第8章 食品電特性

第8章食品電特性

概述食品的電特性及其測(cè)定食品電特性的應(yīng)用主要內(nèi)容2021/5/92學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求掌握介電性能的一些基本概念，如介電常數(shù)、介質(zhì)極化、介質(zhì)損耗的物理意義；掌握食品介電特性的影響因素；了解介電松弛的現(xiàn)象及其原因；了解食品電特性的測(cè)定；掌握電離輻射、微波加熱、遠(yuǎn)紅外加熱原理。2021/5/93

第一節(jié)概述2021/5/94一、食品電特性的概念食品電特性指食品物料在特定的條件下，處于電場(chǎng)中時(shí)自身所表現(xiàn)的性質(zhì)。2021/5/95主動(dòng)電特性，包括由食品材料中存在某些能源而產(chǎn)生的電特性。被動(dòng)電特性，反映了影響食品所占空間內(nèi)電場(chǎng)和電流(電荷)的分布特性。二、食品電特性的分類2021/5/96

食品材料在受到外界的刺激時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生抵抗，其通常表現(xiàn)為食品材料的電導(dǎo)率、電容率、擊穿電位、刺激電位等。

二、食品電特性的分類2021/5/971.電特性加工方法滿足食品加工中對(duì)食品資源充分利用的要求減少加工中營養(yǎng)損失保持生物活性物質(zhì)的活性三、研究食品電特性的意義微波干燥高壓脈沖電場(chǎng)殺菌2021/5/982.使用電場(chǎng)或電磁場(chǎng)對(duì)構(gòu)成食品的最小單位進(jìn)行最富效果的加工處理三、研究食品電特性的意義2021/5/993.電磁場(chǎng)的生物效應(yīng)生鮮食品的水果、蔬菜、種子等保鮮

三、研究食品電特性的意義2021/5/9104.食品電特性加工將廣泛應(yīng)用加熱、殺菌、干燥等耗能較高領(lǐng)域

三、研究食品電特性的意義2021/5/9115.運(yùn)用食品電特性的檢測(cè)食品加工自動(dòng)化食品品質(zhì)控制精確化三、研究食品電特性的意義2021/5/9121.食品的電磁波處理和加工四、電特性在食品加工中的應(yīng)用

2021/5/9132.食品加工中靜電場(chǎng)的利用分離：從谷粒、茶葉、油料種子及明膠中除去雜質(zhì)。食品保鮮：抑制果蔬的呼吸代謝，減少糖分的消耗，保持顏色和形狀。食品干燥：水的蒸發(fā)很活躍，干燥速率增大。其他:殺菌、解凍、魚及肉制品表面的除霉等。

四、電特性在食品加工中的應(yīng)用

2021/5/9143.直流電的應(yīng)用電滲透：對(duì)食品進(jìn)行固液分離或脫水處理電滲析：對(duì)加工食品進(jìn)行凈化處理及對(duì)乳制品中的去鹽電泳：牛奶蛋白分離電浮選：蛋白質(zhì)、脂肪等干物質(zhì)的增濃、食品廠排污的凈化等。四、電特性在食品加工中的應(yīng)用

2021/5/9154.交變電場(chǎng)的應(yīng)用歐姆加熱（Ohmicheating）

原理：利用食品本身的介電性質(zhì),當(dāng)電流通過時(shí),在食品物料內(nèi)部將電能轉(zhuǎn)化為熱能,引起食品溫度升高,從而達(dá)到直接均勻加熱殺菌的目的。四、電特性在食品加工中的應(yīng)用

2021/5/9164.交變電場(chǎng)的應(yīng)用高壓脈沖電場(chǎng)（pulsedelectricfield,PEF）原理：將食品置于高壓脈沖電場(chǎng)中，由于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差變大，電荷相反，它們相互吸引形成擠壓力，擠壓力大于細(xì)胞膜的恢復(fù)力時(shí)，細(xì)胞膜就要破裂，從而達(dá)到在非熱條件下的殺菌目的。四、電特性在食品加工中的應(yīng)用

2021/5/917五、利用食品電特性加工的課題食品的電特性與其組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)等的相互關(guān)聯(lián)和影響;作為濃縮能源的電力，在食品工程傳熱傳質(zhì)操作中的合理應(yīng)用方法;以電力為基礎(chǔ)的食品加工裝置計(jì)算和設(shè)計(jì)理論的建立;利用電學(xué)性質(zhì)對(duì)食品品質(zhì)的檢測(cè)和評(píng)價(jià);

