微波能應(yīng)用技術(shù)在食品加工領(lǐng)域的新發(fā)展

　　0 前言

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)、人民生活質(zhì)量的提高，食品機(jī)械迅猛發(fā)展，微波食品加工設(shè)備也步入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。家用微波爐已進(jìn)入千家萬戶，人們越來越多的了解并感覺到微波加熱特性。這為微波能應(yīng)用發(fā)展的打下良好的基礎(chǔ)。九十年代后，我國微波食品機(jī)械已成為微波應(yīng)用領(lǐng)域主流，取得可觀的效益。本文僅從微波技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)側(cè)面，介紹近幾年微波在食品工業(yè)的技術(shù)發(fā)展

　　1 微波真空（冷凍）干燥

　　真空冷凍干燥(FD脫水)最早產(chǎn)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(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭需要大量新鮮血液制品，而在儲存、運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在許多棘手問題無法克服；另外，抗生素的生產(chǎn)也需要采用凍干技術(shù)。為此，因戰(zhàn)爭需要，科學(xué)家提出一項(xiàng)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(shí)間內(nèi)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(fù)合袋避光密封，保質(zhì)期可達(dá)兩年以上，運(yùn)到前方加定量的無菌蒸餾水稀釋即可當(dāng)新鮮血漿注射。這項(xiàng)工程開創(chuàng)了微波升華脫水干燥步入實(shí)用的先河。

　　南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司于87年開始微波真空干燥和微波真空冷凍干燥技術(shù)研究，93年研制出了大型微波真空冷凍設(shè)備投入蔬菜的冷凍干燥，近幾年技術(shù)上不斷創(chuàng)新，又攻克了微波在低真空狀態(tài)下易拉弧放電技術(shù)難點(diǎn)，現(xiàn)在實(shí)用性微波真空冷凍干燥已推上市場。同時(shí)微波真空干燥機(jī)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。微波真空(冷凍)干燥與其它干燥方法比較的優(yōu)越性：

　　1、最好地保存原物料的色、香、口味和營養(yǎng)成份；因凍干食品是在低溫真空(缺氧)條件下完成，酶和細(xì)菌不滋生，食品不變質(zhì)、不氧化，營養(yǎng)成份特別是那些遇高溫會分解的維生素、化凍時(shí)與水一起流失的水溶性營養(yǎng)成份損失少。據(jù)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(zhì)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(yǎng)成份。例如：曬干青菜的維生素、葉綠素等營養(yǎng)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(shí)，干燥時(shí)間可節(jié)省原來的30%；若厚度增加到20～30cm時(shí)，則可節(jié)省時(shí)間60%以上。例如：用常規(guī)熱傳導(dǎo)給小香蔥做冷凍干燥，需18～21小時(shí)；而用微波僅8～9小時(shí)。

　　3、 能最好的保持原物料形狀、口感與風(fēng)味、復(fù)水性好

　　4、節(jié)能降耗：熱效率高，理論計(jì)算可達(dá)94%。

　　5、產(chǎn)品品質(zhì)高：常規(guī)熱傳導(dǎo)升華脫水時(shí)，有用溫度載熱油，或用密封增壓技術(shù)把水加熱，在加熱板中強(qiáng)制循環(huán)，傳遞熱量給盛料盤和物料，底部物料中熱敏物質(zhì)因長時(shí)間過熱而變性、變色、變味，嚴(yán)重的變焦黃，就是進(jìn)口設(shè)備正品率也不超過90%，國產(chǎn)只達(dá)60%上下，而微波獨(dú)特的加熱方式使物料內(nèi)外同時(shí)升溫汽化，脫水后的產(chǎn)品上、下質(zhì)量一致，可達(dá)到100%合格率。產(chǎn)品保存期可達(dá)3至5年，最長10年。而一般的保鮮冷藏至多幾個(gè)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(chǎn)品：目前廣泛應(yīng)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(qiáng)聚乙烯傳送帶連續(xù)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(chǎn)能力50kg/h。產(chǎn)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(dá)到的。

　　2 微波保鮮、殺菌新技術(shù)

　　為了防止食品早期變質(zhì)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(jìn)行殺菌，微波技術(shù)則又開辟了一種理想方式，能在短時(shí)間內(nèi)，對物料內(nèi)外同時(shí)殺菌，又不破壞營養(yǎng)成分。在過去30年，對食品特別是袋裝、瓶裝食品進(jìn)行了大量研究，采用微波短時(shí)間照射，可快速升溫殺菌。與常規(guī)方法相比，可保持更好的口味、顏色和營養(yǎng)成份。在我國食品的微波殺菌保鮮技術(shù)已被越來越多食品生產(chǎn)廠家所采用。

　　利用脈沖調(diào)制的微波能進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，證實(shí)可以用較小的溫升達(dá)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(xì)菌的能力。這就是所謂的非熱效應(yīng)。根據(jù)這個(gè)原理，我們可以在極短的時(shí)間內(nèi)、采用高于常規(guī)微波場能量密度的數(shù)倍或數(shù)十倍的脈沖微波能量照射食品，不但可以可靠殺死細(xì)菌，還可大大降低食品溫升、降低設(shè)備的能耗。降低殺菌的成本。目前廉價(jià)的915MHz、2450MHz大功率微波脈沖源已開發(fā)出來，實(shí)用性整機(jī)近期可以推出。

　　3 微波與傳統(tǒng)加熱技術(shù)的結(jié)合

　　眾所周知微波能可將被加熱物質(zhì)內(nèi)外同時(shí)加熱，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于物體周邊流動(dòng)空氣的影響，外表面散熱較為容易，使得物體內(nèi)部溫升往往高于外表面。而熱風(fēng)系統(tǒng)中，物體加熱是從外向內(nèi)進(jìn)行熱的傳導(dǎo)，故外表面溫度往往大于內(nèi)部?？梢栽O(shè)想若將兩種加熱方法結(jié)合在一起可有幾點(diǎn)好處：

