微波在食品工业中的应用

微波技术在食品工业中的应用

摘要：本文阐述了着重微波技术的食品加工原理和特点，介绍了微波技术在食品加工中的应用情况与发展前景，以为促进微波在食品工业的应用提供参考。

关键词：微波技术加热机理食品工业应用前景

微波技术的出现将通讯、广播、电视送人千家万户。人们欣喜地发现微波技术为工业加热提供一种新的加热方式，这种加热方式在工业、农业、化工、医疗等方面都得到了广泛应用[1]。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，食品、医药、农副土特产品的加工前景十分广阔。

1微波在食品加工中的利用原理与特点

1.1 微波在食品加工中的利用原理

微波加热在食品加工中的原理主要是它的热效应。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。这种具有使物体整体成为热源的加热方式称为微波加热。

1.2 微波在食品加工中的特点

1.2.1 微波加热具有选择性和即时性

不同物质在同样的微波场中加热时，所吸收或产生的热量不同，对于微波能吸收能力差的物质，如陶瓷器、纸、玻璃、塑料等，微波在其中的能量损失很小，具有良好的穿透性，这为包装食品的微波加热提供了可能。极性分子容易吸收微波能，使电磁能转化为热能。水接收微波的能力较强，食品的水分含量对微波加热的影响很大[2]。物料吸收微波能是物料内极性分子与微波电磁场相互作用的结果，在外加交变电磁场作用下，物料内极性分子电极化并随外加电磁场的极性变更而交变取向，产生摩擦而转化为热能。研究表明，极性分子转向过程中转向时间与外加交变电磁场极性改变的圆频率有关。因此，微波能在物料内转化为热能的过程具有即时特征。微波对物料加热无惰性，即只要有微波辐射，物料即刻得到加热，反之就停止加热。这种使物料瞬

间得到或失去加热动力的性能便于工业化应用。

1.2.2 微波加热效率高，节约能源

微波可直接使食品内部分子产生热量，当微波用金属包围起来后，其中的能量被封闭，只作用于被加热物料，不需要传热介质，甚至连容器或载体都因为微波的穿透而不被加热，形成能量利用率高的加热特性。

1.2.3 微波技术的穿透性

因为微波的波长较长，因此具有更好的穿透性，这对于食品加工具有重要的意义。它可以在以下几个方面发挥积极效果：一是由于微波对玻璃、塑料和纸等包装材料的穿透性极好，能量可直接传至食品内部，因此可以实现包装食品的杀菌，减少因长时间加热而引起的品质下降，也使得传热性差的低水分含量固体食品包装后杀菌得以实现；二是微波可把能量直接传至食品表面和内部，物料各部分是体热源温度分布，物料热传导与蒸汽迁移方向相同，是物料加热干燥的最理想状态；三是由于微波对冰和冷冻食品的穿透性强，可以实现大块冷冻食品的快速解冻。虽然微波的穿透性给食品加热带来许多优点，但在穿透过程中也存在着微波能的衰减，从而造成加热不均匀。应根据半衰深度来决定食品的大小和厚度，以克服加热不均匀的缺点。

2 微波技术在食品加工中的应用与发展

微波食品工业在起步时应用、开发速度缓慢，直到1986年美国才有254套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。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的增长为每年2.5MW。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、热烫等很多种类型。

2.1 微波技术在食品焙烤和烧炙方面的应用

雀巢公司用2450MHz,10Kw微波设备烤可可豆，加工时间为5~10min，比传统焙烤时间缩短一半。面包生产中利用微波醒发面团，可以缩短醒发时间，微波焙烤可使面包具有良好的组织形态，但面包上色不够，须结合传统加热使表面褐变，或采用特殊的容器或包材，或采用易发生褐变反应的添加剂生产面包。微波烧炙已被成功用于熏肉、肉饼和家禽的加工[3]，不仅可以缩短加工时间，降低生产成本，而且可提高产率和产品的保藏性。

2.2 微波技术在干燥方面的应用

微波工艺在干燥过程中可以独立使用，也可与传统加热法结合进行。它对水分含量在以下的食品最为有效，已成功地应用于土豆片、面条、调味品、小食品、海产品、

蔬菜、果粉、蛋黄粉、人参金银花、肉干、肉脯、菇类、茶叶等品种的干燥。与传统干燥方法相比，不但干燥效率高，干燥时间短，而且能够较好地保持物料的色、香、味和营养物质含量，同时具有独特的杀菌优势，利于产品贮藏。我国从20世纪70年代开始研制的2450MHz,45kW隧道式微波干燥乳儿糕生产线，将原来需要烘烤6~8h的工艺缩短到9min内完成，80年代研制的915MHz,40kW的牛肉干烘干杀菌设备，就成功地解决了原工艺的弊端，使牛肉干质量得到很大提高。天然花粉属高级滋补营养品，含有多种营养成分，在加工过程中处理温度不宜超过60℃，传统的工艺是采用冷冻干燥结合C60射线杀菌，生产效率低，耗能大，而采用2450MHz,10kW隧道式干燥杀菌机后，实现了连续化生产，节电80%以上，产品质量好，经济效益显著。近年来，我国已研制出先进成熟的微波真空脱水设备和微波!冷冻升华干燥设备[4]。还针对高水分含量的果品蔬菜干燥研制开发了微波与热风干燥相结合的干燥设备。产品先经微波热烫灭酶，然后经过热风干燥，最后再经微波干燥，使干燥速率比单纯用热风干燥提高8倍。

