工業(yè)微波設(shè)備在食品工業(yè)的干燥與殺菌

工業(yè)微波設(shè)備在食品工業(yè)的干燥與殺菌

    微波技術(shù)的出現(xiàn)將通訊、廣播、電視送人千家萬戶。人們欣喜地發(fā)現(xiàn)微波技術(shù)為工業(yè)加熱提供一種新的加熱方式，這種加熱方式在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)療等方面都得到了廣泛應(yīng)用。一是利用其熱效應(yīng)，主要用于食品微波干燥殺菌、藥材微波干燥殺菌、農(nóng)副土特產(chǎn)品微波殺菌、木材微波干燥、紙板微波烘干、化工工業(yè)產(chǎn)品等加熱干燥，陶瓷的微波定型及燒結(jié)，橡膠的微波硫化預(yù)熱等。二是利用其生物效應(yīng)，對食品、藥材、農(nóng)副土特產(chǎn)品的微波低溫殺菌、防霉保鮮，白酒的微波催陳、醇化，中止發(fā)酵，育種等。

    微波加熱作為當(dāng)今高新技術(shù)，早已從實驗室、家庭走向生產(chǎn)實用階段，食品、醫(yī)藥、農(nóng)副土特產(chǎn)品的加工前景十分廣闊。

    1 微波在食品加工中的利用原理與特點

    1.1 微波加熱在食品加工中的利用原理

    微波加熱在食品加工中的原理主要是它的熱效應(yīng)。微波透入物料內(nèi)，與物料的極性分子相互作用，使其極性取向隨著外電磁場的變化而變化，致使分子急劇摩擦、碰撞，使物料內(nèi)各部分在同一瞬間獲得熱量而升溫。這種具有使物體整體成為熱源的加熱方式稱為微波加熱。

    1.2 微波在食品加工中的特點

    1.2.1 微波加熱具有選擇性和即時性

    不同物質(zhì)在同樣的微波場中加熱時，所吸收或產(chǎn)生的熱量不同，對于微波能吸收能力差的物質(zhì)，如陶瓷器、紙、玻璃、塑料等，微波在其中的能量損失很小，具有良好的穿透性，這為包裝食品的微波加熱提供了可能。極性分子容易吸收微波能，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。水接收微波的能力較強(qiáng)，食品的水分含量對微波加熱的影響很大。物料吸收微波能是物料內(nèi)極性分子與微波電磁場相互作用的結(jié)果，在外加交變電磁場作用下，物料內(nèi)極性分子電極化并隨外加電磁場的極性變更而交變?nèi)∠颍a(chǎn)生摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能。研究表明，極性分子轉(zhuǎn)向過程中轉(zhuǎn)向時間與外加交變電磁場極性改變的圓頻率有關(guān)。因此，微波能在物料內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能的過程具有即時特征。微波對物料加熱無惰性，即只要有微波輻射，物料即刻得到加熱，反之就停止加熱。這種使物料瞬間得到或失去加熱動力的性能便于工業(yè)化應(yīng)用。

    1.2.2 微波加熱效率高，節(jié)約能源

    微波可直接使食品內(nèi)部分子產(chǎn)生熱量，當(dāng)微波用金屬包圍起來后，其中的能量被封閉，只作用于被加熱物料，不需要傳熱介質(zhì)，甚至連容器或載體都因為微波的穿透而不被加熱，形成能量利用率高的加熱特性。

    1.2.3 微波技術(shù)的穿透性

    因為微波的波長較長，因此具有更好的穿透性，這對于食品加工具有重要的意義。它可以在以下幾個方面發(fā)揮積極效果：一是由于微波對玻璃、塑料和紙等包裝材料的穿透性極好，能量可直接傳至食品內(nèi)部，因此可以實現(xiàn)包裝食品的殺菌，減少因長時間加熱而引起的品質(zhì)下降，也使得傳熱性差的低水分含量固體食品包裝后殺菌得以實現(xiàn)；二是微波可把能量直接傳至食品表面和內(nèi)部，物料各部分是體熱源溫度分布，物料熱傳導(dǎo)與蒸汽遷移方向相同，是物料加熱干燥的最理想狀態(tài)；三是由于微波對冰和冷凍食品的穿透性強(qiáng)，可以實現(xiàn)大塊冷凍食品的快速解凍。雖然微波的穿透性給食品加熱帶來許多優(yōu)點，但在穿透過程中也存在著微波能的衰減，從而造成加熱不均勻。應(yīng)根據(jù)半衰深度來決定食品的大小和厚度，以克服加熱不均勻的缺點。

    2 微波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用與發(fā)展

    微波食品工業(yè)在起步時應(yīng)用、開發(fā)速度緩慢，直到1986年美國才有254套微波設(shè)備用于食品調(diào)溫，預(yù)煮熏肉、家禽、肉餅加工，面條、快餐和果蔬的干燥與面包和酸奶的消毒。

