一種微波技術(shù)微波加熱技術(shù)01定義優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用原理缺點(diǎn)發(fā)展前景目錄0305020406基本信息微波加熱技術(shù)是以物料吸收微波能是物料中極性分子與微波電磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，在外加交變電磁場(chǎng)作用下，物料內(nèi)極性分子極化并隨外加交變電磁場(chǎng)極性變更而交變?nèi)∠?，如此眾多的極性分子因頻繁相互間摩擦損耗，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能等為原理來(lái)加熱物料的相關(guān)技術(shù)。定義定義微波技術(shù)是指在平均波長(zhǎng)0.1m～1m之間的電磁波，能夠產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，而介質(zhì)材料中的分子在電磁場(chǎng)中隨著其頻率的不斷變化而出現(xiàn)去向不同的情況

。傳統(tǒng)的微波技術(shù)主要用在雷達(dá)、通訊等方面，而在如今的各項(xiàng)應(yīng)用中，微波技術(shù)已經(jīng)作為一項(xiàng)新能源被研發(fā)出更多的應(yīng)用方向。由于微波的應(yīng)用極為廣泛，為避免相互間的干擾，所以供應(yīng)工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)使用的微波頻段是不同的，食品工業(yè)所使用的微波頻率多為2450MHz

。原理原理微波技術(shù)的形成是由一部分極性分子和非極性分子組成的

，受磁場(chǎng)的作用，當(dāng)有極分子電介質(zhì)和無(wú)極分子電介質(zhì)置于微波電磁場(chǎng)中時(shí)，介質(zhì)材料中會(huì)形成偶極子或已有的偶極子重新排列，并隨著高頻交變電磁場(chǎng)以每秒高達(dá)數(shù)億次的速度擺動(dòng)，分子要隨著不斷變化的高頻電場(chǎng)的方向重新排列，就必須克服分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和分子相互間作用的干擾和阻礙，產(chǎn)生類(lèi)似于摩擦的作用，這個(gè)過(guò)程就會(huì)使得電磁場(chǎng)能量逐漸轉(zhuǎn)化成新的熱能，使介質(zhì)溫度出現(xiàn)大幅度的提升，這就是對(duì)微波加熱最簡(jiǎn)單的解釋

。也就是說(shuō)微波加熱是利用介質(zhì)材料自身電磁場(chǎng)耗損的能量而產(chǎn)生的熱量從而發(fā)熱。微波加熱是一種“冷熱源”，它在產(chǎn)生和接觸到物體時(shí)，不是一股熱氣，而是電磁能。它具有一系列傳統(tǒng)加熱所不具備的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)即時(shí)性整體性選擇性高效性低溫殺菌無(wú)污染010302040506優(yōu)點(diǎn)即時(shí)性利用微波加熱可以令加熱物本身成為發(fā)熱體

，內(nèi)外同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果。根據(jù)德拜理論，極性分子在極化弛豫過(guò)程中的弛豫時(shí)間τ與外加交變電磁場(chǎng)極性改變的角頻率ω有關(guān)，在微波段時(shí)有ωτ=1的結(jié)果。我國(guó)工業(yè)微波爐加熱設(shè)備常用的微波工作頻率為915MHz和2450MHz，根據(jù)計(jì)算，其τ約為10-11～10-10s數(shù)量級(jí)。因此，微波能在物料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能的過(guò)程具有即時(shí)特征。整體性通常情況下要想加快加熱速度就要對(duì)溫度進(jìn)行升高

，但很容易造成外部焦?fàn)€，內(nèi)部未熱的現(xiàn)象。微波能穿透物體的內(nèi)部，其加熱過(guò)程在整個(gè)物體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，升溫迅速，溫度均勻，溫度梯度小，是一種“體熱源”，大大縮短了常規(guī)加熱中熱傳導(dǎo)的時(shí)間。除了特別大的物體外，一般可以做到表里一起均勻加熱。選擇性并非所有材料都能用微波加熱

