第七章食品的微波处理

1、课程名称食品加工与保藏原理授课班级食品1431授课时间2015.11.23授课时数2本次内容食品微波处理教具多媒体教学目标能力（技能）目标知识目标 能区分不同材料对微波的吸收能力； 掌握微波概念、微波加热原理、特点；了解微波加热设备构成。重点 微波加热原理难点微波加热原理能力训练方式方法讲解、问答、互动教学环节时间安排复习：5min讲解、互动：75min小结：5min看书巩固知识点：5min课外作业预习课堂考勤41参考资料食品加工与保藏原理课程名称食品加工与保藏原理授课班级食品1431授课时间2015.11.25授课时数2本次内容食品微波处理教具多媒体教学目标能力（技能）目标知识目标 能区分微

2、波不同应用中各自应用原理； 了解微波在食品中的应用范围；掌握微波干燥、烘烤、杀菌、灭酶和传统方式的区别及微波处理的优点；掌握我国微波使用安全标准。重点微波应用范围及其原理难点微波应用范围及其原理能力训练方式方法讲解、问答、互动教学环节时间安排复习：5min讲解、互动：75min小结：5min看书巩固知识点：5min课外作业查阅资料了解微波辐射对人体影响课堂考勤41参考资料食品加工与保藏原理食品微波处理食品微波处理主要内容主要内容3241 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 57.1 7.1 微波技术的发展历史微波技

3、术的发展历史 19世纪40年代美国雷声公司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。 我国从我国从2020世纪世纪7070年代年代开始研制、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7h左右的工艺缩短到9min完成。图图1 世界上第一台微波炉世界上第一台微波炉 7.2 7.2 微波的性质与加热机理微波的性质与加热机理

4、7.2.1 7.2.1 微波及其特点微波及其特点 微波是频率非常高的电磁波，又称为超高频波，频率大约从300MHz300MHz到到300GHz300GHz（千兆赫兹）。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电磁波分类电磁波分类: :无线电波无线电波、微波微波、红外线红外线、可见可见光光、紫外线紫外线、X X射线射线和伽马射线（放射性）和伽马射线（放射性）7.2.17.2.1 微波与介电物质微波与介电物质v微波微波 非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不非电离辐射。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。同

5、的材料时，会产生反射、吸收和穿透现象。v介电物质介电物质 性能介于导体和绝缘体之间，具有吸收、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。穿透和反射微波的性能。7.1.27.1.2微波应用系统常用的材料微波应用系统常用的材料导体导体p材料：铜、银、铝材料：铜、银、铝 类；类；p性能：能性能：能反射反射微波。微波。 导体以一种特殊的形式导体以一种特殊的形式传播以及反射微波能量；传播以及反射微波能量；p用途：微波装置中的用途：微波装置中的波导管波导管，微波加热用的，微波加热用的外壳外壳。1p材料：含材料：含水水、盐盐和和脂肪脂肪的的食品食品以及其他以及其他生物质生物质。p性能：具有性

6、能：具有吸收、穿透吸收、穿透和反射微波和反射微波性能。在微波性能。在微波加热过程中，被处理的介加热过程中，被处理的介质材料以不同程度吸收微质材料以不同程度吸收微波能量，又称为有耗介质。波能量，又称为有耗介质。介电质介电质2绝缘体绝缘体p材料：材料：玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料聚丙稀塑料等；等；p性能：可性能：可部分反射或渗透部分反射或渗透微波，微波，通常吸收微波能较少。通常吸收微波能较少。p用途：微波处理过程中用此作为用途：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。微波炉烹调用的食品器皿。绝缘体绝缘体

7、37.2.27.2.2微波的加热机理微波的加热机理v食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的热微波的热效应效应。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)。v 微波产热的两种机制：离子极化和偶极子转向。溶液中带电离子在电场作用下获溶液中带电离子在电场作用下获得动能，相互碰撞，将动能转化得动能，相互碰撞，将动能转化为热能。若为交变电场，碰撞次为热能。若为交变电场，碰撞次数增加，升温快。数增加，升温快。极性分子在高极性分子在高频交流频交流电场电场中不停转动，摩中不停转动，摩擦生热，使物料温度擦生热，使物料温度升高

