食品加工與保藏 食品的微波處理課件

1、第七章 食品的微波處理10/2/20221主要內(nèi)容概述微波加熱的原理及特點微波加熱設(shè)備微波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用10/2/2022210/2/20223微波微波一般是指波長在1 mm1 m范圍(相應(yīng)的頻率為300 MHz300 GHz)的電磁波。300 GHZ頻率（HZ）波長（M）300 MHZ1 M1 mm工業(yè)微波爐 915 MHZ家用微波爐 2450 MHZ0.328 M0.122 M10/2/20224微波的特性微波的能量與其頻率成正比，微波的波長與其頻率成反比。10/2/20225微波的熱效應(yīng)微波被物質(zhì)反射時，不產(chǎn)熱。微波透過空氣、玻璃、紙、塑料、陶瓷時，也不產(chǎn)熱。只有當(dāng)微波被介質(zhì)吸收

2、時，介質(zhì)吸收了微波的能量，會發(fā)熱，這就是微波的熱效應(yīng)。10/2/20227微波加熱的原理和特點微波加熱的原理微波加熱的影響因素微波加熱的特點10/2/20228離子極化產(chǎn)熱10/2/202210離子極化產(chǎn)熱由于食品離子大多是極化力弱，且變形性也弱(不易被極化)的離子；因此，食品的離子極化產(chǎn)熱相對而言比較小。10/2/202211偶極子（極性分子）有些物質(zhì)，其分子的正負電荷中心不重合，即物質(zhì)分子具有偶極矩，這種具有偶極矩的分子稱為偶極子（也稱為極性分子）。-+10/2/202212偶極子的極化在外加電場的作用下，偶極子的電子會進一步定向遷移，偶極子極性進一步增強，偶極矩進一步增大，這一過程即為極

3、化。極化后的偶極子在外加電場的作用下，馬上會定向排列，形成有一定取向的規(guī)則排列的偶極子。10/2/202214偶極子的轉(zhuǎn)向10/2/202215微波加熱的機理偶極子轉(zhuǎn)向產(chǎn)熱偶極子的轉(zhuǎn)向，實際上是分子中的電子在偶極子(即分子)的兩極來回迅速運動，這種運動當(dāng)然會受到原子核的阻礙，從而產(chǎn)生類似摩擦的作用，使分子獲得能量，并以熱的形式表現(xiàn)出來（即產(chǎn)熱）。10/2/202217微波加熱的影響因素微波場對微波加熱的影響介質(zhì)對微波能的吸收微波在有耗介質(zhì)中的衰減10/2/202218微波場對微波加熱的影響外加電場的變化頻率越高，電子在偶極子兩極間往返運動的頻次越快，因“摩擦”產(chǎn)生的熱量就越多。外加電場越強，電

4、子在偶極子兩極間來回運動的幅度就越大，因“摩擦”產(chǎn)生的熱量也就越多。10/2/202219介質(zhì)對微波能的吸收微波的能量在通過介質(zhì)時被吸收，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，介質(zhì)的微波吸收功率可根據(jù)下式計算：10/2/202220介質(zhì)對微波能的吸收上式中r為介質(zhì)的介電常數(shù)；0為真空的介電常數(shù)，等于8.8541012；tan為介質(zhì)損耗角正切。10/2/202221介電現(xiàn)象分子定向排列后，介質(zhì)表現(xiàn)出一定的電性，而且從整體上看介質(zhì)對外加電場有一定的反作用，這種反作用會削弱外加電場，這種現(xiàn)象稱為介電現(xiàn)象。10/2/202222介電常數(shù)介電現(xiàn)象使外加電場的一部分能量轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中，介質(zhì)的介電常數(shù)越大介質(zhì)中儲存的能量就越多。10

5、/2/202224介電常數(shù)10/2/202225物質(zhì)的介電性質(zhì)不同介質(zhì)的介電常數(shù)r和介電損耗角正切tg一般不同(見表75)。水和脂肪的r和tg值比一般介質(zhì)大；因此，一般情況下，物料的水分（或脂肪）含量越高其介電損耗越大(見表76)。10/2/202227影響物質(zhì)介電性質(zhì)的因素極性分子的介電常數(shù)比非極性分子大。如水和脂肪等的介電常數(shù)較大，而紙、玻璃、陶瓷等的介電常數(shù)較小。10/2/202228影響物質(zhì)介電性質(zhì)的因素物料的介電性質(zhì)還受微波的頻率的影響。物料的介電常數(shù)受微波的頻率的影響不大，但物料的介電損耗隨微波頻率的升高有顯著的降低。10/2/202229食品溫度/頻率/MHzrtg牛肉25915

6、245062612717豬肉25915245059582616土豆25915245065641914胡蘿卜2591524507372201510/2/202230水、冰的介電性質(zhì)及微波解凍時熱失控現(xiàn)象冰的r為3.2，tg值為0.001；而水的r為80，tg值為0.2左右。因此，在微波解凍時，如果不及時把融化產(chǎn)生的水排走，微波能可能主要被解凍后產(chǎn)生的水所吸收，而冰得不到微波能；引起解凍不均勻及局部食品升溫的加熱效果，即為熱失控現(xiàn)象。10/2/202231溫度對介質(zhì)介電特性的影響及微波加熱的自動平衡現(xiàn)象有些物料在溫度上升時，其介電損耗反而降低，這時就會出現(xiàn)自動平衡的現(xiàn)象。微波加熱的這種自動平衡作用

