微波設備的應用

微波是一種電磁波，是頻率在 300MHz — 300GHz 的電磁波，即波長在 100cm 至 1mm 范圍內的電磁波，也就是說波長在遠紅外線與無線電波之間。微波波段中，波長在 1-25cm 的波段專門用于霄達，其余部分用于電訊傳輸。為了防止民用微波功率對無線電通訊、廣播、電視和雷達等造成干擾，國際上規定工業、科學研究、醫學及家用等民用微波的頻率為 2450 土 5OMHz 。因此，微波消解儀器所使用的頻率基本上都是 245OMHz ，家用微波爐也如此。
    微波設備的特性    
       1、金屬材料不吸收微波，只能反射微波。如銅、鐵、鋁等。用金屬（不銹鋼板）作微波爐的爐膛，來回反射作用在加熱物質上。不能用金屬容器放入微波爐中，反射的微波對磁控管有損害。  
       2、絕緣體可以透過微波，它幾乎不吸收微波的能量。如玻璃、陶瓷、塑料（聚乙烯、聚苯乙烯）、聚四氟乙烯、石英、紙張等，它們對微波是透明的，微波可以穿透它們向前傳播。這些物質都不會吸收微波的能量，或吸收微波極少。物質吸收微波的強弱實質上與該物質的復介電常數有關，即損耗因子越大，吸收微波的能力越強 [2] 。家用微波爐容器大都是塑料制品。微波密閉消解溶樣罐用的材料是聚四氟乙烯、工程塑料等。  
        3、極性分子的物質會吸收微波（屬損耗因子大的物質），如：水、酸等。它們的分子具有永久偶極矩 ( 即分子的正負電荷的中心不重合 ) 。極性分子在微波場中隨著微波的頻率而快速變換取向，來回轉動，使分子間相互碰撞摩擦，吸收了微波的能量而使溫度升高。我們吃的食物，其中都含有水份，水是強極性分子，因此能在微波爐中加熱。   

 隨著人民生活水平的不斷提高和消費觀念的變化，對食 品工業的產品結構、質量品質、安全衛生等提出了越來越高的要求，特別是各類傳統、方便的袋包裝食品，更是成為當今食品市場的一個消費熱點。但是在這些食品生產、保存、運輸和銷售過程中極易污染變質，從而失去商業價值。雖然國家食品衛生法對種類食品的衛生指標都作了嚴格規定，但在一般情況下，是很難符合標準的。這不僅大大影響商品的貨架期，而且對保障人民身體健康也是極為不利。盡管通常可以采用高溫干燥、燙漂、巴氏滅菌、冷凍以及防腐劑等常規技術來實現

 對食品的殺蟲滅菌與保鮮。但這些設備大都龐大、處理時間長、滅菌不徹底或不易實現自動化生產，同時往往影響食品的原有風味和營養成份。而微波殺蟲滅菌是使食品中的蟲菌等微生物同時受到微波熱效應的共同作用，使其體內蛋白質和生理活動物質發生變異，而導致微生物體生長發育延緩和死亡，達到食品殺菌、殺蟲、保鮮的目的。

一、微波殺菌保鮮的機理  　
　    微波殺菌、保鮮就是希望將食品經微波能處理后使食品中的菌體、蟲害等微生物喪失活力或死亡，保證食品在一定保存期內含菌量仍不超過衛生法所規定的允許范圍，從而延長其貨架期。以下簡述微波殺菌保鮮的機制：

       眾所周知，細菌、成蟲與任何生物細胞一樣，是由水、蛋白質、核酸、碳水化合物、脂肪和無機物生等復雜化合物構成的一種凝聚介質。其中水是生物細胞的主要成份，含量在75～85%，因為細菌的各種生理活動都必須有水參與才能進行，而細菌的生長繁殖過程，對各種營養物的吸收是通過細胞膜質的擴散，滲透吸附作用來完成。在一定強度微波場的作用下，食品中的蟲類和菌體也會因分子極化弛豫同時吸收微波能升溫。由于它們是凝聚態介質，分子間的作用力加劇了微波能的能態轉化。從而使體內蛋白質同時受到無極性熱運動和極性轉動兩方面作用，使其空間結構變化或破壞，而其蛋白質變性。蛋白質變性后，其溶解度、粘度、膨脹性、滲透性、穩定性都會發生明顯變化，而失去生物活性。另一方面，微波能的非熱效應在滅菌中起到了常規物理滅菌所沒有的特殊作用。也是造成細菌死亡原因之一。正是由上述微波能的熱作用或非熱生化作用，干擾了蟲體和細菌正常的代謝功能，破壞了其生成條件和延緩遺傳繁殖速度而達到殺蟲滅菌目的。  　

二、微波殺菌保鮮特點  　

1、時間短、速度快

       常規熱力殺菌是通過熱傳導、對流和輻射等方式將熱量從食品表面傳至內部。往往需要

 較長時間，才能達到所需的殺菌溫度。微波殺菌是通過微波能與食品及其細菌等微生物直接相互作用，因熱效應與非熱效應共同作用殺死菌體，所以處理時間大大縮短。

2、低溫殺菌保持營養成份和傳統風味

       微波殺菌使物料體內蛋白質和生理活動物質發生變異，而導致微生物體生長發育延緩和死亡，達到食品殺菌、殺蟲、保鮮的目的。

三、微波殺菌保鮮特點  　
1、時間短、速度快

       常規熱力殺菌是通過熱傳導、對流和輻射等方式將熱量從食品表面傳至內部。往往需要較長時間，才能達到所需的殺菌溫度。微波殺菌是通過微波能與食品及其細菌等微生物直接相互作用，因熱效應與非熱效應共同作用殺死菌體，所以處理時間大大縮短。

