食品高新技术5 第五讲 微波加热技术与食品工业

微波技术在食品加工中的应用摘要：随着世界食品工业对卫生标准的日益严格，绿色食品加工技术受到越来越多的青睐.微波技术是近年来食品加工工程中的先进应用技术.本文对微波干燥、微波萃取、微波膨化等技术的加工机理、工艺特点、发展应用现状进行了描述.并对未来微波发展前景做出预测。

关键词：微波；食品加工；加工原理。

微波是由称为磁控管的微波产生器产生出来的高频波段的电磁波，具有电磁波所有的波动特性(如反射、透射、干涉和衍射)。

微波是一种频率为300MHz—300GHz、波长0.0001—lm 的高频电磁波，目前国内外常用的微波加热专用频率为9l5MHz和2450MHz。

微波能技术作为应用科学产生于20世纪40年代，我国从20世纪70年代开始进行微波技术的研究与开发，目前在冶金、化工、食品加工等领域已被广泛应用【1】。

微波食品工业在起步时应用、开发速度缓慢，直到1986年才有工业微波设备用于食品调温、预煮熏肉、家禽、肉饼加工、面条、快餐和果蔬的干燥与面包和酸奶的消毒【2】。

近十几年来，微波食品工业发展较快，全世界微波食品加工设备增长迅速，专用的工业微波设备已有真空干燥、冷冻干燥、消毒灭菌、焙烤、热烫等多种类型。

1、微波技术在食品加工中的利用原理及特点1.1微波加热的原理及特点食品加工主要是利用了微波的热效应。

微波透人物料内，与物料的极性分子相互作用，使其极性取向随着外电磁场的变化而变化，致使分子急剧摩擦、碰撞，使物料内各部分在同一瞬间获得热量而升温。

这种具有使物体整体成为热源的加热方式称为微波加热。

微波加热是通过微波透入物料内，与物料的极性分子相互作用，使其极性取向随着外电磁场的变化而变化，致使分子急剧摩擦、碰撞，使物料内各部分在同一瞬间获得热量而升温。

微波加热具有选择性和即时性，加热效率高、节约能源，穿透性好等特点。

但是由于被加工食品的表面温度低，不足以在表面产生褐变反应，不能在食品表面产生人们所希望的发色。

此外，微波加热所需要时间极短，l-2min误差就可能导致意想不到的后果，使食品加工过度，因而对于加工过程的参数设定特别重要。

微波技术在食品及化学工业中的应用微波技术在食品及化学工业中的应用微波是频率在300hz～300ghz之间，位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间的一种非电离电磁能。

微波技术起源于20世纪30年代，最初应用于电视、播送、通讯技术中。

1945年，美国人首先发现了微波的又一特性热效应，并首次将微波作为一种非通讯的能源应用于工业、农业乃至科学研究中。

微波工业应用就是指利用微波的能量作用于物体实现需要的目标。

微波能应用的特点在于一是以能量转换为根底，即微波所产生的热量是被加热物体的分子通过偶极回转、分子极化后转化成的，并非热传导；二是具有很高的传热效率，相当于对流传热的5倍。

微波能的作用原理是当物体被置于超高频电流的交变电场中受到微波作用时，物体中的极性分子处于剧烈、快速的震荡和回转中，产生自感应，使物体获得热量，进而发生物理的、化学的或者生物的变化。

目前用于工业应用的微波有两个频率：2450hz和915hz，产生微波的核心部件是磁控管，磁控管是组成微波源的主要部件。

微波工业应用主要在替代传统工艺、产品附加值高及适用于微波〔吸收微波能力比较强〕的领域取得快速开展，主要是茶叶加工、橡胶脱硫、活性炭和竹炭高温烧制、陶瓷材料、能源材料〔磁性材料、锂电池材料〕的烧结和环保〔生物质能、水处理、有机物处理〔工业废水、废料除毒〕〕等领域。

1.微波技术应用于茶叶杀青、枯燥微波杀青、枯燥是微波发生器将微波辐射到杀青、枯燥的物料并穿透到物料内部时,诱使物料的水等极性分子随之同步旋转，例如采用915hz微波枯燥物料,其体内极性分子每秒钟旋转9.15亿次,如此的高速旋转使物料瞬时产生摩擦热,导致物料外表与内部同时升温,且内部温度高于物料外表温度,使大量的水分子从物料中逸出而被蒸发带走,这样到达杀青、枯燥的目的。

