微波滅菌的影響因素

微波滅菌的影響因素

    微波滅菌的影響因素主要有兩方面：一是微波輸出功率、頻率及波長；二是滅菌對象性質的影響。微波輸出功率越大，作用于介質的電場越強，分子運動越激烈。微波照射物品的時間雖然短，但物品升溫的速度快，因而殺菌效果強。微波殺菌慮根據食品介質的性質來確定殺菌時間、溫度、功率等工藝參數。輸出功率高，時間短，對食品的色、香、味及組織狀態影響小，所以微波殺菌宜采用高溫短時。關于溫度對于微波滅菌的影響，國內外有很多報道，但物料升溫規律及與殺菌效果的關系的研究還不透徹，仍在進一步深入。

    各種不同的物質對微波的吸收能力也各有不同，對微波吸收的多少影響滅菌效果。一般根據物質的性質，分為三類：①微波在物質傳播時會明顯地被吸收而產生熱的介質稱為吸收介質。水、肉類和含水分高的物質，均是強吸收介質。②很少被吸收的介質，稱為微波的良介質。絕緣體類，例如：玻璃、石英、陶器、聚四氟乙烯等塑料制品，微波大部分能透過，小部分反射，吸收很少。適于用作物質消毒時的包裝。③良導體一類，不吸收微波。如鋼、黃銅、鐵、銀等金屬能引起發射。物品的介電性質與其各組成成分的狀態及相互作用有關。其中最重要的是物質的水分含量和狀態。水分子是極性分子，水分含量越大，介電損耗因子越大，吸收微波愈強，殺菌效果愈好。水分存在的狀態也對介電性質有較大影響，水結成冰，其介電常數會發生很大變化。另外，物料的密度也會影響介質的損失值。物質成分復雜，介電常數的變化微妙，介電性質不易得知，不能簡單的推算，需要大量的實驗證明。Zhang等研究了微波處理肉時脂肪、水和鹽對介電性質的影響和處理過程的溫度變化情況，結果表明鹽對介電性質影響較大，脂肪對介電性質的影響小于鹽，由于物質本身的含水量大而未觀察到附加水對介電性質的影響作用；鹽對溫度變化無明顯作用，但脂肪對溫度變化有影響。關于物質的介電性質的研究還有很多，Wang等發現微波頻率為915 Mnz和1800 Mnz時隨著樣品溫度升高介電常數下降，而介電損耗因子增加。Guan等介電損耗因子和介電常數隨著頻率增加而降低；介電損耗因子隨著溫度和鹽濃度的增加而增加，但溫度和鹽濃度對介電常數無顯著影響。張鴻發等微波殺菌機理研究中得出：環境中水分的存在能明顯增強微波的滅菌效果，不同微波功率處理枯草芽胞桿菌，當樣品溫度達58℃，細菌開始死亡。上述結果表明：水分含量越高，微波殺菌效果越好。

    殺菌是否徹底的關鍵在于物料中的溫度分布是否存在殺菌溫度的冷點。微波殺菌升溫的過程熱量傳遞的機理不同于傳統的熱力傳遞方式，因而物料在微波加熱過程中的溫度分布狀況也與傳統的熱力殺菌有所區別。食品成分的介電常數決定食品在微波場中對能量的吸收，從而決定食品在微波場中的受熱特性。微波是一種電磁波，對物料具有穿透性，可以使物料內部和外部同時受熱升溫。升溫的效率主要由微波對物料的穿透深度決定，而穿透深度又和食品本身的介電常數有關。食品往往由多種成分或不同配料組成，而組成食品的不同成分之間的介電常數相互關系十分復雜，不可以簡單地通過各種物質各自的介電常數推算出食品的介電常數。因此，在微波殺菌過程中，要通過工藝設計得到理想的殺菌效果，必須考慮食品中不同組分在微波場中的作用特性。由于食品的介電常數對于微波殺菌效果以及相應設備的設計有著重要影響。食品的形狀也會對微波殺菌的效果造成影響。由于電場存在“棱角效應”，在食品的邊緣和尖角部位會形成較高的電場強度，使這些部位的溫度會較其他部位高。在微波殺菌處理食品的過程中，需要考慮到食品的幾何形狀，以在保證殺菌效果的同時防止因局部過熱造成對食品品質的影響。為防止局部溫度過熱，可以利用覆蓋鋁箔等手段起到屏蔽作用，減少微波的過度吸收造成溫度過高。