8、。升高。v直流电直流电 只从正极流向负极。v交流电交流电 方向和强度都随时间做周期性改变的电流。产热机制产热机制v 偶极子转向偶极子转向交变电场引起偶极子转向交变电场引起偶极子转向微波频率微波频率2450MHz2450MHz，水分子水分子1S1S内发生内发生180180来回转动来回转动24.524.5亿次亿次7.2.2 7.2.2 食品材料的介电特性食品材料的介电特性微波对食品材料的穿透特性微波对食品材料的穿透特性v该特性用穿透深度（功率传透深度或半功率穿透深度）表示。v功率穿透深度功率穿透深度：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。v半功率穿透深

9、度半功率穿透深度：微波功率透入材料后，功率衰减一半的距离。能量密度能量密度：一定的空间或质量物质中储存能量的大小v同一种介质，穿透深度与微波波长成正比，与频率成反比；v介电材料的含水量不同，微波对介电材料的穿透能力（深度）也不同。水分增加，穿透深度降低；v低温和低频时在食品有较大的穿透深度。（P273表格）tan686. 8305 . 0TD7.2.2 7.2.2 食品材料对微波的吸收特性食品材料对微波的吸收特性vP Pm m=0.566=0.566tantanf Ef E2 2 1010-12-12Pm-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

10、度 ，V/cmv 介质的固有介电特性介质的固有介电特性（介电损耗因子）： tanv 食品材料的介电特性不同，其对微波的吸收特性就不同。v 适宜的介电损耗因子10-2”57.2.27.2.2影响材料介电特性的因素影响材料介电特性的因素v 1)1)材料成分材料成分 成分不同介电特性（介电常数等）不同。成分不同介电特性（介电常数等）不同。v 2 2）材料的含水量及状态）材料的含水量及状态 物料含水量高物料含水量高，则其介电常数及介电损耗大，材料，则其介电常数及介电损耗大，材料吸收微波吸收微波能的能力强能的能力强。 水呈液态时比呈固态（冰）时的介电常数及介电损耗大。水呈液态时比呈固态（冰）时的介电常数

11、及介电损耗大。v 3 3）材料的温度）材料的温度 温度高则介电常数大，吸收微波能力强。温度高则介电常数大，吸收微波能力强。v 4 4）微波频率）微波频率 微波频率高，材料的介电常数及介电损耗降低。微波频率高，材料的介电常数及介电损耗降低。v 5 5）材料的密度）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。，吸收微波的能力强，易被微波加热。7.2.2 7.2.2 微波加热特点微波加热特点u选择性加热（食品成分选择性吸收导致）选择性加热（食品成分选择性吸收导致）p好处： 1. 加热效率高，节约

12、能源，易控制。 2. 可用于较干燥的谷物杀灭害虫。 p 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 7.2.2 微波穿透性特点微波穿透性特点v好处：好处： 1. 1. 实现包装后食品的短时杀菌。实现包装后食品的短时杀菌。 2. 2. 加热加热时间短，时间短，干燥速度快，而且对有些食品还干燥速度快，而且对有些食品还能能起到特有的膨化效果起到特有的膨化效果。 3. 3. 快速解冻快速解冻。v坏处：坏处： 微波加热的穿透性是造成微波微波加热的穿透性是造成微波加热不均匀加热不均匀(runaway (runaway heating)heat

13、ing)的另一个主要原因之一的另一个主要原因之一。物料中的水分水分吸热汽化，从而带动食带动食品物料组织膨化品物料组织膨化的一种新的常压膨化技术穿透性原因穿透性原因： 电磁波具有波粒二象性，波长与光子能量成波长与光子能量成反比反比关系，当波长越短光子能量越大，则穿透力越强。如高能X射线几乎能穿透所有非金属物，甚至还可以穿透薄铝。而Y射线则能穿透大多数金属，只有重金属（如很厚的铅板）才能将其挡住7.3 7.3 微波加热系统的组成及选用微波加热系统的组成及选用被加热物被加热物料料高压电高压电源源微波微波发生器发生器连接连接波导波导冷却系统冷却系统微波加热系统示意图微波加热系统示意图微波微波加热器加热

