一概述

微波是指波長(zhǎng)范圍為1ｍｍ～1ｍ，頻率范圍為30×102 ～ 30×105ＭＨｚ，具有穿透特性的電磁波。常用的微波頻率為 91 5ＭＨｚ和 2 450ＭＨｚ。微波作為一種電磁波，通常應(yīng)用于廣播、電視及通信技術(shù)中，近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微波作為一種能源，已逐漸應(yīng)用于食品殺菌、干燥、烘烤、膨化、解凍等方面。

微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用可追溯到四十年代末期，1947年由美國(guó)雷聲公司馬文·貝克根據(jù)微波的加熱效應(yīng)制成了世界上第一臺(tái)用于食品加熱的微波爐。鑒于微波具有在食品內(nèi)部生熱并迅速產(chǎn)生均勻溫度的觀點(diǎn)，人們開(kāi)始研究將它用于工業(yè)加熱技術(shù)上以其開(kāi)辟新的熱能源，提高熱能利用率和縮短加工時(shí)間，大約經(jīng)歷了十余年的探索，終于在1965年由美國(guó)Cryodry *poration 公司研制成功了世界上第一臺(tái)915MHz/50kW隧道式微波干燥設(shè)備，并在Seyfert Foods食品公司首次投入實(shí)際應(yīng)用，用來(lái)干燥油炸馬鈴薯片。此后微波能技術(shù)在美國(guó)、日本、加拿大和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家在用來(lái)解決食品工業(yè)中的多種加熱干燥、烹制、殺蟲(chóng)滅菌和回溫解凍等方面相繼獲得成功并表現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。到七十年代，世界各國(guó)普遍推廣應(yīng)用。例如在氣候溫和潮濕的日本，微波在食品工業(yè)中的應(yīng)用占整個(gè)工業(yè)應(yīng)用的60%。我國(guó)自1973年由南京電子管廠率先研制成功了工業(yè)微波干燥設(shè)備以來(lái)，經(jīng)過(guò)了20年的努力，也積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)已成功地應(yīng)用微波能燒烤食品、干果焙烤、牛肉干燥、蔬菜脫水、快餐面干燥、食品殺菌、飲料殺菌、白酒陳化催熟等許多領(lǐng)域，并取得顯著進(jìn)展。

二  微波技術(shù)的原理及特點(diǎn)

    綜合微波技術(shù)在食品工業(yè)中的各種應(yīng)用可歸結(jié)為如下原理。

（一）　微波加熱干燥原理

微波加熱技術(shù)是一種新的加熱方式。它是依靠以每秒 245000萬(wàn)次速度進(jìn)行周期變化的微波透入物料內(nèi)，與物料的極性分子相互作用，物料中的極性 (如水分子 )吸收了微波能以后，改變其原有的分子結(jié)構(gòu)，亦以同樣的速度作電場(chǎng)極性運(yùn)動(dòng)，致使彼此間頻繁碰撞而產(chǎn)生了大量的摩擦熱，從而使物料內(nèi)各部分在同一瞬間獲得熱能而升溫。由于微波輻射下介質(zhì)的熱效應(yīng)是內(nèi)部整體加熱的，即理論上所謂的“無(wú)溫度梯度加熱”，基本上介質(zhì)內(nèi)部不存在熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，因此，微波可相當(dāng)均勻地加熱介質(zhì)。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方法相比，有如下特性：①穿透力強(qiáng)。②熱慣性小。③呈現(xiàn)選擇加熱特性。④具有反射性和透射性。

微波干燥是在微波理論，微波技術(shù)和微波電子管成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，微波干燥已在許多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應(yīng)用。它是應(yīng)用微波加熱的原理，

使品溫度上升，達(dá)到干燥的目的。微波干燥具有如下的特點(diǎn)：

1 .干燥速度快、干燥時(shí)間短

由于常規(guī)加熱需要加熱傳熱介質(zhì)和環(huán)境，再進(jìn)入食品，故需較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到所需加熱溫度。而微波加熱則是加熱物體直接吸收微波能，加熱速度大大高于常規(guī)加熱方法，此時(shí)只需一般方法的十分之一到百分之一的時(shí)間就能完成整個(gè)加熱和干燥的過(guò)程。

