微波的生熱與安全性

微波的生熱與安全性

微波本身并不生熱，它只是在被物體吸收后才會發熱。眾所周知，物質的基本化學組成是原子和分子，多數分子是電中性的，它們可被電離后帶電極化。極化的分子（極化分子）形成正、負兩極，在電場中會產生定向排列，如金屬在磁鐵上一樣。我們知道，水分子是極性分子，即水分子中的正負電荷重心不重合。在通常情況下，由于分子熱運動的結果，其分子排列是雜亂無章的，故整體不會成為極性狀態。在微波外電場的作用下，極性分子將成有序地排列。當外電場方向反復變動時，極性分子也相應隨之反復轉換，頻繁地擺動，在擺動過程中，造成分子間類似摩擦作用而產生熱。水是食品中最易被極化的分子，它很容易形成正負兩極；其他電解質如食鹽或細胞介質等，因有帶不同電荷的離子存在，也很容易形成離子化電導體。交流電場的方向因頻率的不同而呈不同速度的改變，頻率越高，則電場方向的交替變化速度越快，從而導致電場中的分子以不同的速度改變方向而產生擺振。

微波是高頻的電磁波，微波場中的極性分子處于高速擺振狀態，如在2450兆赫的微波下，食品中的水分子以每秒24.5億次的速度隨微波場的變化而來回運動，分子運動的結果造成分子間的碰撞和摩擦劇烈，從而產生大量的熱量。

微波加工的特點：

1、微波設備加工食品方便、衛生、快捷，保鮮程度高，營養損失少。

2、可用微波設備加工的食品種類多。

3、能夠得到常規設備加工所不能得到的感官質量。

4、在工業應用上，大規模的集約化生產方式為消費者提供了只需稍加烹調即可食用的預制食品和冷凍食品。

5、微波加工設備的應用越來越廣泛。

微波加熱與其他加熱方式的區別：

傳統加熱方式中，熱的傳遞有傳導、對流和輻射三種形式。

傳導，即熱量由金屬或其他固體藉傳導作用經與之相接觸的表面而傳向被加熱冷物體。

對流，即熱量由流體藉對流作用經與之相接觸的表面而傳向冷物體。

輻射，即將能量以輻射的形式傳遞到達物體表面，其本質與光相似，能量要穿過空間到達物體表面并被吸收后轉化成熟。產生熱輻射必須要有很高溫度的熱源存在。

在傳統加熱方式中，被加熱的物體必須處于某一熱的環境溫度之下，且加熱時間一般較長。微波對食品的加熱與傳統的加熱不同，它不需要預先創造食品所處的熱環境而直接作用，而且被微波加熱的食品內也不存在大的溫度梯度，加熱時間比傳統方法短得多。

微波加熱的優缺點：

優點：微波加工設備不需要經過預熱就能立即發揮作用，一旦合上開關，微波加熱馬上就開始，加熱速度快。短時間的加熱能夠保證食品有較好的口感且能保留較多的營養素，不會使被加工的食物像傳統加工那樣產生過熱，這對新鮮蔬菜和含有不耐熱營養素食品的加工極為有利。

缺點：由于被加工食品的表面溫度很低，不足以在表面產生褐變反應，不能在食品表面產生人們的希望的發色；微波加熱所需要的時間極短，1~2分鐘的時間誤差就可能導致意想不到的后果，使食品加工過度。

微波對物料發生的作用：

微波除了被物料吸收生熱外，還具有穿透和反射作用。一些材料微波可以穿透而不會被材料吸收生熱，如玻璃、陶瓷等。這些材料可以制成微波食品加熱容器。有一些材料可以反射微波，如微波爐腔壁的金屬反射微波，使其聚焦于食品上。在應用中還要注意，微波的穿透是從物料的外部向內部推進的，并且穿透和吸收是同時逐漸進行的。當被加熱物料尺寸較小，微波爐中材料所受微波的作用來自各個方向，物料中心部位的累積熱量更多，從而導致食品內部的溫度高于外部。另外還要注意，食物周圍的空氣由于不受微波作用生熱，食品表面的蒸發使得表面溫度降低，食品的表面溫度較低，容易產生微波加熱由內外的錯誤概念。

微波的安全性：

1971年10月，首次在美國制訂出微波泄漏的標準，泄漏的允許值定為微波爐門前5厘米處，出廠前1毫瓦/平方厘米，使用時5毫瓦/平方厘米。微波所造成的危害僅僅是發熱，而且只有長時間暴露在功率密度超過100毫瓦/平方厘米時才會出現此現象。在使用微波透過療法中，使用的功率超過100毫瓦/平方厘米，而設備距離眼睛只有7.5厘米。

此外，微波遵循倒數平方的規律，即微波輻射泄漏的損失與離開微波源距離的平方成正比。例如，一個微波爐距離門5厘米處的泄露量為100毫瓦/平方厘米，那么，在距離0.5處只1毫瓦/平方厘米。

