微波技术在食品工业中的应用和发展

微波是一种频率极高的电磁波，其频率范围在300MHz-300GMHz。微波技术是上世纪中叶兴起的无线电技术，它首先被广泛地应用于无线电通讯、广播、电视、导航、遥感、遥测、雷达等领域。近些年来，它又作为一种能源在经济建设和人们日常生活中得到了日益广泛的应用，如家用微波炉早已进入千家万户。作为一种工业加工手段，它首先在食品工业中得到了应用，主要用于干燥、杀菌、焙烤、熟化、膨化、调温解冻、醇化、催熟等，有力地促进了食品工业发展。随着经济和科学技术的发展，微波能技术将在食品工业中得到更广泛的应用。

一、微波加热机理

微波具有一定的能量（电磁场能）。在一定的条件下，它可以作为一种能源予以应用。微波对物料的作用有物理、化学、生物等效应，可用于各种目的，但应用最广泛的是微波加热，本文主要介绍这一点。

微波加热是极高频率的电磁振荡作用于具有电极性的物料分子，使其分子排列取向剧烈变化，而产生激烈的类似于“摩擦”的效果，使物料变热。此过程即微波的电磁场能量转化为热能。水分子是极性分子，强烈吸收微波。含有水分的物料在受到足够强的微波辐射时，其中的水分子吸收微波很快升温蒸发，物料得以迅速干燥。

微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变性，使细菌失去营养、繁殖和生存的条件而死亡；生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细菌结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，决定细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）是由若干氢键紧密连接而成的卷曲形大分子。足够强的微波场可以导致氢键松驰、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变，甚至断裂。微波灭菌正是利用了电磁场的热效应和生物效应对生物的破坏作用，因此，微波杀菌温度低于常规方法，仅要70-105℃，时间仅约需3-5分钟。

二、微波加热特点

1、加热迅速、均匀：不需热传导过程，它能在瞬间穿透被加热物料，穿透深度可达几厘米，甚至十几厘米，数秒到数十秒就能把微波能换为热能。微波具有选择性加热，使加热更均匀。

2、节能高效：由于含有水份的物质极易吸收微波而发热，因此，除少量的传输损耗外几乎无其它损耗。微波加热与远红外加热相比，节约能量1/3。

3：防霉杀菌保鲜：微波加热具有热力效应和生物效应，因此，能在较低温度下灭霉和杀菌；能最大限度地保存物料的活性和食品中的维生素、色泽和营养成份。

4、工艺先进，可连续生产：只要控制微波功率即可实现加热或终止。它有完善的传送系统，可确保连续化生产，实现计算机控制，节省劳力。

5、安全无害：由于微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工作，所以微波被有效地控制。没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热，既不污染食物，也不污染环境。改善劳动条件。

6、设备占地面积少，节省投资。

三、微波能技术在食品工业中的应用

微波作为能源被实际使用于食品加工，始于20世纪40年代美国制造第一台微波炉，以后陆续有食品工业中应用的微波能设备问世。主要使用在以下几个方面。

1、干燥。是微波能应用最广泛的一个领域。如用于干燥面条、调味品、添加剂、蔬菜、菇类、肉脯等。美国微波干燥公司研制的915MHz、60KW的通心面干燥机每小时加工通心面4000磅，而细菌含量仅为原来的1/15，该机比传统热风干燥节能25%。日本利用915MHz、25KW和2450MHz、10KW微波设备干燥中式方便面，还可对薯片、洋葱片加工。产品的色泽、口味、口感都比传统的方法好。微波干燥对于水份含量在20%以下的物料效果最好，比起传统方法加热干燥速度快得多，节能。

2、灭菌。微波灭菌较之传统方法灭菌具有速度快，温度低、效率高，可穿透包装物（袋、瓶）灭菌以避免二次污染等优点。瑞典用2450MHz、80KW的微波面包杀菌防霉机，用于每小时加工4400磅面包片的生产线上。经微波处理后，面包片的温度由20℃上升到80℃，时间仅需1-2分钟，处理后的面包片的保存期由原来的3-4天延长到30-60天。