2. 產(chǎn)品質(zhì)量高

由于加熱時(shí)間短，又非熱效應(yīng)配合，因此，可以保存加工原料的色、香、味 ,并且維生素的破壞也較少。

3. 加熱均勻

常規(guī)加熱是食品表面先熱，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)把熱量傳到內(nèi)部，而微波加熱是使食品表面和內(nèi)部同時(shí)受熱，因此加熱均勻，可以避免一般加熱干燥過(guò)程中容易引起的里生外焦及不均勻等現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

4. 加熱過(guò)程具有自動(dòng)熱平衡性能

當(dāng)頻率和電場(chǎng)的強(qiáng)度一定時(shí)，物料在干燥過(guò)程中對(duì)微波功率的吸收，主要決定于介質(zhì)損耗因素之值。不同干燥物質(zhì)的介質(zhì)損耗因素不同，如水比干物質(zhì)為大 ,故吸收能量多，水分蒸發(fā)快。因此，微波不會(huì)集中在已干的物質(zhì)部分，避免了物質(zhì)的過(guò)熱現(xiàn)象，具有自動(dòng)平衡性能，從而保證了物質(zhì)原有的各種特性。

5. 反應(yīng)靈敏便于控制

用常規(guī)加熱法不論是電熱、蒸汽、熱空氣等，要達(dá)到一定的溫度需要預(yù)熱一段時(shí)間，當(dāng)發(fā)生故障或停止加熱時(shí)，溫度的下降又需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而利用微波加熱時(shí)，開(kāi)機(jī)幾分鐘即可正常運(yùn)行。調(diào)整微波輸出功率，物料加熱情況立即無(wú)惰性地隨著改變，因此，便于自動(dòng)化控制，節(jié)省人力。

6. 熱效率高、設(shè)備占地面積小

因?yàn)槲⒉訜岣稍锸莾?nèi)部加熱法，所以加熱設(shè)備本身基本上可以說(shuō)是不輻射熱量的，故熱損失較小，熱效率較高，約可達(dá)到80 %左右，與常規(guī)方法相比，可節(jié)電 3 0 %～ 50 %。同時(shí)微波加熱設(shè)備體積也比較小，與普通加熱干燥方法相比，所需廠房面積小。

7. 改善勞動(dòng)條件

微波設(shè)備無(wú)余熱、無(wú)污染、不輻射熱量，所以大大改善了勞動(dòng)條件。

（二）食品微波殺菌的作用機(jī)理

    食品微波殺菌機(jī)理包括熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)兩方面。

    1．微波能的熱效應(yīng)

    微波作用于食品時(shí)，食品表層和內(nèi)部同時(shí)吸收微波能，溫度升高。食品中污染的微生物細(xì)胞在微波場(chǎng)作用下，其分子也被極化產(chǎn)生高頻振蕩，產(chǎn)生熱效應(yīng)。溫度的快速升高使菌體內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而失去生物活性，使菌體死亡或受到嚴(yán)重干擾而無(wú)法繁殖。

    2．微波能的非熱生化效應(yīng)

已有不少實(shí)驗(yàn)證明微波對(duì)微生物的致死確實(shí)存在非熱效應(yīng)。微波的作用可使微生物生命代謝活動(dòng)中的大量電子、離子和其它帶電粒子的生物性排列組合狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變，造成微生物的生理活性物質(zhì)發(fā)生變化。同時(shí)，電場(chǎng)也會(huì)使細(xì)胞膜附近的電荷分布改變，導(dǎo)致膜功能障礙，使微生物細(xì)胞的正常代謝功能受到干擾和破壞，使微生物的生長(zhǎng)受到抑制，甚至停止生長(zhǎng)或死亡。微波能還能使微生物生存所必須的水分活度降低，破壞微生物的生存環(huán)境。微生物細(xì)胞內(nèi)的DNA和RNA吸收微波能后，會(huì)造成分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵松馳、斷裂和重新組合，誘發(fā)基因突變，染色體畸變，從而中斷微生物細(xì)胞的正常繁殖。

這樣，在微波輻照使食品溫度升高的熱效應(yīng)和蛋白質(zhì)分子變性后失去生物活性的非熱效應(yīng)雙重因素共同作用下，細(xì)菌、酵母菌等微生物將在短時(shí)間內(nèi)被殺死，而且食品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分并未因此受到損失。