2、低溫殺菌保持營養成份和傳統風味

       微波殺菌設備是通過熱和非熱效應殺菌，因而與常規熱力殺菌比較能在比較低的溫度和較短的時間就能獲得所需的消毒殺菌效果。不僅安全、保險，而且能保留更多的營養成份和色、香味等風味。如采用常規熱力處理的蔬菜保留的維生素C是46～50%，而微波處理是60～90%，常規加熱豬肝維生素A保持為58%，而微波加熱為84%。

3、節約能源  

       常規熱力殺菌往往需要通過環境或傳熱介質的加熱，才能把熱量傳至食品，而微波是直接對食品進行作用處理，因而沒有額外熱能損耗。一般可節電30～50%。

4、均勻徹底  

       常規熱力殺菌是從物料表面開始，然后通過熱傳導至內部。為了保持食品風味，縮短處理時間，往往食品內部都沒有達到足夠溫度而影響殺菌效果。而微波是對食品進行整體處理，表面和內部同時受到作用，所以殺菌均勻、徹底。

5、便于控制

       微波食品殺菌處理設備操作簡便，便于控制，沒有控制時間慣性。

6、設備簡單，工藝先進

       與常規消毒殺菌相比，微波殺菌設備不需要鍋爐，復雜的管道系統，煤場和運輸車輛，只要具備水、電基本條件即可。

7、改善勞動條件，節省占地面積   

      微波設備無高溫、 無余熱，本身又不發熱，也不輻射熱量。  　

四、應用概況 　

 1、 瑞典卡洛里公司將2450MHz  80kW面包殺菌機安裝在臺時產量為4400磅的面包生產線上，經微波處理后，面包濕度由20°C上升到80°C，時間僅1～2分鐘，處理后的面包片保存期由原來3～4天延長到30～40天。另據日本東芝公司統計，該公司生產用糕點、米、面等食品殺菌的微波功率已占工業微波總容量的34%。

 2、荷蘭的每日食品公司將微波能用于對盒裝魚、肉、食品進行保鮮處理，產品均勻加熱到72～75°C，可在0～4°C冷藏柜中保存6星期，保證原味不變。

 3、上海口福食品總廠采用2450MHz20kW微波食品殺菌機，用于袋裝魚、叉燒、麻雀、肉松等食品殺菌處理，用于袋裝芝麻糊的殺菌亦有較好效果。

 4、南京老山營養食品廠采用2450MHz  10kW微波機對天然花粉干燥殺菌處理，可保持各種營養成份和微生物不受破壞，與原工藝相比，具有加工周期短，節電95.5%（年節電4萬度），產品質量好。

 5、山東長島魚業公司采用2450MHz  10kW微波處理設備不僅具有加熱干燥功能而且殺菌滅霉效果明顯，適用于生片烘干和熟片烘烤。該公司原來用遠紅外設備烘烤魚片，每天產量1.5噸，耗電量40kW/ h，現用微波烘干機代替只需用電17.4 kW/ h，節能50%以上。

 6、豆制品是營養豐富的植物蛋白食品，但它又是各種微生物的良好培養基。在常溫條件下，極易霉變，失去營養、食用價值，因故先將豆腐皮經6kW電熱滾壓機將水分擠壓到40%左右，進入2450MHz10kW平板型微波機烘干到工藝要求后直接包裝，全部過程只需2～3分鐘，生產能力為75kg / h ,   產品不僅香脆，復水性好，而且殺菌、滅霉效果也很好，大大延長保存期。

 7、牛奶生產過程中，消毒是最重要的工藝，傳統方法是采用高溫短時巴氏殺菌缺點是需要龐大的鍋爐和復雜的管道系統，而且耗費能源，戰勝占用煤場，勞動強度大。牛奶廠2450MHz  10kW微波液體殺菌機，對牛奶殺菌消毒處理加工能力為125 /  h ，鮮奶在80°C左右處理數秒鐘后，雜菌和大腸桿菌完全達到衛生標準要求。

 8、瓶裝口服液在生產過程中易感染細菌，在包裝后需要殺菌處理，廷長保質期，微波箱式殺菌機對成品包裝進行殺菌，剎菌溫度在50°C左右，殺菌方法是在生產線上不中斷地

對成品進行微波殺菌處理，以保證質量，經殺菌后，一年時間菌檢化驗合格。

 9、炒貨行業如瓜子、花生、腰果等，傳統工藝加工時需要燒煤，用轉爐加熱烘干，污染環境，勞動強度大，耗能高，效率低。深圳、武威炒貨廠等到多個炒貨使用20-40kW 915MHz型微波干燥機對白瓜子、杏仁、花生、腰果進行焙炒，可將含水35%左右經8-10分鐘干燥至5%以下，改善環境污染，提高了產品質量曾獲得星火計劃金獎，產品已銷海外。

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