工業微波設備在食品工業的干燥與殺菌

工業微波設備在食品工業的干燥與殺菌

    微波技術的出現將通訊、廣播、電視送人千家萬戶。人們欣喜地發現微波技術為工業加熱提供一種新的加熱方式，這種加熱方式在工業、農業、化工、醫療等方面都得到了廣泛應用。一是利用其熱效應，主要用于食品微波干燥殺菌、藥材微波干燥殺菌、農副土特產品微波殺菌、木材微波干燥、紙板微波烘干、化工工業產品等加熱干燥，陶瓷的微波定型及燒結，橡膠的微波硫化預熱等。二是利用其生物效應，對食品、藥材、農副土特產品的微波低溫殺菌、防霉保鮮，白酒的微波催陳、醇化，中止發酵，育種等。

    微波加熱作為當今高新技術，早已從實驗室、家庭走向生產實用階段，食品、醫藥、農副土特產品的加工前景十分廣闊。

    1 微波在食品加工中的利用原理與特點

    1.1 微波加熱在食品加工中的利用原理

    微波加熱在食品加工中的原理主要是它的熱效應。微波透入物料內，與物料的極性分子相互作用，使其極性取向隨著外電磁場的變化而變化，致使分子急劇摩擦、碰撞，使物料內各部分在同一瞬間獲得熱量而升溫。這種具有使物體整體成為熱源的加熱方式稱為微波加熱。

    1.2 微波在食品加工中的特點

    1.2.1 微波加熱具有選擇性和即時性

    不同物質在同樣的微波場中加熱時，所吸收或產生的熱量不同，對于微波能吸收能力差的物質，如陶瓷器、紙、玻璃、塑料等，微波在其中的能量損失很小，具有良好的穿透性，這為包裝食品的微波加熱提供了可能。極性分子容易吸收微波能，使電磁能轉化為熱能。水接收微波的能力較強，食品的水分含量對微波加熱的影響很大。物料吸收微波能是物料內極性分子與微波電磁場相互作用的結果，在外加交變電磁場作用下，物料內極性分子電極化并隨外加電磁場的極性變更而交變取向，產生摩擦而轉化為熱能。研究表明，極性分子轉向過程中轉向時間與外加交變電磁場極性改變的圓頻率有關。因此，微波能在物料內轉化為熱能的過程具有即時特征。微波對物料加熱無惰性，即只要有微波輻射，物料即刻得到加熱，反之就停止加熱。這種使物料瞬間得到或失去加熱動力的性能便于工業化應用。

    1.2.2 微波加熱效率高，節約能源

    微波可直接使食品內部分子產生熱量，當微波用金屬包圍起來后，其中的能量被封閉，只作用于被加熱物料，不需要傳熱介質，甚至連容器或載體都因為微波的穿透而不被加熱，形成能量利用率高的加熱特性。

    1.2.3 微波技術的穿透性

    因為微波的波長較長，因此具有更好的穿透性，這對于食品加工具有重要的意義。它可以在以下幾個方面發揮積極效果：一是由于微波對玻璃、塑料和紙等包裝材料的穿透性極好，能量可直接傳至食品內部，因此可以實現包裝食品的殺菌，減少因長時間加熱而引起的品質下降，也使得傳熱性差的低水分含量固體食品包裝后殺菌得以實現；二是微波可把能量直接傳至食品表面和內部，物料各部分是體熱源溫度分布，物料熱傳導與蒸汽遷移方向相同，是物料加熱干燥的最理想狀態；三是由于微波對冰和冷凍食品的穿透性強，可以實現大塊冷凍食品的快速解凍。雖然微波的穿透性給食品加熱帶來許多優點，但在穿透過程中也存在著微波能的衰減，從而造成加熱不均勻。應根據半衰深度來決定食品的大小和厚度，以克服加熱不均勻的缺點。