（三）微波萃取的原理

由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相關(guān)連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)引起分子運(yùn)動(dòng)的非離子化輻射能。當(dāng)它作用于分子上時(shí)，促進(jìn)了分子的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，分子若此時(shí)具有一定的極性，便在微波電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生瞬時(shí)極化，并以 2 4. 5億次 / s的速度做極性變換運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生鍵的振動(dòng)、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進(jìn)分子活性部分 (極性部分 )更好地接觸和反應(yīng)，同時(shí)迅速生成大量的熱能，促使細(xì)胞破裂，使細(xì)胞液溢出來(lái)并擴(kuò)散到溶劑中。

傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式由外向里進(jìn)行，而微波萃取是通過(guò)偶極子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種方式里外同時(shí)加熱，微波熱萃取和傳統(tǒng)熱萃取相比，微波萃取具有以下特點(diǎn)：

a.       質(zhì)量高，可有效地保護(hù)食品中的功能成分；

b.       產(chǎn)量大；

c.       對(duì)萃取物具有高選擇性；

d.       省時(shí) (30 s～1 0 min)；

e.       溶劑用量少 (可較常規(guī)方法少 50 %～90 % )；

f.        低耗能。

三微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

（一）微波加熱技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1　微波加熱用于烹調(diào)食品

利用微波烹調(diào)食品有利于保持食品中的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味。無(wú)論用哪種烹調(diào)方法，只要烹調(diào)時(shí)間短而所用水量又少，則其維生素Ｃ的保存率就高。

在美國(guó)、日本的食品市場(chǎng)上微波食品的種類十分繁多。其中美國(guó)是世界上家用微波爐普及率最高的國(guó)家，其微波食品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售量極大。但以冷凍類預(yù)制食品中的冷凍蔬菜，包括多種煮熟并配有調(diào)料的混合蔬菜和冷凍調(diào)理食品的產(chǎn)量最大，發(fā)展速度最快。主要品種有蔬菜、餡餅，各種面包及點(diǎn)心用的生面團(tuán)。目前，美國(guó)有 2 0 0多家企業(yè)共生產(chǎn) 3 0 0多種在包裝上標(biāo)明“微波”標(biāo)簽的微波預(yù)制食品。產(chǎn)品涉及耐貯存的精制菜肴、預(yù)制湯類、冷藏小包裝速食小菜、蔬菜、配菜 ,各種餐后甜食、冷凍快餐、薄烤餅、炸土豆食品、脆花生等。

我國(guó)臺(tái)灣省市場(chǎng)上銷(xiāo)售的微波加熱和烹調(diào)食品也有3 0多種，包括主食類炒飯、燴飯、炒面、水餃、春卷、燒賣(mài)、饅頭、胡椒牛肉、扣肉、雞丁、牛肉湯面、海鮮煲、牛肉煲、沙拉和蔥油派等。

2　微波加熱用于焙烤食品

微波用于焙烤食品，如面包、甜面包圈的烤制時(shí)，不僅使產(chǎn)品質(zhì)量大為改善，而且可縮短生產(chǎn)時(shí)間，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。微波一方面快速殺滅面粉中α-淀粉酶活性，用該面粉烤制面包，其內(nèi)芯不粘牙；另一方面，微波加熱促進(jìn)生面團(tuán)中酵母繁殖而醒發(fā)面團(tuán)，利用醒發(fā)的面團(tuán)制成的食品結(jié)構(gòu)均勻，有咬勁。

3 微波加熱用于解凍食品

深度凍結(jié)的物料需解凍后才能進(jìn)一步加工，尤其是大塊冷凍食品原料。在傳統(tǒng)的加工方法中，冷凍食品物料的解凍過(guò)程是個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過(guò)程。微波解凍使溫度回至 0℃左右，具有解凍時(shí)間短，風(fēng)味、鮮度、營(yíng)養(yǎng)成分保持率高，無(wú)污水排放，工作環(huán)境整潔等優(yōu)點(diǎn)。適用于分割肉凍塊、魚(yú)、蛋粉凍塊的解凍以及快速熔化的巧克力、油脂等。另外，為了解決低于零度的物料水分測(cè)量難題，可將微波解凍與水分測(cè)量裝置組合用來(lái)測(cè)量低于零度的糧食等的含水率。

