微波技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用現(xiàn)狀

微波技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用現(xiàn)狀摘要：介紹了微波殺菌的研究進展和在食品保鮮中的應(yīng)用現(xiàn)狀。介紹了微波殺菌對食品微生物具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，尤其是微波非熱效應(yīng)的機理。微波殺菌的影響因素、脈沖微波殺菌工藝和殺菌設(shè)備的設(shè)計原則，并指出了食品微波殺菌技術(shù)存在的問題以及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：食品工業(yè)、微波、殺菌、脈沖微波Abstract:Inthispaperintroducedtheresearchdevelopmentandapplicationofmicrowavesterilization.Microwavesterilizationmakesanimportanteffectonheatingeffectandnon-thermaleffect.Theresearchemphasizedthattheinfluencefactorsofmicrowavesterilizationandtheuseofelectronicmagnetpulseinmicrowavesterilization.Theprobleminresearchanditsprospectaresuggested.Keywords:Foodindustry;Microwave;Sterilization;ImpulseMicrowave殺菌是食品加工的一個重要操作單元。常用的巴氏殺菌并不能將食品中一些耐熱的芽孢桿菌全部殺滅，而目前使用最多的殺菌方法是熱力殺菌，它是通過傳導(dǎo)、對流等傳熱方法將熱量傳遞給食品，使之溫度升高，達到預(yù)定殺菌溫度并保持一定殺菌時間從而達到殺菌目的，同時加熱也會不同程度地破壞食品中的營養(yǎng)成分和食品的天然特性。微波技術(shù)是一種較為理想的殺菌途徑，具有快速、高效、安全、保鮮等優(yōu)點。微波是指頻率在300MHz-300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長1mm-1m。微波具有電磁波的很多特性，如放射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴隨著電磁波進行能量傳輸?shù)炔▌犹匦浴Ｒ虼?，關(guān)注微波殺菌技術(shù)對于提高食品殺菌效果和提高殺菌后食品的質(zhì)量有著重要的意義。食品微波殺菌機理微波與生物體的相互作用是一個很復(fù)雜的過程，分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩種。它是當(dāng)生物體受到微波輻射時，微波透射生物體被吸收后所產(chǎn)生的綜合生物效應(yīng)結(jié)果。而且在相同條件下，微波殺菌致死溫度比傳統(tǒng)加熱殺菌低。熱效應(yīng)微波是由交變的電廠產(chǎn)生交變的磁場，當(dāng)它穿透極性介質(zhì)時，這些極性分子會隨著交變電場方向的改變而改變，在快速轉(zhuǎn)變過程中，分子之間相互摩擦產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致溫度升高，使微生物內(nèi)的蛋白質(zhì)等分子結(jié)構(gòu)改性或者失活，從而殺滅微生物。例如：當(dāng)食品處于微波場中，由于磁場作用，使原來食品中一端帶正電、一端帶負(fù)電的排列無序的極性分子變成有序排列，即帶正電的一極朝電場的負(fù)極，而帶負(fù)電的一極朝電場的正極，電場極性的改變導(dǎo)致偶極子朝向的改變。極性改變的速度越快，偶極子轉(zhuǎn)變得也越快，在快速轉(zhuǎn)變的過程中，分子之間互相摩擦產(chǎn)生熱量。微波的頻率很高，劇烈的分子摩擦可使被處理物品產(chǎn)生大量的熱量，從而達到滅菌的效果。