微波加熱原理及特點.doc

微波原理及特點微波是一種能量（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)上分為無極和有極分子電介質(zhì)。通常它們無規(guī)則排列，如把它們置于交變的電場中，這些介質(zhì)的極性分子取向會隨電場極性的變化而變化，叫極化。外電場越強，極化作用越強，外電場極性變化越快，極化越快，分子的熱運動和相鄰分子間的摩擦作用也越劇烈。從而可實現(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，它們能透過微波，而不吸收微波，這類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)材料與微波電磁場相互耦合，會形成各種功率耗散從而達到能量轉(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、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，微波電磁場以數(shù)十億次/秒的驚人速度進行周期性變化，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，它們在微波電磁場的作用下呈有序性排列，改變了其原有的隨機分布的取向。在高頻電磁場的作用下，這些極性分子亦以同樣的速度隨交變電磁場的變化而做電場極性運動，就會引起分子的運動和轉(zhuǎn)動，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，從而導(dǎo)致物料在短時間內(nèi)溫度迅速升高、加熱或熟化。微波加熱是介質(zhì)材料自身損耗電場能量而發(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)局部過熱。微波加熱是通過被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運動，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)過程，就能使物料內(nèi)外部同時加熱、同時升溫，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到加熱目的。從理論分析，物質(zhì)在微波場中所產(chǎn)生的熱量大小與物質(zhì)種類及其介電特性有很大關(guān)系，即微波對物質(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、蟲害等微生物受到無極性熱運動和極性轉(zhuǎn)動兩方面的作用而改變其排列組合狀態(tài)及運動規(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)重干擾而無法繁殖。2) 非熱效應(yīng)：主要是交變電磁場對生物體的作用。使微生物在其生命化學(xué)過程中所產(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)和運動規(guī)律發(fā)生改變。另外，微波還可以導(dǎo)致細胞 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，從而中斷細胞的正常繁殖能力。微波加熱的特點： （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同數(shù)量級。微波加熱是使被加熱物體本身成為發(fā)熱物體，稱之為整體加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過程，因此能實現(xiàn)短時間內(nèi)加熱。微波加熱時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)材料加熱的無效性大大改善。 （2）加熱均勻。 微波加熱時，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）低溫短時滅菌。 微波加熱滅菌是通過熱效應(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、短時滅菌的特點。不僅安全、保險，而且能保持食品營養(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、營養(yǎng)素損失較少，對維生素C、氨基酸的保持極為有利。有實驗表明：曬干的鮮菜其葉綠素、維生素等營養(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。 （5）選擇性加熱。 微波對不同性質(zhì)的物料有不同的作用，因為水分子對微波的吸收最好，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，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)生過熱現(xiàn)象，這對減小營養(yǎng)和風(fēng)味的破壞極為有利。選擇性加熱的特點有：自動平衡吸收微波，避免物料加熱干燥時發(fā)生焦化。 （6）節(jié)能高效。 微波對不同物質(zhì)有不同的作用，微波加熱時，被加熱物一般都是放在金屬制造的加熱室內(nèi)，加熱室對微波來說是一個封閉的空腔，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)的容器都不會發(fā)熱，沒有額外的熱能損耗，所以熱效率極高；同時，工作場所的環(huán)境也不會因此升高，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。 實現(xiàn)自動化生產(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到升降開停的目的。因為在加熱時，只有物體本身升溫，爐體、爐膛內(nèi)空氣均無余熱，因此熱慣性極小，沒有熱量損失，應(yīng)用微機控制可對產(chǎn)品質(zhì)量自動監(jiān)測，特別適宜于加熱過程中和加熱工藝規(guī)范的自動化控制。 （8）改善勞動條件，節(jié)省占地面積。 微波加熱設(shè)備無余熱、無樣品污染問題，容易滿足食品衛(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、保持營養(yǎng)與風(fēng)味、均勻、消毒殺菌、節(jié)能、衛(wèi)生、安全、無污染、高效、方便、可控、投資小、有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長貨架期、改善勞動條件、實現(xiàn)生產(chǎn)自動化等優(yōu)點，是一項值得推廣的先進技術(shù)。微波加熱禁忌：1、忌再冷凍經(jīng)微波爐解凍過的肉類：因為肉類在微波爐中解凍后，實際上已將外面一層低溫加熱了，在此溫度下細菌是可以繁殖的，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，如果再放入冰箱冷凍，必須加熱至全熟。2、忌油炸食品：因高溫油會發(fā)生飛濺導(dǎo)致火災(zāi)。如萬一不慎引起爐內(nèi)起火時，切忌開門，而應(yīng)先關(guān)閉電源，待火熄滅后再開門降溫。3、忌超時加熱：食品放入微波爐解凍或加熱，若忘記取出，如果時間超過2小時，則應(yīng)丟掉不要，以免引起食物中毒。4、忌用普通塑料容器：使用專門的微波爐器皿盛裝食物放入微波爐中加熱，一是熱的食物會使塑料容器變形，二是普通塑料會放出有毒物質(zhì)，污染食物，危害人體健康。 5、忌用金屬器皿：因為放入爐內(nèi)的鐵、鋁、不銹鋼、搪瓷等器皿，微波爐在加熱時會與之產(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：加熱液體時應(yīng)使用廣口容器，因為在封