14、器冷却微波管腔体及阴极部分7.3.2 7.3.2 微波频率的选择微波频率的选择v目前用于工业微波加热的频率主要有目前用于工业微波加热的频率主要有915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz。v915MHz915MHz具有较大穿透深度，获得较大的功率具有较大穿透深度，获得较大的功率915MHz体积较大体积较大/较厚的物料较厚的物料含水分高的物料含水分高的物料加工大批物料加工大批物料2450MHz因磁控管及其波导小，适用于家用因磁控管及其波导小，适用于家用微波炉微波炉含水分量低的物料含水分量低的物料7.4 7.4 微波加热在食品中的应用微波加热在食品中的应用7.4.17.4.1在食品工

15、业中采用微波加热技术特点在食品工业中采用微波加热技术特点F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F缺点：L 微波加热最主要的缺点是微波加热最主要的缺点是电能消耗大电能消耗大。物料对微波的吸收取决于损耗系数，水的损耗系物料对微波的吸收取决于损耗系数，水的损耗系数大于干物质，水分多，吸收能量多，挥发快。数大于干物质，水分多，吸收能量多，挥发快。因此，微波能不会一直聚集在已干物质部分。因此，微波能不会一直聚集在已干物质部分。7.47.4微波技术在食品工业中的最新发展微波技术

16、在食品工业中的最新发展v 7.4.2.1 7.4.2.1 微波用于食品的微波用于食品的解冻和软化解冻和软化v 7.4.2.2 7.4.2.2 微波用于一些食品的微波用于一些食品的烹调及预加工烹调及预加工v 7.4.2.3 7.4.2.3 微波用于食品微波用于食品物料的干燥物料的干燥( (包括真空干燥、冷冻干燥包括真空干燥、冷冻干燥) )v 7.4.2.4 7.4.2.4 微波还可用于微波还可用于食品的杀菌消毒与灭酶食品的杀菌消毒与灭酶v 7.4.2.5 7.4.2.5 微波用于微波用于焙烤与烘烤焙烤与烘烤v 7.4.2.6 7.4.2.6 微波微波萃取萃取v 7.4.2.7 7.4.2.7 微

17、波用于微波用于食品物料的去壳去皮食品物料的去壳去皮v 7.4.2.8 7.4.2.8 微波用于微波用于酒类的陈化酒类的陈化v 7.4.2.9 7.4.2.9 其他其他（生物育种诱变等）（生物育种诱变等） 7.4 食品的解冻和软化v利用微波能在低温下的穿透力较强，及冰的介电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。特性特点进行解冻处理。 915MHz，120kW连续式微波软化/解冻装置 p国外已有使用国外已有使用915MHz和和2450MHz微波解冻设微波解冻设备进行食品的软化、解冻备进行食品的软化、解冻冷冻食品解冻工艺融化融化 冻结食品快速解冻过程调温调温 根据后续操作升

18、高操作温度。如冻结肉的切块。 1h1h可解冻可解冻500kg500kg 水对微波吸收能力大于冰，已融化解冻区域吸收较多能量，易在已解冻区域造成过热效应，因此，解冻速度不易过快。P284P284表表7-97-9：微波解冻脱水率高于自：微波解冻脱水率高于自然解冻？然解冻？7.47.4微波用于食品的烹调及预加工微波用于食品的烹调及预加工v熏制食品熏制食品 优点：改善常规熏制副产物油脂污染严重，重新利用度低的缺点，同时节约能量和加工空间。v肉质品肉质品 可使碎肉凝结成块v研究发现使用不同功率不同功率的微波炉(商业生产使用1.6 2.0 kW，家用600800 w)，对食品中营养对食品中营养成分的保留情

