微波能与食品工业

   随着时代的发展和科技的进步，食品加工技术也从远古时代的火到现在的电热、红外以及当今的微波技术。经历了一次次的技术创新和技术革命，都给人类带来了巨大的利益，微波能技术的出现也充分证明了这一点。今天微波炉已走进千家万户，微波技术在食品工业中的应用也蓬勃发展。因为微波技术给人们提供了一种比电热、红外更为先进的加工技术。传统的加热方式基本上是由热源通过传导、对流、辐射的原理对被加热物进行加热。这种加热是由表及里逐步进入，导热性能差的物质加热速度就更加缓慢，而微波加热是一种介质的整体加热，里外一致。所以具有快速、节能、加热均匀、安全卫生、保持食品的色泽风味和营养成份。已越来越受人们的关注和欢迎。

   本文将介绍微波加热技术在食品工业中的应用及如何将此技术更好地应用于我国的食品工业，以改变我国食品加工技术的落后面貌以取得更大的经济和社会效益。

   在微波加热炉里，我们找不到任何利用传导、辐射、对流的热源，那食物是如何被加热的呢？原来微波炉是利用食物中分子的相互摩擦来产生热量，而加热食物。

    微波是一种电磁波，它的波长很短，频率很高，一般在300～300000MHz，是以每秒3亿或30亿次速度变化的交变电磁场，食物中原无序排列的极性分子，如：水分子也就随之以同样的速度作反复转向，结果极性分子的这种转向摆动受到分子热运动和分子间作用力的干扰和阻碍产生类摩擦运动而发热，能在极短的时间内产生大量的热，使食品得到加热，煮熟或干燥等工艺目标。

    微波加热与传统加热方式完全不同，它是从四面八方穿透食物深度可达2～4cm。食物内外同时加热，既不需要传热介质，也不必利用对流。对周围空气不加热，热能损耗小、热效率高、温升迅速。

    在食品制作和成品存放中，通常采用高温干燥、烫、巴氏灭菌，冷冻以及电离辐射等常规技术来实现对食品的杀虫灭菌与保鲜。但这些设备大都庞大，处理时间长，灭菌不彻底或不易实现自动化生产。同时往往影响食品的原有风味和营养成分。而微波杀虫灭菌是使食品中的虫菌等微生物，同时受到微波热效应与非热效应的共同作用，使其体内蛋白质和生理活动发生变异，而导致微生物体生长发育延缓和死亡，达到食品杀虫、杀菌、保鲜的目的。

    众所周知，细菌、成虫与任何生物细胞一样是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等复杂化合物构成的一种凝聚态介质。其中水是生物细胞的主要成分，含量在75～85%，因为细菌的各种生理活动都必须有水参与才能进行，而细菌的生长繁殖过程，对各种营养的吸收是通过细胞膜质的扩散、渗透吸附作用来完成的。

    在一定强度微波场的作用下，食品中的虫类和菌体也会因分子极化驰豫同时吸收微波能升温。由于它们是凝聚态介质，分子间强作用力加剧了微波能向热能的能态转化。从而使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两个方面的作用，使其空间结构变化或破坏而使其蛋白质变性。蛋白质变性后，其溶解度、粘度、膨胀性、渗透性、稳定性都会发生明显变化，而失去生物活性。这就是微波热效应杀虫灭菌的机理。

    另一方面，微波能的非热效应在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用。细菌在其生命化学过程中，都会因化合分解而出现大量的“半自由”电子、离子和其它带电粒子、在微波作用下改变了他们的生物性排列组合状态及其运动规律。而且场力所感应的离子流会影响细胞膜附近的电荷分布，从而使膜的屏障作用受到损伤，影响Na-K泵的功能，导致膜力能障碍，使细胞正常新陈代谢功能受到干扰或破坏，导致细菌生长抑制、停止或死亡。再就是细胞中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）是生命的决定性化合物，二者是由若干氢键和碱基对连在一起的卷曲形大分子，具有稳定的特殊结构，这种稳定性决定生物的稳定遗传和繁殖。但在一定微波场力作用下容易导致氢键的松驰、断裂或重组。可以诱发基因突变或染色体畸变，甚至打乱重组，从而生命过程受到改变，延缓或中断细胞的稳定遗传增殖。