通過傳統(tǒng)加工方法與電力加工方法的合理組合，使電力加工從經(jīng)濟(jì)性、安全性和效率上滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。2021/5/918第二節(jié)食品的電特性2021/5/919食品的介電特性2021/5/920一、基本概念1.電介質(zhì)的極化電子位移極化

(electronicpolarization)原子極化(atomicpolarization)取向極化(orientation)2021/5/921一、基本概念2021/5/922一、基本概念2.介電常數(shù)

相對(duì)介電常數(shù)是物料實(shí)際介電常數(shù)ε和真空介電常數(shù)ε0電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，可定義為：

式中，C——以某種材料為介質(zhì)時(shí)的電容器的電容；

C0——以真空為介質(zhì)時(shí)的電容。相對(duì)介電常數(shù)是一個(gè)無量綱的量，可寫成真空的介電常數(shù)ε0為8.85×10-12F/m。損耗角相位角2021/5/9233.介電損耗極性分子在電場(chǎng)中不斷地作取向運(yùn)動(dòng)，分子間發(fā)生碰撞和摩擦將消耗電能并轉(zhuǎn)為熱能，這種消耗稱為介電損耗。一、基本概念2021/5/9243.介質(zhì)損耗

食品物質(zhì)在電磁場(chǎng)中能量損失由兩部分組成：第一部分來自電導(dǎo)引起的電導(dǎo)損失，產(chǎn)生熱量；第二部分來自極化運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱損耗，稱為介電損耗。介電損耗在電場(chǎng)中吸收的電能為：Q=55.6×10-12E2f式中，Q——吸收能量(W/m3)；

E——電場(chǎng)強(qiáng)度(V/m)；

f——電場(chǎng)頻率(Hz)；

——相對(duì)介電損耗因數(shù)；

一、基本概念2021/5/925二、食品介電特性的影響因素

電場(chǎng)頻率溫度物料含水率食品成分2021/5/926二、食品介電特性的影響因素

2021/5/927二、食品介電特性的影響因素2021/5/928二、食品介電特性的影響因素1.頻率的影響2021/5/929二、食品介電特性的影響因素

小麥在任何頻率下介電常數(shù)隨含水量的增加而增加，這是由于水的介電常數(shù)相當(dāng)大的原因。1.頻率的影響2021/5/930二、食品介電特性的影響因素

1.頻率的影響2021/5/931二、食品介電特性的影響因素

1.頻率的影響2021/5/932二、食品介電特性的影響因素

2.溫度的影響凍結(jié)狀態(tài)介電性能均很小增加到融化溫度介電常數(shù)介電損耗因數(shù)超過融化溫度介電性能均2021/5/933二、食品介電特性的影響因素

2.溫度的影響（3GHz）溫度對(duì)取向極化有兩種相反的作用：一方面溫度升高，分子間相互作用力減弱，使得偶極轉(zhuǎn)動(dòng)取向容易進(jìn)行，極化加強(qiáng)，另一方面，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)偶極的干擾增大，反而不利于偶極取向，是極化減弱。因此，在溫度不太高時(shí)，前者占主要地位，隨溫度升高，介電常數(shù)增大，到一定溫度范圍，后者超過前者，介電常數(shù)隨溫度升高而減小

2021/5/934二、食品介電特性的影響因素

2.溫度的影響粘稠度降低，

離子運(yùn)動(dòng)加速氫鍵數(shù)量及分子間作用力降低，偶極子旋轉(zhuǎn)位壘降低2021/5/935二、食品介電特性的影響因素

3.鹽溶液的影響鹽在食品中主要以離子狀態(tài)存在，在外電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移。

鹽離子可降低水分子極化程度介電常數(shù)

鹽的增加對(duì)介電損耗因數(shù)的影響？2021/5/936二、食品介電特性的影響因素

4.水分的影響食品含水率高，介電常數(shù)和介電損耗因數(shù)均增加。2021/5/937二、食品介電特性的影響因素

5.碳水化合物的影響碳水化合物與水分子的相互作用

介電性能大小：

淀粉水溶液＜蔗糖水溶液糊化淀粉＞未糊化淀粉

2021/5/938二、食品介電特性的影響因素

6.蛋白質(zhì)的影響不同來源的蛋白質(zhì)有不同的介電性能。蛋白質(zhì)吸附自由水越多，蛋白質(zhì)的介電性能越差。蛋白質(zhì)變性2021/5/939農(nóng)產(chǎn)品或食品在交流電場(chǎng)中時(shí)，相當(dāng)于在極性分子上施加交流電壓，這時(shí)，偶極子就會(huì)伴隨電場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)而取向，而且，隨轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的增高，偶極子追不上電場(chǎng)的變化，該取向就產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間延遲，此時(shí)復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部就隨之減少，這種隨頻率增加而減少的變化叫做耗散，而相反的增加變化叫做吸收，兩者一并被稱為松弛。

