工业微波在食品上的应用要注意的原则

一、我国的微波能应用在工业、农业、科研、医疗等方面均有成功应用的事例。而就其中机理来看主要有二类应用：

1、利用其热效应，如加热干燥，主要有食品的加热、烹制、焙烤、漂烫、煮白、烘干，工业产品的加热烘干，农副产品的脱水干燥、陶瓷工业的预烘、烧结、橡胶加热硫化、油脂精炼、印染预固色、印刷上光干燥等。

2、利用其非热效应，如白酒的醇化、催熟；食品、药材的杀菌；中止发酵、检疫、育种、促进化学反应，微波杀菌等。微波用于医疗方面也有其热效应与非热效应的不同理解。

可以看出微波应用的领域十分广阔，但要真正用好并不容易，我们必须充分认识它的优越性及局限性，才能在使用时得心应手取得成效。为此我们来认识它的优越之处。

1、、节能，由于含有水份的物品极易吸收微波而发热，微波是直接对物料进行作用，因而没有额外的热能损失，炉内的空气专心致志相应的容器都不会发热，所以热效率极高，生产环境也明显改善，与远红外加热相比可节电30%，设备能即开即用，没有热惯性，操作灵活方便，所以即时发热与停止加热体现了节能与易于控制的优点。

2、、选择性加热，因为水分子对微波吸收***好，所以含水量高的部分，吸收微波功率多于含水量较低的部分，这就是选择性加热的特点，利用这一特点可以做到均匀加热和均匀干燥。

3、、微波杀菌的特点：

微波杀菌的效果是好的。微波分别对各种菌种的试验结果表明，微波杀菌温度值低于常规方法。微波食品杀菌试验也同样证实了这一结论。常规方法杀菌温度是120~140℃，时间约一小时。微波杀菌的温度70~105℃，时间约90~180秒。

微波杀菌的效果，一般由热效应和非热效应二种因素造成。然而，不达到一定的温度，不能看到杀菌效果。微波杀菌，内外同时致热，迅速升温，加快了杀菌的速度。其分三个阶段，***阶段，是迅速升温，到达预定的杀菌温度。此时宜采用较强的均匀能量密度；第二阶段，是保温过程，使杀菌材料的温度处于温度均衡的过程，完善杀菌过程，此阶段宜采用功率密度较低；第三阶段，是冷却过程或强制冷却过程。由于受污染的菌种不同，杀菌温度和杀菌时间也不同。杀菌温度高于100℃，必须在高气压条件下进行。

由于微波杀菌的时间很短，用于食品杀菌，就较少的破坏食品的营养成分，改善食品的质量。有时微波杀菌和食品工艺结合起来，既保持原有食品的风味，并比传统加工食品的方法较彻底地进行杀菌。微波食品杀菌和包装技术相结合，可以将保存期延长到三个月以上。包装食品的大量生产，可望大幅度地减轻家庭劳动量。微波杀菌的方法，可使用于众多的领域，如食品、中成药、生物制品、中药材、酱油、饮料、瓦楞纸防霉、果树表层病变治疗等等。

二、应用微波能技术必须掌握的原则

虽然微波能可以在各领域中得到有效的利用，但要获得成功必须谨慎从事，以下讨论的是推广应用这项新技术时，应当注意解决的问题。

1、要充分了解被处理材料在微波电磁场中的理化性质，从而充分利用微波处理的有利特性。

2、对经济效益与社会效益，理先必须充分估计。

应用微波技术改造传统技术，必须重视经济效益的提高。早期许多项目的失败，往往不是技术上的问题，而是经济效益不够好。微波能应用设备是高新技术产品。通过近二十年来的努力，我国微波能应用设备的开发生产水平已有了很大的提高，优化设计，质量提高，降低成本，提高自动化程度，售后服务有保障。从而使得微波能应用设备的用户在近些年来，呈加速增长趋势。