这种杀青、枯燥方法的特点是加热时间短,内外温度一致,其热传递方向从内向外与湿传递方向也一致,不同于常规加热方式需要一定时间才能将热量从外部加热到内部,存在内外温度差和湿、热传递方向相反的问题。

基于微波技术的食品加工过程研究微波技术作为一种常用的非热力学加工技术，在食品加工领域有着极其广泛的应用。

可以说，微波技术的应用改变了传统食品加工的模式，引领了食品加工科技的发展。

在基于微波技术的食品加工过程研究中，可以探究的内容非常丰富，如微波的加热原理、微波加热的机理、微波的操作控制等等。

本文将对微波技术在食品加工中的应用进行探讨。

一、微波加热的工作原理微波加热是利用微波的能量，使物料分子内部发生振荡，从而达到加热的一种方式。

微波的频率一般为2450MHz，可以穿透食品直接作用于食品内部，使得食品内部的水分子产生振动，从而转化为热能。

与传统热处理方法相比，微波加热具有加热速度快、能耗低、加热均匀等优点。

二、微波加热的机理微波加热机理涉及到电磁学、热学、物理化学、生物学等多学科知识，目前尚未完全阐明。

但是，可以通过实验获得基本的微波加热机理和规律。

在加热过程中，微波首先会被吸收并转化为热能，其次是热传递，传递途径有导热和convective。

微波加热时，由于食品物理化学性质的影响，食品内部电磁场会发生不均匀分布，从而在加热过程中会产生热梯度，这种热梯度是导致食品内部产生不均匀加热的主要因素。

三、常用的微波加热设备目前，常用的微波加热设备包括单向微波炉和双向微波炉。

单向微波炉只能使微波从一侧进入加热腔体，双向微波炉则可以使微波从两侧进入加热腔体，从而增加了加热均匀度。

另外，根据不同的加热要求，还有对流式微波加热设备和旋转式微波加热设备等。

四、微波加热在食品加工中的应用微波加热在食品加工中的应用非常广泛，可以应用于食品的强化加工、干燥、杀菌、灭酶、膨化等多个方面。

以下是一些典型的微波加热应用：1. 肉制品加工肉制品经过微波加热后，可以使肉质中的胶原蛋白部分发生变性、水解与交联，从而增强肉品的弹性，同时减少营养成分的流失。

2. 切块青菜加热青菜加热过程中，由于青菜中的氢氧化物较多，所以微波的穿透能力比较弱。

基于微波加热的食品加工技术研究随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始注重饮食安全和健康。

而食品的加工技术也成为了人们关注的一个重点。

基于微波加热的食品加工技术因其高效、节能、环保等优点，近年来得到了广泛的研究和应用。

一、微波加热的原理微波是一种高频电磁波，其频率高达300MHz至300GHz。

微波与物质之间的相互作用主要表现为分子与微波电场发生作用产生的热效应和非热效应。

微波加热是指在微波场的作用下，食品内部分子运动所产生的热效应，从而使食品加热的一种方法。

二、微波加热的特点相对于传统的热处理方法，微波加热具有以下几个优点：1. 高效：微波在食品内部产生的热效应能够使食品迅速加热，热传导效应更为显著，比传统的热处理方法更加高效。

