微波膨化技术应用研究

微波膨化技术应用研究综述：膨化技术作为一神新型食品生产技术，正逐步在食品工业中得到广泛的应用。

微波膨化是利用微波的加热特性，使物料产生蒸气压梯度，当物料压力大于它所承受能力时瞬间出现膨化现象。

由于微波的低温高效作用，使食品能较好地保留其营养成分，保持食品原有的色，吞，味，保证食品的品质，本文介绍了微波技术的机理及应用，着重讨论了微波膨化技术的作用机理，特点及在食晶中的应用，洋细论述了影响淀粉微波膨化效果的主要因素。

微波加热技术由于其独特的加热特性，在食品工业中得以广泛应用，如微彼干燥、烘烤、杀菌等。

由于微波加热速度极快，使得食品物料中的水分在短时内迅速蒸发汽化，并在内部积累形成总压梯度，若物料质构不能承受这个压力，就会造成体积膨胀，产生膨化效应。

重点：微波膨化机理、特点、应用以及影响因素。

1、微波机理及应用：微波是指波长为1mm-1m，频率为300MHz-300GHz，具有穿透力的电磁波，其方向和大小随时间作周期性变化。

我国常用的频率有915MH2和2450MHz。

微波与物料直接作用，将高频电磁波转化为热能的过程即为微波加热。

微波技术应用于食品工业，主要用于食品的干燥、杀菌、膨化、烹调、解冻、灭酶、灭虫等方面。

1.1微波干燥：在电磁场的作用下，极性分子从原来的随机分布状态，转向依照电场的极性排列取向，在高频电磁场作用下，造成分子的运动和相互摩擦，从而产生能量，使得介质温度不断提高。

因为电磁场的频率极高，极性分子振动的频率很大，所以产生的热量很高。

当微波加热应用于食品工业时，在高频电磁场作用下，食品中的极性分子(水分子)吸收微波能产生热量，使食品迅速加热、干燥。

1.2微波杀菌：微波杀菌主要是在微波热效应和非热效应的作用，使微生物体内的蛋白质和生理活性物质发生变异和破坏，从而导致细胞的死亡。

微波干燥和微波杀菌具有能够保持食品营养成分和风味、节能高效、安全无害、易于控制、反应灵敏和工艺先进等特点。

1.3微波萃取：微波萃取原理是由于微波的频率与分子转动的频率相关联，当微波作用于分子上时促进分子的转动运动，若此时分子具有一定的极性，便在微波电磁场的作用下产生瞬间极化，从而产生键的振动、撕裂，以及粒子之间的相互摩擦、碰撞，促使分子活性部分更好地接触和反应，同时迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使细胞液溢流出来并扩散到溶剂中。

此外，微波还被用于消解和抑制活性酶，以及食品的膨化、烹调、解冻等。

2、微波膨化技术的特点：微波膨化技术是通过电磁能的辐射传导，使水分子吸收微波能，产生分子剧烈振动，获得动能，实现水分的汽化，进而带动物料的整体膨化。

膨化是利用了微波的加热特性，微波加热时，物料的排湿和热量迁移方向、传热方向、蒸汽压迁移方向都一致，即由物料内部指向表面。

由于这样的特性有利于物料内部蒸汽的产生和积累，微波加热速度快，物料内部气体温度急剧上升，物料升温很快，内部蒸汽的形成速率高于蒸汽的迁移速率，物料出现蒸气压梯度，当压力超过纤维组织结构强度的承受能力，就能通过这种压力使物料膨化。

膨化物料主要依靠物料的物化特性而形成一定的质构，以利于包裹水蒸气和积累压力。

另外，也依赖于其介电特性吸收微波能有效地转化为热能的特性。

微波应用于食品的生产可以改变传统的从表面到内部的热传导过程，具有受热均匀、加热速度快、产品质量高，反应灵敏、易于控制、热效率高，以及设备占地面积小等优点。

并能较好地保留食品中的营养物质及食品原有的色、香、味，有利于提高膨化食品的品质。

3、微波膨化技术在食品工业中的应用：微波膨化可以最大限度地保存原料原有的营养成分，同时膨化使淀粉彻底熟化，膨化食品内部大多呈多孔状，水溶性质增加，有利于胃肠消化酶的渗入便于消化吸收，提高了营养素的消化吸收率，如大米蒸煮后蛋白质消化率为75.3%。

