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微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展
閱讀：801 發(fā)布時(shí)間：2019-11-11微波是一種頻率*的電磁波，其頻率范圍在300MHz-300GMHz。微波技術(shù)是上世紀(jì)中葉興起的無(wú)線電技術(shù)，它首先被廣泛地應(yīng)用于無(wú)線電通訊、廣播、電視、導(dǎo)航、遙感、遙測(cè)、雷達(dá)等領(lǐng)域。近些年來(lái)，它又作為一種能源在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅巳找鎻V泛的應(yīng)用，如家用微波爐早已進(jìn)入千家萬(wàn)戶。作為一種工業(yè)加工手段，它首先在食品工業(yè)中得到了應(yīng)用，主要用于干燥、殺菌、焙烤、熟化、膨化、調(diào)溫解凍、醇化、催熟等，有力地促進(jìn)了食品工業(yè)發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微波能技術(shù)將在食品工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。
江蘇麥克威微波技術(shù)有限公司是專業(yè)從事微波技術(shù)開發(fā)、設(shè)備制造、微波能應(yīng)用設(shè)備銷售的*企業(yè)。2006年，麥克威組建微波能研發(fā)團(tuán)隊(duì)，匯集眾多國(guó)內(nèi)行業(yè)微波能領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者以及多學(xué)科應(yīng)用技術(shù)專家、工程師；通過(guò)各級(jí)政府、合作院校的多方支持在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域及應(yīng)用終端獲得多項(xiàng)成果，并在微波應(yīng)用系統(tǒng)集成方面取得重大成就。
一、微波加熱機(jī)理
微波具有一定的能量(電磁場(chǎng)能)。在一定的條件下，它可以作為一種能源予以應(yīng)用。微波對(duì)物料的作用有物理、化學(xué)、生物等效應(yīng)，可用于各種目的，但應(yīng)用廣泛的是微波加熱，本文主要介紹這一點(diǎn)。
微波加熱是*頻率的電磁振蕩作用于具有電極性的物料分子，使其分子排列取向劇烈變化，而產(chǎn)生激烈的類似于“摩擦”的效果，使物料變熱。此過(guò)程即微波的電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能。水分子是極性分子，強(qiáng)烈吸收微波。含有水分的物料在受到足夠強(qiáng)的微波輻射時(shí)，其中的水分子吸收微波很快升溫蒸發(fā)，物料得以迅速干燥。
微波殺菌是微波的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)共同作用的結(jié)果。微波對(duì)細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變性，使細(xì)菌失去營(yíng)養(yǎng)、繁殖和生存的條件而死亡;生物效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面的電位分布，影響細(xì)胞周圍電子和離子濃度，從而改變細(xì)胞膜的通透性能，細(xì)菌因此營(yíng)養(yǎng)不良，不能正常新陳代謝，細(xì)菌結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。此外，決定細(xì)菌正常生長(zhǎng)和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)是由若干氫鍵緊密連接而成的卷曲形大分子。足夠強(qiáng)的微波場(chǎng)可以導(dǎo)致氫鍵松馳、斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變，或染色體畸變，甚至斷裂。微波滅菌正是利用了電磁場(chǎng)的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)對(duì)生物的破壞作用，因此，微波殺菌溫度低于常規(guī)方法，僅要70-105℃，時(shí)間僅約需3-5分鐘。
二、微波加熱特點(diǎn)
1、加熱迅速、均勻：不需熱傳導(dǎo)過(guò)程，它能在瞬間穿透被加熱物料，穿透深度可達(dá)幾厘米，甚至十幾厘米，數(shù)秒到數(shù)十秒就能把微波能換為熱能。微波具有選擇性加熱，使加熱更均勻。