2. 均匀：微波能够穿透食物并全部吸收，从而使食物内部更加均匀地受热。

3. 节能：传统的热处理方法大量的热能会散失在周围环境，微波加热则利用微波能量直接作用于食品，节约了能量。

4. 环保：微波加热过程中无需添加任何化学物质，因此符合环保要求。

三、微波加热在食品加工中的应用1. 速冻传统的速冻方法会使食品表面产生结冰，从而影响食品的口感和品质。

而微波速冻则可以迅速将食品冷冻而不损失品质，并且过程更为快速、均匀。

2. 蒸煮传统的蒸煮方法需要花费较长的时间，并且很难保证食品中心完全熟透。

微波蒸煮则可以使食品中心快速受热熟透，并且过程更为快速、节能。

3. 烘焙利用微波加热的方法进行烘焙，可以使食品表面更为酥脆，并且能够在较短的时间内完成烘焙过程。

4. 杀菌微波加热可以迅速使食品加热到杀菌温度，从而杀灭食品中的细菌和病毒。

这种方法不仅安全有效，也符合环保要求。

四、微波加热在食品加工中的发展前景微波加热技术不仅可以解决传统加工方式存在的问题，而且还可以产生全新的加工方式。

目前，微波加热技术已经广泛应用于食品、医药、化工、能源等多个领域，具有很强的市场前景和发展潜力。

然而，微波加热技术仍需进一步完善，因为微波加热过程中会导致食品中的某些营养成分损失，从而影响食品的味道和营养价值。

微波技术在食品加工中的应用与发展摘要：食品的传统杀菌方式，多数都可以依托于高温干燥、烫漂、巴氏灭菌、冷冻以及防腐剂等常规技术进行精细化的管理。

但是这些设备本身的结构较为庞大，处理时间较长，灭菌效果不佳，同时也并不会高效的达到自动化的生产机制。

同时多数也会影响食品本来的风味以及营养成分的发挥。

而微波杀菌的方式方法本身就可以让食品之中的微生物，都会受到微波热效应以及非热效应之间的共同作用，让其内部的蛋白质以及生理活动的物质产生变异而导致微生物的成长出现抵触，以达到食品杀菌保鲜的效果。

关键词：微波技术；杀菌；加热；食品加工引言：当前所提及的微波杀菌主要涵盖了热效应的基础理论以及非热效应的基础理论。

热效应的理论中提出微波本身有着明显的高频特点，当其在介质之中穿透的情况下，物质之中的水分、蛋白质以及核酸等极性分子必然会受到交变电场的作用而取向运动，相互的交流摩擦而产生热量的效果。

从而导致温度出现升高的趋势，让微生物之中的蛋白质、核酸分子改性失活，继而达到杀菌的效果。

非热效应的基础理论主要有细胞膜离子通道模型以及蛋白质变性的模型结构。

一、脉冲微波杀菌技术研究现状传统微波杀菌技术的连续性的微波处理食品，主要是依托于微波的热效应结果。

而脉冲微波杀菌主要是结合非热效应进行工作落实，这是生物电磁学之中的一个新兴的研究结构和内容。

脉冲杀菌技术可以有效地利用较低的温度、低升温模式进行食品的杀菌操作机制，这也是其他的杀菌方式所不具备的操作优势，有着较为广泛的研究及应用前景。

截至目前这种脉冲微波的杀菌方式主要有两种：一是脉冲电场产生肺热生物效应的机理主要是因为细胞膜在脉冲电场的直观作用下，在气脂层结构上形成孔洞，产生“电穿孔”，令细胞膜的结构出现异常。

在低强场情况结构下，电穿孔效应是可逆并且可以实现自我修复的。

但是在高强场作用下，这种破坏效果则是不可逆的。

二是脉冲微波作用结构下在细胞膜上将在原有静电位的基础上产生跨膜电位，这种结构的出现必然会让结构中的大分子受到影响，在跨膜电位的作用下，大分子就会出现构型变化，导致结构功能出现转化。

微波技术在食品工业上的应用摘要：阐述了微波加热干燥机理，从微波加热对酶的影响、微波加热对食品物性的影响、微波杀菌、微波萃取等方面综述了微波加热干燥技术在食品加工业中的应用，以为微波在食品工业的应用提供参考。

,作为一种清洁的加热方式,微波加热速度快、均匀性好、易于控制、效率高。

微波萃取具有提取率高、准确、快速、操作成本低等优点,可将萃取时间缩短到几分钟,溶剂用量减少90%。

且微波射线穿透性好,可施加与任何天然生物材料,在接近环境温度抽提所需的有效成分.关键词：微波；加热机理；食品工业；应用一、微波技术1、微波加热的特点微波加热是靠电磁波把能量传播到物体内部, 以达到加热目的。

这种加热方法具有下述几个特点。

(1) 加热速度快微波加热是利用电磁波直接将物体加热, 无热传递过程, 可使整个物体在穿透深度内, 内外温度迅速提高。

所需加热时间短, 一般只需常规加热1/ 10 一1/l00时间即可完成整个加热过程。

(2) 加热均匀性好微波加热是物体内外同时受热, 而且具有自动平衡的性能。

与外部加热比较, 容易达到均匀加热的目的, 可避免表面硬化及加热不均匀等现象发生。

但是加热的均匀性与微波对物体的透入深度有关。

915MHz—及2450MHz 频率的微波透人的深度大致为几十厘米至几厘米的范围。

只有当加热物体的厚度比透人深度小, 微波才能达到均匀加热的效果。

(3) 加热易于瞬时控制微波加热的热惯性小, 可以立即加热升温或停止加热升温, 易于控制, 有益于自动化流水线的配制。

(4) 加热效率高微波加热设备仅电源部分、磁控管及散热风扇消耗部分热量, 其余热量均被加工物料本身吸收, 基本上不辐射散热, 所以加热效率高。

同时, 可避免环境温度升高, 改善劳动条件, 设备的占地面积小。

(5) 加热具选择性不同成分物体对微波能的吸收各有差异。

这种微波加热的选择性有利于产品质量的提高。

例如: 食品中的水分吸收微波能多、温度高、对水分的蒸发有利, 而干物质吸收的微波能少、温度低、不过热、且加热时间短, 有利于保持食品的色、香、味及减少营养成分的破坏。

