微波加热原理及特点

微波原理及特点微波是一种能量（不是热量）形式，电磁波的一种，在介质中可以转化为热量。材料对微波的反应可以分为四种情况：（1）穿透微波 （2）反射微波 （3）吸收微波 （4）部分吸收微波介质从电结构上分为无极和有极分子电介质。通常它们无规则排列，如把它们置于交变的电场中，这些介质的极性分子取向会随电场极性的变化而变化，叫极化。外电场越强，极化作用越强，外电场极性变化越快，极化越快，分子的热运动和相邻分子间的摩擦作用也越剧烈。从而可实现电磁能向热能的转换。由极性分子所组成的物质，能较好地吸收微波，水是吸收微波最好的介质，所以凡含水的物质必定吸收微波。另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚氟乙烯、聚丙烯等塑料制品和玻璃、陶瓷等，它们能透过微波，而不吸收微波，这类材料可作为微波加热用的容器或支承物，或做微波密封材料。对于导电的金属材料，电波不能透入内部而被反射，金属材料不能吸收微波。微波加热原理:通常，能加工领域中所处理的材料大多是介质材料，而介质材料由极性分子和非极性分子组成，都能不同程度地吸收微波。介质材料与微波电磁场相互耦合，会形成各种功率耗散从而达到能量转化的目的。能量转化的方式有许多种，如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等，其中离子传导和偶极子转动是微波加热的主要原理。微波加热是依靠物料吸收微波能并将其转换成热能，从而使物料本身整体同时升温的加热方式。常用的微波频率有915MHz和2450MHz。由于具有高频特性，微波电磁场以数十亿次/秒的惊人速度进行周期性变化，物料中的极性分子（典型的如水分子、蛋白质、核酸、脂肪、碳水化合物等）吸收了微波能以后，它们在微波电磁场的作用下呈有序性排列，改变了其原有的随机分布的取向。在高频电磁场的作用下，这些极性分子亦以同样的速度随交变电磁场的变化而做电场极性运动，就会引起分子的运动和转动，致使分子间频繁碰撞而产生了大量的摩擦热，并以热的形式在物料内表现出来，从而导致物料在短时间内温度迅速升高、加热或熟化。微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热，它完全区别于其他的常规加热方式。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热。微波加热是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十份之一就可达到加热目的。从理论分析，物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其介电特性有很大关系，即微波对物质具有选择性加热的特性。微波杀菌原理:1) 热效应：在微波的作用下，物料中的有害菌、虫害等微生物受到无极性热运动和极性转动两方面的作用而改变其排列组合状态及运动规律，使得微生物蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性，使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。2) 非热效应：主要是交变电磁场对生物体的作用。使微生物在其生命化学过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生改变。另外，微波还可以导致细胞 DNA 和 RNA 分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合，干扰或破坏其正常的新陈代谢，诱发基因突变，从而中断细胞的正常繁殖能力。微波加热的特点： （1）穿透性加热，加热速度快。 其穿透的距离，在理论上与电磁波波长同数量级。微波加热是使被加热物体本身成为发热物体，称之为整体加热方式，不需要热传导的过程，因此能实现短时间内加热。微波加热时物体各部位不论形状如何，通常都能均匀渗透电磁波，以产生热量，介质材料加热的无效性大大改善。 （2）加热均匀。 微波加热时，物体各部位不论形状如何，通常都能均匀渗透微波产生热量。因此均匀性大大改善。可避免外焦内生、外干内湿现象；提高了产品质量，有利于食品物料品质的形成。 （3）低温短时灭菌。 微波加热灭菌是通过热效应和非热效应（生物效应）共同作用灭菌，因而与常规热力灭菌比较，具有低温、短时灭菌的特点。不仅安全、保险，而且能保持食品营养成分不被流失和破坏，有利于保持产品的原有品质，色、香、味、营养素损失较少，对维生素C、氨基酸的保持极为有利。有实验表明：晒干的鲜菜其叶绿素、维生素等营养成分仅剩3%，阴干则可以保持17%，热风快速干燥可保留到40%，微波干燥则能保留60%90%，微波升华干燥则可保持新鲜时的97%。 （4）微波膨化。利用微波的内部加热特性，使得物料的内部迅速受热升温产生大量的蒸汽，内部大量蒸汽往外冲出，形成无数的微小孔道，使物料组织膨胀、疏松。与油炸干燥式的膨化相比，不破坏物料的原有的成分，有容易变质及低热量的优点。 （5）选择性加热。 微波对不同性质的物料有不同的作用，因为水分子对微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量较底的部位；物料中水比干物质吸收微波的能力强，故水受热高于干物质，这有利于水分温度上升，促使水分蒸发，也有利于干物质发生过热现象，这对减小营养和风味的破坏极为有利。选择性加热的特点有：自动平衡吸收微波，避免物料加热干燥时发生焦化。 （6）节能高效。 微波对不同物质有不同的作用，微波加热时，被加热物一般都是放在金属制造的加热室内，加热室对微波来说是一个封闭的空腔，微波不能外泄；外部散热损失少，只能被加热物体吸收，加热室的空气与相应的容器都不会发热，没有额外的热能损耗，所以热效率极高；同时，工作场所的环境也不会因此升高，环境条件明显改善。所以节能、省电，一般可节省30%50%。 （7）易于控制。 实现自动化生产微波加热干燥设备只要操作控制控制旋纽即可瞬间达到升降开停的目的。因为在加热时，只有物体本身升温，炉体、炉膛内空气均无余热，因此热惯性极小，没有热量损失，应用微机控制可对产品质量自动监测，特别适宜于加热过程中和加热工艺规范的自动化控制。 （8）改善劳动条件，节省占地面积。 微波加热设备无余热、无样品污染问题，容易满足食品卫生要求，本身又不发热、不辐射热量，所以大大改善了劳动条件，而且设备结构紧凑，节省厂房面积。 综上所述，微波加热技术的采用具有快速、保持营养与风味、均匀、消毒杀菌、节能、卫生、安全、无污染、高效、方便、可控、投资小、有利于提高产品质量、延长货架期、改善劳动条件、实现生产自动化等优点，是一项值得推广的先进技术。微波加热禁忌：1、忌再冷冻经微波炉解冻过的肉类：因为肉类在微波炉中解冻后，实际上已将外面一层低温加热了，在此温度下细菌是可以繁殖的，虽再冷冻可使其繁殖停止，却不能将活菌杀死。已用微波炉解冻的肉类，如果再放入冰箱冷冻，必须加热至全熟。2、忌油炸食品：因高温油会发生飞溅导致火灾。如万一不慎引起炉内起火时，切忌开门，而应先关闭电源，待火熄灭后再开门降温。3、忌超时加热：食品放入微波炉解冻或加热，若忘记取出，如果时间超过2小时，则应丢掉不要，以免引起食物中毒。4、忌用普通塑料容器：使用专门的微波炉器皿盛装食物放入微波炉中加热，一是热的食物会使塑料容器变形，二是普通塑料会放出有毒物质，污染食物，危害人体健康。 5、忌用金属器皿：因为放入炉内的铁、铝、不锈钢、搪瓷等器皿，微波炉在加热时会与之产生电火花并反射微波，既损伤炉体又加热不熟食物。 6、忌使用封闭容器：加热液体时应使用广口容器，因为在封