    近十幾年來，微波食品工業(yè)發(fā)展較快，全世界微波食品加工設(shè)備的增長為每年2.5MW。專用的工業(yè)微波設(shè)備已有真空干燥、冷凍干燥、消毒滅菌、焙烤、熱燙等很多種類型。

    2.1 微波技術(shù)在食品微波焙烤和燒炙方面的應(yīng)用

    雀巢公司用2450MHz，10kW微波設(shè)備烤可可豆，加工時間為5~10min，比傳統(tǒng)焙烤時間縮短一半。面包生產(chǎn)中利用微波醒發(fā)面團(tuán)，可以縮短醒發(fā)時間，微波焙烤可使面包具有良好的組織形態(tài)，但面包上色不夠，須結(jié)合傳統(tǒng)加熱使表面褐變，或采用特殊的容器或包材，或采用易發(fā)生褐變反應(yīng)的添加劑生產(chǎn)面包。微波燒炙已被成功用于熏肉、肉餅和家禽的加工，不僅可以縮短加工時間，降低生產(chǎn)成本，而且可提高產(chǎn)率和產(chǎn)品的保藏性。

    2.2 微波技術(shù)在干燥方面的應(yīng)用

    微波工藝在干燥過程中可以獨(dú)立使用，也可與傳統(tǒng)加熱法結(jié)合進(jìn)行。它對水分含量在以下的食品最為有效，已成功地應(yīng)用于土豆片、面條、調(diào)味品、小食品、海產(chǎn)品、蔬菜、果粉、蛋黃粉、人參金銀花、肉干、肉脯、菇類、茶葉等品種的干燥。與傳統(tǒng)干燥方法相比，不但干燥效率高，干燥時間短，而且能夠較好地保持物料的色、香、味和營養(yǎng)物質(zhì)含量，同時具有獨(dú)特的殺菌優(yōu)勢，利于產(chǎn)品貯藏。

    我國從20世紀(jì)70年代開始研制的2450MHz，45kW隧道式微波干燥乳兒糕生產(chǎn)線，將原來需要烘烤6~8h的工藝縮短到9min內(nèi)完成，80年代研制的915MHz，40kW的牛肉干烘干殺菌設(shè)備，就成功地解決了原工藝的弊端，使牛肉干質(zhì)量得到很大提高。天然花粉屬高級滋補(bǔ)營養(yǎng)品，含有多種營養(yǎng)成分，在加工過程中處理溫度不宜超過60℃，傳統(tǒng)的工藝是采用冷凍干燥結(jié)合C60射線殺菌，生產(chǎn)效率低，耗能大，而采用2450MHz，10kW隧道式微波干燥殺菌機(jī)后，實現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，節(jié)電80%以上，產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

    近年來，我國已研制出先進(jìn)成熟的微波真空脫水設(shè)備和微波冷凍升華干燥設(shè)備。還針對高水分含量的果品蔬菜干燥研制開發(fā)了微波與熱風(fēng)干燥相結(jié)合的干燥設(shè)備。產(chǎn)品先經(jīng)微波熱燙滅酶，然后經(jīng)過熱風(fēng)干燥，最后再經(jīng)微波干燥，使干燥速率比單純用熱風(fēng)干燥提高8倍。

    2.3 微波技術(shù)在食品殺菌中的應(yīng)用

    由于微波殺菌所具有的優(yōu)點，其應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大，殺菌設(shè)備也日臻完善。Dessel等人把幾種對象菌接種到食品中，然后用微波進(jìn)行處理，并與傳統(tǒng)加熱殺菌進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，要取得相同的殺菌效果，微波技術(shù)所需時間僅為傳統(tǒng)加熱時間的1/9~1/2。20世紀(jì)90年代，Paterson等人對微波技術(shù)是否既能殺滅真空包裝牛肉中的微生物，又能保持鮮肉所具有的表觀特征進(jìn)行實驗探討，發(fā)現(xiàn)控制終溫50℃所取得的效果令人滿意。

    1975年揚(yáng)州第一食品廠采用微波干燥殺菌機(jī)，將產(chǎn)品的干燥、殺菌和殺蟲工藝集于一體，取得良好效果。后來，其它的研究還發(fā)現(xiàn)，醬油經(jīng)2450MHz的微波處理6min后，可以抑制霉菌生長及殺滅腸道致病菌，但對氨基酸態(tài)氮無分解作用。此外，也可對啤酒進(jìn)行微波殺菌，且啤酒風(fēng)味保持良好。筆者用的微波殺菌機(jī)處理水分含量為的膨化糊粉食品，處理20s，即可使物料溫度達(dá)80~90℃，殺菌效果極其顯著。

