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1、,食品微波处理,主要内容,3,微波技术的发展历史,微波的性质和加热机理,微波加热在食品中的应用,微波加热设备的组成及选用,微波的安全使用及其防护,7.1 微波技术的发展历史,19世纪40年代美国雷声公司制造出第一台微波炉。19世纪五六十年代，伴随着大功率磁控管研制成功，美英等国隧道式、波导等多种加热器的问世，国外在微波能的应用上掀起一场新的“能源革命行动”。微波能的应用普及到食品、医药、农副土特产品加工、化工及当代尖端技术的各个领域中。我国从20世纪70年代开始研制、推广微波能应用技术和设备。当时研制的2450MHz45KW隧道式微波干燥乳儿糕生产线，将原来需要烘烤7h左右的工艺缩短到9min
2、完成。,图1 世界上第一台微波炉,7.2 微波的性质与加热机理,7.2.1 微波及其特点 微波是频率非常高的电磁波，又称为超高频波，频率大约从300MHz到300GHz（千兆赫兹）。之所以称为微波，是因为其波长在1mm1m，比普通的无线电波波长更微小。 1GHz103 MHz109 Hz,电磁波分类:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线（放射性）,7.2.1 微波与介电物质,微波 非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不同的材料时，会产生反射、吸收和穿透现象。介电物质 性能介于导体和绝缘体之间，具有吸收、穿透和反射微波的性能。,7.1.2微波应用系统常用的材料,7.2.2微波的
3、加热机理,食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质，微波对它们的加热称作介电感应加热(dielectric heating)。 微波产热的两种机制：离子极化和偶极子转向。,溶液中带电离子在电场作用下获得动能，相互碰撞，将动能转化为热能。若为交变电场，碰撞次数增加，升温快。,极性分子在高频交流电场中不停转动，摩擦生热，使物料温度升高。,直流电 只从正极流向负极。交流电 方向和强度都随时间做周期性改变的电流。,产热机制,偶极子转向,7.2.2 食品材料的介电特性,微波对食品材料的穿透特性该特性用穿透深度（功率传透深度或半功率穿透深度）表
4、示。功率穿透深度：微波功率从材料表面衰减至表面值的1/e（大约37%，e=2.718282)时的距离。半功率穿透深度：微波功率透入材料后，功率衰减一半的距离。,能量密度：一定的空间或质量物质中储存能量的大小,同一种介质，穿透深度与微波波长成正比，与频率成反比；介电材料的含水量不同，微波对介电材料的穿透能力（深度）也不同。水分增加，穿透深度降低；低温和低频时在食品有较大的穿透深度。（P273表格）,7.2.2 食品材料对微波的吸收特性,Pm=0.566tanf E2 10-12Pm-功率密度 W/cm3 - 介质的介电常数Tan介质损耗f -微波频率, HzE -电场强度 ，V/cm介质的固有介
5、电特性（介电损耗因子）： tan食品材料的介电特性不同，其对微波的吸收特性就不同。适宜的介电损耗因子10-2”5,7.2.2影响材料介电特性的因素,1)材料成分成分不同介电特性（介电常数等）不同。2）材料的含水量及状态物料含水量高，则其介电常数及介电损耗大，材料吸收微波能的能力强。水呈液态时比呈固态（冰）时的介电常数及介电损耗大。3）材料的温度温度高则介电常数大，吸收微波能力强。4）微波频率微波频率高，材料的介电常数及介电损耗降低。5）材料的密度密度大而紧实的物料，因空气少，故介电常数及介电损耗大，吸收微波的能力强，易被微波加热。,7.2.2 微波加热特点,选择性加热（食品成分选择性吸收导致）