2、節(jié)能：由于含有水份的物質(zhì)極易吸收微波而發(fā)熱，因此，除少量的傳輸損耗外幾乎無(wú)其它損耗。微波加熱與遠(yuǎn)紅外加熱相比，節(jié)約能量1/3。
3：防霉殺菌保鮮：微波加熱具有熱力效應(yīng)和生物效應(yīng)，因此，能在較低溫度下滅霉和殺菌;能大限度地保存物料的活性和食品中的維生素、色澤和營(yíng)養(yǎng)成份。
4、工藝*，可連續(xù)生產(chǎn)：只要控制微波功率即可實(shí)現(xiàn)加熱或終止。它有完善的傳送系統(tǒng)，可確保連續(xù)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，節(jié)省勞力。
5、安全無(wú)害：由于微波能是控制在金屬制成的加熱室內(nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波被有效地控制。沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱，既不污染食物，也不污染環(huán)境。改善勞動(dòng)條件。
6、設(shè)備占地面積少，節(jié)省投資。
三、微波能技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
微波作為能源被實(shí)際使用于食品加工，以后陸續(xù)有食品工業(yè)中應(yīng)用的微波能設(shè)備問(wèn)世。主要使用在以下幾個(gè)方面。
1、干燥。是微波能應(yīng)用廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。如用于干燥面條、調(diào)味品、添加劑、蔬菜、菇類、肉脯等。美國(guó)微波干燥公司研制的915MHz、60KW的通心面干燥機(jī)每小時(shí)加工通心面4000磅，而細(xì)菌含量?jī)H為原來(lái)的1/15，該機(jī)比傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥節(jié)能25%。日本利用915MHz、25KW和2450MHz、10KW微波設(shè)備干燥中式方便面，還可對(duì)薯片、洋蔥片加工。產(chǎn)品的色澤、口味、口感都比傳統(tǒng)的方法好。微波干燥對(duì)于水份含量在20%以下的物料效果甚好，比起傳統(tǒng)方法加熱干燥速度快得多，節(jié)能。
2、滅菌。微波滅菌較之傳統(tǒng)方法滅菌具有速度快，溫度低、效率高，可穿透包裝物(袋、瓶)滅菌以避免二次污染等優(yōu)點(diǎn)。瑞典用2450MHz、80KW的微波面包殺菌防霉機(jī)，用于每小時(shí)加工4400磅面包片的生產(chǎn)線上。經(jīng)微波處理后，面包片的溫度由20℃上升到80℃，時(shí)間僅需1-2分鐘，處理后的面包片的保存期由原來(lái)的3-4天延長(zhǎng)到30-60天。
采用2450MHz、10KW隧道式微波干燥滅菌機(jī)生產(chǎn)天然后，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率提高了十幾倍，節(jié)電80%以上，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
需要強(qiáng)調(diào)的是，在食品加工中，微波干燥、滅菌往往同時(shí)進(jìn)行，也即在對(duì)食品干燥的同時(shí)亦進(jìn)行了殺菌，此時(shí)微波設(shè)備“一機(jī)二用”，可減少加工設(shè)備，減少投資。
3、烘烤。微波對(duì)食品物料加熱升溫超過(guò)120℃即可產(chǎn)生焙烤效果。如雀巢公司用2450MHz、10KW微波設(shè)備焙烤可使加工時(shí)間僅需5-10分鐘，比傳統(tǒng)焙烤速度快壹倍以上，小時(shí)加工量達(dá)120公斤。幾年前已有客戶用我司制造的微波設(shè)備焙烤“南乳花生米”，生產(chǎn)出的花生米比傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的花生米更松脆、清香、可口，其產(chǎn)品出口到北美等地。
4、膨化。微波加熱的一個(gè)特點(diǎn)是物料內(nèi)外幾乎同時(shí)受熱，從而有利于物料內(nèi)部水分的迅速汽化和遷移，形成無(wú)數(shù)微孔通道，使組織結(jié)構(gòu)疏松。只要選擇適當(dāng)?shù)脑虾凸に?，即可獲得良好的膨化效果。如我司生產(chǎn)的微波設(shè)備用于某水產(chǎn)品(干品)的膨化，較原傳統(tǒng)膨化方法速度快，質(zhì)量高。
