2022年微波技術(shù)應(yīng)用

微波技術(shù)應(yīng)用

微波技術(shù)

一概述

微波是指波長(zhǎng)范圍為頻率范圍為30x102,30x105,,,,具有穿透特性的電磁波。常用

的微波頻率為915“,和2450〃,。微波作為一種電磁波，通常應(yīng)用于播送、電視及通信技術(shù)中，

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，微波作為一種能源，已漸漸應(yīng)用于食品殺菌、枯燥、烘烤、膨

化、解凍等方面。

微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用可追溯到四十年月末期，1947年由美國雷聲公司馬文？貝克

依據(jù)微波的加熱效應(yīng)制成了世界上第一臺(tái)用于食品加熱的微波爐。鑒于微波具有在食品內(nèi)部生

熱并快速產(chǎn)生均勻溫度的觀點(diǎn)，人們開頭爭(zhēng)辯將它用于工業(yè)加熱技術(shù)上以其開拓的熱能源，提

高熱能利用率和縮短加工時(shí)間，大約經(jīng)受了十余年的探究，最終在1965年由美國Cryodry

Comporation公司研制成功了世界上第一臺(tái)915MHz/50kW隧道式微波枯燥設(shè)備，并在Seyfert

Foods食品公司首次投入實(shí)際應(yīng)用，用來枯燥油炸馬鈴薯片。此后微波能技術(shù)在美國、日本、

加拿大和歐洲等興盛國家在用來解決食品工業(yè)中的多種加熱枯燥、烹制、殺蟲滅菌和回溫解凍

等方面相繼獲得成功并表現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。到七十年月，世界各國普遍推廣應(yīng)用。例如在

氣候溫存潮濕的日本，微波在食品工業(yè)中的應(yīng)用占整個(gè)工業(yè)應(yīng)用的60%。我國自1973年由南

京電子管廠領(lǐng)先研制成功了工業(yè)微波枯燥設(shè)備以來，經(jīng)過了20年的努力，也積存了比較豐富的

閱歷。目前我國己成功地應(yīng)用微波能燒烤食品、干果焙烤、牛肉枯燥、蔬菜脫水、快餐面枯燥、

食品殺菌、飲料殺菌、白酒陳化催熟等很多領(lǐng)域，并取得顯著進(jìn)展。

二微波技術(shù)的原理及特點(diǎn)

綜合微波技術(shù)在食品工業(yè)中的各種應(yīng)用可歸結(jié)為如下原理。

(―)微波加熱枯燥原理

微波加熱技術(shù)是一種的加熱方式。它是依靠以每秒245000萬次速度進(jìn)展周期變化的微波

透入物料內(nèi)，與物料的極性分子相互作用，物料中的極性(如水分子)吸取了微波能以后，轉(zhuǎn)變

其原有的分子構(gòu)造，亦以同樣的速度作電場(chǎng)極性運(yùn)動(dòng)，致使彼此間頻繁碰撞而產(chǎn)生了大量的摩

擦熱，從而使物料內(nèi)各局部在同一瞬間獲得熱能而升溫。由于微波輻射下介質(zhì)的熱效應(yīng)是內(nèi)部

整體加熱的，即理論上所謂的“無溫度梯度加熱"，根本上介質(zhì)內(nèi)部不存在熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，因此，

微波可相當(dāng)均勻地加熱介質(zhì)。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方法相比，有如下特性:?穿透力強(qiáng)。？

熱慣性小。？呈現(xiàn)選擇加熱特性。？具有反射性和透射性。

微波枯燥是在微波理論，微波技術(shù)和微波電子管成就的根底上進(jìn)展起來的一門技術(shù)，微波

枯燥己在很多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應(yīng)用。它是應(yīng)用微波加熱的原理，

使品溫度上升，到達(dá)枯燥的目的。微波枯燥具有如下的特點(diǎn)：

1.枯燥速度快、枯燥時(shí)間短

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由于常規(guī)加熱需要加熱傳熱介質(zhì)和環(huán)境，再進(jìn)入食品，故需較長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)所需加熱溫

度。而微波加熱則是加熱物體直接吸取微波能，加熱速度大大高于常規(guī)加熱方法，此時(shí)只需一

般方法的格外之一到百分之一的時(shí)間就能完成整個(gè)加熱和枯燥的過程。

2.產(chǎn)品質(zhì)量高

由于加熱時(shí)間短，又非熱效應(yīng)協(xié)作，因此，可以保存加工原料的色、香、味，并且維生素

的破壞也較少。

3.加熱均勻

常規(guī)加熱是食品外表先熱，然后通過熱傳導(dǎo)把熱量傳到內(nèi)部，而微波加熱是使食品外表和

內(nèi)部同時(shí)受熱，因此加熱均勻，可以避開一般加熱枯燥過程中簡(jiǎn)潔引起的里生外焦及不均勻等

現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.加熱過程具有自動(dòng)熱平衡性能

當(dāng)頻率和電場(chǎng)的強(qiáng)度確定時(shí)，物料在枯燥過程中對(duì)微波功率的吸取，主要打算于介質(zhì)損耗

因素之值。不同枯燥物質(zhì)的介質(zhì)損耗因素不同，如水比干物質(zhì)為大,故吸取能量多，水分蒸發(fā)快。

因此，微波不會(huì)集中在已干的物質(zhì)局部，避開了物質(zhì)的過熱現(xiàn)象，具有自動(dòng)平衡性能，從而保

證了物質(zhì)原有的各種特性。5.反響靈敏便于把握

用常規(guī)加熱法不管是電熱、蒸汽、熱空氣等，要到達(dá)確定的溫度需要預(yù)熱一段時(shí)間，當(dāng)發(fā)