采用2450MHz、10KW隧道式微波干燥灭菌机生产天然花粉后，实现了连续化生产，生产效率提高了十几倍，节电80%以上，产品质量好，经济效益显著。

需要强调的是，在食品加工中，微波干燥、灭菌往往同时进行，也即在对食品干燥的同时亦进行了杀菌，此时微波设备“一机二用”，可减少加工设备，减少投资。

3、烘烤。微波对食品物料加热升温超过120℃即可产生焙烤效果。如雀巢公司用2450MHz、20KW微波设备焙烤可使加工时间仅需5-10分钟，比传统焙烤速度快壹倍以上，小时加工量达120公斤。几年前已有客户用我司制造的微波设备焙烤“南乳花生米与瓜子”，生产出的花生米与瓜子比传统方法生产的花生米更松脆、清香、可口，其产品出口到北美等地。

4、膨化。微波加热的一个特点是物料内外几乎同时受热，从而有利于物料内部水分的迅速汽化和迁移，形成无数微孔通道，使组织结构疏松。只要选择适当的原料和工艺，即可获得良好的膨化效果。如我司生产的微波设备用于某水产品（干品）的膨化，较原传统膨化方法速度快，质量高。

5、调温解冻。调温是将冷冻的固态食品温度升高到“冰点”以下，如-1℃～-2℃。传统方法是自然解冻或浸泡在水缓慢解冻，需要十几个小时，甚至几天。而微波调温不用打开产品包装，即可在数分钟内完成，大大节省时间，物料没有质量损失，占用空间约为传统技术的1/10，减少生产的复杂性和细菌污染，劳动效率很高。

6、催陈醇化。用微波加热可促进食品物料内的生物化学反应，故可用于促进酒类、发酵调味品等产品的“醇化”。如微波可对白洒进行加热、老熟，消除其辣味，使酒质更柔和、绵、软、光滑适口。用微波加热工艺处理白酒可相当于储酒3-6个月的效果，从而可缩短新酒存贮期，加快资金周转。

四、微波能技术促进食品工业的发展

微波能技术在食品加工中的应用，不仅限于干燥、灭菌，提高产品品质；更对开发新产品提供了有力的新技术手段。用微波技术改造和取代传统加工方法为新产品的开发、生产拓宽了道路。如油炸食品，因可能含有少量致癌物质而不能申报“绿色食品”，而用微波取代传统油炸工艺加工的食品（无油方便面、微波膨化食品等）则无致癌之忧。又如脱水蔬菜用冻干法生产的品质高，但成本高、产品贵，一般人消费不起。国内脱水蔬菜的生产主要是用热风干燥，而其杀青处理则用80-90℃的热水烫漂，使诸多营养成分流失。我司首创的微波与热风干燥相结合的新办法生产脱水蔬菜，产品品质接近冻干法，成本大幅度下降。再如微波萃取工艺与传统的萃取方法相比较萃取效率高，时间仅为原方法的几十分之一，降低能源、溶剂的消耗及废物的产生，设备投资仅为二氧化碳超临界法提取的1/4。

五、我国的微波能应用技术蓬勃发展

我国在上世纪七十年代从发达国家引进微波能应用技术，电子工业部在南京电子管总厂（七七二厂）组建了微波能应用推广站，开始对微波能应用进行研究和推广。经过这些年的努力和发展，国内已有了至少十几家微波能应用设备的专业制造厂家。优秀厂家的产品水平可与发达国家相比，特别是设备的性价比比国外同类设备高得多，在国际市场上有很强的竞争力，微波设备整机和器件已经有了出口。

广州市鹏洲机械设备有限公司采用国内外先进技术，制造“鹏洲牌”（PZ）微波能系列产品，技术水平，产品质量及技术服务，产销规模等都走在同行的前列。已向数百家客户提供了优质产品和服务，并远销海外。企业获得《中国名优产品》、《国家质量检测达标产品》，成为行业中耀眼的品牌。

六、结论

微波能技术在食品工业中的应用对于提高产品品质，降低生产成本，改善劳动条件，提高生产效率和经济效益，改造传统加工工艺，开发新产品等方面都取得了令人瞩目的成就。越来越多的科技人员投入微波能技术应用的研究，越来越多的食品企业采用和将要采用微波能技术。可以预期，微波能技术在食品工业中更为广泛的应用，将进一步提高我国食品工业的装备和技术水平，而国内微波能技术及设备制造厂家的水平也在不断提高，以满足食品工业日益增长的需要。