微波加熱原理及特點(diǎn).doc

微波原理及特點(diǎn)微波是一種能量（不是熱量）形式，電磁波的一種，在介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)化為熱量。材料對(duì)微波的反應(yīng)可以分為四種情況：（1）穿透微波 （2）反射微波 （3）吸收微波 （4）部分吸收微波介質(zhì)從電結(jié)構(gòu)上分為無(wú)極和有極分子電介質(zhì)。通常它們無(wú)規(guī)則排列，如把它們置于交變的電場(chǎng)中，這些介質(zhì)的極性分子取向會(huì)隨電場(chǎng)極性的變化而變化，叫極化。外電場(chǎng)越強(qiáng)，極化作用越強(qiáng)，外電場(chǎng)極性變化越快，極化越快，分子的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子間的摩擦作用也越劇烈。從而可實(shí)現(xiàn)電磁能向熱能的轉(zhuǎn)換。由極性分子所組成的物質(zhì)，能較好地吸收微波，水是吸收微波最好的介質(zhì)，所以凡含水的物質(zhì)必定吸收微波。另一類(lèi)由非極性分子組成，它們基本上不吸收或很少吸收微波，這類(lèi)物質(zhì)有聚氟乙烯、聚丙烯等塑料制品和玻璃、陶瓷等，它們能透過(guò)微波，而不吸收微波，這類(lèi)材料可作為微波加熱用的容器或支承物，或做微波密封材料。對(duì)于導(dǎo)電的金屬材料，電波不能透入內(nèi)部而被反射，金屬材料不能吸收微波。微波加熱原理:通常，能加工領(lǐng)域中所處理的材料大多是介質(zhì)材料，而介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成，都能不同程度地吸收微波。介質(zhì)材料與微波電磁場(chǎng)相互耦合，會(huì)形成各種功率耗散從而達(dá)到能量轉(zhuǎn)化的目的。能量轉(zhuǎn)化的方式有許多種，如離子傳導(dǎo)、偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)、界面極化、磁滯、壓電現(xiàn)象、電致伸縮、核磁共振、鐵磁共振等，其中離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)是微波加熱的主要原理。微波加熱是依靠物料吸收微波能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，從而使物料本身整體同時(shí)升溫的加熱方式。常用的微波頻率有915MHz和2450MHz。由于具有高頻特性，微波電磁場(chǎng)以數(shù)十億次/秒的驚人速度進(jìn)行周期性變化，物料中的極性分子（典型的如水分子、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪、碳水化合物等）吸收了微波能以后，它們?cè)谖⒉姶艌?chǎng)的作用下呈有序性排列，改變了其原有的隨機(jī)分布的取向。在高頻電磁場(chǎng)的作用下，這些極性分子亦以同樣的速度隨交變電磁場(chǎng)的變化而做電場(chǎng)極性運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起分子的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，致使分子間頻繁碰撞而產(chǎn)生了大量的摩擦熱，并以熱的形式在物料內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)，從而導(dǎo)致物料在短時(shí)間內(nèi)溫度迅速升高、加熱或熟化。微波加熱是介質(zhì)材料自身?yè)p耗電場(chǎng)能量而發(fā)熱，它完全區(qū)別于其他的常規(guī)加熱方式。傳統(tǒng)加熱方式是根據(jù)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射原理使熱量從外部傳至物料，熱量總是由表及里傳遞進(jìn)行加熱物料，物料中不可避免地存在溫度梯度，故加熱的物料不均勻，致使物料出現(xiàn)局部過(guò)熱。微波加熱是通過(guò)被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”而使被加熱物料溫度升高，不須任何熱傳導(dǎo)過(guò)程，就能使物料內(nèi)外部同時(shí)加熱、同時(shí)升溫，加熱速度快且均勻，僅需傳統(tǒng)加熱方式的能耗的幾分之一或幾十份之一就可達(dá)到加熱目的。從理論分析，物質(zhì)在微波場(chǎng)中所產(chǎn)生的熱量大小與物質(zhì)種類(lèi)及其介電特性有很大關(guān)系，即微波對(duì)物質(zhì)具有選擇性加熱的特性。微波殺菌原理:1) 熱效應(yīng)：在微波的作用下，物料中的有害菌、蟲(chóng)害等微生物受到無(wú)極性熱運(yùn)動(dòng)和極性轉(zhuǎn)動(dòng)兩方面的作用而改變其排列組合狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使得微生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴(yán)重干擾而無(wú)法繁殖。2) 非熱效應(yīng)：主要是交變電磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用。使微生物在其生命化學(xué)過(guò)程中所產(chǎn)生的大量電子、離子和其它帶電粒子的生物性排列組合狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變。另外，微波還可以導(dǎo)致細(xì)胞 DNA 和 RNA 分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵松弛、斷裂和重新組合，干擾或破壞其正常的新陳代謝，誘發(fā)基因突變，從而中斷細(xì)胞的正常繁殖能力。微波加熱的特點(diǎn)： （1）穿透性加熱，加熱速度快。 其穿透的距離，在理論上與電磁波波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)。