    正是由于上述微波能的热作用或非热生化作用，干扰了虫体和细菌正常的代谢功能，破坏了其生成条件和延缓遗传繁殖速度而达到杀虫灭菌的目的。

    利用微波来诱导和促进化学反应的研究已做了大量工作，并已在某些工业和科学研究中得到应用。在食品工业中应用最成功，最有特色的就是利用微波处理促进酒类的快速陈化老熟。其基本原理就是酒中的水、醇、醛等均是极性分子。它们在微波场的作用下，产生取向极化摆动。而且一些分子吸收微波能后发生能态改变，酒中产生大量自由基，由于自由基活性很强，促进各种物理化学变化迅速进行，引起总酯、总酸的增加。同时，因微波作用破坏了酒中各种原有缔合分子群，将部分酒精、水、醇等分子群切成单个分子，然后使活度较大的酒精分子和水分子间缔合成大的分子缔合群，使酒精分子受到束缚，活度下降，从而实现快速老熟，使酒变得柔和绵软、暴辣味减少。

3 微波加热的优点

3.1省时

    微波由此及彼是从四面八方穿透食物，使食物极性分子受作用而产生热量，所以，加热速度极快。只需传统加热方法的四分之一左右的时间。

3.2节能

    由于微波对食物直接进行加热，无其它热耗损，故热效率高。大大节约能源。

3.3均匀

    由于内外同时加热无外焦内生现象。

3.4卫生

    微波加热时没有烟雾、粉尘，既不污染食品，也不污染环境，特别是有低温杀菌和防霉作用。由于加热时间短，能最大限度保存食品中的维生素，保持原有的色泽和水分。

3.5方便

    许多烹饪器皿，如玻璃、陶瓷塑料制品都可以用作容器，有些食品可连包装袋一起加热，非常方便。

3.6可控

    微波可即开即停，开始食品加热，一旦中止，发热也立即中止，无余热、无惯性、控制方便，易于自动化。

   在食品工业中，应用微波能是六十年代开始的。美国几家公司分别研制成功了曲折波导加热器，以后又发展了微波与热空气呈饱和蒸汽相结合的设备。而采用微波技术最多应属“回温”解冻、干燥膨化及烹调。

   “回温”是指将冷冻食品的温度从深度冻结状态上升至低于零度某一数值。一般为-5℃左右，此时食品可切片、分割。解冻则必须将温度升至常温或高于0℃，使食品脱离冰冻状态。使用微波技术比常规方法具有许多突出优点。例如：加工时间大大缩短，容易控制、产品质量好、色泽和鲜度都能保持、营养成分及水分损失少，含菌量低，高效低成本、耗能少、占地面积小、劳动条件及环境得到改善。一台915MHz 25KW的微波设备，每小时可处理一吨冻肉。美国研制了915MHz 60KW的通心面干燥机，该机，先用70～80℃的热空气将面的水分降至18%，然后采用微波加热。该机比原设备节能25%，加工时间从8小时缩短至1.5小时，每小时加工通心面400磅。产品含菌量为原来的1/15，产品色泽、口味、口感比传统方法好。目前已有几十套设备在使用，该机还可以干燥薯片、洋葱等。

法国国际微波公司研制了微波真空干燥速溶桔粉的装置。它先将含有63%固形物的桔浆抽吸并涂布在宽1.2m的传送带上，堆高3～7mm，在80～100乇的真空条件下输入微波能量，加热40min ，可膨化到厚度80～100mm制成含水20%的速溶桔粉，年产达220吨。产品不仅保持了桔汁原有的色香味，而且所保留的Vc是喷雾干燥不可能达到的。

日本报导了一种微波膨化干燥蛋黄粉的实例，其方法是先将蛋黄浆料涂布在传送带上，先用远红外线予热至80℃，然后用微波加热膨化至3～5cm厚，再急剧冷却到40℃，切碎后继续用常规方法干燥制造蛋黄粉，微波总功率为90KW，日产1吨成品。

瑞典采用2450MHz 30KW的微波设备生产肉馅饼。由自动机械生产的肉馅饼，经微波完成烹制过程，最后用电热丝烘烤使表面褐化，产品质量明显提高，每块馅饼的处理时间为2min，每小时加工16000只。

应用常规方法生产灌肠，时间约为90min而采用微波加热，可使用连续加工模具，从灌装、定型、脱模总共不到2分钟，将这种无皮灌肠再送去熏制或加工成袋装食品。这种加工方法省去肠衣，提高了产量，减少劳动力和降低成本。

