第6讲微波加热在食品工业中的应用

2．非热生化效应
微波的作用会使微生物在其生命化学过程中所产生的
大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运 动规律发生改变，即使微生物的生理活性物质发生变化。电 场也会使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使 细胞的正常代谢功能受到干扰破坏，使微生物细胞的生长受 到抑制，甚至停止生长或使之死亡。微波能还能使微生物细 胞赖以生存的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。另外， 微波还可以导致细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松弛、 断裂和重新组合，诱发基因突变，染色体畸变，从而中断细 胞的正常繁殖能力。
频率。
②微波的穿透深度还与温度有关。随温度的升高wk.baidu.com由于 其介电常数增加，其穿透深度下降。
③不同的温度阶段，其升温所需的热量不同；
④准备采用微波加热解冻的块状食品应按大小和形状分
类贮存，形状和大小相同的食品应安排在同一批处理。
(三)食品微波解冻工艺实例
工业上已用微波加热解冻的食品有：肉、 肉制品、禽肉、水产品、水果和水果制品。
4．物料的密度
物料的密度大，其升温速度慢。
5．物料的比热容
比热容小的物质温度升高的速度快，即物料的
比热容对微波加热有着重要的影响。
第二节 微波加热设备

一、微波加热设备的类型
二、微波加热器的选择

一、微波加热设备的类型
微波加热设备主要由电源、微波管、连接波 导、加热器及冷却系统等几部分组成。 微波加热器根据其结构型式，分为箱式、隧 道式、平板式、曲波导式和直波导式等几大类。 其中箱式、平板式和隧道式常用。
(3)生产量及成本 915MHz的磁控单管可获得 30kw或60kW的功率，而2450MHz的磁控单管只能 获得5kw左右的功率，而且915MHz的工作效率比
2450MHz高10％～20％。因此，加工大批食品时，
往往选用915MHz。也可先用915MHz烘去大量的水， 在含水量降至5％左右时再用2450MHz。 (4)设备体积 2450MHz的磁控管和波导均较 915MHz的小。因此2450MHz加热器的尺寸比
微波干燥的特点：
1、选择性加热。微波作用于水分子，含水量高的部份，吸 收微波功率多于含水量较低的部份。这就是选择性加热的特点， 利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥。 2、高效节能。微波是直接对物料进行作用，因而没有额外 的热能损失，炉内的空气与相应的容器都不会发热，所以热效率 极高，生产环境也明显改善，与远红外加热相比可节电30%。 3、效率高，时间短。由于微波加热不需要热传导的过程， 所以微波从不同方向穿透物体进入物体内部，由里至外使物料在 很短时间内达到均匀干燥，有效地缩短了干燥时间。 4、易于控制。与常规方法相比，微波操作简便；微波功率 可调，传输速度可调。
微波干燥具有很多的优点，但也存在一些缺点，如投 资大，耗电量大等。
从经济上考虑，对于含水量高的物料，单纯采用微波干
燥其经济效益不一定好。
(二)食品微波干燥系统与实例
1．一般食品微波干燥系统 2．食品微波真空干燥 3．食品微波冷冻干燥
2．食品微波真空干燥 微波真空干燥是以微波加热为加热方式的真空
似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来， 表现为介质温度的升高。
外加电场的变化频率越高，分子摆动就越快，产生的热
量就越多。外加电场越强，分子的振幅就越大，产生的热量 也就越大。
常用的微波频率为915MHz和2450MHz。1s内有 9.15×108次或2.45×109次的电场变化。分子有如此频 繁的摆动，其摩擦所产生的热量可想而知，可以呈瞬间 集中的热量，从而能迅速提高介质的温度。 除了交变电场的频率和电场强度外，介质在微波场
(一)箱式微波加热器
箱式微波加热器是在微波加热应用中较为普
及的一种加热器，属于驻波场谐振腔加热器。用
于食品烹调的微波炉，就是典型的箱式微波加热 器。
(二)隧道式加热器
隧道式加热器也称连续式谐振腔加热器。这种 加热器可以连续加热物料，结构如图4-6和图4-7所 示。 被加热的物料通过输送带连续输入，经微波加 热后连续输出。由于腔体的两侧有入口和出口，将 造成微波能的泄漏。因此，在输送带上安装了金属 挡板(见图4-6)。也有在腔体两侧开口处的波导里安 上了许多金属链条(见图4-7)，形成局部短路，防止 微波能的辐射。由于加热会有水分的蒸发，因此也 安装了排湿装臵。
第四章 微波应用

