七章食品的微波处理.ppt
第七章 食品的微波处理,张鹰 little_13560145980,主要内容,3,微波技术的发展历史,微波的性质和加热机理,微波加热在食品中的应用,微波加热设备的组成及选用,微波的安全使用及其防护,7.1 微波技术的发展历史,19世纪40年代美国雷声公司制造出第一台微波炉。19世纪五六十年代，伴随着大功率磁控管研制成功，美英等国隧道式、波导等多种加热器的问世，国外在微波能的应用上掀起一场新的“能源革命行动”。微波能的应用普及到食品、医药、农副土特产品加工、化工及当代尖端技术的各个领域中。我国从20世纪70年代开始研制、推广微波能应用技术和设备。当时研制的2450MHz45KW隧道式微波干燥乳儿糕生产线，将原来需要烘烤 的工艺缩短到 完成。,6-8h,9min,图1 世界上第一台微波炉,7.2 微波的性质与加热机理,7.2.1 微波的性质7.2.1.1 微波及其特点7.2.1.2 微波与介电物质7.2.1.3 微波应用系统常用的材料7.2.2 微波的加热机理及特点7.2.2.1 微波加热原理7.2.2.2 微波加热特点,7.2.1.1 微波及其特点,微波是频率非常高的电磁波，又称为超高频波，频率大约从300MHz到300GHz*。之所以称为微波，是因为其波长在1mm1m，比普通的无线电波波长更微小。*：1GHz103 MHz109 Hz,7.2.1.2 微波与介电物质,微波：非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不同的材料时，会产生反射、吸收和穿透现象。介电物质：性能介于导体和绝缘体之间，具有吸收、穿透和反射微波的性能。,7.1.2.3 微波应用系统常用的材料,导体,材料：铜、银、铝 类；性能：能反射微波。导体以一种特殊的形式传播以及反射微波能量；用途：微波装置中的波导管，微波加热用的外壳。,材料：含水、盐和脂肪的食品以及其他生物质。性能：具有吸收、穿透和反射微波性能。在微波加热过程中，被处理的介质材料以不同程度吸收微波能量，又称为有耗介质。,绝缘体,材料：玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料等；性能：可部分反射或渗透微波，通常吸收微波能较少。用途：微波处理过程中用此作为包装和反应器的材料，或作为家用微波炉烹调用的食品器皿。,介电质,绝缘体,1,2,3,7.2.2.1 微波的加热机理,食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质，微波对它们的加热称作介电感应加热(dielectric heating),产热机制,离子极化偶极子转向,交变电场引起偶极子转向,7.2.2.2 食品材料的介电特性,7.2.2.2.1 微波对食品材料的穿透特性7.2.2.2.2 食品材料对微波的吸收特性7.2.2.2.3 影响材料介电特性的因素,7.2.2.2.1 微波对食品材料的穿透特性,该特性用穿透深度（功率传透深度或半功率穿透深度）表示。功率传透深度：微波功率从材料表面衰减至表面值的1/e（大约37%，e=2.718282)时的距离。半功率穿透深度：微波功率透入材料后，功率衰减一半的距离。介电材料不同，因它们的介电常数及介电损耗不同，故微波对它们的穿透能力（深度）也不同。介电材料的含水量及微波的频率不同，微波对介电材料的穿透能力（深度）也不同。低温和低频时在食品有较大的穿透深度。P264,7.2.2.2.2 食品材料对微波的吸收特性,Pm=0.566tanf E2 10-12Pm-功率密度 W/cm3-介质的介电常数Tan介质损耗f-微波频率,HzE-电场强度，V/cm介质的固有介电特性（介电损耗因子）：tan食品材料的介电特性不同，其对微波的吸收特性就不同。