微波技术应用

微波技术应用

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微波技术一概述

微波是指波长范围为1ｍｍ～1ｍ，频率范围为30×102 ～ 30×105ＭＨｚ，具有穿透特性的电磁波。常用的微波

频率为 91 5ＭＨｚ和 2 450ＭＨｚ。微波作为一种电磁波，通常应用于广播、电视及通信技术中，近年来，随着科学技术的发展，微波作为一种能源，已逐渐应用于食品杀菌、干燥、烘烤、膨化、解冻等方面。

微波技术在食品工业中的应用可追溯到四十年代末期，1947年由美国雷声公司马文·贝克根据微波的加热效应制成了世界上第一台用于食品加热的微波炉。鉴于微波具有在食品内部生热并迅速产生均匀温度的观点，人们开始研究将它用于工业加热技术上以其开辟新的热能源，提高热能利用率和缩短加工时间，大约经历了十余年的探索，终于在1965年由美国Cryodry Comporation 公司研制成功了世界上第一台915MHz/50kW隧道式微波干燥设备，并在Seyfert Foods食品公司首次投入实际应用，用来干燥油炸马铃薯片。此后微波能技术在美国、日本、加拿大和欧洲等发达国家在用来解决食品工业中的多种加热干燥、烹制、杀虫灭菌和回温解冻等方面相继获得成功并表现出强大的技术优势。到七十年代，世界各国普遍推广应用。例如在气候温和潮湿的日本，微波在食品工业中的应用占整个工业应用的60%。我国自1973年由南京电子管厂率先研制成功了工业微波干燥设备以来，经过了20年的努力，也积累了比较丰富的经验。目前我国已成功地应用微波能烧烤食品、干果焙烤、牛肉干燥、蔬菜脱水、快餐面干燥、食品杀菌、饮料杀菌、白酒陈化催熟等许多领域，并取得显着进展。

二微波技术的原理及特点

综合微波技术在食品工业中的各种应用可归结为如下原理。

（一）微波加热干燥原理

微波加热技术是一种新的加热方式。它是依靠以每秒 245000万次速度进行周期变化的微波透入物料内，与物料的极性分子相互作用，物料中的极性 (如水分子 )吸收了微波能以后，改变其原有的分子结构，亦以同样的速度作电场极性运动，致使彼此间频繁碰撞而产生了大量的摩擦热，从而使物料内各部分在同一瞬间获得热能而升温。由于微波辐射下介质的热效应是内部整体加热的，即理论上所谓的“无温度梯度加热”，基本上介质内部不存在热传导现象，因此，微波可相当均匀地加热介质。微波加热技术与传统加热方法相比，有如下特性：①穿透力强。②热惯性小。③呈现选择加热特性。④具有反射性和透射性。

微波干燥是在微波理论，微波技术和微波电子管成就的基础上发展起来的一门新技术，微波干燥已在许多领域内获得广泛的应用。它是应用微波加热的原理，

使品温度上升，达到干燥的目的。微波干燥具有如下的特点：

1 .干燥速度快、干燥时间短

由于常规加热需要加热传热介质和环境，再进入食品，故需较长时间才能达到所需加热温度。而微波加热则是加热物体直接吸收微波能，加热速度大大高于常规加热方法，此时只需一般方法的十分之一到百分之一的时间就能完

成整个加热和干燥的过程。

2. 产品质量高

由于加热时间短，又非热效应配合，因此，可以保存加工原料的色、香、味 ,并且维生素的破坏也较少。

3. 加热均匀

常规加热是食品表面先热，然后通过热传导把热量传到内部，而微波加热是使食品表面和内部同时受热，因此

加热均匀，可以避免一般加热干燥过程中容易引起的里生外焦及不均匀等现象，提高了产品的质量。

4. 加热过程具有自动热平衡性能

当频率和电场的强度一定时，物料在干燥过程中对微波功率的吸收，主要决定于介质损耗因素之值。不同干燥

物质的介质损耗因素不同，如水比干物质为大 ,故吸收能量多，水分蒸发快。因此，微波不会集中在已干的物质部

分，避免了物质的过热现象，具有自动平衡性能，从而保证了物质原有的各种特性。

5. 反应灵敏便于控制

用常规加热法不论是电热、蒸汽、热空气等，要达到一定的温度需要预热一段时间，当发生故障或停止加热时，温度的下降又需要较长的时间，而利用微波加热时，开机几分钟即可正常运行。调整微波输出功率，物料加热情

况立即无惰性地随着改变，因此，便于自动化控制，节省人力。

6. 热效率高、设备占地面积小

因为微波加热干燥是内部加热法，所以加热设备本身基本上可以说是不辐射热量的，故热损失较小，热效率较高，约可达到80 %左右，与常规方法相比，可节电 3 0 %～ 50 %。同时微波加热设备体积也比较小，与普通加热干

燥方法相比，所需厂房面积小。

7. 改善劳动条件

微波设备无余热、无污染、不辐射热量，所以大大改善了劳动条件。

（二）食品微波杀菌的作用机理

食品微波杀菌机理包括热效应和非热效应两方面。

1．微波能的热效应

微波作用于食品时，食品表层和内部同时吸收微波能，温度升高。食品中污染的微生物细胞在微波场作用下，其分子也被极化产生高频振荡，产生热效应。温度的快速升高使菌体内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。

2．微波能的非热生化效应

已有不少实验证明微波对微生物的致死确实存在非热效应。微波的作用可使微生物生命代谢活动中的大量电子、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，造成微生物的生理活性物质发生变化。同时，电场也会使细胞膜附近的电荷分布改变，导致膜功能障碍，使微生物细胞的正常代谢功能受到干扰和破坏，使微生物的生长受到抑制，甚至停止生长或死亡。微波能还能使微生物生存所必须的水分活度降低，破坏微生物的生存环境。微生物细胞内的DNA和RNA吸收微波能后，会造成分子结构中的氢键松驰、断裂和重新组合，诱发基因突变，染色体畸变，从而中断微生物细胞的正常繁殖。

这样，在微波辐照使食品温度升高的热效应和蛋白质分子变性后失去生物活性的非热效应双重因素共同作用下，细菌、酵母菌等微生物将在短时间内被杀死，而且食品的色、香、味和营养成分并未因此受到损失。

（三）微波萃取的原理

由于微波的频率与分子转动的频率相关连，所以微波能是一种由离子迁移和偶极子转动引起分子运动的非离子化辐射能。当它作用于分子上时，促进了分子的转动运动，分子若此时具有一定的极性，便在微波电磁场作用下产生瞬时极化，并以 2 4. 5亿次 / s的速度做极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子之间的相互摩擦、碰撞，促进分子活性部分 (极性部分 )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，使细胞液溢出来并扩散到溶剂中。

传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热，微波热萃取和传统热萃取相比，微波萃取具有以下特点：