目前這方面的研究工作及其應(yīng)用已基本完善。非熱效應(yīng)最新研究認(rèn)為，微波殺菌時，除了熱效應(yīng)外，還有非熱力的生物效應(yīng)，二者具有協(xié)同增效作用、殺死微生物的效果。微波非熱效應(yīng)指生物體內(nèi)部不產(chǎn)生明顯的升溫，卻可以產(chǎn)生強烈的生物響應(yīng)，使生物體內(nèi)發(fā)生各種生理、生化和功能的變化，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，達到殺菌目的。其機理主要有以下幾種：（1）在微波內(nèi)，食品主要成分核酸和蛋白質(zhì)可產(chǎn)生變異，促進微生物死亡；（2）醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，微波可影響、干擾DNA正常的復(fù)制、轉(zhuǎn)移、合成和修飾等活動；（3）食品科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，食品中常見的酶類對微波較為敏感；（4）從細(xì)胞生物學(xué)角度分析，在微波場中，細(xì)胞膜可以發(fā)生機械性損傷，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外漏，影響其生長繁殖；（5）降低水分活度，破壞微生物的生存環(huán)境；偶極分子旋轉(zhuǎn)和在交互沉淀池中趨向線形排列，從而引起蛋白質(zhì)二級、三級結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致細(xì)菌問生物死亡?？偟膩碚f，微波的熱效應(yīng)主要是快速升溫及殺菌，而非熱效應(yīng)則使微生物體蛋白質(zhì)和生理活性物質(zhì)發(fā)生變異，從而喪失活力或者死亡。食品微波殺菌的特點（1） 時間短且速度快微波利用其選擇透射作用，使食品內(nèi)外均勻，迅速升溫殺滅細(xì)菌。處理時間大大縮短。在強功率密度強度下，僅僅需要幾秒或幾十秒即能達到效果。（2） 低溫殺菌可保證食品質(zhì)量微波熱效應(yīng)的快速升溫和非熱效應(yīng)的升華作用，增強了殺菌功能。相比常規(guī)熱力殺菌在較低溫度、較短的時間內(nèi)就能獲得效果，一般殺菌溫度在75?80°C，處理時間大概3~5分鐘。微波特有的加工方式能保留更多的有小成分，保持原有的色、香、味、形等特征。（3） 殺菌徹底常規(guī)熱力殺菌是從物料表面開始，通過熱傳導(dǎo)，由表及里漸次加熱，這樣存在一定的漏洞。而微波的穿透性使表面與內(nèi)部同時受熱，并且熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的共同作用，殺菌效果更好。（4） 食品成分對微波具有選擇吸收性 用微波干燥谷物，由于谷物的主要成分淀粉、蛋白質(zhì)等對微波的吸收率比較小，谷物本身升溫較慢。但谷物中的害蟲及問生物一般含水分較多，某些介質(zhì)易吸收微波能，可使內(nèi)部升溫而殺死。這樣，既能達到殺菌效果，又可以保持谷物原有的營養(yǎng)成分。（5）效率高，節(jié)約能源，操控方便微波可直接使食品內(nèi)部介質(zhì)分子產(chǎn)生熱效應(yīng)，裝置本身不被加熱，也不需要傳熱的媒介。因此，能量損失少，效率又比普通的殺菌方法高。另外，設(shè)備制成隧道式使得生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化，減輕勞動強度并有利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。脈沖微波殺菌技術(shù)研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)微波殺菌利用連續(xù)微波處理食品，主要是利用微波的熱效應(yīng)。而脈沖微波殺菌主要是利用非熱效應(yīng)，它是生物電磁學(xué)上一個最新的研究領(lǐng)域。脈沖微波殺菌技術(shù)能利用較低的溫度、較小的溫升對食品進行殺菌，這是其他殺菌方法所沒有的優(yōu)勢，有十分廣闊的研究和應(yīng)用前景。