适宜的介电损耗因子10-25,7.2.2.2.3 影响材料介电特性的因素,1)材料成分成分不同介电特性（介电常数等）不同。2）材料的含水量及状态物料含水量高，则其介电常数及介电损耗大，材料吸收微波能的能力强。水呈液态时比呈固态（冰）时的介电常数及介电损耗大。3）材料的温度温度高则介电常数大，吸收微波能力强。4）微波频率微波频率高，材料的介电常数及介电损耗降低。5）材料的密度密度大而紧实的物料，因空气少，故介电常数及介电损耗大，吸收微波的能力强，易被微波加热。,7.2.2.3 微波加热特点,7.2.2.3.1 选择加热性7.2.2.3.2 穿透性,7.2.2.2.1 微波选择性加热特点,好处：1.加热效率高，节约能源，易控制。2.可用于较干燥的谷物杀灭害虫。坏处：微波的选择性加热是造成微波加热不均匀(runaway heating)的主要原因之一。,7.2.2.2.2 微波穿透性特点,好处：1.实现包装后食品的短时杀菌。2.加热时间短，干燥速度快，而且对有些食品还能起到特有的膨化效果。3.快速解冻。坏处：微波加热的穿透性是造成微波加热不均匀(runaway heating)的另一个主要原因之一。,7.3 微波加热系统的组成及选用,7.3.1 微波加热系统的组成7.3.2 微波频率的选择,7.3.1 微波加热系统的组成,高压电源,微波发生器,连接波导,冷却系统,微波加热系统示意图,微波加热器,7.3.2 微波频率的选择,目前用于工业微波加热的频率主要有915MHz和2450MHz。915MHz具有较大穿透深度，获得较大的功率,915MHz,体积较大/较厚的物料含水分高的物料加工大批物料,2450MHz,因磁控管及其波导小，适用于家用微波炉含水分量低的物料,7.4 微波加热在食品中的应用,7.4.1在食品工业中采用微波加热技术的优缺点7.4.2微波技术在食品工业中的最新发展,7.4.1在食品工业中采用微波加热技术缺点,优点：加热、干燥速度快，所需时间短加热效率高加热过程具有自动平衡性能*物料加热均匀、产品质量高设备操作简单，适应性强，且占地面积小，工作环境良好缺点：微波加热最主要的缺点是电能消耗大。,7.4.2微波技术在食品工业中的最新发展,7.4.2.1 微波用于食品的解冻和软化7.4.2.2 微波用于一些食品的烹调及预加工7.4.2.3 微波用于食品物料的干燥(包括真空干燥、冷冻干燥)7.4.2.4 微波还可用于食品的杀菌消毒与灭酶7.4.2.5 微波用于焙烤与烘烤7.4.2.6 微波萃取7.4.2.7 微波用于食品物料的去壳去皮7.4.2.8 微波用于酒类的陈化7.4.2.9 其他（生物育种诱变等）,7.4.2.1 食品的解冻和软化,利用微波能在低温下的穿透力较强，及冰的介电特性特点进行解冻处理。,915MHz，120kW连续式微波软化/解冻装置,国外已有使用915MHz和2450MHz微波解冻设备进行食品的软化、解冻,7.4.2.1 食品的解冻和软化,2450MHz，30kW连续式微波软化/解冻装置,7.4.2.2 微波用于食品的烹调及预加工,合理选择微波烹调方式能够最大限度地保留食品的营养和天然口味：研究发现使用不同功率的微波炉(商业生产使用1.6 2.0 kW，家用600800 w)，对食品中营养成分的保留情况无显著性差异.微波烹调时间的选择至关重要，短时间烹调，减少了高温对营养成分的破坏；微波烹调避免了食物烹调过程中化学污染物的产生.同时也能较好地杀灭食品中的微生物；微波烹调无需预热而立即发挥作用，加热效率高，烹调时间短，节省能源；烹调过程无油烟.