課程名稱食品加工與保藏原理授課班級食品1431授課時間2015.11.23授課時數2本次內容食品微波處理教具多媒體教學目標能力（技能）目標知識目標

能區分不同材料對微波的吸收能力；

掌握微波概念、微波加熱原理、特點；了解微波加熱設備構成。重點微波加熱原理難點微波加熱原理能力訓練方式方法講解、問答、互動教學環節時間安排復習：5min講解、互動：75min小結：5min看書鞏固知識點：5min課外作業預習課堂考勤41參考資料《食品加工與保藏原理》課程名稱食品加工與保藏原理授課班級食品1431授課時間2015.11.25授課時數2本次內容食品微波處理教具多媒體教學目標能力（技能）目標知識目標

能區分微波不同應用中各自應用原理；

了解微波在食品中的應用范圍；掌握微波干燥、烘烤、殺菌、滅酶和傳統方式的區別及微波處理的優點；掌握我國微波使用安全標準。重點微波應用范圍及其原理難點微波應用范圍及其原理能力訓練方式方法講解、問答、互動教學環節時間安排復習：5min講解、互動：75min小結：5min看書鞏固知識點：5min課外作業查閱資料了解微波輻射對人體影響課堂考勤41參考資料《食品加工與保藏原理》食品微波處理主要內容3241

微波技術的發展歷史

微波的性質和加熱機理

微波加熱在食品中的應用

微波加熱設備的組成及選用

微波的安全使用及其防護

57.1微波技術的發展歷史19世紀40年代美國雷聲公司制造出第一臺微波爐。19世紀五六十年代，伴隨著大功率磁控管研制成功，美英等國隧道式、波導等多種加熱器的問世，國外在微波能的應用上掀起一場新的“能源革命行動”。微波能的應用普及到食品、醫藥、農副土特產品加工、化工及當代尖端技術的各個領域中。我國從20世紀70年代開始研制、推廣微波能應用技術和設備。當時研制的2450MHz45KW隧道式微波干燥乳兒糕生產線，將原來需要烘烤7h左右的工藝縮短到9min完成。圖1世界上第一臺微波爐

7.2微波的性質與加熱機理7.2.1微波及其特點

微波是頻率非常高的電磁波，又稱為超高頻波，頻率大約從300MHz到300GHz（千兆赫茲）。之所以稱為微波，是因為其波長在1mm～1m，比普通的無線電波波長更微小。

1GHz＝103MHz＝109Hz電磁波分類:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線（放射性）7.2.1微波與介電物質微波

非電離輻射。當微波在傳輸過程中遇到不同的材料時，會產生反射、吸收和穿透現象。介電物質

性能介于導體和絕緣體之間，具有吸收、穿透和反射微波的性能。7.1.2微波應用系統常用的材料導體材料：銅、銀、鋁類；性能：能反射微波。導體以一種特殊的形式傳播以及反射微波能量；用途：微波裝置中的波導管，微波加熱用的外殼。1材料：含水、鹽和脂肪的食品以及其他生物質。性能：具有吸收、穿透和反射微波性能。在微波加熱過程中，被處理的介質材料以不同程度吸收微波能量，又稱為有耗介質。介電質2絕緣體材料：玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料等；性能：可部分反射或滲透微波，通常吸收微波能較少。用途：微波處理過程中用此作為包裝和反應器的材料，或作為家用微波爐烹調用的食品器皿。絕緣體37.2.2微波的加熱機理食品工業中所使用的微波設備主要是利用微波的熱效應。食品中的水分、蛋白質、脂肪、碳水化合物等都屬于電介質，微波對它們的加熱稱作介電感應加熱(dielectricheating)。

微波產熱的兩種機制：離子極化和偶極子轉向。溶液中帶電離子在電場作用下獲得動能，相互碰撞，將動能轉化為熱能。若為交變電場，碰撞次數增加，升溫快。極性分子在高頻交流電場中不停轉動，摩擦生熱，使物料溫度升高。直流電