2.3 微波技术在食品杀菌中的应用

由于微波杀菌所具有的优点，其应用范围日趋扩大，杀菌设备也日臻完善。Dessel 等人把几种对象菌接种到食品中，然后用微波进行处理，并与传统加热杀菌进行了比较，结果表明，要取得相同的杀菌效果，微波技术所需时间仅为传统加热时间的1/9~1/2。20世纪90年代，Paterson等人对微波技术是否既能杀灭真空包装牛肉中的微生物，又能保持鲜肉所具有的表观特征进行实验探讨，发现控制终温50℃所取得的效果令人满意。1975年扬州第一食品厂采用微波干燥杀菌机，将产品的干燥、杀菌和杀虫工艺集于一体，取得良好效果。后来，其它的研究还发现，酱油经2450MHz 的微波处理6min后，可以抑制霉菌生长及杀灭肠道致病菌，但对氨基酸态氮无分解作用。此外，也可对啤酒进行微波杀菌，且啤酒风味保持良好。笔者用的微波杀菌机处理水分含量为的膨化糊粉食品，处理20s,即可使物料温度达80~90℃，杀菌效果极其显著[5]。近年来，我国研制的各种型号、用途和功能的微波杀菌机在营养麦片、黑米芝麻糊、豆奶粉、儿童营养米粉、营养品、茶叶、调味品、方便菜、保健品等包装食品的二次灭菌方面得到广泛应用。保证了产品的安全卫生，提高了产品贮藏性。2.4 微波技术在食品分离工程中的应用

微波分离技术可用于植物天然成分的提取和食品添加剂制备工艺中的提取单元操作。微波萃取技术在国外发展很快，已在许多方面得到应用，申请了数项专利。我国从1995年开始进行工业规模的微波萃取技术研究与应用。利用微波提取天然色素

的研究表明，在微波作用下，用水提取天然色素，比传统方法提取率高，节省时间、能耗小、安全，工艺易于控制，有利于工业化生产。微波萃取在制备果胶、高粘度壳聚糖和植物香精油等方面已有深入研究，并在生产中得到应用。其共同特点是提取速度快，工艺条件便于控制。此外，微波技术在促进酒类、发酵制品和巧克力的成熟和陈化、食品添加剂的合成、茶叶杀青、果品蔬菜热烫、食品调温、解冻等方面也具有良好的应用效果。

3 微波技术在食品加工中的应用前景展望

近年来，微波能的应用在食品工业中犹如异军突起，发展极为迅速。微波干燥、杀菌设备日臻完善，功率从几个千瓦到几百个千瓦的各种用途、规格的用于微波干燥、杀菌设备层出不穷。由于人们对软包装食品需求增加，各种袋装、盒装、瓶装的食品、饮料、调味品、营养品的杀菌、保鲜问题显得非常重要。微波既不破坏软包装，又能对软包装的各种食品进行二次灭菌，既简单又有效。我国研制的各种型号、用途、功能的微波干燥杀菌设备在营养麦片、黑芝麻糊、豆奶粉、儿童营养米粉等方面得到广泛应用，取得良好效果。90年代研制的微波无油方便面设备，其复水时耐煮而不浑浊，不断条，口感佳。无油方便面不仅可以煮、泡，还可以做成炒面，凉拌面等多种食品。完全符合人们追求的食品多品种、低油脂、功能型、营养保健型的食品发展方向和人们回归自然的消费心理。

我国已具有相当成熟和先进的微波真空脱水技术和设备。真空冷冻微波升华干燥的食品、果蔬菜等能保持原有的色、香、味、形状和营养成分，是国际市场上的俏销产品。基于以上优点，肉类、水产品、蔬菜、水果、乳类、蛋类等都可以加工制造出微波真空冷冻干燥产品[6]。实践证明，微波更适用于产品价值高、质量要求严、热传导率低、用传统工艺难以解决的物料。而对于含水量过大的物料脱水，单纯用微波脱水有时也是不经济的。如果将微波与热风、蒸气或远红外等方法相结合，常会得到“事半功倍”的效果。如微波与热风相结合干燥方便面、米粉，要比用传统热风干燥提高8倍以上[7]。用微波与远红外作为热源，利用远红外可使物料分子、原子振动产生热能，二者结合，其干燥速率将是热风干燥的10倍以上。熟化物料的速度也较其他热源快5倍以上。这种具有科学性、实用性的组合，既无任何环境污染，又高效节能，大大延长产品保鲜期。该项技术组合将会给糕点、肉脯、鱼片、月饼、面包等生产企业带来福音和挑战。

4 小结

用高新技术改造传统食品工业，将为食品工业开辟一条新的途径。微波能在食品

工业上的应用是科学发展与人类社会进步的需求，目前在国内外已发展成为一项极有前途的新技术。相信通过微波工业与食品工业技术人员的紧密配合，进一步完善微波食品加工理论，开发新型微波加工设备，建立微波食品加工工艺，微波技术在食品加工中的应用将日趋深入与广泛。食品加工的生产效率、工艺水平和食品质量与安全性将会得到进一步提高。

参考文献

[1] 王绍林.微波食品工程.北京机械工业出版社,1994:1~3,29~31.

[2] 池建伟,魏振承,徐志宏,张雁.微波技术在食品加工中的应用与发展.保险与加工,2003(1):7~8.

[3] 刘钟炼.微波技术在食品工业中的应用[M].北京:中国轻工业出版社.1998(7).

[4] 鲍家俊.微波技术在制作家禽食品中的应用[J].食品工业科技,2002(2):90~93.

[5] 肖淼鑫,张仲欣.牛乳微波杀菌工艺试验研究[J].中国乳品工业,2005,(05).

[6] 崔正伟,许时婴,孙大文.微波真空干燥技术的进展[J].粮油加工与食品机械,2002,(07) .

[7] 李里特等.微波在食品加工中应用的问题和及特殊效果.食品工业科技.1991(6):3~7.