，不同材料由于其自身的介電特性不同，其對(duì)微波的反應(yīng)也不相同，根據(jù)材料對(duì)微波的不同反應(yīng)，我們可將材料分為：微波反射型、微波透明型、微波吸收型和部分微波吸收型。因此，我們可以利用微波加熱的選擇性對(duì)混合物料中的各組分或零件的不同部位進(jìn)行選擇性加熱。如：利用微波加熱對(duì)物料進(jìn)行膠合加工時(shí)，其發(fā)熱和溫升集中在膠層，避免了膠縫周?chē)锪弦蚋邷囟斐傻臒釗p壞。高效性在常規(guī)加熱中，設(shè)備預(yù)熱、輻射熱損失和高溫介質(zhì)熱損失在總的能耗中占據(jù)較大的比例，而微波進(jìn)行加熱時(shí)，介質(zhì)材料能吸收微波，并轉(zhuǎn)化為熱能，而設(shè)備殼體金屬材料是微波反射型材料，它只能反射而不能吸收微波(或極少吸收微波)

。所以，組成微波加熱設(shè)備的熱損失僅占總能耗的極少部分。再加上微波加熱是內(nèi)部“體熱源”，它并不需要高溫介質(zhì)來(lái)傳熱，因此絕大部分微波能量被介質(zhì)物料吸收并轉(zhuǎn)化為升溫所需要的熱量，形成了微波能量利用高效率的特性。與常規(guī)電加熱方式相比，它一般可以節(jié)電30%～50%。低溫殺菌通常我們使用的殺菌操作都是高溫進(jìn)行

，但是微波技術(shù)利用雙重的殺菌作用可以在溫度極低的封閉環(huán)境下將細(xì)菌殺死，也是保證營(yíng)養(yǎng)成分不受影響的加熱方式，在食品加工業(yè)指的推崇使用。無(wú)污染常規(guī)加熱一般采用礦物燃料作為能源，其燃燒產(chǎn)生的二氧化碳被稱(chēng)為產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”的主要成分

。而微波加熱所用能源為電能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。除此之外，微波加熱還具有加熱質(zhì)量高、營(yíng)養(yǎng)破壞少、加熱設(shè)備緊湊、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)使糖類(lèi)焦糖化影響蛋白質(zhì)氧化維生素降低中藥藥效影響脂肪結(jié)構(gòu)破壞抗氧化物010302040506缺點(diǎn)使糖類(lèi)焦糖化糖類(lèi)是食物中重要的營(yíng)養(yǎng)成分

，在微波加工中，食物中的葡萄糖、蔗糖會(huì)因微波輻射而融化，若輻射劑量過(guò)大，還會(huì)脫水變成焦糖外此外，食物中的低聚糖夠在微波爐中快速的升溫，但是若溫度超過(guò)一定范后，會(huì)產(chǎn)生焦糖者其他褐色物質(zhì)，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)價(jià)值喪失。影響蛋白質(zhì)微波加熱會(huì)在一定程度上改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，降低其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

。例如，雞蛋、肉類(lèi)中的蛋白質(zhì)含量較高，是在微波烹飪時(shí)該注意微波的時(shí)間和溫度，尤其是魚(yú)肉，極有可能為微波輻射量過(guò)大，導(dǎo)致可溶性蛋白構(gòu)成二聚體或者多聚體，出現(xiàn)新型的可溶性蛋白，影響食物中的營(yíng)養(yǎng)成分。氧化維生素維生素是人體所必需的一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它在物質(zhì)和能量代謝中有著至關(guān)重要的作用

