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微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展

發(fā)表時(shí)間:2022/1/21 10:22:21

微波是一種頻率ji高的電磁波,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(hù)。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。

  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ji高頻率的電磁振蕩作用于具有電ji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(lèi)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ji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?chē)娮雍碗x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)不好,不能正常代謝,細(xì)菌結(jié)構(gòu)功能紊亂,生長(zhǎng)發(fā)育受到y(tǒng)i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)ji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、工藝先進(jìn),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、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(méi)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(lèi)、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)能百分之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)于水份含量在百分之20以下的物料效果好,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微波干燥滅菌機(jī)生產(chǎn)天然花粉后,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)電百分之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。

  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(kāi)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(méi)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(lèi)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,不限于干燥、滅菌,提高產(chǎn)品品質(zhì);更對(duì)開(kāi)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(kāi)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(yōu)。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。
  
五、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(kāi)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(mǎn)足食品工業(yè)日益增長(zhǎng)的需要。

 

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