6、好处： 1. 加热效率高，节约能源，易控制。 2. 可用于较干燥的谷物杀灭害虫。 坏处： 微波的选择性加热是造成微波加热不均匀(runaway heating)的主要原因之一。,7.2.2 微波穿透性特点,好处： 1. 实现包装后食品的短时杀菌。 2. 加热时间短，干燥速度快，而且对有些食品还能起到特有的膨化效果。 3. 快速解冻。坏处： 微波加热的穿透性是造成微波加热不均匀(runaway heating)的另一个主要原因之一。,物料中的水分吸热汽化，从而带动食品物料组织膨化的一种新的常压膨化技术,穿透性原因： 电磁波具有波粒二象性，波长与光子能量成反比关系，当波长越短光子能量越大，则穿透力
7、越强。如高能X射线几乎能穿透所有非金属物，甚至还可以穿透薄铝。而Y射线则能穿透大多数金属，只有重金属（如很厚的铅板）才能将其挡住,7.3 微波加热系统的组成及选用,高压电源,微波发生器,连接波导,冷却系统,微波加热系统示意图,微波加热器,冷却微波管腔体及阴极部分,7.3.2 微波频率的选择,目前用于工业微波加热的频率主要有915MHz和2450MHz。915MHz具有较大穿透深度，获得较大的功率,915MHz,体积较大/较厚的物料含水分高的物料加工大批物料,2450MHz,因磁控管及其波导小，适用于家用微波炉含水分量低的物料,7.4 微波加热在食品中的应用,7.4.1在食品工业中采用微波加热技
8、术特点优点：加热、干燥速度快，所需时间短加热效率高加热过程具有自动平衡性能物料加热均匀、产品质量高设备操作简单，适应性强，且占地面积小，工作环境良好缺点： 微波加热最主要的缺点是电能消耗大。,物料对微波的吸收取决于损耗系数，水的损耗系数大于干物质，水分多，吸收能量多，挥发快。因此，微波能不会一直聚集在已干物质部分。,7.4微波技术在食品工业中的最新发展,7.4.2.1 微波用于食品的解冻和软化7.4.2.2 微波用于一些食品的烹调及预加工7.4.2.3 微波用于食品物料的干燥(包括真空干燥、冷冻干燥)7.4.2.4 微波还可用于食品的杀菌消毒与灭酶7.4.2.5 微波用于焙烤与烘烤7.4.2.
9、6 微波萃取7.4.2.7 微波用于食品物料的去壳去皮7.4.2.8 微波用于酒类的陈化7.4.2.9 其他（生物育种诱变等）,7.4 食品的解冻和软化,利用微波能在低温下的穿透力较强，及冰的介电特性特点进行解冻处理。,915MHz，120kW连续式微波软化/解冻装置,国外已有使用915MHz和2450MHz微波解冻设备进行食品的软化、解冻,冷冻食品解冻工艺,融化 冻结食品快速解冻过程调温 根据后续操作升高操作温度。如冻结肉的切块。 1h可解冻500kg,水对微波吸收能力大于冰，已融化解冻区域吸收较多能量，易在已解冻区域造成过热效应，因此，解冻速度不易过快。,P284表7-9：微波解冻脱水率高
10、于自然解冻？,7.4微波用于食品的烹调及预加工,熏制食品 优点：改善常规熏制副产物油脂污染严重，重新利用度低的缺点，同时节约能量和加工空间。肉质品 可使碎肉凝结成块,研究发现使用不同功率的微波炉(商业生产使用1.6 2.0 kW，家用600800 w)，对食品中营养成分的保留情况无显著性差异.微波烹调时间的选择至关重要，短时间烹调，减少了高温对营养成分的破坏；微波烹调避免了食物烹调过程中化学污染物的产生.同时也能较好地杀灭食品中的微生物；微波烹调无需预热而立即发挥作用，加热效率高，烹调时间短，节省能源；烹调过程无油烟.清洁安全，是值得推广的家用烹调方式。,温度过高（120以上），时间过长，会产
