6章-食品的微波處理技術(shù)

1、食品加工與保藏原理,第六章 食品的微波處理技術(shù),1. 曾慶孝主編，芮漢明，李汴生副主編， 食品加工與保藏原理， 北京：化學工業(yè)出版社，2002.11 2. 王紹林編著， 微波食品工程， 北京：機械工業(yè)出版社，1994.73. Decareau R V，Peterson R A， Microwave Processing and Engine

2、ering， ELLIS HORWOOD international publishers in science and technology，1986,主要參考書,李里特，微波在食品加工中應用的原理和特點，食品工業(yè)科技，1990.3：3~7王紹林，微波能在食品中的應用研究，食品與機械，1992.6：32~34陳衛(wèi)，微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應用，湖南食品與發(fā)酵，1994.1：33~35王宗敬，微波技術(shù)在阿

3、膠干燥工藝上的應用，食品工業(yè)科技，1994.2：39~40蔡炳華，微波技術(shù)與食品工業(yè)，食品科技文摘，1995.6：1~2吳暉、高孔榮，微波滅菌機理的研究，食品科學，1996.4：3~6王俊、胥芳、蔣生昕，微波干燥黃桃及預處理對其影響的研究，食品科學，1996，4，39~42楊洲、段潔利，微波干燥及其發(fā)展，糧油加工與食品機械，2000.3：5~8朱德泉、朱德文、王德義，小麥和油菜種子微波干燥的試驗研究，中國農(nóng)機化，2003.3：

4、26~27朱德文、劉敏，微波干燥稻谷的試驗研究，包裝與食品機械，2003.5(21)：8~10曹小紅、常學東，板栗的微波干燥特性及其對干后品質(zhì)的影響，食品工業(yè)科技，2005.1(26)：63~65肖淼鑫、張仲欣、張玉先，牛乳中微生物的微波致死特性實驗研究，食品與藥品，2005.1(7)：48~51朱德泉，微波干燥對不同面筋類型小麥種用價值和品質(zhì)特性的影響，糧油加工與食品機械，2005.1：58~60,一些參考文獻,微波技術(shù)的發(fā)展

5、歷史微波的性質(zhì)與加熱機理微波加熱在食品工業(yè)中的應用微波加熱設備的組成及選用微波的安全使用及防護,第一節(jié) 微波技術(shù)的發(fā)展歷史,1940 Birmingham U.1945.10.9 Raytheon C. 第一個專利1947 Raytheon C. 第一臺微波爐

6、 RadarangeTM 參見圖6-1,圖6-1 世界上第一臺微波爐,第二節(jié) 微波的性質(zhì)與加熱機理,微波的性質(zhì) 微波是頻率非常高的電磁波，又稱為超高頻波，頻率大約從300MHz到300GHz*。之所以稱為微波，是因為其波長在1mm~1m，比普通的無線電波波長更微小。 *：1GHz = 103

7、MHz = 109 Hz,ISM(Industry Scientific & Medical) 食品工業(yè)所使用的微波加熱設備的頻率有915MHz(美國用896MHz)和2450MHz兩種，而普通家用微波爐使用的頻率則一般為2450MHz。,微波的加熱機理 食品工業(yè)中所使用的微波設備主要是利用微波的熱效應。食品中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等都屬于介電材料(dielectric material)，微波對它們

8、的加熱稱作介電感應加熱(dielectric heating)。 參見圖6-2、6-3,圖6-2 水分子的極性,圖6-3 微波加熱機理示意圖,微波加熱的特性 (一) 選擇性(二) 穿透性,(一) 選擇性 在微波場中，各電介質(zhì)吸收微波而產(chǎn)生的熱能可用下式表示： 式中: P：在單位時間(1s)內(nèi)，單位體積電介質(zhì)(1cm3)吸收微波所產(chǎn)生的熱能(W·cm-

9、3) f ：微波頻率(Hz) E：電極間電場強度(V·cm-1) ε：電介質(zhì)的介電常數(shù) δ：電介質(zhì)的損失角(導電率) 參見表6-1 tanδ：電介質(zhì)的有效損耗正切 dielectric loss factor(ε. tanδ)是每種介電材料所固