只從正極流向負極。交流電

方向和強度都隨時間做周期性改變的電流。產熱機制偶極子轉向－＋－＋－＋＋－交變電場引起偶極子轉向微波頻率2450MHz，水分子1S內發生180°來回轉動24.5億次7.2.2食品材料的介電特性微波對食品材料的穿透特性該特性用穿透深度（功率傳透深度或半功率穿透深度）表示。功率穿透深度：微波功率從材料表面衰減至表面值的1/e（大約37%，e=2.718282)時的距離。半功率穿透深度：微波功率透入材料后，功率衰減一半的距離。能量密度：一定的空間或質量物質中儲存能量的大小同一種介質，穿透深度與微波波長成正比，與頻率成反比；介電材料的含水量不同，微波對介電材料的穿透能力（深度）也不同。水分增加，穿透深度降低；低溫和低頻時在食品有較大的穿透深度。（P273表格）7.2.2食品材料對微波的吸收特性Pm=0.566εγtanδfE2×10-12Pm----功率密度W/cm3εγ---介質的介電常數Tanδ—介質損耗f---微波頻率,HzE----電場強度，V/cm介質的固有介電特性（介電損耗因子）：

εγtanδ食品材料的介電特性不同，其對微波的吸收特性就不同。適宜的介電損耗因子10-2<ε”<57.2.2影響材料介電特性的因素1)材料成分成分不同介電特性（介電常數等）不同。2）材料的含水量及狀態物料含水量高，則其介電常數及介電損耗大，材料吸收微波能的能力強。水呈液態時比呈固態（冰）時的介電常數及介電損耗大。3）材料的溫度溫度高則介電常數大，吸收微波能力強。4）微波頻率微波頻率高，材料的介電常數及介電損耗降低。5）材料的密度密度大而緊實的物料，因空氣少，故介電常數及介電損耗大，吸收微波的能力強，易被微波加熱。7.2.2微波加熱特點選擇性加熱（食品成分選擇性吸收導致）好處：

1.加熱效率高，節約能源，易控制。

2.可用于較干燥的谷物殺滅害蟲。壞處：微波的選擇性加熱是造成微波加熱不均勻(runawayheating)的主要原因之一。

7.2.2微波穿透性特點好處：

1.實現包裝后食品的短時殺菌。

2.加熱時間短，干燥速度快，而且對有些食品還能起到特有的膨化效果。

3.快速解凍。壞處：

微波加熱的穿透性是造成微波加熱不均勻(runawayheating)的另一個主要原因之一。物料中的水分吸熱汽化，從而帶動食品物料組織膨化的一種新的常壓膨化技術穿透性原因：電磁波具有波粒二象性，波長與光子能量成反比關系，當波長越短光子能量越大，則穿透力越強。如高能X射線幾乎能穿透所有非金屬物，甚至還可以穿透薄鋁。而Y射線則能穿透大多數金屬，只有重金屬（如很厚的鉛板）才能將其擋住7.3微波加熱系統的組成及選用被加熱物料高壓電源微波發生器連接波導冷卻系統微波加熱系統示意圖微波加熱器冷卻微波管腔體及陰極部分7.3.2微波頻率的選擇目前用于工業微波加熱的頻率主要有915MHz和2450MHz。915MHz具有較大穿透深度，獲得較大的功率915MHz體積較大/較厚的物料含水分高的物料加工大批物料2450MHz因磁控管及其波導小，適用于家用微波爐含水分量低的物料7.4微波加熱在食品中的應用7.4.1在食品工業中采用微波加熱技術特點優點：加熱、干燥速度快，所需時間短加熱效率高加熱過程具有自動平衡性能物料加熱均勻、產品質量高設備操作簡單，適應性強，且占地面積小，工作環境良好缺點：

微波加熱最主要的缺點是電能消耗大。

物料對微波的吸收取決于損耗系數，水的損耗系數大于干物質，水分多，吸收能量多，揮發快。因此，微波能不會一直聚集在已干物質部分。7.4微波技術在食品工業中的最新發展7.4.2.1微波用于食品的解凍和軟化7.4.2.2微波用于一些食品的烹調及預加工7.4.2.3微波用于食品物料的干燥(包括真空干燥、冷凍干燥)7.4.2.4微波還可用于食品的殺菌消毒與滅酶7.4.2.5微波用于焙烤與烘烤7.4.2.6微波萃取7.4.2.7微波用于食品物料的去殼去皮7.4.2.8微波用于酒類的陳化7.4.2.9其他（生物育種誘變等）

7.4食品的解凍和軟化利用微波能在低溫下的穿透力較強，及冰的介電特性特點進行解凍處理。915MHz，120kW連續式微波軟化/解凍裝置

國外已有使用915MHz和2450MHz微波解凍設備進行食品的軟化、解凍冷凍食品解凍工藝融化凍結食品快速解凍過程調溫根據后續操作升高操作溫度。如凍結肉的切塊。

1h可解凍500kg水對微波吸收能力大于冰，已融化解凍區域吸收較多能量，易在已解凍區域造成過熱效應，因此，解凍速度不易過快。P284表7-9：微波解凍脫水率高于自然解凍？7.4微波用于食品的烹調及預加工熏制食品

