我國從20世紀70年代開始研制、推廣微波技術與設備。近年來,微波能的應用在食品工業中發展極為迅速。微波干燥、殺菌技術與設備日臻完善,功率從幾kw 到幾百kW 的各種用途、規格的微波干燥、殺菌設備層出不窮。由于人們對軟包裝食品需求量增加,各種袋裝、盒裝、瓶裝的食品采用微波技術進行二次殺菌,既簡單又有效。目前,我國研制的各種微波干燥殺菌設備在方便面的干燥、兒童食品、肉制品、豆制品、飲料等方面得到了廣泛應用,取得了良好效果。
1 微波干燥、殺菌的原理:
微波是一種電磁波,可產生高頻電磁場。介質材料由極性分子和非極性分子組成,在電磁場作用下,極性分子從原來的隨機分布狀態,轉向依照電場的極性排列取向,在高頻電磁場作用下,造成分子的運動和相互摩擦從而產生能量,使得介質溫度不斷提高。因為電磁場的頻率極高,極性分子振動的頻率很大,所以產生的熱量很高。當微波加熱應用于食品工業時,在高頻電磁場作用下,食品中的極性分子(水分子)吸收微波能產生熱量,使食品迅速加熱、干燥。
研究表明,微波干燥分4個階段:內部調整、液體流動、等速干燥和減速干燥階段。每個階段都有各自的溫度、濕度分布。但總的來講,物料內部的溫度梯度和濃度梯度很小,在溫度接近100℃ 時,壓強急速升高,物料中心處壓強最高,沿徑向漸減,形成壓力梯度。所以,由蒸汽壓造成的傳質方向是由里向外的。另一類由非極性分子組成的物質,基本上不吸收或很少吸收微波能,這類物質有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等塑料制品和玻璃、陶瓷等,它們能透過微波,可作為食品的包裝物。
依照上述原理,微波技術也常用于食品的殺菌。微波殺菌就是將食品經微波處理后,使食品中的微生物喪失活力或死亡,從而達到延長保存期的目的。一方面,當微波進入食品內部時,食品中的極性分子(如水分子)等不斷改變極性方向,導致食品的溫度急劇升高而達到殺菌的效果。另一方面,微波能的非熱效應在殺菌中起到了常規物理殺菌所沒有的特殊作用,細菌細胞在一定強度微波場作用下,改變了它們的生物性排列組合狀態及運動規律,同時吸收微波能升溫,使體內蛋白質同時受到無極性熱運動和極性轉動兩方面的作用,使其空間結構發生變化或破壞,導致蛋白質變性,最終失去生物活性。因此,微波殺菌主要是在微波熱效應和非熱效應的作用下,使微生物體內的蛋白質和生理活性物質發生變異和破壞,從而導致細胞的死亡。
微波殺菌過程一般有3個階段,第1階段是迅速升溫,達到預定殺菌溫度,此階段一般采用較強的均勻能量密度;第2階段是保溫過程,使殺菌物料的溫度保持均衡,第3階段是自然冷卻或強制冷卻過程。
2 微波干燥、殺菌的特點
2.1 加熱時間短、速度快 常規加熱需較長時間才能達到所需干燥、殺菌的溫度。由于微波能夠深入到物料內部而不是靠物體本身的熱傳導進行加熱,所以,微波加熱的速度快。干燥時間可縮短50%或更多。微波殺菌一般只需要幾秒至幾十秒就能達到滿意的效果。
2.2 保持食品的營養成分和風味 微波干燥、殺菌是通過熱效應和非熱效應共同作用,因而與常規熱力加熱比較,能在較低的溫度就獲得所需的干燥、殺菌效果。微波加熱溫度均勻,產品質量高,不僅能高度保持食品原有的營養成分,而且保持了食品的色、香、味、形。如常規加熱處理的豬肝保留的維生素A為58%,而微波處理則能保留84%。
2.3 節能高效、安全無害 常規熱力干燥、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,而微波加熱時,食品直接吸收微波能而發熱,設備本身不吸收或只吸收極少能量,故節省能源,一般可節電30% ~50%。微波加熱不產生煙塵、有害氣體,既不污染食品,也不污染環境。通常微波能是在金屬制成的封閉加熱室內和波導管中工作,所以能量泄漏極小,大大低于國家標準,十分安全可靠。
2.4 易于控制、反應靈敏、工藝先進 微波加熱控制只需調整微波輸出功率,物料的加熱情況可以瞬間改變,便于連續生產,實現自動化控制,提高勞動效率,改善勞動條件,可節省投資。