第一节 微波加热的原理
第二节 微波加热设备

第三节 微波加热在食品工业中的应用
微波一般是指波长在1mm～1m范围(其相应的
频率为300～300000MHz)的高频电磁波。由于微 波的频率很高，所以在某些场合也称做超高频。 目前915MHz和2450MHz 2个频率已广泛地为 微波加热所采用。
三、食品微波解冻
(一)食品微波解冻过程及其特点 传统的解冻作业有以下几个缺点： ①时间长；②占地面积大；③失水率较高；④
表面易氧化；⑤易变色；⑥消耗大量清洁水。
由于微波加热的特性，使得微波加热解冻，
可以全部或部分地克服上述缺点。
(二)食品微波解冻操作
微波加热解冻有如下几个操作要点：
①微波的频率越高，其加热速度越快，但其穿透深度越 小。 在解冻时，频率不宜选得太高，一般宜选用915MHz的 频率，对于厚度较大的冷冻产品，有时甚至采用896MHz的
家用微波炉用于冷冻食品的解冻极为方便和
快捷。
四、食品微波杀菌和保鲜
(一)食品微波杀菌的作用机理
食品微波杀菌的机理包括热效应和非热效应。
1．热效应
食品中污染的微生物细胞在微波场的作用下，其分子 也被极化并作高频振荡，产生热效应，温度升高。温度的 快速升高使其蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性， 使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。
微波还经常用于产品的灭酶保鲜。
果蔬、茶叶
在水产品的保鲜如虾的保鲜中，经常采用微波
(三)波导型微波加热器
所谓波导型加热器即在波导的一端输入微波，
在另一端有吸收剩余能量的水负载，这样使微波能
在波导内无反射地传输，构成行波场。
(四)辐射型微波加热器
辐射型加热器是利用微波发生器产生的微波通 过一定的转换装臵，再经辐射器(又称照射器、天线) 等向外辐射的一种加热器。
(五)慢波型微波加热器(也称表面波加热器)
被加热的介质是由许多一端带正电、另 一端带负电的分子(称为偶极子)所组成。在没 有电场的作用下，这些偶极子在介质中作杂 乱无规则的运动。
改变电场的方向，则偶极子的取向也随之改变。若电 场迅速交替也改变方向，则偶极子亦随之作迅速的摆动。由 于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，偶极子随外加电
场方向改变而作的规则摆动便受到干扰和阻碍，即产生了类
中所产生的热量的大小还与物质的种类及其特性有关。
二、微波加热有关因素的分析
影响微波加热的因素有微波频率、电场强度、 物料介电系数、物料密度、物料比热和物料损耗
角正切。
1．频率
从加热的角度看，频率越高，加热速度越快， 因此可以通过在一定条件下提高频率来提高加热速 度。 频率越高，波长便越短，其穿透深度便越小。 因此对较厚的物料，要达到均匀加热，应选用 较小的频率；对较薄的物料，可选用较高频率以提 高加热速度。
般情况下，加工物料的含水量愈大，其介质损耗也愈大。 例如：冰的介电常数为3.2，介质损耗系数为0.001，而 水的介电常数为80，介质损耗系数为0.2左右(在2450MHz 下)。所以在加热冰冻食品时，如果不把融化的水随时排走， 则由于水的介电常数和介质损耗系数都比冰大得多，最后 有可能能量主要为水所吸收，而冰得不到加热。
(二)食品微波杀菌的应用 微波灭菌比常规的灭菌方法更能保留更多活性 物质，即能保证产品中具生理活性的营养成分是其 一大特点。非常适宜应用于人参、香菇、猴头菌、 花粉、天麻以及其它中药、中成药的干燥和灭菌。
微波应用于肉、肉制品、禽制品、水产品、水
果和蔬菜、罐头、奶、奶制品、农作物、布丁和面 包等一系列产品的杀菌、灭酶和消毒。
915MHz的小。
第三节 微波加热在食品工业中 的应用


