微波技術在食品工業中的應用和發展

　　微波是一種頻率極高的電磁波，其頻率范圍在300MHz-300GMHz。微波技術是上世紀中葉興起的無線電技術，它首先被廣泛地應用于無線電通訊、廣播、電視、導航、遙感、遙測、雷達等領域。近些年來，它又作為一種能源在經濟建設和人們日常生活中得到了日益廣泛的應用，如家用微波爐早已進入千家萬戶。作為一種工業加工手段，它首先在食品工業中得到了應用，主要用于干燥、殺菌、焙烤、熟化、膨化、調溫解凍、醇化、催熟等，有力地促進了食品工業發展。隨著經濟和科學技術的發展，微波能技術將在食品工業中得到更廣泛的應用。

　　一、微波加熱機理

　　微波具有一定的能量(電磁場能)。在一定的條件下，它可以作為一種能源予以應用。微波對物料的作用有物理、化學、生物等效應，可用于各種目的，但應用最廣泛的是微波加熱，本文主要介紹這一點。

　　微波加熱是極高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，而產生激烈的類似于“摩擦”的效果，使物料變熱。此過程即微波的電磁場能量轉化為熱能。水分子是極性分子，強烈吸收微波。含有水分的物料在受到足夠強的微波輻射時，其中的水分子吸收微波很快升溫蒸發，物料得以迅速干燥。

　　微波殺菌是微波的熱效應和生物效應共同作用的結果。微波對細菌的熱效應是使蛋白質變性，使細菌失去營養、繁殖和生存的條件而死亡;生物效應是微波電場改變細胞膜斷面的電位分布，影響細胞周圍電子和離子濃度，從而改變細胞膜的通透性能，細菌因此營養不良，不能正常新陳代謝，細菌結構功能紊亂，生長發育受到抑制而死亡。此外，決定細菌正常生長和穩定遺傳繁殖的核酸(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。足夠強的微波場可以導致氫鍵松馳、斷裂和重組，從而誘發遺傳基因突變，或染色體畸變，甚至斷裂。微波滅菌正是利用了電磁場的熱效應和生物效應對生物的破壞作用，因此，微波殺菌溫度低于常規方法，僅要70-105℃，時間僅約需3-5分鐘。

　　二、微波加熱特點

　　1、加熱迅速、均勻：不需熱傳導過程，它能在瞬間穿透被加熱物料，穿透深度可達幾厘米，甚至十幾厘米，數秒到數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、節能高效：由于含有水份的物質極易吸收微波而發熱，因此，除少量的傳輸損耗外幾乎無其它損耗。微波加熱與遠紅外加熱相比，節約能量1/3。

　　3：防霉殺菌保鮮：微波加熱具有熱力效應和生物效應，因此，能在較低溫度下滅霉和殺菌;能最大限度地保存物料的活性和食品中的維生素、色澤和營養成份。

　　4、工藝先進，可連續生產：只要控制微波功率即可實現加熱或終止。它有完善的傳送系統，可確保連續化生產，實現計算機控制，節省勞力。

　　5、安全無害：由于微波能是控制在金屬制成的加熱室內和波導管中工作，所以微波被有效地控制。沒有放射線危害及有害氣體排放，不產生余熱，既不污染食物，也不污染環境。改善勞動條件。

　　6、設備占地面積少，節省投資。

　　三、微波能技術在食品工業中的應用

　　微波作為能源被實際使用于食品加工，以后陸續有食品工業中應用的微波能設備問世。主要使用在以下幾個方面。

　　1、干燥。是微波能應用最廣泛的一個領域。如用于干燥面條、調味品、添加劑、蔬菜、菇類、肉脯等。美國微波干燥公司研制的915MHz、60KW的通心面干燥機每小時加工通心面4000磅，而細菌含量僅為原來的1/15，該機比傳統熱風干燥節能25%。日本利用915MHz、25KW和2450MHz、10KW微波設備干燥中式方便面，還可對薯片、洋蔥片加工。產品的色澤、口味、口感都比傳統的方法好。微波干燥對于水份含量在20%以下的物料效果最好，比起傳統方法加熱干燥速度快得多，節能。

　　2、滅菌。微波滅菌較之傳統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點。瑞典用2450MHz、80KW的微波面包殺菌防霉機，用于每小時加工4400磅面包片的生產線上。經微波處理后，面包片的溫度由20℃上升到80℃，時間僅需1-2分鐘，處理后的面包片的保存期由原來的3-4天延長到30-60天。

