微波能應用技術在食品加工領域的新發展

微波能應用技術在食品加工領域的新發展

    微波真空（冷凍）干燥 真空冷凍干燥（FD脫水）最早產生于1909年，用于生物材料及生物組織的研究。微波真空冷凍升華干燥（MD脫水)源于二戰期間，當時戰爭需要大量新鮮血液制品，而在儲存、運輸環節存在許多棘手問題無法克服；另外，抗生素的生產也需要采用凍干技術。為此，因戰爭需要，科學家提出一項研究工程，即“血漿不變性冷凍真空微波升華脫水研究工程”，簡稱“血漿工程”。把剛抽出的新鮮血漿在極短的時間內速凍成冰塊，然后在真空條件下，施以微波升華干燥、脫水成干血粉（含水量約1％），用鋁箔復合袋避光密封，保質期可達兩年以上，運到前方加定量的無菌蒸餾水稀釋即可當新鮮血漿注射。這項工程開創了微波升華脫水干燥步入實用的先河。

    1、最好地保存原物料的色、香、口味和營養成份；因凍干食品是在低溫真空（缺氧）條件下完成，酶和細菌不滋生，食品不變質、不氧化，營養成份特別是那些遇高溫會分解的維生素、化凍時與水一起流失的水溶性營養成份損失少。據美國陸軍委托食品容器研究所測定：凍干干燥法對肉、蛋、豆類、青菜、甜玉米等食品中的蛋白質無損害，Vc、β胡蘿卜素和其它水溶性維生素僅損失5%，對脂溶性維生素（Ｖａ，Ｄ，Ｅ，Ｋ）則完全不受損失。微波升華脫水能夠最大限度地保留物料中原有的營養成份。例如：曬干青菜的維生素、葉綠素等營養成份只能保留原有的3%；陰干可以保留17%；熱片快速干燥可保留40%；FD真空冷凍干燥可以保留到70%以上；微波升華干燥的有效成份可以保留到97%。因此稱為不變性脫水。

    2、干燥速度快，不受形狀、厚度影響：微波的穿透性加熱和選擇性加熱能均勻地、快速干燥物料。微波處理5～10cm厚度制品時，干燥時間可節省原來的30%；若厚度增加到20～30cm時，則可節省時間60%以上。例如：用常規熱傳導給小香蔥做冷凍干燥，需18～21小時；而用微波僅8～9小時。

    3、 能最好的保持原物料形狀、口感與風味、復水性好。

    4、節能降耗：熱效率高，理論計算可達94%。

    5、產品品質高：常規熱傳導升華脫水時，有用溫度載熱油，或用密封增壓技術把水加熱，在加熱板中強制循環，傳遞熱量給盛料盤和物料，底部物料中熱敏物質因長時間過熱而變性、變色、變味，嚴重的變焦黃，就是進口設備正品率也不超過90%，國產只達60%上下，而微波獨特的加熱方式使物料內外同時升溫汽化，脫水后的產品上、下質量一致，可達到100%合格率。產品保存期可達3至5年，最長10年。而一般的保鮮冷藏至多幾個月，最多不會超過1年。微波兼有殺菌、滅酶功效。

    6、干燥溫度低，適合加工高檔、熱敏性產品：目前廣泛應用在對溫度敏感的藥物、飲料、果汁或富含維生素的物料上。微波真空干燥速溶橘粉裝置，真空室直徑為1.5m，長12m，微波功率48kW，使用玻璃增強聚乙烯傳送帶連續傳遞，具有膨化作用。它先將含有63%固形物的橘漿抽吸并涂抹在寬1.2m的傳送帶上，堆高厚度為3～7mm，在10.67KPa～13.38KPa（80～100mmHg）的低壓下輸入微波能量，加熱40min，可膨化到厚度為80～100mm，制成含水率為20%的速溶橘粉，生產能力50kg/h。產品不僅保持橘汁原有色、香、味，而且所保留的維生素C量是噴霧干燥法不可能達到的。

    微波保鮮、殺菌新技術

    為了防止食品早期變質以便儲存，通常使用紫外燈、蒸氣、高壓、鈷60、臭氧、充氮、添防腐劑等方法進行殺菌，微波技術則又開辟了一種理想方式，能在短時間內，對物料內外同時殺菌，又不破壞營養成分。在過去30年，對食品特別是袋裝、瓶裝食品進行了大量研究，采用微波短時間照射，可快速升溫殺菌。與常規方法相比，可保持更好的口味、顏色和營養成份。在我國食品的微波殺菌保鮮技術已被越來越多食品生產廠家所采用。

    利用脈沖調制的微波能進行殺菌試驗，證實可以用較小的溫升達到殺菌的目的。這也說明微波殺菌不只是熱力殺菌，還有非熱力致死細菌的能力。這就是所謂的非熱效應。根據這個原理，我們可以在極短的時間內、采用高于常規微波場能量密度的數倍或數十倍的脈沖微波能量照射食品，不但可以可靠殺死細菌，還可大大降低食品溫升、降低設備的能耗。降低殺菌的成本。目前廉價的915MHz、2450MHz大功率微波脈沖源已開發出來，實用性整機近期可以推出。

