2022年微波技术应用

微波技术应用

微波技术

一概述

微波是指波长范围为频率范围为30x102,30x105,,,,具有穿透特性的电磁波。常用

的微波频率为915“,和2450〃,。微波作为一种电磁波，通常应用于播送、电视及通信技术中，

近年来，随着科学技术的进展，微波作为一种能源，已渐渐应用于食品杀菌、枯燥、烘烤、膨

化、解冻等方面。

微波技术在食品工业中的应用可追溯到四十年月末期，1947年由美国雷声公司马文？贝克

依据微波的加热效应制成了世界上第一台用于食品加热的微波炉。鉴于微波具有在食品内部生

热并快速产生均匀温度的观点，人们开头争辩将它用于工业加热技术上以其开拓的热能源，提

高热能利用率和缩短加工时间，大约经受了十余年的探究，最终在1965年由美国Cryodry

Comporation公司研制成功了世界上第一台915MHz/50kW隧道式微波枯燥设备，并在Seyfert

Foods食品公司首次投入实际应用，用来枯燥油炸马铃薯片。此后微波能技术在美国、日本、

加拿大和欧洲等兴盛国家在用来解决食品工业中的多种加热枯燥、烹制、杀虫灭菌和回温解冻

等方面相继获得成功并表现出强大的技术优势。到七十年月，世界各国普遍推广应用。例如在

气候温存潮湿的日本，微波在食品工业中的应用占整个工业应用的60%。我国自1973年由南

京电子管厂领先研制成功了工业微波枯燥设备以来，经过了20年的努力，也积存了比较丰富的

阅历。目前我国己成功地应用微波能烧烤食品、干果焙烤、牛肉枯燥、蔬菜脱水、快餐面枯燥、

食品杀菌、饮料杀菌、白酒陈化催熟等很多领域，并取得显著进展。

二微波技术的原理及特点

综合微波技术在食品工业中的各种应用可归结为如下原理。

(―)微波加热枯燥原理

微波加热技术是一种的加热方式。它是依靠以每秒245000万次速度进展周期变化的微波

透入物料内，与物料的极性分子相互作用，物料中的极性(如水分子)吸取了微波能以后，转变

其原有的分子构造，亦以同样的速度作电场极性运动，致使彼此间频繁碰撞而产生了大量的摩

擦热，从而使物料内各局部在同一瞬间获得热能而升温。由于微波辐射下介质的热效应是内部

整体加热的，即理论上所谓的“无温度梯度加热"，根本上介质内部不存在热传导现象，因此，

微波可相当均匀地加热介质。微波加热技术与传统加热方法相比，有如下特性:?穿透力强。？

热惯性小。？呈现选择加热特性。？具有反射性和透射性。

微波枯燥是在微波理论，微波技术和微波电子管成就的根底上进展起来的一门技术，微波

枯燥己在很多领域内获得广泛的应用。它是应用微波加热的原理，

使品温度上升，到达枯燥的目的。微波枯燥具有如下的特点：

1.枯燥速度快、枯燥时间短

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由于常规加热需要加热传热介质和环境，再进入食品，故需较长时间才能到达所需加热温

度。而微波加热则是加热物体直接吸取微波能，加热速度大大高于常规加热方法，此时只需一

般方法的格外之一到百分之一的时间就能完成整个加热和枯燥的过程。

2.产品质量高

由于加热时间短，又非热效应协作，因此，可以保存加工原料的色、香、味，并且维生素

的破坏也较少。

3.加热均匀

常规加热是食品外表先热，然后通过热传导把热量传到内部，而微波加热是使食品外表和

内部同时受热，因此加热均匀，可以避开一般加热枯燥过程中简洁引起的里生外焦及不均匀等

现象，提高了产品的质量。

4.加热过程具有自动热平衡性能

当频率和电场的强度确定时，物料在枯燥过程中对微波功率的吸取，主要打算于介质损耗

因素之值。不同枯燥物质的介质损耗因素不同，如水比干物质为大,故吸取能量多，水分蒸发快。

因此，微波不会集中在已干的物质局部，避开了物质的过热现象，具有自动平衡性能，从而保

证了物质原有的各种特性。5.反响灵敏便于把握

用常规加热法不管是电热、蒸汽、热空气等，要到达确定的温度需要预热一段时间，当发

生故障或停顿加热时，温度的下降又需要较长的时间，而利用微波加热时，开机几分钟即可正

常运行。调整微波输出功率，物料加热状况马上无惰性地随着转变，因此，便于自动化把握，

节约人力。6.热效率高、设备占地面积小

由于微波加热枯燥是内部加热法，所以加热设备本身根本上可以说是不辐射热量的，故热

损失较小，热效率较高，约可到达80%左右，与常规方法相比，可节电30%,50%。同时微波

加热设备体积也比较小，与一般加热枯燥方法相比，所需厂房面积小。

7.改善劳动条件

微波设备无余热、无污染、不辐射热量，所以大大改善了劳动条件。

（二）食品微波杀菌的作用机理

食品微波杀菌机理包括热效应和非热效应两方面。

1（微波能的热效应

微波作用于食品时，食品表层和内部同时吸取微波能，温度上升。食品中污染的微生物细

胞在微波场作用下，其分子也被极化产生高频振荡，产生热效应。温度的快速上升使菌体内蛋

白质构造发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严峻干扰而无法生殖。

2（微波能的非热生化效应

己有不少试验证明微波对微生物的致死确实存在非热效应。微波的作用可使微生物生命代

谢活动中的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生转变，造成

微生物的生理活性物质发生变化。同时，电场也会使细胞膜四周的电荷分布转变，导致膜功能

障碍，使微生物细胞的正常代谢功能受到干扰和破坏，使微生物的生长受到抑制，甚至停顿生

长或死亡。微波能还能使微生物生存所必需的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。微生物

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细胞内的DNA和RNA吸取微波能后，会造成分子构造中的氢键松驰、断裂和重组合，诱发基

