5h。速溶橘子粉和葡萄粉：果汁浓缩至63oBx→微波真空干燥至含水率<2%；Vc保存率高于喷雾干燥。三、食品微波解冻解决传统解冻以下缺点：时间长、占地面积大；失水率较高、表面易氧化变色；消耗大量清洁水。特点：细胞内冻结点较低的冰晶首先熔化；内外同时解冻，速度较快；比自然解冻快得多，而失水率类似于自然解冻；操作要点微波频率越高，加热速度越快，但穿透深度越小：一般选用915MHz频率，厚度较大的冷冻产品，选用896915MHz频率（20cm）。穿透深度与温度有关：温度升高，介电常数增加，穿透深度下降。形状和大小相同的食品同一批处理。四、食品微波杀菌热效应：微生物细胞分子高频振荡→热效应→温度升高→蛋白质结构变化→失去生物活性→菌体死亡；非热生化效应：微波：微生物生命化学过程中产生的带电粒子生物性排列组合状态和运动规律发生变化；电场：细胞膜附近电荷分布改变，膜功能障碍，正常代谢功能破坏；微波：细胞基因突变，染色体畸变，中断