三、介電松弛2021/5/940三、介電松弛介電松弛本質(zhì)上反映分子運(yùn)動(dòng)的難易程度。極化松弛時(shí)間：處于極化狀態(tài)的介質(zhì)，去掉外電場(chǎng)后，極化消失所需要的時(shí)間。特征頻率：極化松弛時(shí)間的倒數(shù)。2021/5/941對(duì)于電場(chǎng)中的農(nóng)產(chǎn)品和食品來說，除了水中的偶極子之外，其他各種因素也能產(chǎn)生松弛現(xiàn)象。三、介電松弛2021/5/942引起電特性中松弛現(xiàn)象的因素

三、介電松弛2021/5/943三、介電松弛2021/5/944思考題1何謂食品的介電損耗、介電松弛？食品電特性的研究意義，并舉例說明食品電特性在食品加工中的應(yīng)用？食品的介電特性包括哪些？并簡(jiǎn)述影響因素。2021/5/945食品的電導(dǎo)特性2021/5/946一、電阻率電阻率（electricalresistivity）是反映介質(zhì)材料絕緣性能的特征參數(shù)，是由材料的導(dǎo)電性能所決定的物理量。數(shù)值上等于這種材料制成的長度和截面積都為一個(gè)單位的樣品所具有的電阻值，國際單位制中，電阻率的單位為歐·米。2021/5/947一、電阻率

生物物料的電阻率不僅與物料性質(zhì)有關(guān)，而且還與含水率和溫度有關(guān)。

溫度升高引起電子間頻繁的碰撞，導(dǎo)致碰撞時(shí)間縮短，從而使電阻率增大。2021/5/948二、電導(dǎo)和電導(dǎo)率電導(dǎo)是描述物體傳導(dǎo)電流性能的物理量，記作G。物體的電導(dǎo)為通過該物體電流與該物體所加電壓的比值。對(duì)于直流電路而言，電導(dǎo)就是電阻的倒數(shù)，其單位為S。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，電導(dǎo)率的單位為S/m。2021/5/949一、電導(dǎo)和電導(dǎo)率在交流電場(chǎng)中:式中，σ——電導(dǎo)率(S/m)；

f——頻率(Hz)；

——介質(zhì)損耗因數(shù)；

ε——真空介電常數(shù)，其值為8.854×10-12F/m。2021/5/950動(dòng)物血液的電導(dǎo)率與其中干物質(zhì)含量有關(guān)，并且隨溫度的上升而上升。二、食品電導(dǎo)特性及其應(yīng)用2021/5/951在考慮一般液體電導(dǎo)率時(shí)，首先要看干物質(zhì)含量的影響。液體電導(dǎo)率與溫度線性相關(guān)，如圖8-18所示。二、食品電導(dǎo)特性及其應(yīng)用2021/5/952在電導(dǎo)率的利用上，人們還注意到了電導(dǎo)率與某些食品的品質(zhì)的關(guān)系。如圖8-19所示，大蒜之所以具有不同的電導(dǎo)率，與芽的狀態(tài)有關(guān)。因此，通過電導(dǎo)率的測(cè)定就有可能簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、迅速地客觀評(píng)價(jià)大蒜品質(zhì)。二、食品電導(dǎo)特性及其應(yīng)用2021/5/953食品電特性的測(cè)定2021/5/954一、食品介電特性的測(cè)定

電場(chǎng)中食品的電物性與電場(chǎng)頻率有關(guān)，目前所指的電場(chǎng)頻率為0-1013Hz。在如此寬的電場(chǎng)頻帶內(nèi)，測(cè)定食品的電物性應(yīng)有不同的方法。2021/5/955二、電導(dǎo)率的測(cè)定離子的導(dǎo)電性對(duì)介電損耗的影響可由下式表示:

式中，L——偶極矩極化產(chǎn)生的介電損耗；

C——介電常數(shù)的實(shí)測(cè)值；

σ——電導(dǎo)率；

f——測(cè)定電導(dǎo)率時(shí)所使用的電場(chǎng)頻率。2021/5/956第三節(jié)食品電特性的應(yīng)用

2021/5/957

對(duì)食品電物性的利用，除了對(duì)食品品質(zhì)的無損檢測(cè)或品質(zhì)分析外，還可用于對(duì)食品的加工處理，包括：電磁輻射遠(yuǎn)紅外線加熱微波加熱靜電場(chǎng)處理電滲透脫水通電加熱2021/5/958電磁波譜電磁輻射以波的形式傳輸，因此可以根據(jù)波長和頻率分類，波長與頻率的關(guān)系為λγ＝C，其中，常數(shù)C為3.0×108m/s，即真空中光速。一、電離輻射2021/5/959表8-7總結(jié)了通過氣體、液體和固體的各種輻射形式的吸收效果。一、電離輻射2021/5/960一、電離輻射1.電離輻射定義α、β、γ射線及中子射線、原子射線、電子射線、紫外線等都屬于射線類，當(dāng)這些射線穿過食品或農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)對(duì)分子起到離子化作用，這種現(xiàn)象叫做電離輻射。2021/5/961一、電離輻射2.電離輻射機(jī)理電離輻射對(duì)生物作用的全過程，可以簡(jiǎn)化如下:2021/5/9623、輻射的化學(xué)效應(yīng)

由電離輻射使食品產(chǎn)生各種粒子、離子及質(zhì)子的基本過程有初級(jí)輻射和次級(jí)輻射。（1）初級(jí)輻射:使物質(zhì)形成離子、激發(fā)態(tài)分子或分子碎片。（2）次級(jí)輻射：使初級(jí)輻射的產(chǎn)物相互作用，生成與原始物質(zhì)不同的化合物。一、電離輻射2021/5/9634.輻射對(duì)微生物的作用（1）直接效應(yīng)——細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA受損，即DNA分子堿基發(fā)生分解或氫鍵斷裂等，致使微生物細(xì)胞活動(dòng)紊亂，甚至停止。——細(xì)胞膜受損，酶釋放出來，酶功能紊亂，干擾微生物代謝，使新陳代謝中斷，從而使微生物死亡。一、電離輻射2021/5/9644.輻射對(duì)微生物的作用（2）間接效應(yīng)當(dāng)水分子被激活和電離后，成為游離基，起氧化還原作用，這些激活的水分子就與微生物內(nèi)的生理活性物質(zhì)相互作用，而使細(xì)胞生理機(jī)能受到影響。一、電離輻射2021/5/965一、電離輻射3.電離輻射對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品的影響(1)生物學(xué)效應(yīng)殺菌、殺蟲作用使果樹生長發(fā)育異?；种岂R鈴薯、洋蔥、大蒜、地瓜等生根發(fā)芽防止蘑菇開傘延緩香蕉、番茄后熟促進(jìn)桃子、柿子成熟2021/5/966一、電離輻射3.電離輻射對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品的影響(2)化學(xué)效應(yīng)增加干制食品的復(fù)水性能提高小麥面粉加工面包的性能改進(jìn)酒的品質(zhì)促使蛋白質(zhì)、淀粉等的變性提高發(fā)酵飼料中各種酶類的分解能力2021/5/967二、遠(yuǎn)紅外線加熱

遠(yuǎn)紅外線和微波一樣都屬于非電離輻射電磁波，把波長為0.78～1000μm之間的電磁波稱為紅外線。紅外線電磁波波長范圍相當(dāng)寬。因此，又進(jìn)一步把這部分電磁波劃分為近紅外線(0.78～1.4μm)、中間紅外線(1.4～3μm)和遠(yuǎn)紅外線(3～l000μm)。在實(shí)際應(yīng)用中，常使用的波長范圍為2～25μm，因此，也有人稱這一段電磁波為遠(yuǎn)紅外線。遠(yuǎn)紅外線加熱之所以在食品加工中得到很廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)榕c熱風(fēng)干燥或熱風(fēng)加熱相比，遠(yuǎn)紅外輻射的能量可以直接被食品物料吸收，減少了能量損失。2021/5/968熱輻射效率最大的理想物體稱為黑體。各種溫度下，黑體的分光輻射能量Mλ[W/(cm2·μm)]分布是一組曲線，其表達(dá)式為，