    近年來，我國研制的各種型號、用途和功能的微波殺菌機(jī)在營養(yǎng)麥片、黑米芝麻糊、豆奶粉、兒童營養(yǎng)米粉、營養(yǎng)品、茶葉、調(diào)味品、方便菜、保健品等包裝食品的二次滅菌方面得到廣泛應(yīng)用。保證了產(chǎn)品的安全衛(wèi)生，提高了產(chǎn)品貯藏性。

    2.4 微波技術(shù)在食品分離工程中的應(yīng)用

    微波分離技術(shù)可用于植物天然成分的提取和食品添加劑制備工藝中的提取單元操作。微波萃取技術(shù)在國外發(fā)展很快，已在許多方面得到應(yīng)用，申請了數(shù)項專利。我國從1995年開始進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的微波萃取技術(shù)研究與應(yīng)用。利用微波提取天然色素的研究表明，在微波作用下，用水提取天然色素，比傳統(tǒng)方法提取率高，節(jié)省時間、能耗小、安全，工藝易于控制，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。微波萃取在制備果膠、高粘度殼聚糖和植物香精油等方面已有深入研究，并在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。其共同特點是提取速度快，工藝條件便于控制。此外，微波技術(shù)在促進(jìn)酒類、發(fā)酵制品和巧克力的成熟和陳化、食品添加劑的合成、茶葉殺青、果品蔬菜熱燙、食品調(diào)溫、解凍等方面也具有良好的應(yīng)用效果。

    3 微波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用前景展望

    近年來，微波能的應(yīng)用在食品工業(yè)中猶如異軍突起，發(fā)展極為迅速。微波干燥、殺菌設(shè)備日臻完善，功率從幾個千瓦到幾百個千瓦的各種用途、規(guī)格的用于微波干燥、殺菌設(shè)備層出不窮。由于人們對軟包裝食品需求增加，各種袋裝、盒裝、瓶裝的食品、飲料、調(diào)味品、營養(yǎng)品的殺菌、保鮮問題顯得非常重要。微波既不破壞軟包裝，又能對軟包裝的各種食品進(jìn)行二次滅菌，既簡單又有效。我國研制的各種型號、用途、功能的微波干燥殺菌設(shè)備在營養(yǎng)麥片、黑芝麻糊、豆奶粉、兒童營養(yǎng)米粉等方面得到廣泛應(yīng)用，取得良好效果。90年代研制的微波無油方便面設(shè)備，其復(fù)水時耐煮而不渾濁，不斷條，口感佳。無油方便面不僅可以煮、泡，還可以做成炒面，涼拌面等多種食品。完全符合人們追求的食品多品種、低油脂、功能型、營養(yǎng)保健型的食品發(fā)展方向和人們回歸自然的消費(fèi)心理。

    我國已具有相當(dāng)成熟和先進(jìn)的微波真空脫水技術(shù)和設(shè)備。真空冷凍微波升華干燥的食品、果蔬菜等能保持原有的色、香、味、形狀和營養(yǎng)成分，是國際市場上的俏銷產(chǎn)品。基于以上優(yōu)點，肉類、水產(chǎn)品、蔬菜、水果、乳類、蛋類等都可以加工制造出微波真空冷凍干燥產(chǎn)品。實踐證明，微波更適用于產(chǎn)品價值高、質(zhì)量要求嚴(yán)、熱傳導(dǎo)率低、用傳統(tǒng)工藝難以解決的物料。而對于含水量過大的物料脫水，單純用微波脫水有時也是不經(jīng)濟(jì)的。如果將微波與熱風(fēng)、蒸氣或遠(yuǎn)紅外等方法相結(jié)合，常會得到“事半功倍”的效果。如微波與熱風(fēng)相結(jié)合干燥方便面、米粉，要比用傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥提高8倍以上。用微波與遠(yuǎn)紅外作為熱源，利用遠(yuǎn)紅外可使物料分子、原子振動產(chǎn)生熱能，二者結(jié)合，其干燥速率將是熱風(fēng)干燥的10倍以上。熟化物料的速度也較其他熱源快5倍以上。這種具有科學(xué)性、實用性的組合，既無任何環(huán)境污染，又高效節(jié)能，大大延長產(chǎn)品保鮮期。該項技術(shù)組合將會給糕點、肉脯、魚片、月餅、面包等生產(chǎn)企業(yè)帶來福音和挑戰(zhàn)。

    4 小結(jié)

    用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)食品工業(yè)，將為食品工業(yè)開辟一條新的途徑。微波能在食品工業(yè)上的應(yīng)用是科學(xué)發(fā)展與人類社會進(jìn)步的需求，目前在國內(nèi)外已發(fā)展成為一項極有前途的新技術(shù)。相信通過微波工業(yè)與食品工業(yè)技術(shù)人員的緊密配合，進(jìn)一步完善微波食品加工理論，開發(fā)新型微波加工設(shè)備，建立微波食品加工工藝，微波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用將日趨深入與廣泛。食品加工的生產(chǎn)效率、工藝水平和食品質(zhì)量與安全性將會得到進(jìn)一步提高。

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