。在微波加熱過(guò)程中，加熱的時(shí)間越短，維生素的保存量越高，反之，溫度越高、加熱時(shí)間越長(zhǎng)，維生素的含量下降的越多。例如，將馬鈴薯微波加熱半小時(shí)后，其維生素C的含量約為70%，而使用常規(guī)的油炒、水煮等方式，維生素C可保存95%以上，維生素B穩(wěn)定性較差，且對(duì)光和熱比較敏感，因此在微波加工中其破壞程度會(huì)超過(guò)65%。從加熱原理來(lái)看，微波的熱液是由內(nèi)而外流動(dòng)的，因此食物內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)損失量較高。降低中藥藥效除了加熱食物，微波技術(shù)還具有提取中藥活性成分的作用，這已經(jīng)成為了社會(huì)的熱點(diǎn)

。微波爐中煎中藥雖然時(shí)間短、速度快，是由于中藥活性成分比較脆弱，很容易震動(dòng)產(chǎn)熱，導(dǎo)致藥效降低，藥理成分遭到破壞。因此，一般不倡導(dǎo)使用微波爐煎中藥，應(yīng)使用常規(guī)的文火進(jìn)行熬制夠以最大限度的保存藥效。影響脂肪結(jié)構(gòu)在高溫下，維生素和蛋白質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，其成分流失情況相對(duì)較少，但是脂這類(lèi)物質(zhì)若經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的加熱，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量下降，產(chǎn)生難聞的氣味，不僅影響了食物的脂肪含量，還對(duì)其口感、色澤等產(chǎn)生影響

。脂肪氧化后會(huì)產(chǎn)生脂肪酸，這是造成其氣味難聞的主要原因。脂肪酸的不斷氧夠產(chǎn)生不飽和醛類(lèi)，這種物質(zhì)一旦和食物中的蛋白質(zhì)、維生素、糖類(lèi)或氨基酸發(fā)生反，會(huì)生成褐色的中間體物質(zhì)，嚴(yán)重影響食物的口感。此外，若反復(fù)加熱飯菜，會(huì)導(dǎo)致中間體物質(zhì)積聚，導(dǎo)致脂肪劣變，破壞其他營(yíng)養(yǎng)成分的結(jié)構(gòu)和含量。破壞抗氧化物抗氧化物主要指的是新鮮水果蔬菜中的維生素C、維生素E、谷胱甘肽、番茄紅素、胡蘿卜、和類(lèi)黃酮等，這些物質(zhì)能夠減低自由基對(duì)人體細(xì)胞的氧化作用，起到延緩衰老、緊實(shí)皮膚、補(bǔ)血益氣的作用

。微波加還會(huì)導(dǎo)致食物中的抗氧化物被部壞或完全破壞，以類(lèi)黃酮為例，該種物質(zhì)能夠降低人體患癌癥、心臟病或者其他心腦血管疾病率可能性，常分布在新鮮的蔬果中，如包菜等，如果按照常規(guī)的蒸法，其含量損失率在10%左右，燉法損失量在50%左右，水煮法損失量在80%左右，而微波爐加熱法的損失量在98%左。這是由于水溶性維生素不耐高溫，容易在加熱過(guò)程中被破壞者溶解。應(yīng)用微波解凍微波干燥微波膨化微波改性微波燒結(jié)微波殺蟲(chóng)滅菌010302040506應(yīng)用微波無(wú)損檢測(cè)微波消解微波萃取應(yīng)用微波解凍微波加熱技術(shù)可以應(yīng)用于凍結(jié)物料的解凍處理，與傳統(tǒng)的解凍方法相比，微波解凍具有解凍時(shí)間短，凍品滴水少，無(wú)污水排放工作環(huán)境整潔等一系列優(yōu)點(diǎn)

。據(jù)報(bào)道，僅需幾分鐘，原木表面的1～1.5cm深處溫度能由-20℃上升到0℃，而且此時(shí)樹(shù)皮附著力也隨之下降，與蒸汽/熱水解凍相比，每生產(chǎn)1噸紙漿可節(jié)省能耗100～300MJ。微波干燥于秀榮等曾用微波對(duì)玉米進(jìn)行干燥，并研究了不同加熱功率和加熱時(shí)間對(duì)玉米發(fā)芽率、暴腰率、過(guò)氧化氫酶活性的影響