為了防止微波在爐門口處泄露，門上都裝有防護金屬網，而且爐門一般采用雙鎖裝置，以防止一只鎖損壞時，仍然有另一只鎖可以使用，因此，使用者對微波產生恐懼心理是多余的。

微波加工設備的性能與加熱效果：

食品的微波加工決定于食品和微波裝置兩部分。微波加工設備技術性能的優劣直接影響到食品的加工效果，而且微波加工設備的影響是第一位的，因為它是微波處理過程中的硬件，設計不合理的微波加工設備不可能產生好的微波能利用效果。微波加工設備主要的技術參數有：功率大小、電場的分布、轉盤及其制作材料、微波導入系統、爐腔的體積和材料、磁控管的壽命和工作條件以及磁控管的冷熱啟動情況等等。

1、功率

功率是衡量微波加工設備的微波發射能量大小的量度，在時間相同的情況下，功率大意味著加熱速度更快。在加工食品時應注意選擇合適的功率，雖然高溫短時對保存食品的營養成分是最有利的，但并不是所有食品的加工都需要快的加熱速度 。

2、電場的分布

微波加工設備中電場的分布的均勻性差異很大，即便是同一批生產的加工設備，也會存在電場分布的不同。要得到最佳的加熱效果，可采用一定的方法測量出其熱敏感區域，被加工的食品應放在熱敏區域或相應的位置直進行加工。

3、轉盤及所用材料

為了使食品加熱均勻，在微波加工設備中都使用轉盤，轉盤的材料一般應符合以下幾個條件：微波透射性能好；傳熱性好；耐冷熱沖擊性能好；符合食品衛生法所規定的要求。由于金屬表面的場強低，使金屬表面的食品受熱很差，所以轉盤的材料幾乎不用金屬。一般選用對微波透明的塑料或玻璃，最普遍使用的是玻璃制品。

4、波導入裝置

在微波加工設備中，磁控管產生微波能后，經波導引入爐腔。波導是金屬管，通常開在爐腔的頂部。能量通過攔截和反射，經所謂的“波型攪拌器”旋轉裝置導入爐腔，在沒有波型攪拌器的微波加工設備中，電場的頒布是極不均勻的。有些微波加工設備爐壁相對的兩側都有微波能引入口，些微波加工設備則從頂部和底部引入微波能。不同形式的微波加工設備各有自身特有的電場分布。

5、爐腔體積和材料

微波加工設備的體積大小不等，小的約0.4立方米，大的則有幾立方米。通常，大爐腔與小爐腔相比，微波加工設備中電場的分布更均勻，原因是尺寸大的容納的微波節數較多。微波加工設備的制造材料可以是不銹鋼，或是涂丙烯的冷軋鋼或鋁，這些材料的導電性有很大的差別。導熱性越好的材料，對裝載物的加熱能力越強。

6、電源

電源的輸出功率與電壓有關，變化范圍較大，其中，可調電壓的電源是最理想的。常用的電壓有220伏、50赫和380伏、50赫兩種。

7、爐底材料

爐底的作用是支撐盛物盤，使其離開爐底金屬板一段較小距離，從而使微波得以反射至所盛食品中去。通常微波可以透過這些材料，以減少對微波的吸收。所用材料一般是玻璃制品、低微波吸收的陶瓷或者稀有金屬等。

8、時基

時基的作用是提供微波脈沖時間間隔的長短，脈沖間的時間變化范圍在數秒至30秒以上，因而50%的微波可能在1秒鐘開放而在另1秒鐘關閉；或在30秒鐘開放，30秒鐘關閉。長的時基即微波脈沖時間間隔很大的時基，它除了在使用滿功率以外是不實用的。

9、磁控管

磁控管是一種特殊形式的真空二極管，通常有一個高導電率無氧銅制成的陽極，腔體中間是一個發射電子的陰極，陰極上有許多小腔是產生高頻振蕩的諧振回路，陰極及陽極中間為電子作用的空腔，在這一空腔內加有均勻的、與陰極軸線相平行的磁場。它是微波加工設備的心臟，微波正是從這里產生的。微波能量的輸出一般有三種形式：同軸輸出型、波導輸出型、無線輻射型。一般情況下，磁控管的壽命很長，但如果長期使用不當，則磁控管很容易愛到損害。

10、冷熱啟動

微波加工設備使用幾分鐘捕撈功率輸出可能會穩定在五個低于冷啟動時的水平上。因為影響微波加熱性能的因素很多，所以在開發微波食品時，產品的測試應盡可能多的使用不同類型的微波加工設備。要想得到好的使用效果，除了需按照廠家提供的設備操作指南上的說明進行操作外，還應進行適當的調整。