10、有的性質(zhì)，稱為損耗因數(shù)或介電損失,表6-1 一些電介質(zhì)的損耗因數(shù),微波的選擇性加熱給微波加熱的好處和壞處 好處： 加熱效率高，節(jié)約能源，易控制； 可用于干燥谷物的殺蟲。 壞處： 微波的選擇性加熱是造成微波加熱不均勻(runaway heating)的主要原因之一。,為了克服微波的選擇性加熱所帶來的加熱不均勻，方法主要有以下幾點：要了解被加熱物體的電容特性；按照半衰深度的

11、大小，將食品進行分割；改進容器，克服棱角效應；流體食品可結(jié)合攪拌方法；可結(jié)合遠紅外、熱風加熱等方式。,(二) 穿透性 假設P0為電介質(zhì)表面的入射電場，P為某一穿透深度D時的電場，則有如下關系存在： 式中： D：微波的穿透深度(m) λ：所用微波的波長(m)

12、 ε：被加熱物體的的介電常數(shù) tanδ：被加熱物體的導電率 由上兩式可知道穿透深度D也是ε和tanδ的函數(shù)，受被加熱物體性質(zhì)、溫度、狀態(tài)的影響。參見表6-2,P＝P0 e -2αD,表6-2 一些物質(zhì)的微波穿透深度,微波的穿透性對于微波加熱的好處和壞處 好處：實現(xiàn)包裝后食品的短時殺菌。加熱時間短，干燥速度快，

13、而且對有些食品還能起到特有的膨化效果?？焖俳鈨觥?壞處： 微波加熱的穿透性是造成微波加熱不均勻(runaway heating)的另一個主要原因之一。,為了克服微波穿透性帶來的加熱不均勻，主要有以下方法：使微波從各個方向照射被加熱物體； 參見圖6-4承載被加熱物體的托盤采用微波穿透性好的材料，并且可以旋轉(zhuǎn)；微波爐爐壁和爐底采用可反射微波的材料；被加熱物體的厚度應在半衰深度的2倍左

14、右。,圖6-4 微波的穿透性與溫度分布,微波加熱最大的問題就是加熱不均勻。造成的原因主要有以下幾點：微波加熱的選擇性。在相同的微波場中，不同的食品材料以及這些材料溫度、狀態(tài)的不同，都會引起食品各部分溫度上升的差異。微波雖然有好的穿透性，可是它在實際加熱中受反射、穿透、折射、吸收等影響，使被加熱物體各部分產(chǎn)生的熱能產(chǎn)生較大的差異。電場的尖角集中性，也稱為棱角效應(edge effect)。微波作為電磁波的一種，其電場也有尖角集

15、中性。當食品放入微波場中進行加熱時，某些部分會因為電場集中而產(chǎn)熱多，溫升快。 微波加熱中，熱集中的地方稱為熱點(hot spot)，見圖6-5。,runaway heating,A. 圓形物體的熱點 B. 方形物體的熱點分布 圖6-5 物體在微波場中加熱時的熱點分布情況,第三節(jié) 微波加熱在食品工業(yè)中的應用,一、在食品工業(yè)中采用微波加熱技術(shù) 的優(yōu)缺點,加

16、熱、干燥速度快，所需時間短；加熱效率高；加熱過程具有自動平衡性*；物料加熱均勻、產(chǎn)品質(zhì)量高；設備操作簡單，適應性強，且占地面積小，工作環(huán)境良好；對營養(yǎng)成分破壞小。(如：Vc，必須氨基酸等) 參見表6-3、6-4,優(yōu)點：,表6-3 微波爐與傳統(tǒng)烹調(diào)對Vc的破壞情況,表6-4 微波爐處理蹄膀前后必須氨基酸的變化,微波加熱的自動平衡性 當微波頻率和電場強度一定時，物料在加熱或干燥的過程中對微波功率的