而膨化后可提高到83.8%，产品经微波膨化后表现为水分含量降低，蛋白质分解，淀粉含量下降，糊精和还原糖含量明显升高。

目前微波膨化食品的加工主要应用于淀粉膨化食品加工、蛋白质食品膨化和瓜果蔬菜类物料的膨化等方面。

3.1瓜果蔬菜类物料的膨化：微波膨化方式加工果蔬脆片不增加食品的油脂含量，较好地保留了产品原有的风味，同时还具有杀菌、利于保持食品营养素、省时节能等特点。

微波技术在果蔬中应用多见于对果蔬物料的干燥，近年来也用于与真空油炸相结合生产果蔬脆片，而对果蔬原料进行直接微波膨化则不多见，可能因为果蔬中干物质大部分为纤维素，保气能力较差，直接膨化很难获得良好的膨化效果。

例如以超微板栗粉为主要原料，并添加适量的蛋黄粉、白砂糖，研制成营养价值高、膨化效果好、有一定脆度的板栗脆片，另外还有荸荠膨化、木瓜膨化和菠萝膨化等。

3.2蛋白质食品的膨化：一般的膨化食品都是以淀粉作为主要原料，以蛋白质作为主要原料来进行膨化的，一般只限于家禽的下脚料和动物肝脏等动物性蛋白质，对于以植物蛋白为主要原料膨化的报道较少。

其主要原因是蛋白质物料利用常规的膨化技术难以达到较好的膨化效果。

在食品工业广泛应用微波加热技术，利用微波的快速加热和内部加热的特点，物料处理得当，具有合适的组织结构，也可以得到好的膨化效果，这是一种新型的膨化技术。

采用营养价值高，风味好的蛋白质作为主要材料，加入淀粉、滋补性物质、佐料、发泡剂后搓揉成型，经预干燥之后再进行微波膨化干燥，如鱼丸和鸡肉等的膨化干燥。

3.3淀粉食品的膨化：膨化食品一般都是以淀粉作为主要原料，以微波膨化克服了油炸膨化造成产品含油及挤压膨化造成食品非需宜性变化等弊端，具有节能、环保等优点，此高新技术在食品中的应用及提高工厂经济效益都具有十分重要的意义。

淀粉加水糊化后再加入各种必要的食品添加剂成型，然后进行预干燥，再用微波加热、膨化，制作成各种食品，如薯类和玉米食品的膨化。

4、影响淀粉膨化效果的因素：微波膨化淀粉物料的过程可以分为三个阶段，即加热、膨化和固化阶段。

加热及膨化阶段所需时间越短，在膨化阶段的产品膨化率越大，表明微被膨化的效率越高。

4.1直链淀粉含量对微波膨化效果的影响：支链淀粉的含量对挤压及油炸膨化有影响，物料中支链淀粉含量越高，膨化率越大，随着支链淀粉含最的减少，物料膨化率逐渐变小。

究其原因，除了支链淀粉的伸展性很好外，与分子质量较小的直链淀粉相比，它的分子质量较大，其链状分子结构在糊化后可以形成复杂的网状结构。

网目数较多，结构强而不易崩塌，物料在膨化过程中能承受较强的蒸气压力，且结构不易被破坏，使得产品容易膨化，并且膨化率较大。

4.2不同来源的淀粉对微波膨化效果的影响：4.2.1淀粉种类对微波膨化率的影响：糯米粉、玉米淀粉，马铃薯淀粉、木薯淀粉及小麦淀粉经相同的前处理后，显示出糯米粉的膨化率最大，然后依次为马铃薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉和小麦淀粉。