7、使物料加熱更均勻，可避免出現(xiàn)局部過熱。10/2/202232微波在有耗介質(zhì)中的衰減那些具有較強吸收微波能并將其轉(zhuǎn)化為熱能的物質(zhì)，即為有耗介質(zhì)。有耗介質(zhì)，如含水或脂肪的食品，受微波照射后，將不同程度地吸收微波的能量并將其轉(zhuǎn)化為熱能，這樣微波的場強和功率將逐漸衰減。10/2/202233微波的穿透能力微波在有耗介質(zhì)中的衰減狀態(tài)，決定微波對介質(zhì)的 穿透能力 。微波對物料的穿透能力可以用微波在介質(zhì)中的 穿透深度 來衡量。10/2/202234穿透深度的表示方法一物料中微波功率 P 為微波在物料表面時(即微波剛開始進入物料時)微波功率P0的1/e（即36.8%）的點離物料表面的距離，表示為 DE ；即

8、DE 為 PP0/e 的點離物料表面的距離。10/2/202235穿透深度的表示方法二物料中微波功率P為微波在物料表面時（即微波剛開始進入物料時）微波功率P0的1/2的點離物料表面的距離，表示為D1/2。10/2/202236穿透深度的影響因素介質(zhì)的介電常數(shù)和介電損耗是影響微波穿透深度的主要因素。微波對介質(zhì)的穿透深度還受微波的頻率（或波長）的影響。微波對介質(zhì)的穿透深度還與物料的溫度有關(guān)。10/2/202237微波加熱的穿透能力由于一般物料的所以微波的穿透深度與使用的波長是同一數(shù)量級的。因此，與紅外及遠紅外加熱相比，微波的穿透能力要大得多。（遠紅外加熱常用的波長僅為十幾納米）10/2/20223

9、8微波加熱的特點微波加熱依靠穿透能力強的特點，可深入物料的內(nèi)部加熱，使物料表里幾乎同時升溫形成整體狀態(tài)加熱，其加熱方式有別于傳導(dǎo)加熱。10/2/202239微波加熱的特點加熱速度快。微波加熱不是依靠熱傳導(dǎo)，而是利用被加熱物體本身作為發(fā)熱體而進行的內(nèi)部加熱，所以加熱速度特別快。一般只需要常規(guī)方法1/101/100的時間即可完成整個加熱過程。10/2/202240微波加熱的特點加熱均勻性好。微波加熱時食品內(nèi)外同時加熱，避免了其他加熱方式容易導(dǎo)致的食品表面硬化及食品內(nèi)外受熱不均勻的現(xiàn)象；而且微波加熱往往具有自動平衡的性能，容易達到均勻加熱的目的，從而避免食品局部受熱過度的情況發(fā)生。10/2/2022

10、41微波加熱的特點容易控制。微波加熱速度快，可以立即加熱升溫；且微波加熱慣性小，可以瞬間停止整個食品各個部位的加熱。10/2/202242微波加熱的特點具有選擇性。不同食品成分對微波的吸收能力各不相同，因此可以利用微波對某些食品進行選擇性加熱，以提高食品的品質(zhì)。10/2/202243微波加熱的特點熱效率高。微波加熱設(shè)備雖然在電源及產(chǎn)生微波的磁控管上會消耗一部分能量，但由于微波加熱來自帶加熱物料本身，基本上不輻射或散失熱量，所以熱效率高，可達80左右。10/2/202244微波加熱設(shè)備的組成10/2/202245微波加熱器的分類按被加熱物料與微波場的作用形式分為：駐波場諧振腔加熱器、行波場波導(dǎo)加

11、熱器、輻射型加熱器和慢波型加熱器等幾大類。按結(jié)構(gòu)分為：箱式、隧道式、平板式、曲波導(dǎo)式和直波導(dǎo)式。10/2/202246箱式駐波場諧振腔微波加熱器10/2/202247箱式駐波場諧振腔微波加熱器被加熱物料在諧振腔內(nèi)各個方面都受熱。適于各種形狀的物料。微波損傷少，幾乎全部用于加熱。諧振腔是密閉的，微波泄漏很少，使用安全。10/2/202248連續(xù)式多管并聯(lián)諧振腔微波加熱器10/2/202249連續(xù)式多管并聯(lián)諧振腔微波加熱器這種加熱器功率容量大，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用比較普遍。為防止微波泄漏，在爐體入口和出口處裝有吸收微波功率的水負載。10/2/202250波導(dǎo)型微波加熱器所謂波導(dǎo)型加熱器是在波導(dǎo)的一端

12、輸入微波，在另一端裝有吸收剩余能量的水負載，這樣使微波能在波導(dǎo)內(nèi)無反射地傳輸，構(gòu)成行波場，故這類加熱器又稱行波場加熱器。10/2/202251輻射型微波加熱器這類設(shè)備是利用微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波通過一定的轉(zhuǎn)換裝置，再經(jīng)輻射器向外輻射的一種加熱器。10/2/202252喇叭式輻射型微波加熱器10/2/202253慢波型微波加熱器這類加熱器是一種微波沿導(dǎo)體表面?zhèn)鬏數(shù)募訜崞?。由于微波傳送速度比空間傳送慢，又稱慢波加熱器。這種加熱器的特點是能量集中在電路里很狹窄的區(qū)域傳送，電場相對集中，加熱效率較高。10/2/202254單脊梯形微波加熱器10/2/202255微波加熱器的選擇待處理食品的體積和厚度。待處理食品的含水量及介質(zhì)損耗。生產(chǎn)量及成本設(shè)備體積10/2/