我国食品工业应用微波能技术是从70年代开始，用于奶糕的生产，之后有一些厂用于乳儿糕、婴儿营养粉的生产取得了明显效果。

下面为我所生产的微波设备应用于食品加工的典型实例：

微波用于干果的焙炒，实现瓜子焙炒、喷香自动化生产，用微波焙炒的瓜子，膨化均匀，无焦痕、香味浓郁、酥脆、清洁卫生，比采用远红外焙炒节能50%。

微波用于豆腐皮的干燥杀菌，也取得了明显的效果，豆腐皮经挤压后再进入微波设备干燥焙烤后直接包装，全过程只需3～5min，10KW微波遂道式焙烤机每小时可生产豆腐皮75Kg，产品质量好、复水性强、延长保质期。

采用2450MZH 10KW微波设备烘烤鱼片干，比原红外烤炉节能60%以上，并且杀菌效果明显。

以上是国内外应用微波技术对食品进行加热、烹制、干燥杀菌、膨化的实例，这是微波在食品工业中应用的一个重要部分。

专家们认为微波烹制、膨化干燥也是值得大力开发和推广的应用领域。

例如：谷类、豆类、薯类、淀粉加水后加热，进行膨化处理和其他佐料混合成型，予先进行干燥后和经过加热到适当温度的传热介质混合搅拌同时进行微波加热，可使之发泡膨胀、快速干燥，就能制成可长期保存的方便食品或点心。

对年糕片、烤年糕等食品，同样进行微波膨化加工，可大大缩短制作时间。切面、麦面、挂面、凉面、粉条、通心面等制作过程中添加鱼肉、兽肉等动物性蛋白质、大豆、小麦等植物性蛋白质、膨化剂、发泡剂及其它佐料揉合成型后再用微波加热、膨化干燥就制成快速面。

在鱼贝类、禽兽类的蛋白原料中加入淀粉、佐料、滋补性物质成型后也可使用微波进行发泡干燥，制成复水性良好的方便食品。

为了防止食品变质、以便长期保存，人们来用各种方法杀菌防霉，但都存在这样或那样的困难和问题，采用微波杀菌防霉是一种较为理想的方法。在过去的20年内，对食品特别是塑料袋袋装食品的微波杀菌处理进行了大量研究，与常规方法相比，可使食品保持更好的口味、颜色营养成分，在应用于液体饮料处理上也具有非常大的潜力。

    瑞典制成2450MHz 80KW的微波面包杀菌防霉机，用于每小时加工生产4400磅面包的生产线上，经过微波处理的面包片保存期由原来3～4天，延长至30～60天。

意大利研制一种生产面条杀菌防霉机，工作温度为85℃，保温     分钟，每小时可处理500Kg，其口感味道均好。

    利用微波对小包装熟食品、旅游食品、糕点、果脯等进行加热，灭菌消毒处理，这类食品大都要食用携带方便、安全卫生。具有一定的保质期。为此，许多生产厂都采用添加防腐剂等，以延长保质期。而采用微波处理后即可不用防腐剂，这给厂家、商家、消费者都带来了利益。

   工业微波设备在快餐业中也具有关个广阔的应用前景，随着人们生活和工作节奏的加快，快餐深受人们的欢迎。特别是专业化、工厂化生产的快餐如何确保卫生质量，是一至关重要的问题，而采用大功率微波设备可将封装好的盒饭进行加热、杀菌消毒处理，可做到快捷、卫生、安全可靠，大大延长保质期，为工厂化生产提供了有利的条件，也保障了消费者的利益。经微波处理的饭菜色泽、营养成分和原有风味都可得到有效的保持。

   利用微波促进或中止发酵、加速酒类陈化、诱导促进化学反应，合成萃取有效物质等都是在食品工业中极其广阔的开发和应用前景。

   总之，微波在食品工业中应用，其领域极为广阔，门类繁多，它是一多学科交叉的综合技术，随着我国经济的不断发展，以及经济的全球化、市场化的大趋势日益临近，我国的食品深加工也将成为经济增长的一个重要方面，对于新技术的需要也将日益迫切，而微波技术作为食品加工业中的一新技术行将日益得到人们的重视。努力开拓为一新技术在食品加工业中的应用，已刻不容缓。需要电子科技工作者及食品科技工作者以及其它一些工程技术人员的共同合作，努力拼搏，去开拓这一新领域，为电子技术的振兴和食品工业的发展作出贡献。