式中，C1——37402×10-12W·cm2；

C2——143848cm·K；

λ——波長(μm)；

T——熱力學(xué)溫度(K)。1.遠(yuǎn)紅外輻射2021/5/969圖中所示，隨黑體溫度的上升，各波長的能量都有所增加，但分布曲線的峰值卻偏向短波方向。能量密度最大的波長λmax與溫度的反比例關(guān)系可用文變位定律表示:1.遠(yuǎn)紅外輻射圖8-27普通食品加工中所使用的加熱溫度范圍大都在300-500K。由圖8-27知，在這一溫度范圍內(nèi)，黑體或近似黑體物質(zhì)輻射能量密度最大波長正是在2.5-20μm的遠(yuǎn)紅外線波長范圍。因此，使用遠(yuǎn)紅外線有著較高的輻射效率。2021/5/970黑體只是理想的物質(zhì)。實(shí)際的遠(yuǎn)紅外輻射體，其能量密度最大波長雖然也是隨溫度升高向左偏，但與黑體的文變位定律公式存在差距。一般電熱爐鎳鉻合金(nichrome)電阻絲與遠(yuǎn)紅外電熱絲在500℃時(shí)的分光輻射分布曲線如圖8-28所示。圖8-281.遠(yuǎn)紅外輻射2021/5/9712.食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線的吸收因?yàn)槲矬w的溫度是其分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的表現(xiàn)。從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看，物體的分子結(jié)構(gòu)與其對(duì)各種電磁波的吸收關(guān)系很大。不同結(jié)構(gòu)的分子、原子團(tuán)都有其固有的振動(dòng)頻率。遠(yuǎn)紅外電磁波的頻率與食品分子中原子振動(dòng)的頻率接近，而原子振動(dòng)的固有頻率與結(jié)合鍵種類以及分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。2021/5/972水的O-H鍵伸縮振動(dòng)和轉(zhuǎn)角振動(dòng)分別對(duì)應(yīng)2.7μm和6.1μm的波長。淀粉和纖維素在2.7μm處也有相似的吸收峰。在2-20μm的遠(yuǎn)紅外波長范圍，大部分食品材料對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射的吸收率都較高，這也是遠(yuǎn)紅外輻射技術(shù)在食品工業(yè)中得到極大重視的原因之一。圖8-292.食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線的吸收淀粉、水和纖維素等三種物質(zhì)在不同波長光下的吸收率2021/5/973

遠(yuǎn)紅外輻射對(duì)食品中水和其他物質(zhì)分子的特殊振動(dòng)效果，還是促進(jìn)分子間互相結(jié)合、交聯(lián)的動(dòng)力。這對(duì)食品的熟成(陳化)有一定作用。例如，在掛面制造中，用遠(yuǎn)紅外干燥，不僅干燥效率高，而且可以促進(jìn)面筋的水合作用，使制品比普通方法的口感滑潤，更加筋進(jìn)。用遠(yuǎn)紅外處理酒，可以使酒的陳放時(shí)間大大縮短，味進(jìn)更香醇。2.食品對(duì)遠(yuǎn)紅外線的吸收2021/5/9743.遠(yuǎn)紅外線在食品中輻射深度圖8-29

遠(yuǎn)紅外線對(duì)材料的輻射深度與材料對(duì)遠(yuǎn)紅外的吸收率成反比。遠(yuǎn)紅外的穿透深度不僅與電磁波波長有關(guān)，也與物質(zhì)本身的成分，尤其是水分含量有關(guān)。2021/5/975吸收性與穿透性成反比例關(guān)系，即吸收性越好，穿透性越差。由于吸收性或穿透性與波長有關(guān)，所以，工程上用積分特性來衡量紅外線對(duì)物質(zhì)的穿透特性。所謂積分特性，是指紅外線發(fā)射體發(fā)出的最大能量密度波長(λmax)。

穿透特性往往用穿過試樣的厚度與達(dá)到此厚度紅外線能量的衰減率——穿透能表示。3.遠(yuǎn)紅外線在食品中輻射深度2021/5/9762021/5/977優(yōu)點(diǎn)：食品不必接觸熱源或傳熱介質(zhì)就可以直接得到加熱;在食品周圍保持低溫狀態(tài)下，可對(duì)食品進(jìn)行加熱；加熱可以不受食品周圍氣流影響；加熱速度快、效率高；

可減少熱加工過程中營養(yǎng)成分或色、香、味的損失。

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用2021/5/978設(shè)備：有箱式加熱爐和隧道式加熱爐。

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用2021/5/979（1）食品遠(yuǎn)紅外干燥用于谷物、面條、中草藥的干燥。優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快，吸收均勻，加熱效率高，化學(xué)分解小，原料不易變性，適于熱敏性物質(zhì)的干燥。

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用實(shí)例：菠菜干燥

2021/5/980(2)食品遠(yuǎn)紅外焙烤優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快，表層加熱效果好，因此可以滿足焙烤的要求。實(shí)例：在酥性餅干的制造中，傳統(tǒng)的做法是在80℃下進(jìn)行第一次干燥，但在該條件下，表面和內(nèi)部的水分分布不均勻，膨化是產(chǎn)生大小不一的氣泡，因此產(chǎn)品咬感較差。而采用遠(yuǎn)紅外干燥，不僅無此現(xiàn)象，而且還可節(jié)約10分鐘時(shí)間。在第二次干燥時(shí)，還可節(jié)約2/3的時(shí)間。同時(shí)可節(jié)約62%的廠房面積和19%的燃料費(fèi)用。