清洁安全，是值得推广的家用烹调方式。,7.4.2.3 微波干燥与膨化,利用湿物料的快速体积加热而产生的附加显热，诱导湿气向表面扩散，有利于用较经济的常规技术来抽走和排除湿气，达到干燥目的。,微波牛肉干燥设备,7.4.2.3 微波干燥设备及产品,微波泡菜干燥,7.4.2.3 微波膨化,是利用微波加热的特性（内部加热），促使食品内部水分的相变和气体的热压效应原理，使食品内部水分快速升温汽化、增压、膨胀，并依靠气体的膨胀力和物料的质构变化，形成网状多孔结构。比较好的产品是爆玉米花,7.4.2.4 微波杀菌消毒与灭酶,微波杀菌既有热效应原理，也有非热效应（生物效应）原理。热效应：升温导致蛋白质变性，细胞膜破裂等。非热效应：光化学反应、场力效应、电磁共振效应等,7.4.2.4 微波杀菌设备,微波泡菜杀菌,微波杀菌设备,7.4.2.4 微波杀菌消毒与灭酶,常规的热水烫漂法灭酶易造成营养损失等问题；采用热空气或蒸汽又会出现受热不均匀问题；利用微波能，可解决物料外形复杂，料层中间的传热问题。如甜玉米棒及芯的过氧化物酶的灭活。小麦胚芽解脂酶的灭活；微波灭酶大大延长了小麦胚芽的存放时间;与热灭酶相比,微波灭酶大大缩短了灭酶处理时间,并且改善了灭酶效果。,7.4.2.5 微波焙烤与烘烤,采用微波炉进行面包的烘烤，可以达到以下效率用正常面筋蛋白质含量的面粉，可使烘烤后的面包膨胀率提高50%左右；用低筋粉，也可烘烤出高质量的面包采用微波-热空气组合烘炉，可使面包生产工艺的醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而节省工艺设备的投资和厂房面积等。,花生微波烘烤设备,7.4.2.6 微波辅助萃取（Microwave Assisted Extraction，MAE),物质中的极性分子在微波的作用下迅速活化，分子间大量的碰撞导致物质在短时间内迅速升温。不同的物质的介电常数不相同。在微波场中，萃取体系中各种物质被选择性的加热。被加热的物质的某些物理性质发生改变，变得容易进入到介电常数小到萃取溶剂中。微波产生的场加速萃取溶剂界面的扩散速率，使溶剂和被萃取物质充分的接触。极性溶剂能更好的吸收微波，提高溶剂的活性，所以在微波辅助萃取中一般选用极性溶剂更有利。,MAE的特点及影响因素,快,只需要几分钟就可以达到传统方法加热多个小时才能达到的萃取效果,多,麻黄碱的提取率由常规煎煮法的0.183%提高到0.485%，板蓝根多糖的实验中，提取率由原来的0.81%提高到3.47%,MAE的特点及影响因素,萃取溶剂的选择对萃取结果的影响是至关重要的。萃取溶剂的选择指标只要是和目标物质的相似相溶性，和对萃取成分的后续操作干扰少,萃取溶剂可以是一元体系(极性溶剂)，也可以是二元体系(非极性溶剂加机型溶剂)，甚至可以是多元体系,萃取时间一般定在10-15分钟内。,微波剂量必须谨慎控制，辐射时间过长会导致系统温度升得很高，甚至超过萃取溶剂的沸点，影响提取率,MAE的应用,MAE的应用,食用色素,7.4.2.7 微波用于食品物料的去壳去皮,传统脱皮法：高温烘烤法、湿法脱皮、酸碱法脱皮、过氧化氢脱皮等；微波用于花生去皮，速度快，能耗低、效率高，可大大降低花生仁油脂的酸败程度,7.5 微波的安全使用与防护,7.5.1 微波对人体的影响7.5.2 微波辐射的安全标准及安全技术措施,7.5.1 微波对生物体的主要效应,7.5.2微波辐射的安全标准及安全技术措施,标准措施1.批量系统：抗流系统、在炉门设置互锁装置。2.连续生产系统：封闭型屏蔽、遥控、抗流系统。,本章思考题,1、简述微波加热机理。2、为什么微波加热具有选择性？3、试解释损耗因子。,Thank You!,