    2 微波技術在食品加工中的應用與發展

    微波食品工業在起步時應用、開發速度緩慢，直到1986年美國才有254套微波設備用于食品調溫，預煮熏肉、家禽、肉餅加工，面條、快餐和果蔬的干燥與面包和酸奶的消毒。

    近十幾年來，微波食品工業發展較快，全世界微波食品加工設備的增長為每年2.5MW。專用的工業微波設備已有真空干燥、冷凍干燥、消毒滅菌、焙烤、熱燙等很多種類型。

    2.1 微波技術在食品微波焙烤和燒炙方面的應用

    雀巢公司用2450MHz，10kW微波設備烤可可豆，加工時間為5~10min，比傳統焙烤時間縮短一半。面包生產中利用微波醒發面團，可以縮短醒發時間，微波焙烤可使面包具有良好的組織形態，但面包上色不夠，須結合傳統加熱使表面褐變，或采用特殊的容器或包材，或采用易發生褐變反應的添加劑生產面包。微波燒炙已被成功用于熏肉、肉餅和家禽的加工，不僅可以縮短加工時間，降低生產成本，而且可提高產率和產品的保藏性。

    2.2 微波技術在干燥方面的應用

    微波工藝在干燥過程中可以獨立使用，也可與傳統加熱法結合進行。它對水分含量在以下的食品最為有效，已成功地應用于土豆片、面條、調味品、小食品、海產品、蔬菜、果粉、蛋黃粉、人參金銀花、肉干、肉脯、菇類、茶葉等品種的干燥。與傳統干燥方法相比，不但干燥效率高，干燥時間短，而且能夠較好地保持物料的色、香、味和營養物質含量，同時具有獨特的殺菌優勢，利于產品貯藏。

    我國從20世紀70年代開始研制的2450MHz，45kW隧道式微波干燥乳兒糕生產線，將原來需要烘烤6~8h的工藝縮短到9min內完成，80年代研制的915MHz，40kW的牛肉干烘干殺菌設備，就成功地解決了原工藝的弊端，使牛肉干質量得到很大提高。天然花粉屬高級滋補營養品，含有多種營養成分，在加工過程中處理溫度不宜超過60℃，傳統的工藝是采用冷凍干燥結合C60射線殺菌，生產效率低，耗能大，而采用2450MHz，10kW隧道式微波干燥殺菌機后，實現了連續化生產，節電80%以上，產品質量好，經濟效益顯著。

    近年來，我國已研制出先進成熟的微波真空脫水設備和微波冷凍升華干燥設備。還針對高水分含量的果品蔬菜干燥研制開發了微波與熱風干燥相結合的干燥設備。產品先經微波熱燙滅酶，然后經過熱風干燥，最后再經微波干燥，使干燥速率比單純用熱風干燥提高8倍。

    2.3 微波技術在食品殺菌中的應用

    由于微波殺菌所具有的優點，其應用范圍日趨擴大，殺菌設備也日臻完善。Dessel等人把幾種對象菌接種到食品中，然后用微波進行處理，并與傳統加熱殺菌進行了比較，結果表明，要取得相同的殺菌效果，微波技術所需時間僅為傳統加熱時間的1/9~1/2。20世紀90年代，Paterson等人對微波技術是否既能殺滅真空包裝牛肉中的微生物，又能保持鮮肉所具有的表觀特征進行實驗探討，發現控制終溫50℃所取得的效果令人滿意。

    1975年揚州第一食品廠采用微波干燥殺菌機，將產品的干燥、殺菌和殺蟲工藝集于一體，取得良好效果。后來，其它的研究還發現，醬油經2450MHz的微波處理6min后，可以抑制霉菌生長及殺滅腸道致病菌，但對氨基酸態氮無分解作用。此外，也可對啤酒進行微波殺菌，且啤酒風味保持良好。筆者用的微波殺菌機處理水分含量為的膨化糊粉食品，處理20s，即可使物料溫度達80~90℃，殺菌效果極其顯著。