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用2021/5/981(3)食品遠(yuǎn)紅外熟化利用遠(yuǎn)紅外線輻射食品時(shí)，引起食品內(nèi)部水分及有機(jī)物質(zhì)分子振動(dòng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)、碳水化合物等物質(zhì)的變化，從而達(dá)到熟化的效果。

實(shí)例：降低煮蛋時(shí)的破殼率：采用干式加熱，不需放入水中。加熱均勻，熟度一致，不受水中微生物的污染，破殼率由15%降低到2%，常溫下放置１個(gè)月不會(huì)敗壞。加速酒的陳釀速度：一般酒類的陳釀時(shí)間要１年至數(shù)年，但用遠(yuǎn)紅外線照射，僅需數(shù)小時(shí)甚至幾分鐘。加速腌漬進(jìn)程：對(duì)于腌制食品，也有促進(jìn)發(fā)酵的作用，在腌制時(shí)，只要遠(yuǎn)紅外線照射15min，就可獲得很好的效果。

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用2021/5/982(4)食品遠(yuǎn)紅外殺菌不僅可用于一般粉狀和塊狀食品的加熱，而且還可用于堅(jiān)果食品如咖啡豆、花生和谷物的殺菌及滅霉，以及袋裝食品的直接殺菌。實(shí)例：谷物和果實(shí)的表層殺菌處理：遠(yuǎn)紅外加熱處理谷物和果實(shí)表面，不僅可殺滅谷物表面的微生物，還有助于脫殼，并且無毒，而且還有助于提高產(chǎn)品的消化性能。

谷物和果實(shí)的內(nèi)部處理：大豆的滅霉處理、豌豆的滅酶處理

4.遠(yuǎn)紅外線輻射在食品加工中的應(yīng)用2021/5/983思考題2電離輻射對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品的影響有哪些？結(jié)合遠(yuǎn)紅外輻射的特點(diǎn)，陳述其在食品加工中的優(yōu)點(diǎn)，并舉例說明其在食品中的應(yīng)用有哪些？2021/5/984三、微波加熱食品工業(yè)中利用材料對(duì)電磁波的吸收進(jìn)行加熱，主要有高頻波和微波。

高頻波(highfrequencywave)指10kHz--300MHz頻率范圍的電磁波。

微波(micro-wave)多指頻率為30OMHz-300GHz（波長為0.001~1m）的電磁波。微波也稱為超高頻，是無線電波中波長最短的波段。在食品加工中常用頻率為915MHz~2450MHz。2021/5/9851.微波加熱的原理

微波加熱原理是利用水分子在微波場(chǎng)中的快速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的摩擦熱。如圖9-33所示。對(duì)于家用微波爐，在頻率245OMHz下，水分子在1s內(nèi)將發(fā)生24.5億次的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生足夠的熱量。圖9-332021/5/9862.微波加熱特點(diǎn)

①微波吸收的特點(diǎn)和加熱的選擇性介質(zhì)損耗因數(shù)與電場(chǎng)頻率有關(guān)，當(dāng)電磁波的頻率超過偶極子的特征頻率（或稱固有頻率）時(shí)，偶極子運(yùn)動(dòng)的頻率可能會(huì)減慢，也就是說對(duì)微波的吸收效率降低。水或其他食品物質(zhì)在微波域的介電損耗ε“（介質(zhì)損耗因數(shù)）最大，也就是說對(duì)微波能的吸收最大。每一種極性分子，都具有一定的吸收微波最大特征頻率。即在同樣頻率的微波照射下，不同分子的吸收能力不同，這就使得微波加熱具有選擇性。2021/5/987由表中可以看出，水或含水食品的介質(zhì)損耗因數(shù)，比塑料、玻璃等容器要大數(shù)百倍甚至數(shù)萬倍。水的介質(zhì)損耗因數(shù)比蛋白質(zhì)、淀粉等食品材料也要大10倍到數(shù)十倍。2021/5/988微波加熱選擇性的優(yōu)點(diǎn)：首先它可以在加熱包裝內(nèi)食品時(shí)，使絕大部分能量被加熱對(duì)象吸收，減少容器或包裝材料對(duì)熱的吸收，從而減少熱損失。