到現(xiàn)在為止，脈沖微波殺菌有兩條途徑。a.脈沖電場產(chǎn)生非熱生物效應(yīng)的機理主要是由于細(xì)胞膜在脈沖電場的作用下，在氣雙脂層上形成穿孔，發(fā)生所謂的“電穿孔”效應(yīng)，使細(xì)胞膜的通透性異常增加。在低強場情況下，電穿孔效應(yīng)是可逆的，并能自行修復(fù)，但在高強場的作用下，膜的破壞是長期的、不可逆的，導(dǎo)致膜的不可逆擊穿；b.在脈沖微波的作用下，在細(xì)胞膜上將在原有靜電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生跨膜電位，這使嵌入膜中的大分子受到這個膜電位的影響。成千上萬的大分子保持著帶電的組團，在跨膜電位的作用下，發(fā)生少量的構(gòu)形變化，造成細(xì)胞功能的改變。微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用微波殺菌技術(shù)能夠很大程度的保持食品的營養(yǎng)成分，殺菌效果明顯，可以是食品不添加各種有害人們身心健康的防腐劑并且延長保質(zhì)期。它的應(yīng)用十分廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域主要有糧油制品、豆制品、奶制品、調(diào)味品、果樹殺菌保鮮、水產(chǎn)品以及醫(yī)療器械的殺菌等方面。微波殺菌效果很好，是企業(yè)節(jié)約成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑，因此，這個技術(shù)受到了很多人們的重視。微波殺菌設(shè)備及設(shè)計微波殺菌之所以這么有效，它的設(shè)備一定很是重要。主要由直流電源、磁控管、加熱器、控制器和冷卻系統(tǒng)組成，消毒殺菌用的加熱器主要是駐波場諧振控加熱器。微波加熱殺菌設(shè)備以結(jié)構(gòu)劃分的話，有很多種形式。如：平板式、曲折波導(dǎo)式、箱型隧道式、圓柱型直立式或臥式、管道式和傳送帶式等等。這其中每一種設(shè)備都有它們特有的特點及優(yōu)勢。在工業(yè)上，連續(xù)生產(chǎn)可用傳送帶式，小批量消毒試驗可用箱式。另外，圓柱腔式微波食品機械的應(yīng)用最為廣泛，功能多，模式豐富，高效率，高可靠性，適合多種包裝形式的食品殺菌，且非熱效應(yīng)殺菌效果最為明顯。微波殺菌設(shè)備所選用的物料狀態(tài)和物料的包裝工序有關(guān)，這個及其重要。物料包裝工序可分為物料包裝前和包裝后殺菌兩種。影響微波殺菌效果的因素影響微波殺菌效果的因素主要有兩個方面。（1）食品的介電性質(zhì)對殺菌效果的影響。介電性質(zhì)對微波殺菌效果及其設(shè)備的設(shè)計有著極為重要的影響。食品的介電性質(zhì)與食品各組成成分的狀態(tài)及相互作用有關(guān)。其中最為重要的是食品中的水分含量和狀態(tài)。水分子是極性分子，水分含量越大，食品的介電損耗因子越大，吸收微波越強，殺菌能力就越好。此外，物料的密度也會影響介質(zhì)的損失值。（2）主要是微波的功率、處理時間和溫度。微波殺菌贏根據(jù)食品介質(zhì)的性質(zhì)來確定殺菌所需要的時間、溫度、功率等工藝參數(shù)。但是在這些因素還是有很多地方?jīng)]有研究到很深入透徹。展望微波殺菌技術(shù)與傳統(tǒng)食品殺菌方式相比已有了絕對的優(yōu)勢，應(yīng)用也日漸廣泛。它是一種現(xiàn)代高新技術(shù)，利用微波對食品進行殺菌處理，有著很多優(yōu)點，應(yīng)進一步研究使其更加成熟、可靠、節(jié)能、安全。由于脈沖微波殺菌主要是利用非熱效應(yīng)，因此應(yīng)大力加強對脈沖微波殺菌的非熱生物效應(yīng)機理以及其應(yīng)用的研究，探索脈沖微波低溫殺菌更高的工藝技術(shù)和設(shè)備，研制性能優(yōu)越全滿的脈沖微波殺菌設(shè)備。隨著研究的進展和深入，微波殺菌技術(shù)一定能夠給食品加工業(yè)帶來新發(fā)展和轉(zhuǎn)變。參考文獻（1） 李里特微波在食品加工中的應(yīng)用問題和特殊效果食品科學(xué)1995年11期（2） 黃建蓉食品微波殺菌新技術(shù)的研究進展食品