　　采用2450MHz、10KW隧道式微波干燥滅菌機生產天然花粉后，實現了連續化生產，生產效率提高了十幾倍，節電80%以上，產品質量好，經濟效益顯著。

　　需要強調的是，在食品加工中，微波干燥、滅菌往往同時進行，也即在對食品干燥的同時亦進行了殺菌，此時微波設備“一機二用”，可減少加工設備，減少投資。

　　3、烘烤。微波對食品物料加熱升溫超過120℃即可產生焙烤效果。如雀巢公司用2450MHz、10KW微波設備焙烤可使加工時間僅需5-10分鐘，比傳統焙烤速度快壹倍以上，小時加工量達120公斤。幾年前已有客戶用我司制造的微波設備焙烤“南乳花生米”，生產出的花生米比傳統方法生產的花生米更松脆、清香、可口，其產品出口到北美等地。

　　4、膨化。微波加熱的一個特點是物料內外幾乎同時受熱，從而有利于物料內部水分的迅速汽化和遷移，形成無數微孔通道，使組織結構疏松。只要選擇適當的原料和工藝，即可獲得良好的膨化效果。如我司生產的微波設備用于某水產品(干品)的膨化，較原傳統膨化方法速度快，質量高。

　　5、調溫解凍。調溫是將冷凍的固態食品溫度升高到“冰點”以下，如-1℃～-2℃。傳統方法是自然解凍或浸泡在水緩慢解凍，需要十幾個小時，甚至幾天。而微波調溫不用打開產品包裝，即可在數分鐘內完成，大大節省時間，物料沒有質量損失，占用空間約為傳統技術的1/10，減少生產的復雜性和細菌污染，勞動效率很高。

　　6、催陳醇化。用微波加熱可促進食品物料內的生物化學反應，故可用于促進酒類、發酵調味品等產品的“醇化”。如微波可對白灑進行加熱、老熟，消除其辣味，使酒質更柔和、綿、軟、光滑適口。用微波加熱工藝處理白酒可相當于儲酒3-6個月的效果，從而可縮短新酒存貯期，加快資金周轉。

　　四、微波能技術促進食品工業的發展

　　微波能技術在食品加工中的應用，不僅限于干燥、滅菌，提高產品品質;更對開發新產品提供了有力的新技術手段。用微波技術改造和取代傳統加工方法為新產品的開發、生產拓寬了道路。如油炸食品，因可能含有少量致癌物質而不能申報“綠色食品”，而用微波取代傳統油炸工藝加工的食品(無油方便面、微波膨化食品等)則無致癌之憂。又如脫水蔬菜用凍干法生產的品質高，但成本高、產品貴，一般人消費不起。國內脫水蔬菜的生產主要是用熱風干燥，而其殺青處理則用80-90℃的熱水燙漂，使諸多營養成分流失。我司首創的微波與熱風干燥相結合的新辦法生產脫水蔬菜，產品品質接近凍干法，成本大幅度下降。再如微波萃取工藝與傳統的萃取方法相比較萃取效率高，時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生，設備投資僅為二氧化碳超臨界法提取的1/4。

　　五、我國的微波能應用技術蓬勃發展

　　我國在上世紀七十年代從發達國家引進微波能應用技術，電子工業部在南京電子管總廠(七七二廠)組建了微波能應用推廣站，開始對微波能應用進行研究和推廣。經過這些年的努力和發展，國內已有了至少十幾家微波能應用設備的專業制造廠家。優秀廠家的產品水平可與發達國家相比，特別是設備的性價比比國外同類設備高得多，在國際市場上有很強的競爭力，微波設備整機和器件已經有了出口。

　　六、結論

　　微波能技術在食品工業中的應用對于提高產品品質，降低生產成本，改善勞動條件，提高生產效率和經濟效益，改造傳統加工工藝，開發新產品等方面都取得了令人矚目的成就。越來越多的科技人員投入微波能技術應用的研究，越來越多的食品企業采用和將要采用微波能技術?？梢灶A期，微波能技術在食品工業中更為廣泛的應用，將進一步提高我國食品工業的裝備和技術水平，而國內微波能技術及設備制造廠家的水平也在不斷提高，以滿足食品工業日益增長的需要。