微波加熱是使被加熱物體本身成為發(fā)熱物體，稱(chēng)之為整體加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過(guò)程，因此能實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)加熱。微波加熱時(shí)物體各部位不論形狀如何，通常都能均勻滲透電磁波，以產(chǎn)生熱量，介質(zhì)材料加熱的無(wú)效性大大改善。 （2）加熱均勻。 微波加熱時(shí)，物體各部位不論形狀如何，通常都能均勻滲透微波產(chǎn)生熱量。因此均勻性大大改善?？杀苊馔饨箖?nèi)生、外干內(nèi)濕現(xiàn)象；提高了產(chǎn)品質(zhì)量，有利于食品物料品質(zhì)的形成。 （3）低溫短時(shí)滅菌。 微波加熱滅菌是通過(guò)熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)（生物效應(yīng)）共同作用滅菌，因而與常規(guī)熱力滅菌比較，具有低溫、短時(shí)滅菌的特點(diǎn)。不僅安全、保險(xiǎn)，而且能保持食品營(yíng)養(yǎng)成分不被流失和破壞，有利于保持產(chǎn)品的原有品質(zhì)，色、香、味、營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失較少，對(duì)維生素C、氨基酸的保持極為有利。有實(shí)驗(yàn)表明：曬干的鮮菜其葉綠素、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分僅剩3%，陰干則可以保持17%，熱風(fēng)快速干燥可保留到40%，微波干燥則能保留60%90%，微波升華干燥則可保持新鮮時(shí)的97%。 （4）微波膨化。利用微波的內(nèi)部加熱特性，使得物料的內(nèi)部迅速受熱升溫產(chǎn)生大量的蒸汽，內(nèi)部大量蒸汽往外沖出，形成無(wú)數(shù)的微小孔道，使物料組織膨脹、疏松。與油炸干燥式的膨化相比，不破壞物料的原有的成分，有容易變質(zhì)及低熱量的優(yōu)點(diǎn)。 （5）選擇性加熱。 微波對(duì)不同性質(zhì)的物料有不同的作用，因?yàn)樗肿訉?duì)微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較底的部位；物料中水比干物質(zhì)吸收微波的能力強(qiáng)，故水受熱高于干物質(zhì)，這有利于水分溫度上升，促使水分蒸發(fā)，也有利于干物質(zhì)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，這對(duì)減小營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味的破壞極為有利。選擇性加熱的特點(diǎn)有：自動(dòng)平衡吸收微波，避免物料加熱干燥時(shí)發(fā)生焦化。 （6）節(jié)能高效。 微波對(duì)不同物質(zhì)有不同的作用，微波加熱時(shí)，被加熱物一般都是放在金屬制造的加熱室內(nèi)，加熱室對(duì)微波來(lái)說(shuō)是一個(gè)封閉的空腔，微波不能外泄；外部散熱損失少，只能被加熱物體吸收，加熱室的空氣與相應(yīng)的容器都不會(huì)發(fā)熱，沒(méi)有額外的熱能損耗，所以熱效率極高；同時(shí)，工作場(chǎng)所的環(huán)境也不會(huì)因此升高，環(huán)境條件明顯改善。所以節(jié)能、省電，一般可節(jié)省30%50%。 （7）易于控制。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)微波加熱干燥設(shè)備只要操作控制控制旋紐即可瞬間達(dá)到升降開(kāi)停的目的。因?yàn)樵诩訜釙r(shí)，只有物體本身升溫，爐體、爐膛內(nèi)空氣均無(wú)余熱，因此熱慣性極小，沒(méi)有熱量損失，應(yīng)用微機(jī)控制可對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)，特別適宜于加熱過(guò)程中和加熱工藝規(guī)范的自動(dòng)化控制。 （8）改善勞動(dòng)條件，節(jié)省占地面積。 微波加熱設(shè)備無(wú)余熱、無(wú)樣品污染問(wèn)題，容易滿(mǎn)足食品衛(wèi)生要求，本身又不發(fā)熱、不輻射熱量，所以大大改善了勞動(dòng)條件，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省廠房面積。 綜上所述，微波加熱技術(shù)的采用具有快速、保持營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味、均勻、消毒殺菌、節(jié)能、衛(wèi)生、安全、無(wú)污染、高效、方便、可控、投資小、有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)貨架期、改善勞動(dòng)條件、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)值得推廣的先進(jìn)技術(shù)。微波加熱禁忌：1、忌再冷凍經(jīng)微波爐解凍過(guò)的肉類(lèi)：因?yàn)槿忸?lèi)在微波爐中解凍后，實(shí)際上已將外面一層低溫加熱了，在此溫度下細(xì)菌是可以繁殖的，雖再冷凍可使其繁殖停止，卻不能將活菌殺死。已用微波爐解凍的肉類(lèi)，如果再放入冰箱冷凍，必須加熱至全熟。2、忌油炸食品：因高溫油會(huì)發(fā)生飛濺導(dǎo)致火災(zāi)。如萬(wàn)一不慎引起爐內(nèi)起火時(shí)，切忌開(kāi)門(mén)，而應(yīng)先關(guān)閉電源，待火熄滅后再開(kāi)門(mén)降溫。3、忌超時(shí)加熱：食品放入微波爐解凍或加熱，若忘記取出，如果時(shí)間超過(guò)2小時(shí)，則應(yīng)丟掉不要，以免引起食物中毒。4、忌用普通塑料容器：使用專(zhuān)門(mén)的微波爐器皿盛裝食物放入微波爐中加熱，一是熱的食物會(huì)使塑料容器變形，二是普通塑料會(huì)放出有毒物質(zhì)，污染食物，危害人體健康。 5、忌用金屬器皿：因?yàn)榉湃霠t內(nèi)的鐵、鋁、不銹鋼、搪瓷等器皿，微波爐在加熱時(shí)會(huì)與之產(chǎn)生電火花并反射微波，既損傷爐體又加熱不熟食物。 6、忌使用封閉容器：加熱液體時(shí)應(yīng)使用廣口容器，因?yàn)樵诜?