工業(yè)微波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用
1、工業(yè)微波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用原理
1.1微波加熱原理微波主要作用于物料中的極性分子，使其由于電場方向的交替變化而以高速改變方向產(chǎn)生擺振，在這種高速擺振狀態(tài)下，造成分子間的急劇摩擦、碰撞，從而產(chǎn)生大量的熱量，這也就是微波加熱的原理[2]。
與此同時(shí)，在微波的作用下，食物中的有害菌、蟲害等同樣受到無極性熱運(yùn)動(dòng)和極性轉(zhuǎn)動(dòng)兩方面的作用而改變其排列組合狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即使得生物體因蛋白質(zhì)變性而失活并使得細(xì)胞中核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）的若干氫鍵松弛、斷裂或重組，干擾或破壞其正常的代謝、遺傳和增殖，抑制或致死菌體或害蟲的生長，達(dá)到殺蟲、滅菌、保鮮的效果[3]。
1.2微波加熱的特性
1.2.1選擇性加熱
微波可以加熱食品中的水、蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等成分，微波是一種能量，只有當(dāng)與物質(zhì)接觸，才能發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，所以物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果不同。
每種物質(zhì)有其自己的損耗因數(shù)，損耗因數(shù)的不同，使微波具有選擇性加熱的特點(diǎn)，即不同的物質(zhì)，在同樣磁場中加熱時(shí)，所吸收的熱量是不同的。對于食品來說，含水量對微波加熱的效果影響很大。因?yàn)樗慕殡姵?shù)大，而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，即后者對微波的吸收能力比水小得多。水分含量低的食品熱容小，更容易受熱均勻。由于熱擴(kuò)散速度決定于熱傳遞，食品中的水分和溫度對熱傳遞的速度也有影響。
1.2.2穿透性
因?yàn)槲⒉ū绕渌糜谳椛浼訜岬碾姶挪ǎ缂t外線、遠(yuǎn)紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。半衰深度是表示微波穿透深度性的指標(biāo)，受材料性質(zhì)、溫度及狀態(tài)的影響。由于其獨(dú)特的加熱性質(zhì)，因此應(yīng)用在食品工業(yè)中顯示出很好的優(yōu)越性，如省時(shí)、快速、加熱效率高、加熱過程具有自動(dòng)平衡性能、加熱均勻、高度保存食品營養(yǎng)成分和風(fēng)味及無污染等優(yōu)點(diǎn)。但它也具有缺點(diǎn)，除了因微波加熱的選擇性和穿透性造成的加熱不均勻外，它消耗的電能也大[4]。
2、工業(yè)微波在食品加工中的應(yīng)用
2.1微波技術(shù)在食品干燥中的應(yīng)用2.1.1微波/熱風(fēng)干燥
微波的加熱特性和干燥原理與其他干燥技術(shù)不同，尤其適用于低水分含量（<20g/100g）物料的干燥。此時(shí)水分遷移率低，但微波能將物料內(nèi)的水分驅(qū)出。若食品過濕，應(yīng)用微波加熱將導(dǎo)致食品過熱。常規(guī)熱風(fēng)干燥要用加工時(shí)間的2/3來除去最后1/3水分含量，并且會(huì)對熱敏性物質(zhì)造成破壞。若采用微波熱風(fēng)干燥技術(shù)可以大大縮短加熱時(shí)間。用這項(xiàng)技術(shù)可加工干燥土豆片、薯片、香菇、玉米片、乳糕、豆類等。
2.1.2微波/真空干燥技術(shù)
微波/真空干燥技術(shù)是把微波干燥和真空干燥兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來,充分發(fā)揮微波干燥和真空干燥各自優(yōu)點(diǎn)的一項(xiàng)綜合干燥技術(shù).其原理是在低溫下加快水分的散失速度,這種干燥方式尤其適合熱敏性高的物質(zhì),如水果、蔬菜等。此外，微波真空干燥還可加工生產(chǎn)蔬菜粉、蛋黃粉及脫水葡萄。
2.1.3微波/冷凍干燥技術(shù)
冷凍干燥時(shí)需要外部提供冰塊升華所需的熱量,升華的速率則取決于熱源所能提供的能量多少。微波可克服常規(guī)干燥熱傳導(dǎo)率低的缺點(diǎn)，從物料內(nèi)部開始升溫，并且由于蒸發(fā)作用使冰塊內(nèi)層溫度高于外層，對升華的排濕通道無阻礙作用。微波還可以選擇性的針對冰塊加熱而干燥部分卻很少吸收微波能，從而使干燥速率大大增加，干燥時(shí)間比常規(guī)干燥縮短1倍以上。由于物料內(nèi)部冰塊迅速升華，物料呈多孔性結(jié)構(gòu)，更易復(fù)水和壓縮。微波冷凍干燥適合于處理那些具有較低的熱降解溫度或高附加值的物料[5]。
2.2工業(yè)微波技術(shù)在食品殺菌中的應(yīng)用
微波殺菌基于食品中微生物同時(shí)受到微波熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的共同作用，在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到殺菌效果，不影響產(chǎn)品的色/香/味/形，顯示出較常規(guī)殺菌的優(yōu)越性[6]。2.2.1連續(xù)微波殺菌工藝