17、吸收，主要決定于物料的損耗因數(shù)(ε· tanδ)，不同物料的損耗因數(shù)是不同的，參見表6-1。例如，物料中水的損耗因數(shù)比其他物質(zhì)的大，物料中較濕的地方，水分多，吸收的能量多，溫升快，水分蒸蒸發(fā)就快。濕地方變干后，水分少，吸收的能量少，溫升就變慢。也就是說，微波能不會集中在已干的物質(zhì)部分，避免了已干物質(zhì)的過熱現(xiàn)象，具有自動平衡的性能。,缺點： 微波加熱最主要的缺點是電能消耗大。,二、微波技術(shù)

18、在食品工業(yè)中的應用情 況及最新發(fā)展 參見表6-5、6-6、6-7,表6-5 微波技術(shù)在食品加工上的應用,表6-6 國內(nèi)食品加工中微波的應用項目統(tǒng)計(一),表6-7 國內(nèi)食品加工中微波的應用項目統(tǒng)計(二),(一) 食品的解凍和軟化 國外已有使用915和2450MHz微波解凍設備進行食品的軟化、解凍，見圖6-6、6-7。,圖6-6 915MHz，120kW連

19、續(xù)式微波軟化/解凍裝置,圖6-7 2450MHz，30kW連續(xù)式微波軟化/解凍裝置,(二) 微波用于一些食品的烹調(diào)及預加工 (參見圖6-8、6-9),圖6-8 2450MHz，50~80kW流動式切塊禽肉微波處理設備,圖6-9 915MHz， 60kW面食、醬料微波處理設備,(三) 微波用于食品物料的干燥(包括真空、 冷凍干燥) 微波加熱可用于諸如通心粉、谷物、水果、

20、海藻類食品等干燥。圖6-10、6-11分別為國外中試用微波真空干燥機和微波冷凍干燥機。,圖6-10 中試用微波真空干燥機,圖6-11 中試用微波冷凍干燥機,(四) 微波還可用于食品的殺菌消毒 微波殺菌消毒處理時間短，容易實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，不影響食品的原有風味和營養(yǎng)成分。并且由于微波的穿透特性，食品可在包裝后進行殺菌消毒。 參見表6-8,表6-8 微波對純菌肉湯的致死試驗,(五) 微波用于焙烤與烘烤

21、 雀巢公司已利用5kW，2450MHz的微波烘烤設備烘烤可可豆，生產(chǎn)能力根據(jù)豆的含水量可達70~120kg·h-1，時間在5~10min，烘烤時可可豆溫度為105℃。,(六) 微波用于食品物料的去殼去皮 美國曾有公司利用一臺150kW，915MHz的微波干燥設備干燥大豆并去殼，該設備生產(chǎn)能力可達6m3·h-1，把大豆水分干燥至2%以下。 瑞典已有30kW，2450MHz，用于土豆去皮的微波設備

22、，每次把4kg土豆的溫度從50℃加熱到85℃并去皮，生產(chǎn)速率為600kg·h-1，產(chǎn)品在8℃下可保存6周。,(七) 微波用于動物油脂的熬制 國外已有30kW，2450MHz的微波處理設備用于熬制動物油脂。,(八) 微波用于酒類的陳化 微波催陳酒類技術(shù)是我國科技工作者在微波技術(shù)應用與食品工業(yè)方面的首創(chuàng)。目前不僅有大功率(5kW)的，也有中等功率(800W)的老熟設備。節(jié)省存壇廠房或倉庫面積和設備減少存壇期的

23、揮發(fā)損失,(九) 其他 微波技術(shù)還可用于包裝封口、榨油(油脂提取)、速凍食品的加熱、魚飼料的加工、膨化食品的生產(chǎn)、食品水分的測定等。,第四節(jié) 微波加熱設備的組成及選用,一、微波加熱設備的結(jié)構(gòu)組成(參見圖6-12) 二、微波加熱器分類(參見圖6-13),圖6-12 家用微波爐結(jié)構(gòu)示意圖,圖6-13 四種形式的微波加熱設備示意圖,三、微波加熱設備的選擇 微波加熱設備的選擇包括微波頻率的選定及加熱器形式的