食品技术原理之第6章ppt课件.ppt

食品加工与保藏原理 第六章食品的微波处理技术 微波技术的发展历史微波的性质与加热机理微波加热在食品工业中的应用微波加热设备的组成及选用微波的安全使用及防护 第一节微波技术的发展历史 1940BirminghamU 1945 10 9RaytheonC 第一个专利1947RaytheonC 第一台微波炉1965在美国隧道式炸马铃薯片参见图6 1 图6 1世界上第一台微波炉 第二节微波的性质与加热机理 微波的性质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10mm 1m 比普通的无线电波波长更微小 1GHz 103MHz 109Hz ISM IndustryScientific Medical 食品工业所使用的微波加热设备的频率有915MHz 美国用896MHz 和2450MHz两种 而普通家用微波炉使用的频率则一般为2450MHz 微波常在一定尺寸的波导管内传输 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介电材料 dielectricmaterial 微波对它们的加热称作介电感应加热 dielectricheating 参见图6 2 6 3 图6 2水分子的极性 图6 3微波加热机理示意图 微波加热的特性 一 选择性 二 穿透性 一 选择性在微波场中 各电介质吸收微波而产生的热能可用下式表示 式中 P 在单位时间 1s 内 单位体积电介质 1cm3 吸收微波所产生的热能 W cm 3 f 微波频率 Hz E 电极间电场强度 V cm 1 电介质的介电常数 电介质的损失角 导电率 参见表6 1tan 电介质的有效损耗正切dielectriclossfactor tan 是每种介电材料所固有的性质 称为损耗因数或介电损失 表6 1一些电介质的损耗因数 微波的选择性加热给微波加热的好处和坏处好处 加热效率高 节约能源 易控制 可用于干燥谷物的杀虫 坏处 微波的选择性加热是造成微波加热不均匀 runawayheating 的主要原因之一 为了克服微波的选择性加热所带来的加热不均匀 方法主要有以下几点 要了解被加热物体的电容特性 按照半衰深度的大小 将食品进行分割 改进容器 克服棱角效应 流体食品可结合搅拌方法 可结合远红外 热风加热等方式 二 穿透性假设P0为电介质表面的入射电场 P为某一穿透深度D时的电场 则有如下关系存在 式中 D 微波的穿透深度 m 所用微波的波长 m 被加热物体的的介电常数tan 被加热物体的导电率由上两式可知道穿透深度D也是 和tan 的函数 受被加热物体性质 温度 状态的影响 参见表6 2 P P0e 2 D 表6 2一些物质的微波穿透深度 微波的穿透性对于微波加热的好处和坏处好处 实现包装后食品的短时杀菌 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 快速解冻 坏处 微波加热的穿透性是造成微波加热不均匀 runawayheating 的另一个主要原因之一 为了克服微波穿透性带来的加热不均匀 主要有以下方法 使微波从各个方向照射被加热物体 参见图6 4承载被加热物体的托盘采用微波穿透性好的材料 并且可以旋转 微波炉炉壁和炉底采用可反射微波的材料 被加热物体的厚度应在半衰深度的2倍左右 微波的穿透性与温度分布 微波加热最大的问题就是加热不均匀 造成的原因主要有以下几点 微波加热的选择性 在相同的微波场中 不同的食品材料以及这些材料温度 状态的不同 都会引起食品各部分温度上升的差异 微波虽然有好的穿透性 可是它在实际加热中受反射 穿透 折射 吸收等影响 使被加热物体各部分产生的热能产生较大的差异 电场的尖角集中性 也称为棱角效应 edgeeffect 微波作为电磁波的一种 其电场也有尖角集中性 当食品放入微波场中进行加热时 某些部分会因为电场集中而产热多 温升快 微波加热中 热集中的地方称为热点 hotspot 见图6 5 runawayheating A 圆形物体的热点B 方形物体的热点分布图6 5物体在微波场中加热时的热点分布情况 第三节微波加热在食品工业中的应用 一 在食品工业中采用微波加热技术的优缺点 