19、况无显著性差异成分的保留情况无显著性差异. .v微波烹调时间的选择至关重要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。温度过高（温度过高（120120以上），时以上），时间过长，会产生丙烯酰胺类间过长，会产生丙烯酰胺类 疑似致癌物质疑似致癌物质注意事项注意事项u婴儿食品不能使用微波炉加热；婴儿食品不能使用微波炉加热；u微波加热是够产生致癌物并无明确研究，但在加微波加热是够产生

20、致癌物并无明确研究，但在加 热过程中应严格控制时间；热过程中应严格控制时间；u水分含量高的食物适合于微波加热；水分含量高的食物适合于微波加热；u有膜（如鸡蛋黄）或有外壳的食物不宜微波加热；有膜（如鸡蛋黄）或有外壳的食物不宜微波加热；7.4 7.4 微波干燥与膨化微波干燥与膨化 干燥干燥：利用湿物料的快速：利用湿物料的快速体积加热而产生的附加显体积加热而产生的附加显热，诱导湿气向表面扩散热，诱导湿气向表面扩散，有利于用较经济的常规，有利于用较经济的常规技术来抽走和排除湿气，技术来抽走和排除湿气，达到干燥目的。达到干燥目的。 膨化膨化：促使食品内部水分的相变：促使食品内部水分的相变和气体的热压效应

21、原理，使食品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、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，形成网状多孔结料的质构变化，形成网状多孔结构。构。 7.47.4微波微波杀菌消毒杀菌消毒与灭酶与灭酶v微波杀菌既有热效应原理，也有非热效应（生物效应）原理。v热效应：升温导致蛋白质变性，细胞膜破裂等。 原因：微生物体内含有大量水分。v非热效应：光化学反应、场力效应、电磁共振效应等物质一般在可见光或紫外线的照射下而产生的化学反应，是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。7.4 7.4 微波微波杀菌设备杀菌设备微波泡菜杀菌微波泡菜杀菌微

22、波杀菌设备微波杀菌设备7.47.4微波杀菌消毒与微波杀菌消毒与灭酶灭酶v常规的热水烫漂法热水烫漂法灭酶易造成营养损失营养损失等问题；v采用热空气或蒸汽热空气或蒸汽又会出现受热不均匀受热不均匀问题；v利用微波能，可解决外形复杂物料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 7.4 微波焙烤与烘烤微波焙烤与烘烤采用微波炉进行面包的烘烤，可以达到以下效率采用微波炉进行面包的烘烤，可以达到以下效率 使烘烤后

23、的面包膨胀率提高使烘烤后的面包膨胀率提高50%50%左右；左右； 用低淀粉小麦生产出高质量面包；用低淀粉小麦生产出高质量面包； 采用微波采用微波- -热空气组合烘炉，可使面包生产工热空气组合烘炉，可使面包生产工艺的醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而艺的醒发和烘烤同在一个烘炉内完成，从而节省节省工艺设备的投资和厂房面积工艺设备的投资和厂房面积等。等。7.4 7.4 微波辅助萃取（微波辅助萃取（MAE)萃取萃取 利用溶质溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从另一溶剂所组成的溶液里提取出来的操作方法微波萃取机制（以中草药浸提工艺为例）微波萃取机制（以中草药浸提工艺为例） a a 细胞

24、破碎机制细胞破碎机制 水分汽化使细胞膜和细胞壁形成小孔，便于溶剂渗入其中。 b 电磁场加速扩散速率电磁场加速扩散速率MAEMAE的特点的特点快只需要几分钟就可以达到传统方法加热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麻黄碱的提取率由常规煎煮法的0.183%0.183%提高到提高到0.485% 0.485% ，板蓝根多糖，板蓝根多糖的实验中，提取率由原来的的实验中，提取率由原来的0.81%0.81%提提高到高到3.47% 3.47% 节能、无污染、操作简单等节能、无污染、操作简单等MAEMAE的影响因素的影响因素萃取溶剂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萃取溶剂可以是一元体系( (极性溶剂极性溶剂) )，也可以是二，也可以是二元体系元体系( (非极性溶剂加机型溶剂非极性溶剂加机型溶剂) )，甚至可以是多元，甚至可以是多元体系体系 萃取时间萃取时间一般定在10-15分钟内。 微波剂量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