YHW-1型微波热风干燥机

主要技术指标

a、微波功率：10KW；

b、微波频率：2450±50MHZ

c、额定输入视在功率：15KVA；

d、热风温度：110℃；

e、传送带速度：0.5～5M/min；（无级变）

f、传送带宽度：1460mm；

g、外形尺寸：6100×1760×2400mm（长×宽×高）。

    该机为我所近年来开发的新产品，为国内首创，组合式微波干燥之先河，该机用于干燥各种食品、药品、营养保健品及农副产品等各种干燥、杀菌场合。主要特点是利用微波及热空气各自的优点，具有效率高、节能、可以利用许多工业废气及余热，具有低的设备投资成本及高的性能价格比，本机出口东南亚用于方便米饭的干燥，比原来传统的热风干燥提高工效近2倍，且生产的产品质量高、口味好，深受消费者的欢迎。

YHL-1型工业微波炉

主要技术指标；

a、微波功率：9KW；

b、微波频率：2450±50MHz；

c、电源电压：交流三相380V  50Hz；

d、处理量：250Kg/小时。

   该机是目前国内大型微波炉，一次处理量最大的炉子，物料可多层放置。采用不锈钢转盘，经久耐用，并有动态测温及计算机控制。本机解决了微波解冻中温度不均匀，特别是体积较大的冷冻物，以及一次性装料量小等技术难点。该机具有解冻温度均匀，快速高效，对于大体积的冷冻物料能保证里外温度一致，高效快速。最大限度保持了物料原有风味品质。特别为食品行业提供了一个先进的技术和设备。

YBD系列微波真空干燥设备

主要技术指标

a、工作频率：2450±50MHz；

b、额定输出微波功率：2KW、5KW、10KW；

c、额定输入视在功率：3.5KVA、8KVA、17KVA；

d、真空度； 2.7～27KPa；

e、真空室尺寸：Φ60×1100mm；

f、微波泄漏：符合国家标准。

某些较为贵重又对温度十分敏感的农副土特产品、营养食品以及贵重药材若采用常规蒸汽或电热干燥，会使一些对温度敏感的成分和营养物质氧化分解，破坏变质。微波真空干燥设备，就真空技术与微波加热技术相结合，来实现低温干燥，它是把工作室的气压降到大气压以下，从而使水的沸点低于100℃，同时采用微波能来向物料提供所需的温升和汽化热。该设备分0～2KW、0～5KW、0～10KW，工作频率为245MHz，真空度为2.7～27KPa（约20～200乇）。除具有低温干燥不破坏食品的营养成分和药材的药性成分保持其原有风味外，还具有杀菌保鲜作用。它广泛用于：

a、农副土特产品：果汁、饮料、香菇、蒜片、洋葱、对虾的浓缩与干燥；

b、营养食品：花粉、蜂皇浆、人参精的浓缩与干燥；

c、贵重材：人参、鹿茸、冬虫夏草的深度加工。

YHW10SP-1型微波糕点烘烤机

主要技术指标

a、工频率：245MHz；

b、额定输出微波功率：10KW；

c、额定输入视在功率：<17KVA；

d、传送带速度：0.5～6m/min;

e、微波泄漏：符合国家标准。

f、外形尺寸：1000×1000×2000mm（长×宽×高）。

   该机系2450MHZ 10KW平板烘烤机主要用于烘烤各种糕点如：乳儿糕、蛋糕等。南通脆饼是江苏地方食品，自使用该机后，不仅提高产品质量，延长了货架期，改善了劳动条件，而且取得了明显的济效益。与原远红外相比，按日产27000只（945Kg）计算，原工艺用电567度，而微波工艺用电252度，节药耗能费6.6万元。

YHW10SP-2型豆制品杀菌保鲜机

主要技术指标

a、工作频率：2450MHZ；

b、额定输出微波功率：10KW；

c、额定输入视在功率：<17KVA；

d、传送带速度：0.7～5m/min；

e、生产能力：75kg/h;

f、微波泄漏：符合国家标准；

7、外形尺寸：8000×900×1900mm（长×宽×高）。

   由于豆制品是营养丰富的植物蛋白食品，随着人们需求量日益增加，已开发出许多品种，其中各种豆腐皮、豆腐干等在生产过程中需要烘干、脱水。但传统工艺，不但烘烤时间长，而且卫生难以保证，豆制品本身是各种微生物的良好培养基，所以，在常温条件下细菌繁殖很快，极易变质，失去食用价值，因而难以分散销售，满足人们的需要。该机用于豆制品的杀菌保鲜避免了上述缺点。例如：南京雨润食品有限公司麻辣金丝，五香豆腐干等，全部杀菌过程只需2～3min，其生产率可达７５Ｋg／h，大大延长发保存期。而且实现了自动化流水线生产，深受使用者欢迎。该产品获国家优秀新产品奖。