。其研究表明，選擇合適的加熱功率和時(shí)間，在保持玉米良好品質(zhì)和低暴腰率的前提下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米的快速干燥。范紅途等曾對(duì)以蔬菜為代表的膠體類(lèi)多孔介質(zhì)物料的微波干燥特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)除了物料本身的特性對(duì)微波干燥的影響外，空氣溫度、帶走水分的空氣速度、物料形狀大小、料層的厚度、微波功率等因素都對(duì)微波干燥速度有影響。但各因素的作用各不相同，影響作用大小依次為：溫度>形狀因子>微波時(shí)間>物料重量>風(fēng)速。微波膨化微波膨化技術(shù)作為一種新型食品生產(chǎn)技術(shù)逐步在食品工業(yè)特別是休閑膨化小食品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。利用微波膨化技術(shù)加工食品能最大限度的保存食品原有的營(yíng)養(yǎng)成分

。微波膨化產(chǎn)品可以克服傳統(tǒng)膨化產(chǎn)品油炸加工含油量高的缺點(diǎn)，能完整地保存原有的各種營(yíng)養(yǎng)成分，將是膨化食品的一個(gè)重要發(fā)展方向。在今后微波膨化技術(shù)的研究中，如何解決食品膨化后易回潮發(fā)軟問(wèn)題，進(jìn)一步進(jìn)行微波膨化理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)新型的膨化設(shè)備和技術(shù)將是微波膨化技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。微波改性楊進(jìn)等用微波加熱技術(shù)對(duì)米糠進(jìn)行處理，分析了微波處理時(shí)間、料層厚度、米糠原始水分、貯藏時(shí)間對(duì)米糠穩(wěn)定性的影響

。工藝試驗(yàn)表明，當(dāng)含水率為15.8%～21%，料層厚度為30～70mm，微波處理時(shí)間為150～200s時(shí)，可產(chǎn)生較好的穩(wěn)定效果。趙冬艷等用微波處理谷朊粉，發(fā)現(xiàn)微波加熱處理能顯著提高谷朊粉的乳化性，其最佳作用條件是：pH值為10.0，谷朊粉濃度為9.0%，加熱時(shí)間為100s，微波能量為560W。在最佳條件下，谷朊粉的乳化活性及乳穩(wěn)定性均為100%，且經(jīng)過(guò)改性后，溶解度由7.67%提高到37.62%，從而拓寬了谷朊粉的應(yīng)用范圍。微波燒結(jié)微波燒結(jié)技術(shù)是一門(mén)新的燒結(jié)工藝

。相對(duì)于傳統(tǒng)的燒結(jié)方法，微波燒結(jié)具有突出的優(yōu)勢(shì)：材料內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)更加均勻，致密度更高，改善了材料的性能；實(shí)現(xiàn)選擇性燒結(jié)，產(chǎn)生具有新的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的材料。曲世明針對(duì)室溫下介電損耗很小的材料采用微波混合加熱技術(shù)，成功地?zé)Y(jié)成ZrO2，Si3O4和Si3N4的樣品，并得出結(jié)論：微波混合加熱技術(shù)具有大幅度縮短燒結(jié)時(shí)間和節(jié)約電能的優(yōu)點(diǎn)，其推廣和應(yīng)用必將帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效益。微波殺蟲(chóng)滅菌很多研究表明：當(dāng)物料作用于微波場(chǎng)中時(shí)，能引起物料的溫升，即產(chǎn)生“溫度場(chǎng)”，同時(shí)，還能造就“電磁場(chǎng)”，對(duì)生物體產(chǎn)生比溫度場(chǎng)更大的效能，即微波的生物效應(yīng)，從而達(dá)到殺蟲(chóng)、滅菌的目的