優點：改善常規熏制副產物油脂污染嚴重，重新利用度低的缺點，同時節約能量和加工空間。肉質品

可使碎肉凝結成塊研究發現使用不同功率的微波爐(商業生產使用1.6～2.0kW，家用600～800w)，對食品中營養成分的保留情況無顯著性差異.微波烹調時間的選擇至關重要，短時間烹調，減少了高溫對營養成分的破壞；微波烹調避免了食物烹調過程中化學污染物的產生.同時也能較好地殺滅食品中的微生物；微波烹調無需預熱而立即發揮作用，加熱效率高，烹調時間短，節省能源；烹調過程無油煙.清潔安全，是值得推廣的家用烹調方式。溫度過高（120℃以上），時間過長，會產生丙烯酰胺類疑似致癌物質注意事項嬰兒食品不能使用微波爐加熱；微波加熱是夠產生致癌物并無明確研究，但在加熱過程中應嚴格控制時間；水分含量高的食物適合于微波加熱；有膜（如雞蛋黃）或有外殼的食物不宜微波加熱；7.4微波干燥與膨化

干燥：利用濕物料的快速體積加熱而產生的附加顯熱，誘導濕氣向表面擴散，有利于用較經濟的常規技術來抽走和排除濕氣，達到干燥目的。膨化：促使食品內部水分的相變和氣體的熱壓效應原理，使食品內部水分快速升溫汽化、增壓、膨脹，并依靠氣體的膨脹力和物料的質構變化，形成網狀多孔結構。7.4微波殺菌消毒與滅酶

微波殺菌既有熱效應原理，也有非熱效應（生物效應）原理。熱效應：升溫導致蛋白質變性，細胞膜破裂等。

原因：微生物體內含有大量水分。非熱效應：光化學反應、場力效應、電磁共振效應等物質一般在可見光或紫外線的照射下而產生的化學反應，是由物質的分子吸收光子后所引發的反應。7.4微波殺菌設備微波泡菜殺菌微波殺菌設備7.4微波殺菌消毒與滅酶常規的熱水燙漂法滅酶易造成營養損失等問題；采用熱空氣或蒸汽又會出現受熱不均勻問題；利用微波能，可解決外形復雜物料料層中間的傳熱問題。如甜玉米棒及芯的過氧化物酶的滅活、小麥胚芽解脂酶的滅活。微波滅酶大大延長了小麥胚芽的存放時間;與熱滅酶相比,微波滅酶大大縮短了滅酶處理時間,并且改善了滅酶效果。7.4微波焙烤與烘烤

采用微波爐進行面包的烘烤，可以達到以下效率

使烘烤后的面包膨脹率提高50%左右；

用低淀粉小麥生產出高質量面包；

采用微波-熱空氣組合烘爐，可使面包生產工藝的醒發和烘烤同在一個烘爐內完成，從而節省工藝設備的投資和廠房面積等。7.4微波輔助萃取（MAE)萃取利用溶質在互不相溶的溶劑里溶解度的不同，用一種溶劑把溶質從另一溶劑所組成的溶液里提取出來的操作方法．微波萃取機制（以中草藥浸提工藝為例）

a細胞破碎機制

水分汽化使細胞膜和細胞壁形成小孔，便于溶劑滲入其中。

b電磁場加速擴散速率MAE的特點快只需要幾分鐘就可以達到傳統方法加熱多個小時才能達到的萃取效果多麻黃堿的提取率由常規煎煮法的0.183%提高到0.485%，板藍根多糖的實驗中，提取率由原來的0.81%提高到3.47%節能、無污染、操作簡單等MAE的影響因素萃取溶劑的選擇對萃取結果的影響是至關重要的。萃取溶劑的選擇指標只要是和目標物質的相似相溶性，和對萃取成分的后續操作干擾少萃取溶劑可以是一元體系(極性溶劑)，也可以是二元體系(非極性溶劑加機型溶劑)，甚至可以是多元體系萃取時間一般定在10-15分鐘內。微波劑量必須謹慎控制，輻射時間過長會導致系統溫度升得很高，甚至超過萃取溶劑的沸點，影響提取率MAE的應用食用色素7.4微波