連續(xù)微波殺菌在國內(nèi)外食品殺菌中已得到廣泛研究。對于根據(jù)食品的介電常數(shù)/含水量確定其殺菌時(shí)間/功率密度等工藝參數(shù)的研究已十分深入；對于食品物料的介電機(jī)理及在微波場中升溫殺菌理論模型也有較多的研究。連續(xù)微波殺菌既可用于食品的巴氏殺菌。目前已進(jìn)行的應(yīng)用和研究對象包括液態(tài)食品如啤酒/乳制品/果蔬汁飲料/醬油和黃酒等。
2.2.2脈沖微波殺菌技術(shù)
傳統(tǒng)微波殺菌主要是利用微波的熱效應(yīng)殺菌，而使用脈沖微波殺菌主要是利用其非熱效應(yīng)殺菌。脈沖微波殺菌技術(shù)能在較低的溫度/較少的溫升條件下對食品進(jìn)行殺菌，對于熱敏性物料來說具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。因此，對脈沖微波殺菌技術(shù)進(jìn)行研究，在食品加工中充分利用其非熱效應(yīng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
2.2.3多次快速加熱和冷卻的微波殺菌工藝
多次快速加熱和冷卻的微波殺菌工藝適合于對溫度敏感的液體食品殺菌，例如飲料和米酒的殺菌保鮮。其目的是快速改變微生物生態(tài)環(huán)境的溫度，并且多次進(jìn)行微波輻照殺菌，從而避免物料較長時(shí)間連續(xù)性地處于高溫狀態(tài)，為保持物料的色/香/味及營養(yǎng)成分提供有利條件。
2.2.4微波加熱與常規(guī)熱力殺菌相結(jié)合的殺菌工藝
微波加熱與常規(guī)熱力殺菌相結(jié)合，可以充分發(fā)揮2種殺菌方式的優(yōu)點(diǎn)，縮短常規(guī)熱力殺菌時(shí)間，同時(shí)也可以避免有些成分復(fù)雜/水分含量不均勻的食品在微波殺菌時(shí)的加熱不均勻[7]。
2.3工業(yè)微波技術(shù)在食品膨化中的應(yīng)用
微波膨化技術(shù)是微波加熱干燥的一個(gè)特殊應(yīng)用。其原理是微波能量到達(dá)物料深層轉(zhuǎn)換成熱能，將使物料深層水分迅速蒸發(fā)形成較高的內(nèi)部蒸汽壓力，迫使物料膨化，并依靠氣體的膨脹力帶動(dòng)組分中高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變性，從而使之成為具有網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)特征，定型成為多孔物質(zhì)的過程。微波膨化加工時(shí)間短，節(jié)能省時(shí)，營養(yǎng)成分保存率高，且膨化/殺菌/干燥同時(shí)完成。因此，微波應(yīng)用于膨化食品生產(chǎn)能克服傳統(tǒng)油炸膨化含量高/能耗大等缺點(diǎn)，在食品工業(yè)生產(chǎn)中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前，微波膨化食品的加工應(yīng)用有三個(gè)方面：淀粉膨化食品加工/蛋白質(zhì)食品膨化和瓜果蔬菜類物料的膨化[8]。
2.4工業(yè)微波技術(shù)在食品分離提取中的應(yīng)用
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，并申請了專利。微波分離技術(shù)可應(yīng)用于植物天然成分的提取和食品添加劑制備工藝的提取單元操作。在微波的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(shí)間/能耗小。張海德采用微波輻射功率525W，輻射時(shí)間7min，有助于柚皮中抗氧化物質(zhì)的提取，浸提率提高12.5%。此外，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。
2.5工業(yè)微波技術(shù)在微量元素測定中的應(yīng)用
現(xiàn)代分析儀器的發(fā)展創(chuàng)造了快速準(zhǔn)確的微量元素測定儀器，需要相應(yīng)的高效樣品預(yù)處理技術(shù)與這相匹配。作為微量元素測定，微波消解是一種很好的預(yù)處理技術(shù)。水是典型的極性分子，以水作溶液和反映體系，通常均可以在微波作用下促進(jìn)其化學(xué)反應(yīng)。具有密閉性操作的微波消解與常規(guī)消解法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）快速溶樣，比常規(guī)方法快4~100倍；（2）顯著地節(jié)省能源，提高消解樣品的效率；（3）大大減少所用的樣品和試劑量；（4）由于密閉操作，減少了交叉污染及揮發(fā)性物質(zhì)的損失；（5）實(shí)現(xiàn)樣品的消解自動(dòng)化，提高工作效率和結(jié)果的重現(xiàn)性；（6）由于獨(dú)特的消解條件，可用硝酸取代價(jià)格昂貴的易爆的高氯酸，降低成本。Koirtyhnne用微波消解一化學(xué)法測定食品中的AS/Mn，結(jié)果AS的回收率為90%~115%，CV1.7%~4.2%；Mn的回收率為94.0%~98.8，CV1.0%，達(dá)到了分析的要求。李小麗等采用微波消解技術(shù)消化奶粉，氫化物原子吸收法測定砷含量，其檢出限為0.1mg/kg[10]。
3、微波技術(shù)的前景與展望
微波以其獨(dú)特的加熱特點(diǎn)和干燥機(jī)理為食品的開發(fā)與加工開辟一條新的途徑，應(yīng)用前景十分廣闊。微波技術(shù)將在完善自身技術(shù)方法和設(shè)備的同時(shí)，不斷與其它技術(shù)相結(jié)合，向著更廣更深的方向發(fā)展，新興的干燥技術(shù)/微波殺菌保鮮技術(shù)/微波膨化技術(shù)/微波分離提取技術(shù)/微波微量元素測定技術(shù)等都將在理論的建立/完善和應(yīng)用中不斷發(fā)展。