生故障或停頓加熱時(shí)，溫度的下降又需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而利用微波加熱時(shí)，開機(jī)幾分鐘即可正

常運(yùn)行。調(diào)整微波輸出功率，物料加熱狀況馬上無惰性地隨著轉(zhuǎn)變，因此，便于自動(dòng)化把握，

節(jié)約人力。6.熱效率高、設(shè)備占地面積小

由于微波加熱枯燥是內(nèi)部加熱法，所以加熱設(shè)備本身根本上可以說是不輻射熱量的，故熱

損失較小，熱效率較高，約可到達(dá)80%左右，與常規(guī)方法相比，可節(jié)電30%,50%。同時(shí)微波

加熱設(shè)備體積也比較小，與一般加熱枯燥方法相比，所需廠房面積小。

7.改善勞動(dòng)條件

微波設(shè)備無余熱、無污染、不輻射熱量，所以大大改善了勞動(dòng)條件。

（二）食品微波殺菌的作用機(jī)理

食品微波殺菌機(jī)理包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩方面。

1（微波能的熱效應(yīng)

微波作用于食品時(shí)，食品表層和內(nèi)部同時(shí)吸取微波能，溫度上升。食品中污染的微生物細(xì)

胞在微波場(chǎng)作用下，其分子也被極化產(chǎn)生高頻振蕩，產(chǎn)生熱效應(yīng)。溫度的快速上升使菌體內(nèi)蛋

白質(zhì)構(gòu)造發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴(yán)峻干擾而無法生殖。

2（微波能的非熱生化效應(yīng)

己有不少試驗(yàn)證明微波對(duì)微生物的致死確實(shí)存在非熱效應(yīng)。微波的作用可使微生物生命代

謝活動(dòng)中的大量電子、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)生轉(zhuǎn)變，造成

微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生變化。同時(shí)，電場(chǎng)也會(huì)使細(xì)胞膜四周的電荷分布轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致膜功能

障礙，使微生物細(xì)胞的正常代謝功能受到干擾和破壞，使微生物的生長(zhǎng)受到抑制，甚至停頓生

長(zhǎng)或死亡。微波能還能使微生物生存所必需的水分活度降低，破壞微生物的生存環(huán)境。微生物

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細(xì)胞內(nèi)的DNA和RNA吸取微波能后，會(huì)造成分子構(gòu)造中的氫鍵松馳、斷裂和重組合，誘發(fā)基

因突變，染色體畸變，從而中斷微生物細(xì)胞的正常生殖。

這樣，在微波輻照使食品溫度上升的熱效應(yīng)和蛋白質(zhì)分子變性后失去生物活性的非熱效應(yīng)

雙重因素共同作用下，細(xì)菌、酵母菌等微生物將在短時(shí)間內(nèi)被殺死，而且食品的色、香、味和

養(yǎng)分成分并未因此受到損失。

（三）微波萃取的原理

由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相關(guān)連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)引

起分子運(yùn)動(dòng)的非離子化輻射能。當(dāng)它作用于分子上時(shí)，促進(jìn)了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，分子假設(shè)此時(shí)

具有確定的極性，便在微波電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生瞬時(shí)極化，并以24.5億次/s的速度做極性變換

運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生鍵的振動(dòng)、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進(jìn)分子活性局部（極性局部）

更好地接觸和反響，同時(shí)快速生成大量的熱能，促使細(xì)胞裂開，使細(xì)胞液溢出來并集中到溶劑

中。

傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式由外向里進(jìn)展，而微波萃取是通過偶極子旋轉(zhuǎn)和離

子傳導(dǎo)兩種方式里外同時(shí)加熱，微波熱萃取和傳統(tǒng)熱萃取相比，微波萃取具有以下特點(diǎn)：

a.質(zhì)量高，可有效地保護(hù)食品中的功能成分；

b.產(chǎn)量大；

c,對(duì)萃取物具有高選擇性；

d.省時(shí)（30s,l0min）;

e.溶劑用量少（可較常規(guī)方法少50%,90%）;

f.低耗能。

三微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）微波加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1微波加熱用于烹調(diào)食品

利用微波烹調(diào)食品有利于保持食品中的養(yǎng)分成分和風(fēng)味。無論用哪種烹調(diào)方法，只要烹調(diào)