食品的性質與加熱效果：

影響微波加熱效果的因素很多，如食品材料的幾何性質（形狀、大小）、屏蔽、遮掩、位置關系、表面積對體積比（比表面）、密度、比熱容、熱導率，物料的溫度、水分含量、鹽含量等。

1、幾何性質

無論是傳統的加熱還是微波加熱，體積小的物料比體積大的物料容易被加熱，如果體積大小一致，則物料就可以在相同的時間內被加熱好；如果大小不一致，就要在加熱前把小的先篩選出來，再進行分別加熱，否則會出現體積小的物料已加熱過度，而體積大的物料仍可能未熱透。由于微波加熱的速度較快，利用微波加熱時，更應該注意被加工物料的體積大小。

食品的形狀也是影響微波加熱的關鍵因素之一，形狀越規則，受熱越均勻。最有利于微波聚焦的理想形狀是球形。微波的穿透能力是有限的，隨著物料直徑的加大，微波要達到中心距離就會增大，中心部位就可能得不到微波能，而只能通過由外部向內部的傳導來加熱。除球形外，被加工物體的理想形狀還有柱形。

在微波加熱過程中，方形是不可取的，易使其他部位還未處理好之前，方角上的物料早已過熟。一般情況下，為了減少其邊角部分的受熱程度，可以采用鋁箔屏蔽的辦法得到滿意的結果。當轉角不可避免時，應使轉角的曲率半徑盡可能增大。同樣，垂直的轉角應變成有一定的坡度，這也是必要的，過分陡的部位很容易發生失水現象。

2、屏蔽

一般情況下，被加工的物料的形狀是不規則的，這在利用微波加工時就要采用屏蔽。屏蔽是指在食品的特定部位采用金屬反射微波能，借以降低此部位的加熱速率。鋁是屏蔽最常用的金屬，主要是因為它容易獲得，而且容易包裹在要屏蔽的部位。如用微波爐烤魚、雞腿、雞翅、香腸等食品時，最好是將尖端或細端等容易受熱的部位用鋁箔包裹起來。當加熱時間達到總時間的1/3左右時，要解除鋁箔，否則被包裹的部位可能得不到必要的加熱。

3、遮掩

遮掩是指相鄰兩個物料連接處存在屏蔽作用，遮掩是相互的。例如，兩塊肉放在烤盤中，相接的部位會因遮掩而得不到充分的加熱。同樣，當將數個馬鈴薯一起放在烤爐中時，相鄰部位的溫度會比暴露部位的溫度低得多。因此，最佳烹調和最佳加熱效果只是在食品材料分開放置（不相接）的情況下才能得到。

4、位置關系

不同種類食品的加熱性能不同，其加熱的速度也不同。不同種類的食品同時加工時，由于它們加熱性能不同，如果位置不對，就會使加熱速度慢的食品受熱的不夠，而加熱速度快的食品受熱過度。在加工時應將加熱速度快的物料放在中間，加熱慢的物料放在邊上。

5、比表面

用微波加熱時，物料的比表面越大，則加熱的速度越快。顆粒狀原料，具有很大的比表面，加熱的速度比一般物料快。

6、密度

通常情況下，密度和水分之間有一明顯的關系，密度小的物料含水量小，密度大的物料含水量大。含水量大的物料加熱所需要的熱量大于含水量小的物料，熱傳導與密度有一定的關系。但對含水量較小、密度較小的物料來說，熱傳導的作用不太明顯，而密度大的物料受熱傳導的影響則較大。

7、比熱容

物料的比熱容是單位質量物料溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量。物料的比熱容與其水分含量有密切關系，含水量較高，比熱容一般較大。此外，有些物料的介電損耗因素相當低，但由于其比熱容小，在微波場中仍能被很好地加熱。

8、微波熱效率

很多情況下都是在一定的時間內只對很少量的食品進行處理，因此，討論加熱的效率是必須的。輸出功率的測定，一般采用對已知數量的冷水進行加熱，測出水溫的變化的方法。

相同情況下，含水量高的物料比含水量低的物料加熱時間表相應長些。若負載減小則效率下降，如使加熱時間延長，出可以達到理想溫度。

9、熱傳導

熱傳導是溫差一定時某種材料傳遞熱的能力。由于穿透深度的關系，大塊物料的中心往往加熱不足，這就要靠熱傳導加以彌補。熱傳導受溫差控制，即使是以熱穿透為主的微波加工，微波加工時間較長時，熱傳導的作用就更加重要。如果沒有熱的傳導，那么在微波加熱的食品上將出現溫度差，就會減緩微波加熱的速率。

熱傳導在冷凍食品的解凍和加熱方面也起著重要作用。微波能量可以使整個冷凍食品很快地上升到一定溫度（冰點）。這一溫度是比熱容開始迅速增加的臨界點，這樣外層迅速完全融化而削弱了微波進一步的深度的加熱。實現微波解凍只需使用較小的加熱功率。