5、調(diào)溫解凍。調(diào)溫是將冷凍的固態(tài)食品溫度升高到“冰點(diǎn)”以下，如-1℃～-2℃。傳統(tǒng)方法是自然解凍或浸泡在水緩慢解凍，需要十幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天。而微波調(diào)溫不用打開產(chǎn)品包裝，即可在數(shù)分鐘內(nèi)完成，大大節(jié)省時(shí)間，物料沒有質(zhì)量損失，占用空間約為傳統(tǒng)技術(shù)的1/10，減少生產(chǎn)的復(fù)雜性和細(xì)菌污染，勞動(dòng)效率很高。
6、催陳醇化。用微波加熱可促進(jìn)食品物料內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)，故可用于促進(jìn)酒類、發(fā)酵調(diào)味品等產(chǎn)品的“醇化”。如微波可對(duì)白灑進(jìn)行加熱、老熟，消除其辣味，使酒質(zhì)更柔和、綿、軟、光滑適口。用微波加熱工藝處理白酒可相當(dāng)于儲(chǔ)酒3-6個(gè)月的效果，從而可縮短新酒存貯期，加快資金周轉(zhuǎn)。
四、微波能技術(shù)促進(jìn)食品工業(yè)的發(fā)展
微波能技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，不于干燥、滅菌，提高產(chǎn)品品質(zhì);更對(duì)開發(fā)新產(chǎn)品提供了有力的新技術(shù)手段。用微波技術(shù)改造和取代傳統(tǒng)加工方法為新產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)拓寬了道路。如油炸食品，因可能含有少量致癌物質(zhì)而不能申報(bào)“綠色食品”，而用微波取代傳統(tǒng)油炸工藝加工的食品(無(wú)油方便面、微波膨化食品等)則無(wú)致癌之憂。又如脫水蔬菜用凍干法生產(chǎn)的品質(zhì)高，但成本高、產(chǎn)品貴，一般人消費(fèi)不起。國(guó)內(nèi)脫水蔬菜的生產(chǎn)主要是用熱風(fēng)干燥，而其殺青處理則用80-90℃的熱水燙漂，使諸多營(yíng)養(yǎng)成分流失。我司創(chuàng)建的微波與熱風(fēng)干燥相結(jié)合的新辦法生產(chǎn)脫水蔬菜，產(chǎn)品品質(zhì)接近凍干法，成本大幅度下降。再如微波萃取工藝與傳統(tǒng)的萃取方法相比較萃取效率高，時(shí)間僅為原方法的幾十分之一，降低能源、溶劑的消耗及廢物的產(chǎn)生，設(shè)備投資僅為二氧化碳超臨界法提取的1/4。
五、我國(guó)的微波能應(yīng)用技術(shù)蓬勃發(fā)展
我國(guó)在上世紀(jì)七十年代從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)微波能應(yīng)用技術(shù)，電子工業(yè)部在南京電子管總廠(七七二廠)組建了微波能應(yīng)用推廣站，開始對(duì)微波能應(yīng)用進(jìn)行研究和推廣。經(jīng)過(guò)這些年的努力和發(fā)展，國(guó)內(nèi)已有了至少十幾家微波能應(yīng)用設(shè)備的專業(yè)制造廠家。廠家的產(chǎn)品水平可與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，特別是設(shè)備的性價(jià)比比國(guó)外同類設(shè)備高得多，在市場(chǎng)上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，微波設(shè)備整機(jī)和器件已經(jīng)有了出口。
六、結(jié)論
微波能技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用對(duì)于提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，改造傳統(tǒng)加工工藝，開發(fā)新產(chǎn)品等方面都取得了令人矚目的成就。越來(lái)越多的科技人員投入微波能技術(shù)應(yīng)用的研究，越來(lái)越多的食品企業(yè)采用和將要采用微波能技術(shù)?？梢灶A(yù)期，微波能技術(shù)在食品工業(yè)中更為廣泛的應(yīng)用，將進(jìn)一步提高我國(guó)食品工業(yè)的裝備和技術(shù)水平，而國(guó)內(nèi)微波能技術(shù)及設(shè)備制造廠家的水平也在不斷提高，以滿足食品工業(yè)日益增長(zhǎng)的需要。