加熱選擇性還為微波帶來另一個(gè)用途就是微波殺蟲。由于干燥食品（面粉等糧食）中的害蟲含水較多，所以在微波場(chǎng)中會(huì)吸收大量的能量而被加熱致死。2.微波加熱特點(diǎn)2021/5/989例如，食品解凍時(shí)，由于微波對(duì)冰和水的吸收性質(zhì)截然不同，當(dāng)一部分冰變?yōu)樗?，就?huì)大量吸收微波，造成解凍不勻。微波加熱選擇性的不利因素：2.微波加熱特點(diǎn)2021/5/990②微波的反射和穿透特性:微波因波長很小，所以和幾何光線很接近。當(dāng)遇到不吸收微波的物體如金屬時(shí)，就會(huì)像光線一樣被反射回來。利用這一性質(zhì)可對(duì)微波的傳輸進(jìn)行導(dǎo)波，或?qū)Σ恍枰訜岬氖称凡糠钟媒饘龠M(jìn)行屏蔽。由于微波的反射特性，用微波加熱食品時(shí)就不需要電極，只要像反光鏡那樣把微波射向食品就可進(jìn)行加熱。然而，對(duì)吸收微波的食品，除部分反射外，微波則會(huì)穿透食品表面，把能量直接傳到食品內(nèi)部。微波的穿透深度D(m)可用下式表示:

另外，工業(yè)上常用半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力。Dh即入射電場(chǎng)強(qiáng)度衰減至一半時(shí)的深度。2.微波加熱特點(diǎn)2021/5/991表8-92.微波加熱特點(diǎn)2021/5/992

微波的穿透性給微波加熱也帶來許多優(yōu)點(diǎn):①由于它對(duì)不吸收微波的玻璃、塑料等電介質(zhì)穿透性極好，可使能量直接到達(dá)食品內(nèi)部一定深度。所以只要選擇適當(dāng)?shù)念l率、電壓，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)容器內(nèi)食品的迅速加熱或大塊食品的內(nèi)外均勻加熱;②微波可把能量直接傳給食品內(nèi)部，尤其是食品內(nèi)部的水。這就可使食品內(nèi)的水分在極短時(shí)間內(nèi)升溫甚至汽化，大大加快干燥速度或使食品膨化。2.微波加熱特點(diǎn)2021/5/9933.

微波加熱的問題

微波加熱的最大問題就是加熱不均勻。其原因主要有以下幾點(diǎn)：①微波加熱的選擇性。在微波場(chǎng)中不同的食品材料，以及它們的溫度、狀態(tài)不同，都會(huì)引起各部分對(duì)微波能吸收的差異;②微波雖有好的穿透性，但在實(shí)際加熱中受反射、穿透、折射吸收等影響，使各部產(chǎn)生的熱量不同;③電場(chǎng)的尖角集中效應(yīng)。這種效應(yīng)也稱為棱角效應(yīng)(edgeeffect)。微波場(chǎng)也是電場(chǎng)，因此在加熱時(shí)，對(duì)食品不同曲率的表面，也會(huì)產(chǎn)生棱角效應(yīng)。即在棱角的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大，產(chǎn)熱多、溫升快。2021/5/994由于這些原因，微波加熱時(shí)，食品往往會(huì)出現(xiàn)一些溫度上升特別快的熱點(diǎn)(hotspot)，如圖8-32(a)所示。

對(duì)容器中食品進(jìn)行適當(dāng)分割、使熱點(diǎn)分散，減少食品的棱角，改善微波照射分布等是解決這一問題的方法，如圖8-32(b)所示。圖8-323.

微波加熱的問題2021/5/995在很大的頻率范圍內(nèi)，水的介質(zhì)損耗因數(shù)都保持較大值。自由水的介質(zhì)損耗因數(shù)在微波頻率為17GHz時(shí)最大，但是在數(shù)兆赫范圍也保持一定有效值。4.水的微波吸收特性和微波頻率的選擇除微波外，高頻波對(duì)含水食品也有偶極矩的極化加熱效應(yīng)。結(jié)合水的頻率特性與自由水不同，在較低的頻率范圍，介質(zhì)損耗因數(shù)保持較大值。圖8-33對(duì)于干燥食品或考慮微波對(duì)食品的非熱效應(yīng)時(shí)，應(yīng)考慮到對(duì)結(jié)合水的作用。2021/5/996

食品中的水往往還含有電解質(zhì)離子，因此這部分的通電加熱效果也會(huì)加大微波加熱的效果。當(dāng)考慮到電介質(zhì)的電導(dǎo)率σ時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)ε〃應(yīng)該由實(shí)效介質(zhì)損耗因數(shù)ε〃c替代:

式中，ε〃L——偶極子(dipole)介電損耗；

σ/(2πf)——電導(dǎo)率引起的損耗。其中σ/(2πf)這部分損耗在圖8-33中是一條斜線，表示與頻率成反比。當(dāng)頻率很高時(shí)，這部分損耗接近于0，但在數(shù)兆赫以下的高頻波，加熱主要來自這一項(xiàng)。當(dāng)食品含有食鹽時(shí)，這兩部分效果相加，會(huì)產(chǎn)生更多的熱。圖8-332021/5/997產(chǎn)品名稱：L型食品微波膨化干燥設(shè)備適用于小規(guī)模產(chǎn)量的各種膨化類物料的膨化或膨化干燥工藝。如：薯片、果蔬片、糕點(diǎn)、堅(jiān)果、花生、瓜子、豆類等。其特點(diǎn)是：膨化速度快、膨化效果好、產(chǎn)品口感好、營養(yǎng)衛(wèi)生。功能及特點(diǎn)：產(chǎn)品具備自動(dòng)控溫系統(tǒng)，自動(dòng)控制微波密度系統(tǒng)、加熱時(shí)間控制系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。物料轉(zhuǎn)盤形式可采用立體轉(zhuǎn)盤、水平轉(zhuǎn)盤（可多層）等。該設(shè)備占地面積小、加熱速度快、加熱均勻、機(jī)動(dòng)性可控性好、操作簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格較低等特點(diǎn)。微波管采用日本松下品牌，變壓器可選擇油浸水冷式、風(fēng)冷式和自冷式，可24小時(shí)連續(xù)工作，微波泄漏量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，符合美國UL標(biāo)準(zhǔn)。2021/5/998微波真空殺菌設(shè)備微波功率2-50千瓦應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品、生物制品領(lǐng)域的熱敏性物料、易氧化、高粘性、高濃度液態(tài)等物料，如：蔬菜、生化制品、保健品、添加劑等。功能及特點(diǎn)該設(shè)備將微波技術(shù)與真空技術(shù)有機(jī)完美結(jié)合，可在30至100度范圍內(nèi)快速加熱。微波能穿透物料直接加熱，無需熱傳導(dǎo)，與常規(guī)真空干燥方法相比，具有速度快、能效比高、環(huán)保節(jié)能、可控性好、能最大限度地保持原料的理化特性等特點(diǎn)。2021/5/999W型微波殺菌設(shè)備適用于食品領(lǐng)域的各種物料的殺菌。如：調(diào)味品、添加劑、蛋白粉、肉制品、魚制品、海產(chǎn)品、果片類、豆類、蔬菜類、菌菇類、面粉、淀粉、米面制品、豆制品、醬菜、鹵制品、飼料、營養(yǎng)保健品等物料。常規(guī)熱力殺菌是通過熱傳導(dǎo)，對(duì)流或輻射方式將熱量從物料表面?zhèn)髦羶?nèi)部，要達(dá)到殺菌溫度，往往需要較長的時(shí)間。微波殺菌是微波能與物料中細(xì)菌等微生物直接作用，熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)共同作用，達(dá)到快速升溫目的，處理時(shí)間大大縮短。各種物料的殺菌時(shí)間一般在3到5分鐘，殺菌溫度在70至90度。其特點(diǎn)：時(shí)間短，速度快。殺菌均勻徹底，低溫殺菌，物料不變性，保持營養(yǎng)成分和原來風(fēng)味，節(jié)能環(huán)保，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，可控性好，工藝先進(jìn)。2021/5/9100四、靜電場(chǎng)處理應(yīng)用：靜電凈化、靜電熏制、靜電分離、電處理防腐、靜電撲粉等。原理：使離子化的氣體在電場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)，向物質(zhì)的散體微粒（塵埃、熏煙等）傳遞電荷，這樣荷電粒子再受到電場(chǎng)作用從一極向另一極進(jìn)行定向移動(dòng)，從而達(dá)到加工所需的目的。2021/5/9101四、靜電場(chǎng)處理

氣體離子化通常采用兩種方法：被激電離法：利用電極間的電離劑（X射線、短波輻射、紫外線輻射和高溫等）進(jìn)行離子化的方法。自激電離法：使電路內(nèi)電壓達(dá)一定值，在靜電場(chǎng)中使荷電粒子加速并與中性氣體分子碰撞而產(chǎn)生電離的離子化過程。2021/5/91021.靜電分離原理:由于散粒體(包括塵埃)各自成分、幾何形狀不同，因此在一定場(chǎng)合下，荷電性質(zhì)不同。通過電暈放電可使離子吸附到粒子表面，使粒子帶電。另外，與電極接觸或摩擦也可以使粒子帶電。使荷電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，由于各自電荷的不同，受電場(chǎng)作用，運(yùn)動(dòng)的軌跡也不同。據(jù)此，就可以將各種成分分離。四、靜電