一、食品微波烹调
二、食品微波干燥


三、食品微波解冻
四、食品微波杀菌和保鲜
五、食品微波焙烤与烘烤
六、微波膨化
一、食品微波烹调
微波炉烹调食品具有方便、快速，维生素等营 养成分损失少，鲜嫩多汁等优点。
(一)微波炉烹调食品
可以蒸炖鱼肉、红烧肉和鸡，还可以烘烤膨化 营养面饼、煎炸荷包蛋、炒肉和蔬菜、蒸制米饭和 包子等。采用微波炉可以大大节约时间，而且食品 更近原色，营养成分损失更少。
里外各层的干燥一再复水一再干燥依次反复向内层推进。
过程总的特点是热量向内层传递愈来愈慢，水分向外层 传递也愈来愈慢，因而食品内部特别是食品中心部位的加热
和干燥成为干燥全过程的关键。
微波加热是内部加热，因此用微波加热干燥物品时， 物品的最内层首先干燥，最内层水分蒸发迁移至次内层或
次内层的外层，这样就使得外层的水分越来越高，因此随
(二)微波炉方便食品
微波炉方便食品分为两大类：一类是在常温
下流通的，它已经过高温杀菌或采用热装技术和
无菌包装技术包装，在常温下可贮存半年或一年；
二是在低温下流通的，这类食品大多以其可用作
微波炉加热和普通炉加热的容器包装。
二、食品微波干燥
(一)微波干燥过程与微波干燥特点
一般干燥方法的干燥过程是食品首先外部受热，表面 干燥，然后是次外层受热，次外层干燥。由于热量传递与水 分扩散传递的方向相反，在次外层干燥时，其水分必须通过 最外层，这样就对已干的最外层起了再复水的作用。这样，
是一种微波沿着导体表面传输的加热器。由于 它所传送的微波的速度比空间传送慢，因此称为慢 波加热器。这种加热器的另一特点就是能量集中在 电路里很狭的区域传送，电场相对集中，加热效率
较高。
(六)微波真空干燥箱
微波加热和真空干燥相结合的方法更能加快干 燥速度，也是食品工业中常采用的干燥方法。
微波真空干燥箱一般为圆筒形，这样箱壁能承
微波加热是靠电磁波把能量传播到被加热物体 的内部，具有以下特点: (1)加热速度快; (2)加热均匀性好;
(3)加热易于瞬时控制;
(4)选择性吸收; (5)加热效率高。
第一节 微波加热的原理

一、微波加热的基本原理 二、微波加热有关因素的分析 三、微波加热工艺的计算
一、微波加热的基本原理
干燥。
已采用微波真空干燥的果汁有：橙汁、柠檬汁、 草莓汁、木莓汁等。另外还有茶汁和香草提取液。
3．食品微波冷冻干燥
当冷冻干燥采用接触加热法时，靠近加热板的食品外
层干燥后，会形成一层硬壳，这层硬壳的热阻较大。采用微
波加热可以防止这一层硬壳的形成。 微波冷冻干燥时间的节约是显著的。一般比传统的冷冻 干燥可节约60％～75％的时间。
受较大的压力而不变形。
二、微波加热器的选择
(一)选择加热器要考虑的因素
(1)加工食品的体积和厚度 的食品。 选用915MHz可以获 得较大的穿透厚度，可以加工厚度较大和体积较大
(2)加工食品的含水量及介质损耗
加工食品的含水
量越大，介质损耗也越大；而微波的频率越高，介 质损耗也越大。一般对于含水量高的食品，宜选用 915MHz，对含水量低的食品，宜选用2450MHz。
着干燥过程的进行，其外层的传热系数不仅没有下降，反 而有所提高。 因此在微波干燥过程中，水分由内层向外层的迁移速 度很快，即干燥速度比一般的干燥速度快很多，特别是在 物料的后续干燥阶段，微波干燥显示出其无与伦比的优势。
与一般的干燥方法相比微波干燥有以下的优点：
①厂房利用率高。 ②干燥速度快，时间短。 ③产品质量好。干燥时表面温度不很高，对表面无损 害。另外，不对大量空气加热，因此表面氧化少，这样产 品的色泽有较大的改善。另外，采用微波干燥，其产品的 含菌率比传统干燥方法小许多，因为微波具有杀菌作用。 产品的复水性较好。 ④卫生条件好。 ⑤节能。采用微波干燥可节能20％～25％。
2．电场强度
电场强度指标实际上是与微波加热器功率
相关连的指标。功率大，场强大、加热速度快。
在食品加工中，加热速度不一定越快越好，
因此，在微波加热器的设计中，应设计功率调
节旋钮，以适应不同的加工要求。
3．物料的介电性质
对不同的介质，一般有着不同的介电系数εr和介质损
耗角正切tgδ。水的εr和tgδ值比一般的介质大，因此，在一