時(shí)間短而所用水量又少，則其維生素，的保存率就高。

在美國、日本的食品市場(chǎng)上微波食品的種類格外繁多。其中美國是世界上家用微波爐普及

率最高的國家，其微波食品的生產(chǎn)和銷售量極大。但以冷凍類預(yù)制食品中的冷凍蔬菜，包括多

種煮熟并配有調(diào)料的混合蔬菜和冷凍調(diào)理食品的產(chǎn)量最大，進(jìn)展速度最快。主要品種有蔬菜、

餡餅，各種面包及點(diǎn)心用的生面團(tuán)。目前，美國有200多家企業(yè)共生產(chǎn)300多種在包裝上標(biāo)

明"微波"標(biāo)簽的微波預(yù)制食品。產(chǎn)品涉及耐貯存的精制菜肴、預(yù)制湯類、冷藏小包裝速食小菜、

蔬菜、配菜，各種餐后甜食、冷凍快餐、薄烤餅、炸土豆食品、脆花生等。

我國臺(tái)灣省市場(chǎng)上銷售的微波加熱和烹調(diào)食品也有30多種，包括主食類炒飯、燎飯、炒面、

水餃、春卷、燒賣、饅頭、胡椒牛肉、扣肉、雞丁、牛肉湯面、海鮮煲、牛肉煲、沙拉和蔥油派

等。2微波加熱用于焙烤食品

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微波用于焙烤食品，如面包、甜而包圈的烤制時(shí)，不僅使產(chǎn)品質(zhì)量大為改善，而且可縮短

生產(chǎn)時(shí)間，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。微波一方面快速殺滅面粉中a-淀粉酶活性，用該面粉烤制面包,

其內(nèi)芯不粘牙;另一方面，微波加熱促進(jìn)生面團(tuán)中酵母生殖而醒發(fā)面團(tuán)，利用醒發(fā)的面團(tuán)制成的

食品構(gòu)造均勻，有咬勁。3微波加熱用于解凍食品

深度凍結(jié)的物料需解凍后才能進(jìn)一步加工，尤其是大塊冷凍食品原料。在傳統(tǒng)的加工方法

中，冷凍食品物料的解凍過程是個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過程。微波解凍使溫度回至0?左右，具有解凍時(shí)

間短，風(fēng)味、鮮度、養(yǎng)分成分保持率高，無污水排放，工作環(huán)境干凈等優(yōu)點(diǎn)。適用于分割肉凍

塊、魚、蛋粉凍塊的解凍以及快速熔化的巧克力、油脂等。另外，為了解決低于零度的物料水

分測(cè)量難題，可將微波解凍與水分測(cè)量裝置組合用來測(cè)量低于零度的糧食等的含水率。

（二卜微波枯燥技術(shù)在食品加工業(yè)中的應(yīng)用

微波枯燥技術(shù)對(duì)固體飲料、糕點(diǎn)、糧食、藥材等進(jìn)展快速枯燥的應(yīng)用范圍很廣，目前應(yīng)用

成果層出不窮。日本承受2450MHz/16x5Kw微波枯燥設(shè)備生產(chǎn)出膨化枯燥蛋黃粉。美國研制出

915MHz/60Kw的通心面微波枯燥機(jī)。法國國際微波公司的2450MHz/48Kw的微波真空干燥

設(shè)備用于速溶桔粉生產(chǎn)，產(chǎn)品不僅保持了桔汁原有的色、香、味，而且由于枯燥溫度低，保存

的Vc是其它方法不行能到達(dá)的。日本在進(jìn)展紫菜枯燥時(shí)，以微波作為最終枯燥手段，縮短了加

熱周期，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。美國加州州立大學(xué)與某公司合作將微波真空枯燥技術(shù)應(yīng)用于生

產(chǎn)能保持原有外形不變的脫水葡萄，這種葡萄具有穎葡萄原有的風(fēng)味、色澤，而維生素B2和C

的含量為葡萄的3,4倍。國外把微波枯燥與熱風(fēng)枯燥相結(jié)合對(duì)糧食進(jìn)展枯燥處理，結(jié)果說明，

枯燥溫度大大降低，且枯燥時(shí)間明顯削減，僅為熱風(fēng)枯燥法的格外之一，對(duì)小麥蛋白質(zhì)量、出

粉率均無影響。

國內(nèi)在微波枯燥技術(shù)應(yīng)用方面的爭(zhēng)辯成果也很多。目前，國內(nèi)科研人員已經(jīng)把微波枯燥技

術(shù)應(yīng)用于蘑菇類、蔬菜類的枯燥加工;應(yīng)用于藥材如天麻、當(dāng)歸、黨參、人參、鹿茸等的深加

工;應(yīng)用于養(yǎng)分保健食品如人參精、花粉、蜂王漿等制造業(yè);應(yīng)用于肉類加工如牛肉干、雞肉絲

等的干制以及其它食品的干制加工中。

目前，很多農(nóng)產(chǎn)品如茶葉、谷物、蔬菜、