而用户则应优先考虑应用微波能以后，能对产品质量的提高带来多大的好处，能节省多少能量，能提高多少产量。理论上每千瓦小时微波电能可使1.39公斤的水汽化，由于线路损耗及腔体效率等因素，实际效果为1.1公斤/千瓦小时。

用户可根据待处理材料初始与***终含水量之差及产量的要求来估算所需的微波功率。并根据微波设备的投资费用估计初建成本，从而计算经济效益。多数情况下由于应用微波后的节能效果突出，直接效益十分明显。有些场合直接经济效益并不明显，甚至增加成本，如用微波对食品进行杀菌，因为增加了一道工序，成本似会上升，但由于延长了保鲜期减少了商品损失，总体效益仍是好的，而且对人民健康带来好处的社会效益更是值得称道。

3、、设备制造者与使用者，要共同努力，使设备性能的改进与产品工艺的调整紧密结合，才能取得成功。

三、混合型微波应用设备

我国食品科技人员利用微波能烘干软糖、魔芋片、槟榔芋，试验与生产均取得满意的效果，提高了生产效率，改善了产品质量。由于工业应用的情况比较复杂，产品的工艺要求也不一样，尽管其中绝大部分都可以采用微波加热来完成。但在某些情况下，对于一些有特殊要求的产品，为了获得更好的经济效益和满足产品的特殊质量要求，***佳的方案是采用微波与常规技术相结合的方法。为此出现了微波热风设备，微波红外设备及本公司独家推出的紫微光设备。

1、微波热风设备

微波热风设备是工业微波加热干燥中，使用***多的一种混合型设备。它是将微波能技术与常规干燥技术（多为热风干燥技术），按产品工艺要求相结合起来，这样既充分地发挥微波能加热的独特优点，又可降低系统工程的总投资。由于微波能设备比常规设备投资大，在实际应用中通常采用图（1-1）所示的几种结合形式：

 

a、用微波能作***后干燥、杀菌                          b、用微波能预热、杀菌

        （微波热风设备）                                   （微波红外设备）

 

 

 

 

 

C、用微波与紫外线、光波结合（紫微光设备）干燥、杀菌设备

【图1-1  混合型微波应用设备】

其中图（a）主要适合于高含水量产品的干燥。由于水的汽化热很高，因此需要相当大的能量才能有效干燥，所以，只在常规干燥不太有效区段利用，微波能才比较经济合理。在含水量大的物料中，尽可能先用机械方法（如吸水、挤压或离心手段）去除水分，然后使用常规热风干燥炉，用热风吹过物料表面来提供所需的汽化热。这种干燥技术的效率，随着干燥的进行而下降。主要是因为表面蒸发速率越过物料内部水分向表面的迁移速率。于是出现外干内潮的现象。加之一般干燥物料导热低，因而干燥过程变得十分缓慢。结果使得干燥炉有效长度增加、占地增大，而且由于干燥炉体热损失引起能量的浪费。

在干燥速率开始下降的低含水干燥区段，利用微波能的渗透加热特性，可使物料内部的残留水份很快地向表面迁移蒸发。此外，常常也向微波干燥器中鼓入热风，以便更有效地排出水汽‘获得更好的经济效益。

图（b）主要用于橡胶制品的连续硫化。由于橡胶热传导极差，采用常规加热硫化往往需要很长时间，才能使制品整个断面达到所需的硫化温度。而且，常出现表面过硫化或中心欠硫化的缺陷。由于微波能的体积加热特性，可在很短时间内将橡胶制品整个断面加热到所需的温度，然后进入一个常规加热的保温通道，其主要目的是防止橡胶在发生硫化反应前冷却，在保温通道中没有热量转移至橡胶中，其效率可由表面的热损耗来控制。在理想情况下，该系统中产品所需的全部热量都可由微波能提供，但在实际连续生产中，由于挤压速度，橡胶种类和截面积等都变化很大，所以，在某些情况下，只能有大部分能量是由微波提供，而热的平衡仍用常规方法。