经分析认为，除了淀粉物料中支链淀粉含量影响外，膨化率可能还与淀粉的其他特性，如淀粉粒的膨润度、淀粉糊的黏度及其形成淀粉凝胶的弹性密切相关。

利用电镜观察到膨润度较大的马铃薯淀粉及木薯淀粉的淀粉粒溶出物网状结构，比小麦、玉米淀粉的密实均匀。

小麦、玉米淀粉的膨润状态较差，淀粉粒间的相互黏着性差，黏度较小，在膨化过程中不易形成气泡的包裹体。

淀粉凝胶弹性小，表明淀粉糊的脱水率较小，糯米粉中几乎全部是支链淀粉，经微波膨化的膨化率最大，所以支链淀粉含量可能是影响膨化的主要因素。

4.2.2淀粉的老化对微波膨化的影响：在加工过程中，由于冷却、冷藏固化等步骤，淀粉会不可避免地发生老化。

淀粉老化实际是淀粉分子自然缔合并过渡到紧密聚集状态的一种状态变化。

在分子缔合过程中，淀粉分子脱水而发生凝沉，这对膨化是极为不利的。

老化对微波膨化有影响，糊化淀粉随冷藏固化的时间延长，使其老化程度增加。

淀粉老化产生晶体，造成无定形区减小，物料的水分分布不均匀，淀粉物料自身承压结构遭破坏，以及晶体的熔融吸热，增大了膨化所需的微波能，不利于微波膨化，会造成微波膨化产品的膨化率降低。

4.3不同物质对淀粉物料微波膨化的影响：4.3.1蔗糠的影响：不加糖的淀粉物料在微波加热过程中，主要是依靠物料中的水分来吸收微波能，进而转化为热能，为迸一步膨化提供热动力。

但在加入蔗糖后，情況可能有所改变，因为蔗糖的介电系数较水大，与不加糖样相比，向淀粉物料中添加糠会降低各个处理时间下的膨化率，且随着加糖量的增加，各处理时间内膨化率的降低程度加大，使物料的膨化过程表现得较迟缓。

以上现象可能是因为蔗糖分子中含有多个羟基，结合水的能力很强，向淀粉生料中加入含糖溶液后，糖分子与淀粉中的含水区域作用，会影响淀粉分子的吸水、膨润及伸展，抑制糊化过程中淀粉结合和吸收水分，从而间接影响微波膨化；另外，添加蔗糖会使物料的温升速率增大，在很短的时间内就使物料温度达到95℃以上，蔗糖分子在此时具有类似液体的流动性，且黏度较低。

4.3.2食盐的影响：在食盐水溶液中随着盐含量的增加，溶液的温升速率不断增加，且随着盐含量的增加，温度增幅变大。

因此，食盐可以作为介电常数增强剂而添加到物料中去。

食盐可以使物料的复合介电损耗增加，有利于物料吸收微波能，进而使得膨化速率加快，膨化过程的3个阶段发生的时间提前，缩短膨化所需时间，提高膨化率。

食盐含量也使得微波对物料的穿透深度变小，微波对物料的穿透深度由中心加热转为趋于周边加热。

物料含盐量越多，产品膨化率越大，周边加热越明显使得产品孔隙分布有一波动。

在食盐质量分数为0～4%时，孔隙逐渐变得小而均匀；在食盐质量分数为4%以上，产品孔隙又逐渐变大。

4.3.3油脂的影响：棕榈油的添加减弱了微波的加热效杲，且随着油含量的增加，温升速率逐渐减小，至油含量为20%时，减小程度已达很大。

油脂对淀粉物料微波加热有效性的影响主要是缘于油脂的介电特性。

将油脂添加到淀粉物料中，会导致物料复合介电特性的下降，且随着油脂添加量的增加，其介电特性的下降程度越大。

这也就是油含量为20%时，样品温度升高显著缓慢的原因。

物料的膨化速度及在相同的微波加热时间内的膨化率，也随着含油量的增加而减小，含油样品的微波膨化特性的变化除与介电特性有关外，也可能由于油中的脂肪酸，尤其是綜榈油中的脂肪酸对淀粉有较强的吸附作用，在淀粉糊化过程中可与淀粉分子形成复合物，而使糊化温度升高，淀粉糊化不充分以及使淀粉糊的黏度下降，从而使膨化受到影响。

5、结束语：微波技术作为一种现代高新技术，以其独特的加热特点和干燥机理，在食品杀菌与保鲜、膨化食品加工等应用领域的前景十分广阔。

微波膨化技术是膨化技术发展的方向，它利用微波幅射加热，使物料中的水分吸热气化，从而带动食品物料组织膨化的一种新的常压膨化技术。

由于加工过程中食品物料受热时间很短，克服油炸膨化造成产品含油及挤压膨化造成食品非需异性变化等弊端，因此，微波媵化的前景非常广阔。

为了使该技术能在食品加工中得到很好应用，还需进行大量的研究和探素，以优化最佳工艺条件和技术参数。