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 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 对营养成分破坏小 如 Vc 必须氨基酸等 改善某些食品品质 酒品质的改良 优点 表6 3微波炉与传统烹调对Vc的破坏情况 表6 4微波炉处理蹄膀前后必须氨基酸的变化 微波加热的自动平衡性当微波频率和电场强度一定时 物料在加热或干燥的过程中对微波功率的吸收 主要决定于物料的损耗因数 tan 不同物料的损耗因数是不同的 参见表6 1 例如 物料中水的损耗因数比其他物质的大 物料中较湿的地方 水分多 吸收的能量多 温升快 水分蒸蒸发就快 湿地方变干后 水分少 吸收的能量少 温升就变慢 也就是说 微波能不会集中在已干的物质部分 避免了已干物质的过热现象 具有自动平衡的性能 缺点 微波加热最主要的缺点是电能消耗大 二 微波技术在食品工业中的应用情况及最新发展参见表6 5 6 6 6 7 表6 5微波技术在食品加工上的应用 表6 6国内食品加工中微波的应用项目统计 一 表6 7国内食品加工中微波的应用项目统计 二 一 食品的解冻和软化国外已有使用915和2450MHz微波解冻设备进行食品的软化 解冻 见图6 6 6 7 图6 6915MHz 120kW连续式微波软化 解冻装置 图6 72450MHz 30kW连续式微波软化 解冻装置 二 微波用于一些食品的烹调及预加工 参见图6 8 6 9 图6 82450MHz 50 80kW流动式切块禽肉微波处理设备 图6 9915MHz 60kW面食 酱料微波处理设备 三 微波用于食品物料的干燥 包括真空 冷冻干燥 微波加热可用于诸如通心粉 谷物 水果 海藻类食品等干燥 图6 10 6 11分别为国外中试用微波真空干燥机和微波冷冻干燥机 图6 10中试用微波真空干燥机 图6 11中试用微波冷冻干燥机 四 微波还可用于食品的杀菌消毒微波杀菌消毒处理时间短 容易实现连续化生产 不影响食品的原有风味和营养成分 并且由于微波的穿透特性 食品可在包装后进行杀菌消毒 参见表6 8 表6 8微波对纯菌肉汤的致死试验 五 微波用于焙烤与烘烤雀巢公司已利用5kW 2450MHz的微波烘烤设备烘烤可可豆 生产能力根据豆的含水量可达70 120kg h 1 时间在5 10min 烘烤时可可豆温度为105 六 微波用于食品物料的去壳去皮美国曾有公司利用一台150kW 915MHz的微波干燥设备干燥大豆并去壳 该设备生产能力可达6m3 h 1 把大豆水分干燥至2 以下 瑞典已有30kW 2450MHz 用于土豆去皮的微波设备 每次把4kg土豆的温度从50 加热到85 并去皮 生产速率为600kg h 1 产品在8 下可保存6周 七 微波用于动物油脂的熬制国外已有30kW 2450MHz的微波处理设备用于熬制动物油脂 八 微波用于酒类的陈化微波催陈酒类技术是我国科技工作者在微波技术应用与食品工业方面的首创 目前不仅有大功率 5kW 的 也有中等功率 800W 的老熟设备 节省存坛厂房或仓库面积和设备减少存坛期的挥发损失 九 其他微波技术还可用于包装封口 榨油 油脂提取 速冻食品的加热 鱼饲料的加工 膨化食品的生产 食品水分的测定等 第四节微波加热设备的组成及选用 一 微波加热设备的结构组成 参见图6 12 二 微波加热器分类 参见图6 13 图6 12家用微波炉结构示意图 图6 13四种形式的微波加热设备示意图 三 微波加热设备的选择微波加热设备的选择包括微波频率的选定及加热器形式的选用 一 工作频率的选定 二 加热器类型的选择 第五节微波的安全使用及防护 一 微波对人体的影响能量级处于4 10 4 1 2 10 6eV 不能形成电离 适量照射可以治疗某些疾病 大量照射可引起 中枢神经系统神经衰弱症和器质性伤害 热伤害 功率密度是对人体伤害的关键指标 100mW cm 1以上时才会产生不可逆伤害 伤害程度还受到温度 时间及脉冲状况影响 二 使用微波炉时的注意事项 微波的安全性 多数西方国家认为微波频率高于1000MHz时 10mWcm 1不会构成伤害 频率较低时允许1mWcm 1FDA对家用小功率微波炉的规定 卖给顾客前不得高