因突变，染色体畸变，从而中断微生物细胞的正常生殖。

这样，在微波辐照使食品温度上升的热效应和蛋白质分子变性后失去生物活性的非热效应

双重因素共同作用下，细菌、酵母菌等微生物将在短时间内被杀死，而且食品的色、香、味和

养分成分并未因此受到损失。

（三）微波萃取的原理

由于微波的频率与分子转动的频率相关连，所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引

起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时，促进了分子的转动运动，分子假设此时

具有确定的极性，便在微波电磁场作用下产生瞬时极化，并以24.5亿次/s的速度做极性变换

运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞，促进分子活性局部（极性局部）

更好地接触和反响，同时快速生成大量的热能，促使细胞裂开，使细胞液溢出来并集中到溶剂

中。

传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进展，而微波萃取是通过偶极子旋转和离

子传导两种方式里外同时加热，微波热萃取和传统热萃取相比，微波萃取具有以下特点：

a.质量高，可有效地保护食品中的功能成分；

b.产量大；

c,对萃取物具有高选择性；

d.省时（30s,l0min）;

e.溶剂用量少（可较常规方法少50%,90%）;

f.低耗能。

三微波技术在食品工业中的应用

（一）微波加热技术在食品工业中的应用

1微波加热用于烹调食品

利用微波烹调食品有利于保持食品中的养分成分和风味。无论用哪种烹调方法，只要烹调

时间短而所用水量又少，则其维生素，的保存率就高。

在美国、日本的食品市场上微波食品的种类格外繁多。其中美国是世界上家用微波炉普及

率最高的国家，其微波食品的生产和销售量极大。但以冷冻类预制食品中的冷冻蔬菜，包括多

种煮熟并配有调料的混合蔬菜和冷冻调理食品的产量最大，进展速度最快。主要品种有蔬菜、

馅饼，各种面包及点心用的生面团。目前，美国有200多家企业共生产300多种在包装上标

明"微波"标签的微波预制食品。产品涉及耐贮存的精制菜肴、预制汤类、冷藏小包装速食小菜、

蔬菜、配菜，各种餐后甜食、冷冻快餐、薄烤饼、炸土豆食品、脆花生等。

我国台湾省市场上销售的微波加热和烹调食品也有30多种，包括主食类炒饭、燎饭、炒面、

水饺、春卷、烧卖、馒头、胡椒牛肉、扣肉、鸡丁、牛肉汤面、海鲜煲、牛肉煲、沙拉和葱油派

等。2微波加热用于焙烤食品

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微波用于焙烤食品，如面包、甜而包圈的烤制时，不仅使产品质量大为改善，而且可缩短

生产时间，延长产品的货架期。微波一方面快速杀灭面粉中a-淀粉酶活性，用该面粉烤制面包,

其内芯不粘牙;另一方面，微波加热促进生面团中酵母生殖而醒发面团，利用醒发的面团制成的

食品构造均匀，有咬劲。3微波加热用于解冻食品

深度冻结的物料需解冻后才能进一步加工，尤其是大块冷冻食品原料。在传统的加工方法

中，冷冻食品物料的解冻过程是个费时费力的过程。微波解冻使温度回至0?左右，具有解冻时

间短，风味、鲜度、养分成分保持率高，无污水排放，工作环境干净等优点。适用于分割肉冻

块、鱼、蛋粉冻块的解冻以及快速熔化的巧克力、油脂等。另外，为了解决低于零度的物料水

分测量难题，可将微波解冻与水分测量装置组合用来测量低于零度的粮食等的含水率。

（二卜微波枯燥技术在食品加工业中的应用

微波枯燥技术对固体饮料、糕点、粮食、药材等进展快速枯燥的应用范围很广，目前应用

成果层出不穷。日本承受2450MHz/16x5Kw微波枯燥设备生产出膨化枯燥蛋黄粉。美国研制出

915MHz/60Kw的通心面微波枯燥机。法国国际微波公司的2450MHz/48Kw的微波真空干燥

设备用于速溶桔粉生产，产品不仅保持了桔汁原有的色、香、味，而且由于枯燥温度低，保存

的Vc是其它方法不行能到达的。日本在进展紫菜枯燥时，以微波作为最终枯燥手段，缩短了加

热周期，同时提高了产品质量。美国加州州立大学与某公司合作将微波真空枯燥技术应用于生

产能保持原有外形不变的脱水葡萄，这种葡萄具有颖葡萄原有的风味、色泽，而维生素B2和C

的含量为葡萄的3,4倍。国外把微波枯燥与热风枯燥相结合对粮食进展枯燥处理，结果说明，

枯燥温度大大降低，且枯燥时间明显削减，仅为热风枯燥法的格外之一，对小麦蛋白质量、出

粉率均无影响。

国内在微波枯燥技术应用方面的争辩成果也很多。目前，国内科研人员已经把微波枯燥技

术应用于蘑菇类、蔬菜类的枯燥加工;应用于药材如天麻、当归、党参、人参、鹿茸等的深加

工;应用于养分保健食品如人参精、花粉、蜂王浆等制造业;应用于肉类加工如牛肉干、鸡肉丝

等的干制以及其它食品的干制加工中。

目前，很多农产品如茶叶、谷物、蔬菜、