YHW10S-3型鱼片烘干机

主要技术指标：

a、工作频率：2450MHZ；

b、额定输出微波功率：10KW；

c、额定输入视在功率：<17KVA；

d、传送带速度：0.7～７m/min；

e、生产能力：750kg/天;

f、微波泄漏：符合国家标准；

g、外形尺寸：8900×1920×1600mm（长×宽×高）。

   近年来鱼干片（包括生、熟片）市场需求量大，部分产品还远销国外。长期以来，如舟山等渔业公司所生产的鱼片都因不能解决消毒杀菌而大量产品发生霉变现象。虽然曾从加工、卫生管理角度来严格控制，但是仍不能避免霉变现象。故各厂家均在寻求杀菌有效用段。而微波鱼干片烘干机，不仅具有加热、干燥功能，而且因微波热效应与非热效应的共同作用，对杀霉灭菌具有明显效果。该设备同时适合生片烘干和熟片烘烤，并具有快速节能使用方便之特点。例如：福建福州渔业公司熟片烘烤原采用远红外设备，2×20KW烘熟需要６min，现采用微波烘干机，只需要用电17KW，节能50%以上。

YHW系数列白酒老熟机

主要技术指标：

a、工作频率：2450MHz；

b、额定输出微波功率：10KW；

c、额定输入视在功率：<15KVA；

d、生产能力：350l/h;

e、微波泄漏：符合国家标准；

f、外形尺寸：830×961×2203mm（长×宽×高）。

YHW20l-1型

主要技术指标：

a、工作频率：915MHz；

b、额定输出微波功率：20KW；

c、额定输入视在功率：<30KVA；

d、生产能力：700l/h;

e、微波泄漏：符合国家标准；

f、外形尺寸：960×1000×2300mm（长×宽×高）。

   白酒已在部分人们的生活中成了一种不可缺少的饮料，它既能活血、活气，又能开胃助兴。制造出来的新酒都必须经过长期的贮存陈化，使之发生相应的理化反应，使酒精分子与水分子间形成大的分子缔合群，于是酒精分子受到束缚，活度下降，达到消除暴辣味，使之绵软醇和。这就占用了大量厂房、容器，在很大程度上限制了资金周转，影响了经济效益。采用微波白酒老熟机YHW系列，利用微波与酒中的各种成分的特殊作用，经过1～2min的处理，即可达到自然存放3～6个月的效果，并保持产品的原有风格与特色，每台设备生产能力，可达500kg/h，耗电量17～20KW.采用微波老熟新酒还具有节省贮酒容器、节省厂房、减少自然贮存中的挥发损耗，加速资金周转等优点。以年产量1千吨的中小型酒厂概算，每年要节省资金10万元。

YHWL系列微波烘茶机

主要技术指标：

a、工作频率：915MHZ；

b、额定输出微波功率：20～60KW；

c、额定输入视在功率：30～90KVA；

d、生产能力：300～1000kg/h。

在茶叶生产过程中，必须对鲜茶进行烘干。但是常规工艺采用燃煤烘干。不仅工艺落后，生产率低、生产周期长、劳动条件差，而且难以杀虫、灭霉，采用微波对鲜茶杀青、毛坯烘干、花茶制作的的窨花工序具有如下行点：

a、提高产品质量，条索易于收紧、吸收花香味能力增长，使茶叶的色香味都有提高（见表1、表2）。

b、灭菌能力强，可消除茶叶中的霉，延长贮存期，减少霉变（见表3）。

c、改善劳动条件，减轻劳动强度。

d、干燥时间短生产率高。

e、易于实现自动化生产。

表2  主要成分对比

   微波能技术在食品工业中的应用，是微波技术与食品加工技术相结合的最新成就，其原理、概念都与常规加热、杀菌等技术有着本质区别。由于它具有操作方便、有节能、省电、快速、均匀、易实现自动化生产等一些优点，所以在整个食品工业中犹如异军突起，发展极为迅速，使用日趋广泛。我们坚信，只要从事微波技术与食品工业技术的科技人员紧密合作发挥各自的技术优势，定能为我国的食品工业创造辉煌的业绩。