。楊曉蘋(píng)等曾用微波加熱技術(shù)對(duì)茶葉進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)微波加熱可以在很短的時(shí)間內(nèi)，在較低的溫度下對(duì)茶葉的內(nèi)部進(jìn)行殺菌，不僅滅菌效果好，而且能在外包裝呈密封狀態(tài)下進(jìn)行殺菌，可有效地避免二次污染。袁泉等曾報(bào)道用微波直接輻射到土壤里，可以殺滅影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的雜草、土壤中的害蟲(chóng)和真菌等微生物。國(guó)外試驗(yàn)表明，微波直接輻射土壤可使甜瓜增產(chǎn)60%，洋蔥增產(chǎn)35%，且不會(huì)造成環(huán)境污染。我國(guó)學(xué)者針對(duì)一種常見(jiàn)的蘋(píng)果樹(shù)腐爛病，利用微波進(jìn)行類(lèi)似的處理，也得到了良好的效果。微波無(wú)損檢測(cè)微波是介于紅外線與無(wú)線電波之間的電磁輻射，由于它的波長(zhǎng)短、頻帶寬，以及它與物質(zhì)的相互作用，由此發(fā)展成為微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

。微波無(wú)損檢測(cè)不僅保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，而且可以減少和避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此在我國(guó)微波無(wú)損檢測(cè)能得以發(fā)展，在產(chǎn)品可靠性方面已經(jīng)產(chǎn)生良好效益。微波萃取微波萃取不僅萃取效率高、產(chǎn)品純度高、能耗小、操作費(fèi)用少，且符合環(huán)境保護(hù)要求，可廣泛用于中草藥、香料、食品和化妝品等領(lǐng)域

?，F(xiàn)在的研究不僅注重于進(jìn)一步探討微波萃取的機(jī)理，更注重于開(kāi)發(fā)微波萃取新技術(shù)和其它技術(shù)聯(lián)用。現(xiàn)在已經(jīng)有微波萃取與液體樣品頂空萃取結(jié)合的報(bào)道，也有文獻(xiàn)報(bào)道了用微波萃取代替固液萃取中的溶劑洗脫的研究，提出了固相萃取-微波萃取聯(lián)用技術(shù)。如果用類(lèi)似儀器分析天然植物中的化學(xué)成分及藥物特別是中藥中的有效成分，將大大簡(jiǎn)化樣品成分提取的前處理過(guò)程，擴(kuò)大樣品適用范圍。微波消解現(xiàn)代食品分析對(duì)靈敏度、精密度、微量、形態(tài)及多元素分析提出了更高的要求

。在微波技術(shù)中，樣品的消解、干燥、萃取、蛋白水解等方法，國(guó)外已采用計(jì)算機(jī)智能化。由于在密閉高壓容器中，可快速將萃取液瞬間加熱到其常壓沸點(diǎn)以上，提高溶劑沸點(diǎn)，又不至于分解待測(cè)萃取物，提高萃取回收率和效率。也正因?yàn)椴捎妹荛]高壓容器的技術(shù)，顯著地促進(jìn)酸混合物加熱消化過(guò)程，增強(qiáng)AAS/ICP-AES/ICP-MS光譜分析效率，這些都展示了微波技術(shù)在食品分析中進(jìn)一步應(yīng)用的廣闊前景。發(fā)展前景發(fā)展前景我國(guó)食品工業(yè)中有許多從事微波技術(shù)研究和應(yīng)用的科研、生產(chǎn)單位，每年都有新技術(shù)、新工藝投入使用

。微波技術(shù)在不斷完自身技術(shù)與設(shè)備的同時(shí)，應(yīng)該與其他干燥技術(shù)，如熱風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥、遠(yuǎn)紅外線干燥等技術(shù)相結(jié)合，向更深、更廣的方向發(fā)展。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的需求，人們更加節(jié)能、有效的食品高新