    近年來，我國研制的各種型號、用途和功能的微波殺菌機在營養麥片、黑米芝麻糊、豆奶粉、兒童營養米粉、營養品、茶葉、調味品、方便菜、保健品等包裝食品的二次滅菌方面得到廣泛應用。保證了產品的安全衛生，提高了產品貯藏性。

    2.4 微波技術在食品分離工程中的應用

    微波分離技術可用于植物天然成分的提取和食品添加劑制備工藝中的提取單元操作。微波萃取技術在國外發展很快，已在許多方面得到應用，申請了數項專利。我國從1995年開始進行工業規模的微波萃取技術研究與應用。利用微波提取天然色素的研究表明，在微波作用下，用水提取天然色素，比傳統方法提取率高，節省時間、能耗小、安全，工藝易于控制，有利于工業化生產。微波萃取在制備果膠、高粘度殼聚糖和植物香精油等方面已有深入研究，并在生產中得到應用。其共同特點是提取速度快，工藝條件便于控制。此外，微波技術在促進酒類、發酵制品和巧克力的成熟和陳化、食品添加劑的合成、茶葉殺青、果品蔬菜熱燙、食品調溫、解凍等方面也具有良好的應用效果。

    3 微波技術在食品加工中的應用前景展望

    近年來，微波能的應用在食品工業中猶如異軍突起，發展極為迅速。微波干燥、殺菌設備日臻完善，功率從幾個千瓦到幾百個千瓦的各種用途、規格的用于微波干燥、殺菌設備層出不窮。由于人們對軟包裝食品需求增加，各種袋裝、盒裝、瓶裝的食品、飲料、調味品、營養品的殺菌、保鮮問題顯得非常重要。微波既不破壞軟包裝，又能對軟包裝的各種食品進行二次滅菌，既簡單又有效。我國研制的各種型號、用途、功能的微波干燥殺菌設備在營養麥片、黑芝麻糊、豆奶粉、兒童營養米粉等方面得到廣泛應用，取得良好效果。90年代研制的微波無油方便面設備，其復水時耐煮而不渾濁，不斷條，口感佳。無油方便面不僅可以煮、泡，還可以做成炒面，涼拌面等多種食品。完全符合人們追求的食品多品種、低油脂、功能型、營養保健型的食品發展方向和人們回歸自然的消費心理。

    我國已具有相當成熟和先進的微波真空脫水技術和設備。真空冷凍微波升華干燥的食品、果蔬菜等能保持原有的色、香、味、形狀和營養成分，是國際市場上的俏銷產品。基于以上優點，肉類、水產品、蔬菜、水果、乳類、蛋類等都可以加工制造出微波真空冷凍干燥產品。實踐證明，微波更適用于產品價值高、質量要求嚴、熱傳導率低、用傳統工藝難以解決的物料。而對于含水量過大的物料脫水，單純用微波脫水有時也是不經濟的。如果將微波與熱風、蒸氣或遠紅外等方法相結合，常會得到“事半功倍”的效果。如微波與熱風相結合干燥方便面、米粉，要比用傳統熱風干燥提高8倍以上。用微波與遠紅外作為熱源，利用遠紅外可使物料分子、原子振動產生熱能，二者結合，其干燥速率將是熱風干燥的10倍以上。熟化物料的速度也較其他熱源快5倍以上。這種具有科學性、實用性的組合，既無任何環境污染，又高效節能，大大延長產品保鮮期。該項技術組合將會給糕點、肉脯、魚片、月餅、面包等生產企業帶來福音和挑戰。

    4 小結

    用高新技術改造傳統食品工業，將為食品工業開辟一條新的途徑。微波能在食品工業上的應用是科學發展與人類社會進步的需求，目前在國內外已發展成為一項極有前途的新技術。相信通過微波工業與食品工業技術人員的緊密配合，進一步完善微波食品加工理論，開發新型微波加工設備，建立微波食品加工工藝，微波技術在食品加工中的應用將日趨深入與廣泛。食品加工的生產效率、工藝水平和食品質量與安全性將會得到進一步提高。

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