    微波與傳統加熱技術的結合

    眾所周知微波能可將被加熱物質內外同時加熱，但在實際應用中，由于物體周邊流動空氣的影響，外表面散熱較為容易，使得物體內部溫升往往高于外表面。而熱風系統中，物體加熱是從外向內進行熱的傳導，故外表面溫度往往大于內部。可以設想若將兩種加熱方法結合在一起可有幾點好處：

    1、可真正實現內外同時加熱；

    2、環境溫度上升加大系統抽濕能力，避免水蒸氣在加熱器內部結露；

    3、由于微波設備一次性投資高于常規設備，合理的分配兩者之間比例，可降低系統造價，起事半功倍效果。

    4、發揮各自的工藝優勢。國外的許多食品干燥項目采用此技術。日本研制的一種微波膨化干燥蛋黃粉設備使用16只2450MHz，5kW的磁控管，總輸出功率90kW，其方法是先將蛋黃漿料涂布在傳送帶上，用遠紅外預熱到80℃，然后用微波加熱，膨化至3～5cm厚，再急速冷卻到40℃，切碎后繼續用常規方法制成蛋黃粉，日產1噸。瑞典采用2450MHz　30kW的微波裝置生產肉餡餅。由自動機械生產的肉餡餅，經微波完成烹制過程，最后用電熱絲加熱使表面褐化，產品質量明顯提高，每塊餅的處理時間為2分鐘，每小時16000只。近幾年國內許多微波食品工程采用綜合加熱技術，將微波加熱分別與電熱風、蒸汽、紅外、噴霧、火焰、冷干風等常規加熱方法聯合使用，取得良好效果。

    微波膨化技術

    膨化食品深受廣大群眾喜愛，今幾年發展較快。微波可迅速加熱食品，并使得內部壓差急劇變化，這種特性使得微波在食品的膨化干燥領域占有一席之地。微波蘋果膨化生產技術，是一重大科技創新技術。

    通過對蘋果進行系列加工和微波膨化干燥，制成一種新穎獨特的休閑食品――蘋果脆片。它保持了原有水果的風味和色澤，不添加任何添加劑，是地道的天然綠色食品，該產品口感酥脆、酸甜適口、風味獨特濃郁、營養豐富、復水性好，且便于貯存、運輸攜帶，是老少皆宜的高級休閑食品及邊防、海防、高山、高原上士兵們及野外、水下人員的必需食品。

    它的研制成功是蘋果加工技術上一個重大突破，本技術還可生產其它果蔬酥產品。薯條、薯片的膨化過去都是用油炸，這不但增加了食品的熱量、還破壞了其原有的營養成分。用微波膨化薯條、薯片，不但保持了食品原汁原味，還省去油炸工藝、口感極好、風味獨特，加工成本較低。是農副產品深加工極好項目。

    微波加工方便面的技術近來又有所突破，用高場強微波使方便面在加工中產生膨化，生產出的產品復水性極好，對沖泡方便面的水溫要求降低，沖泡時間縮短，口感上升。此技術還降低了棕櫚油的損耗。此設備采用2450MHz頻率、功率35kW，班產量3～4噸。可24小時連續工作。

    微波設備發展現狀

    微波應用技術在我國發展已有近三十年的歷史，雖然它還屬新興的應用領域，但隨著現代科學技術不斷進步，近幾年微波設備的可靠性、實用性不斷提高。微波專業生產廠家制造技術也趨于成熟，制造成本大副下降。許多微波食品加工設備均具有操作簡單、可連續穩定工作、可抗空載、維修方便等特點。微波技術發展初期，微波設備有許多典型缺點：加熱不均勻、故障率高、可靠性差、難以操作和維護等，現均得到徹底改善。

    常規微波食品加工設備用于脫水干燥時，每一度電耗可脫0.5～1公斤水份；用于滅菌保鮮時每一度電耗可處理7～12公斤物料。用于解凍、膨化物料時每一度電耗可處理物料12～24公斤。定購微波食品加工設備不但要注意外觀造型、價格與質量。作為微波設備，有三個重要性能指標必須了解：

    1、微波泄漏量：微波設備的微波能量泄漏有害人體健康，設備進、出料口、爐門、操作區等地方，微波泄漏應符合國家有關標準規定。

    2、整機效率：微波設備應是節能高效設備，專業廠家生產的整機熱轉換總效率應在50％以上。

    3、均勻性：不管微波設備是用于加熱、干燥還是殺菌，其設備加熱物料的溫升差值應小于±5℃。這樣才能保證微波加熱效果的一致性。

    微波設備的設計是以電磁波傳輸理論為基礎的。從事設備設計的技術人員一般不了解食品的工藝、特性，而食品工藝研究人員積累的大量常規食品加熱的經驗又不能全部移植在微波加熱系統，兩者的結合需要一定時間，這就是目前微波技術在食品業推廣所遇到的障礙。

    好在我們已跨入信息時代，行業之間合作將很快打破這個瓶頸。與國外微波設備相比，國內微波技術本身并無遜色，但在機電一體化技術、自動控制水平、整機運行可靠性程度和生產線配套能力存在明顯差距，這是今后國內從事微波應用技術工作的科研人員急需化大力量解決的課題。

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