微波在食品工业中的应用作者：董华欧锦强来源：《现代农业科技》2010年第06期摘要阐述了微波加热干燥机理,从微波加热对酶的影响、微波加热对食品物性的影响、微波测定水分、微波杀菌、微波萃取等方面综述了微波加热干燥技术在食品加工业中的应用,以为微波在食品工业的应用提供参考。

关键词微波;加热机理;食品工业;应用中图分类号TS201.1文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)06-0351-03微波技术首先应用于通信、广播、电视领域中,使用中发现微波会引起热效应,进而在世界范围内掀起了对微波加热的应用研究。

微波干燥起源于20世纪40年代,到60年代末,微波应用于加热、干燥、杀虫、灭菌、医疗等工业项目。

由于微波干燥的独特优点使得其发展很快,微波技术及其应用作为一项高新技术被指定为我国“十五”计划重点研发项目[1]。

目前国内加热处理普遍采用的有用火力能源为中心的外部加热,用电加热到容器本身的诱导加热,食品本身亦被加热的微波加热和用电能源从内部加热的通电加热技术。

这些新技术具有各自不同的优势和局限,因此在不同种类的食品加工中有不同的应用[2]。

而微波技术为工业加热提供了一种新的加热方式[3]:一是利用其热效应,主要用于食品、药材、农副土特产品、木材、纸板、化工工业产品等加热干燥,陶瓷的预烘及烧结,橡胶的硫化预热等。