图（c）实际上就是在微波设备前面的常规干燥箱中，将微波设备一部分循环使用并利用紫外线去加热，把进入的物料表面预先进行杀菌，从而可使这一干燥箱工作得更有效；由于微波杀菌存在表面细菌不能均匀杀灭等状况，其原因是利用微波的热效应与生物效应的机理、微波干燥/杀菌的特点对物料杀菌有很好的效果，但是因微波设备在工作时必须把物料所释放出的湿气体、微波设备工作时电热器本身的热量通过抽湿系统由管道排出室外，使物料在经过微波加热箱时表面的温度降低，其时物料达不到微波加热所需的温度，就会存在杀菌效率稍降低的现象。

现在我公司独家推出紫微光技术（紫外线、微波、光波）与强制风冷技术，用微波、紫外线与光波作为热源，利用微波电磁场热效应与生物效应的机理，紫外线可杀菌的特性，光波可使物料分子、原子振动改变细胞断面的电位分布、影响细胞膜周围电子和离子的浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能新陈代谢，其结构功能紊乱，生长发育受到抑制面死亡，足够强的光波场可以导致氢键松弛、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，光波杀菌正是利用了此磁场的效应对生物起到破坏作用，而在出口处再用强制风冷技术把物料温度降下来，以便进行包装工序，实现自动化生产。四者结合，其杀菌速率将是微波杀菌的三倍以上，干燥速率是热风干燥的10以上，熟化物料的速率也较其它热源快6倍以上。经过不断的实验、改进和创新，微波设备从干燥、杀菌效果，设备性能和外型上，都得到广大用户的好评。这种具有科学性、实用性的组合，既无任何环境污染，又大大延长产品的保鲜期。该项技术将会糕点、肉类、鱼片、月饼、面包、酱菜、调味品、休闲食品、药品等生产企业带来福音和挑战！

四、微波能应用技术的经济效果分析

新技术的采用，必须以获得明显经济效益和社会效益为目的，尽管微波能技术已在工业、科学和医学领域的各个方面获得十分广泛地应用，且在这些应用中，都比等效常规技术具有独特的优点。但因微波能设备一次性投资较大，因此在工业中要考虑采用这一新技术之前必须自始至终考虑应用的经济性问题。对经济性问题的分析研究，必须从能耗率、生产率、劳动力、产品质量、占地大小、劳动条件、运行费用及技术水平等方面，与传统常规技术进行全面比较和综合分析，才能得出正确的结论。

微波设备的研制必须和产品工艺紧密结合，因为微波加热的基本原理与常规加热完全不同，因此常规加热工艺不能直接移植到微波加热系统上来。设备设计者必须充分了解产品工艺的特点，使设备功能***大限度的满足工艺要求，而使用者也应深刻理解微波加热与常规加热的不同。改进与调整原有工艺，使之适应微波加热的要求。

微波能技术和其它新技术一样，并非“万能”，有一定的使用范围。对某些产品它具有常规技术不能比拟的优点，但对另一些产品可能就没有常规技术更有效和经济。如果不顾产品的性质，缺乏对技术条件和经济问题的全面考虑，盲目采用就会带来投资损失。特别是工业生产事的加热干燥是一个非常复杂的过程，其干燥速度会随含水率的减少而大大降低。这就是传统干燥设备能耗率高，产品率低的重要原因。若能在干燥过程中，在不同含水率区段采用常规、热风、蒸汽、紫外线、光波、远红外烘干与微波加热进行***佳的结合，在技术、经济上发挥各自的特长，能取得非常显著的经济效益。采用高新技术改造传统食品工艺，将为海内外企业开拓出一条崭新道路。微波能在食品等工业上的应用是广大商家和消费者的需求，也是科学发展与人类社会进步的需要。

我们坚信，只要从事微波电子技术与食品等工业技术的科学工作者紧密合作，一定会将我国的食品工业走向国际先进水平！