11、生丙烯酰胺类 疑似致癌物质,注意事项婴儿食品不能使用微波炉加热；微波加热是够产生致癌物并无明确研究，但在加 热过程中应严格控制时间；水分含量高的食物适合于微波加热；有膜（如鸡蛋黄）或有外壳的食物不宜微波加热；,7.4 微波干燥与膨化,干燥：利用湿物料的快速体积加热而产生的附加显热，诱导湿气向表面扩散，有利于用较经济的常规技术来抽走和排除湿气，达到干燥目的。,膨化：促使食品内部水分的相变和气体的热压效应原理，使食品内部水分快速升温汽化、增压、膨胀，并依靠气体的膨胀力和物料的质构变化，形成网状多孔结构。,7.4微波杀菌消毒与灭酶,微波杀菌既有热效应原理，也有非热效应（生物效应）原理。热效应：升温导
12、致蛋白质变性，细胞膜破裂等。 原因：微生物体内含有大量水分。非热效应：光化学反应、场力效应、电磁共振效应等,物质一般在可见光或紫外线的照射下而产生的化学反应，是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。,7.4 微波杀菌设备,微波泡菜杀菌,微波杀菌设备,7.4微波杀菌消毒与灭酶,常规的热水烫漂法灭酶易造成营养损失等问题；采用热空气或蒸汽又会出现受热不均匀问题；利用微波能，可解决外形复杂物料料层中间的传热问题。如甜玉米棒及芯的过氧化物酶的灭活、小麦胚芽解脂酶的灭活。微波灭酶大大延长了小麦胚芽的存放时间;与热灭酶相比,微波灭酶大大缩短了灭酶处理时间,并且改善了灭酶效果。,7.4 微波焙烤与烘烤,采用微波
13、炉进行面包的烘烤，可以达到以下效率 使烘烤后的面包膨胀率提高50%左右； 用低淀粉小麦生产出高质量面包； 采用微波-热空气组合烘炉，可使面包生产工艺的醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而节省工艺设备的投资和厂房面积等。,7.4 微波辅助萃取（MAE),萃取 利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法微波萃取机制（以中草药浸提工艺为例） a 细胞破碎机制 水分汽化使细胞膜和细胞壁形成小孔，便于溶剂渗入其中。 b 电磁场加速扩散速率,MAE的特点,快,只需要几分钟就可以达到传统方法加热多个小时才能达到的萃取效果,多,麻黄碱的提取率由常规煎煮法的
14、0.183%提高到0.485% ，板蓝根多糖的实验中，提取率由原来的0.81%提高到3.47%,节能、无污染、操作简单等,MAE的影响因素,萃取溶剂的选择对萃取结果的影响是至关重要的。萃取溶剂的选择指标只要是和目标物质的相似相溶性，和对萃取成分的后续操作干扰少,萃取溶剂可以是一元体系(极性溶剂)，也可以是二元体系(非极性溶剂加机型溶剂)，甚至可以是多元体系,萃取时间一般定在10-15分钟内。,微波剂量必须谨慎控制，辐射时间过长会导致系统温度升得很高，甚至超过萃取溶剂的沸点，影响提取率,MAE的应用,食用色素,7.4 微波用于食品物料的去壳去皮,传统脱皮法 高温烘烤法、湿法脱皮、酸碱法脱皮、过氧
15、化氢脱皮等；微波用于花生去皮，速度快，能耗低、效率高，可大大降低花生仁油脂的酸败程度,桃、李、杏：810%的氢氧化钠液，加温至沸，采用浸碱法或淋碱法脱,7.5 微波的安全使用与防护,7.5.1 微波对人体的影响7.5.2 微波辐射的安全标准及安全技术措施,7.5 微波对生物体的主要效应,7.5微波辐射的安全标准及安全技术措施,我国标准（P287） 设备出厂前，设备外壳5cm处漏能值不能超过1mW cm-2和5mW cm-2； 若连续工作8小时，辐射强度不应超过50W cm-2； 日最大允许量为400 W h cm-2；,措施 1.批量系统：抗流系统、在炉门设置互锁装置 2.连续生产系统：封闭型屏蔽、遥控、抗流系统。,