二是利用其生物效应,对食品、药材、农副土特产品的低温杀菌、防霉保鲜,白酒的催陈、醇化,中止发酵,育种等。

微波加热作为当今高新技术,早已从实验室、家庭走向生产实用阶段,在食品、医药、农副土特产品的加工等方面发展前景十分广阔[4]。

1微波加热干燥机理微波是由称为磁控管的微波产生器产生出来的高频波段的电磁波,具有电磁波所有的波动特性(如反射、透射、干涉和衍射)[2]。

微波是频率从300 MHz至300 GMHz的电磁波,其方向和大小随时间作周期性变化。

微波与物料直接相互作用,将超高频电磁波转化为热能的过程即为微波加热过程。

微波加热在食品固态干燥中的应用微波加热是一种利用微波能量对物质进行加热的技术，它在食品加工领域有着广泛的应用。

特别是在食品固态干燥过程中，微波加热技术展现出了其独特的优势。

本文将探讨微波加热在食品固态干燥中的应用，分析其重要性、挑战以及实现途径。

一、微波加热技术概述微波加热技术是一种非接触式的加热方式，通过微波与物质分子的相互作用，将电磁能转化为热能，从而实现加热。

微波加热具有加热速度快、加热均匀、能耗低等优点，非常适合食品加工过程中的固态干燥。

1.1 微波加热的原理微波加热的原理基于物质分子在微波电磁场中的极化现象。

当微波作用于食品时，食品中的极性分子如水分子会跟随微波的电场方向快速旋转，产生摩擦热，从而达到加热的效果。

1.2 微波加热技术的优势微波加热技术在食品固态干燥中具有以下优势：- 加热速度快：微波加热能够迅速穿透食品，实现内部加热，大大缩短干燥时间。

- 加热均匀：微波加热能够使食品内部和表面同时加热，避免局部过热或不均匀干燥。

- 能耗低：微波加热过程中能量转换效率高，能耗相对较低。

- 保持食品品质：微波加热能够减少食品营养成分的损失，保持食品原有的风味和色泽。

二、微波加热在食品固态干燥中的应用微波加热技术在食品固态干燥中的应用非常广泛，包括蔬菜、水果、肉类、海产品等多种食品的干燥处理。

2.1 微波干燥的工艺流程微波干燥的工艺流程通常包括以下几个步骤：- 预处理：对食品进行清洗、去皮、切片等预处理，以适应微波干燥的要求。

- 微波加热：将预处理后的食品放入微波干燥设备中，通过微波加热实现食品的固态干燥。

- 冷却：干燥后的食品需要进行冷却处理，以降低温度，防止食品品质下降。

- 包装：冷却后的食品进行包装，以便于储存和运输。

2.2 微波干燥技术的应用实例微波干燥技术在食品固态干燥中的应用实例包括：- 蔬菜干燥：如脱水蔬菜、蔬菜粉等，微波干燥能够保持蔬菜的色泽和营养成分。

- 水果干燥：如苹果干、香蕉干等，微波干燥能够保持水果的风味和口感。

微波辐射加热技术在农产品加工中的研究与应用随着科技的发展，微波辐射加热技术在农产品加工中得到广泛应用。

因为这项技术具有响应快，操作简便，能够保持食品的营养成分和口感等优点。

在农产品加工中，微波辐射加热技术已经应用于谷物加工、乳制品生产、肉类处理等领域，取得了令人瞩目的效果。

一、微波辐射加热技术的基本原理微波辐射加热技术利用微波的电磁场能量与材料中的极性分子相互作用产生摩擦热，加速材料内部分子的运动，从而达到加热的目的。

微波的特殊频率，可以在农产品中迅速产生加热效应，而不会影响其中的化学成分。

二、微波辐射加热技术的应用现状1. 谷物加工微波辐射加热技术在谷物加工中应用广泛，可以在改善谷物的结构特性，提高食品品质，促进谷物加工生产效率。

例如，将米饭与水一同加热，来缩短煮饭时间，同时能够使米饭保持更好的口感和营养成分。

2. 乳制品生产在鲜奶杀菌、乳酸菌发酵、乳饮料生产等方面，微波辐射加热技术也有应用。

对于鲜奶，微波辐射杀菌去除微生物的同时，保证了乳蛋白的活性，保持了乳制品的新鲜度和口感。

3. 肉类处理微波辐射加热技术也能够在肉类鲜嫩化、食品的加热速度等方面有所体现。

在实践中，微波辐射加热技术不仅能够提高肉类处理产品的加热速度，同时对于食品的形态、质地和口感等方面也能有所改善。

三、微波辐射加热技术的优劣微波辐射加热技术具有响应快，操作简便，能够保持食品的营养成分和口感等优点。

但是，也存在一定的缺点，如加热不均匀，可能导致微生物残留等问题。

然而，随着技术的进步，微波辐射加热技术也得到了改善和完善，能够更好地满足各种不同种类食品的加热需求，同时也降低微生物残留等食品安全方面的问题。

四、结论微波辐射加热技术在农产品加工中应用已经得到了广泛的认可和应用，同时也在不断完善和发展中。

在今后的生产中，微波辐射加热技术有望进一步提高农产品加工的生产效率和质量，为食品安全和保证营养成分提供良好的保障。

微波食品工业一、微波加热机理：微波具有一定的能量（电磁场能）。

在一定的条件下，它作为一直工能源予以应用，微波对物料的作用有物理、化学、生物等效应，可用于各种目的，但应用最广泛的是微波加热。

微波加热是极高频率的电磁振荡作用于具有电极性的物料分子，使其分子排列趋向剧烈变化，而产生激烈的类似于“摩擦”的效果。

使物体变热。

此过程即微波的电磁场能量转化为热能。

水分子是极性分子，强烈吸收微波。

含有水分的物料在受到充足的微波辐射时，其中的水分子吸收微波很快的升温蒸发，物料得以迅速干燥。

微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。

微波对细菌的热效应是使蛋白质变性，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡；生物效应是微波电磁场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细胞因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。

此外，决定细胞正常生长和稳定遗传繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）是由若干氢键紧密连接而成的卷曲形大分子。

充足强的微波场可以导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变，甚至断裂。

微波灭菌正是利用了电磁场的热效应和生物效应对生物的破坏作用，因此，微波杀菌温度低于常规方法，仅要70-105℃，时间仅约需3-5分钟。

二、微波加热特点：1.加热迅速、均匀：不需要热传导过程，它能在瞬间穿透被加热物料，穿透深度可达几厘米，甚至十几厘米，数秒到数十秒就能把微波能转为热能。

微波具有选择性加热，使加热更均匀。

2.节能高效：因为含有水分的物质极易吸收微波而加热，因此，除少量的传输损耗外几乎无其他损耗。

微波加热与远红外加热相比，节约能量1/3。

3.防霉杀菌保鲜：微波加热具有热效应和生物效应，因此，能在较低温度下灭霉和杀菌；能最大限度地保存物料的活性和食品中的维生素、色泽和营养成分。

4.工艺先进，可连续生产：只要控制微波功率即可实现加热或终止，它有完善的传送系统，可确保连续化生产，实现计算机控制，节省劳力。