（二）、微波干燥技術(shù)在食品加工業(yè)中的應(yīng)用

微波干燥技術(shù)對(duì)固體飲料、糕點(diǎn)、糧食、藥材等進(jìn)行快速干燥的應(yīng)用范圍很廣，目前應(yīng)用成果層出不窮。日本采用 2450 MHz/ 16×5Kw微波干燥設(shè)備生產(chǎn)出膨化干燥蛋黃粉。美國(guó)研制出 915MHz/ 60 Kw的通心面微波干燥機(jī)。法國(guó)國(guó)際微波公司的 2 450 MHz/48Kw的微波真空干燥設(shè)備用于速溶桔粉生產(chǎn)，產(chǎn)品不僅保持了桔汁原有的色、香、味，而且由于干燥溫度低，保留的 Vc是其它方法不可能達(dá)到的。日本在進(jìn)行紫菜干燥時(shí)，以微波作為最終干燥手段，縮短了加熱周期，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。美國(guó)加州州立大學(xué)與某公司合作將微波真空干燥技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)能保持原有形狀不變的脫水葡萄，這種葡萄具有新鮮葡萄原有的風(fēng)味、色澤，而維生素 B2 和 C的含量為新葡萄的3～ 4倍。國(guó)外把微波干燥與熱風(fēng)干燥相結(jié)合對(duì)糧食進(jìn)行干燥處理，結(jié)果表明，干燥溫度大大降低，且干燥時(shí)間明顯減少，僅為熱風(fēng)干燥法的十分之一，對(duì)小麥蛋白質(zhì)量、出粉率均無(wú)影響。

國(guó)內(nèi)在微波干燥技術(shù)應(yīng)用方面的研究成果也很多。目前，國(guó)內(nèi)科研人員已經(jīng)把微波干燥技術(shù)應(yīng)用于蘑菇類、蔬菜類的干燥加工；應(yīng)用于藥材如天麻、當(dāng)歸、黨參、人參、鹿茸等的深加工；應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)保健食品如人參精、花粉、蜂王漿等制造業(yè)；應(yīng)用于肉類加工如牛肉干、雞肉絲等的干制以及其它食品的干制加工中。

目前，很多農(nóng)產(chǎn)品如茶葉、谷物、蔬菜、水果、大豆等都已成功應(yīng)用了微波干燥，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益；與此同時(shí)，農(nóng)產(chǎn)品微波干燥機(jī)理的研究也比較活躍，如谷物干燥方面，國(guó)內(nèi)外研究較多的有玉米、水稻、小麥、油菜籽和大豆等，這勢(shì)必會(huì)促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品微波干燥的發(fā)展。

（三）微波殺菌工藝在食品加工業(yè)中的應(yīng)用

由于食品防腐劑的使用要求相當(dāng)嚴(yán)格，在食品中不添加防腐劑就可大大延長(zhǎng)保鮮期的微波殺菌技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。瑞典、德國(guó)、丹麥和意大利等國(guó)使用微波對(duì)切片面包殺菌、防霉、保鮮，已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)程度，我國(guó)的一些食品生產(chǎn)企業(yè)也開(kāi)始將微波殺菌技術(shù)應(yīng)用到部分食品的加工、運(yùn)輸、貯藏及銷(xiāo)售中。

微波殺菌可以在食品包裝前進(jìn)行也可以在包裝后進(jìn)行。采用包裝后對(duì)食品進(jìn)行微波殺菌時(shí)，由于食品接受微波能后升溫并產(chǎn)生蒸汽，壓力過(guò)高時(shí)會(huì)脹破包裝容器（袋），因此，包裝后的食品微波能殺菌過(guò)程應(yīng)在加壓下進(jìn)行，或?qū)b好的食品置于加壓的玻璃容器內(nèi)進(jìn)行微波殺菌處理。

許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微波能殺菌在食品上的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。研究的微波殺菌食品主要有：肉及肉制品、禽制品、水產(chǎn)品、水果和蔬菜、罐頭、乳及乳制品、農(nóng)作物、布丁、面包、月餅、糕點(diǎn)、豆制品、調(diào)味品、春卷等。