　　1、可真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同時(shí)加熱；

　　2、環(huán)境溫度上升加大系統(tǒng)抽濕能力，避免水蒸氣在加熱器內(nèi)部結(jié)露；

　　3、由于微波設(shè)備一次性投資高于常規(guī)設(shè)備，合理的分配兩者之間比例，可降低系統(tǒng)造價(jià)，起事半功倍效果。

　　4、發(fā)揮各自的工藝優(yōu)勢。國外的許多食品干燥項(xiàng)目采用此技術(shù)。日本研制的一種微波膨化干燥蛋黃粉設(shè)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(yuǎn)紅外預(yù)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(xù)用常規(guī)方法制成蛋黃粉，日產(chǎn)1噸。瑞典采用2450MHz 30kw的微波裝置生產(chǎn)肉餡餅。由自動(dòng)機(jī)械生產(chǎn)的肉餡餅，經(jīng)微波完成烹制過程，最后用電熱絲加熱使表面褐化，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，每塊餅的處理時(shí)間為2分鐘，每小時(shí)16000只。近幾年國內(nèi)許多微波食品工程采用綜合加熱技術(shù)，將微波加熱分別與電熱風(fēng)、蒸汽、紅外、噴霧、火焰、冷干風(fēng)等常規(guī)加熱方法聯(lián)合使用，取得良好效果。

　　4 微波膨化技術(shù)

　　膨化食品深受廣大群眾喜愛，今幾年發(fā)展較快。微波可迅速加熱食品，并使得內(nèi)部壓差急劇變化，這種特性使得微波在食品的膨化干燥領(lǐng)域占有一席之地。微波蘋果膨化生產(chǎn)技術(shù)，是一重大科技創(chuàng)新技術(shù)。 通過對蘋果進(jìn)行系列加工和微波膨化干燥，制成一種新穎獨(dú)特的休閑食品――蘋果脆片。它保持了原有水果的風(fēng)味和色澤，不添加任何添加劑，是地道的天然綠色食品，該產(chǎn)品口感酥脆、酸甜適口、風(fēng)味獨(dú)特濃郁、營養(yǎng)豐富、復(fù)水性好，且便于貯存、運(yùn)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(shù)上一個(gè)重大突破，本技術(shù)還可生產(chǎn)其它果蔬酥產(chǎn)品。薯?xiàng)l、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(yǎng)成分。用微波膨化薯?xiàng)l、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(fēng)味獨(dú)特，加工成本較低。是農(nóng)副產(chǎn)品深加工極好項(xiàng)目。微波加工方便面的技術(shù)近來又有所突破，用高場強(qiáng)微波使方便面在加工中產(chǎn)生膨化，生產(chǎn)出的產(chǎn)品復(fù)水性極好，對沖泡方便面的水溫要求降低，沖泡時(shí)間縮短，口感上升。此技術(shù)還降低了棕櫚油的損耗。此設(shè)備采用2450MHz頻率、功率35KW，班產(chǎn)量3～4噸?？?4小時(shí)連續(xù)工作。

　　5 微波設(shè)備現(xiàn)狀

　　微波應(yīng)用技術(shù)在我國發(fā)展已有近三十年的歷史，雖然它還屬新興的應(yīng)用領(lǐng)域，但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，近幾年微波設(shè)備的可靠性、實(shí)用性不斷提高。微波專業(yè)生產(chǎn)廠家制造技術(shù)也趨于成熟，制造成本大副下降。許多微波食品加工設(shè)備均具有操作簡單、可連續(xù)穩(wěn)定工作、可抗空載、維修方便等特點(diǎn)。微波技術(shù)發(fā)展初期，微波設(shè)備有許多典型缺點(diǎn)：加熱不均勻、故障率高、可靠性差、難以操作和維護(hù)等，現(xiàn)均得到徹底改善。

　　常規(guī)微波食品加工設(shè)備用于脫水干燥時(shí)，每一度電耗可脫0.5～1公斤水份；用于滅菌保鮮時(shí)每一度電耗可處理7～12公斤物料。用于解凍、膨化物料時(shí)每一度電耗可處理物料12～24公斤。定購微波食品加工設(shè)備不但要注意外觀造型、價(jià)格與質(zhì)量。作為微波設(shè)備，有三個(gè)重要性能指標(biāo)必須了解：1、微波泄漏量：微波設(shè)備的微波能量泄漏有害人體健康，設(shè)備進(jìn)、出料口、爐門、操作區(qū)等地方，微波泄漏應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。2、整機(jī)效率：微波設(shè)備應(yīng)是節(jié)能高效設(shè)備，專業(yè)廠家生產(chǎn)的整機(jī)熱轉(zhuǎn)換總效率應(yīng)在50％以上。3、均勻性：不管微波設(shè)備是用于加熱、干燥還是殺菌，其設(shè)備加熱物料的溫升差值應(yīng)小于±5℃。這樣才能保證微波加熱效果的一致性。

　　微波設(shè)備的設(shè)計(jì)是以電磁波傳輸理論為基礎(chǔ)的。從事設(shè)備設(shè)計(jì)的技術(shù)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(guī)食品加熱的經(jīng)驗(yàn)又不能全部移植在微波加熱系統(tǒng)，兩者的結(jié)合需要一定時(shí)間，這就是目前微波技術(shù)在食品業(yè)推廣所遇到的障礙。好在我們已跨入信息時(shí)代，行業(yè)之間合作將很快打破這個(gè)瓶頸。與國外微波設(shè)備相比，國內(nèi)微波技術(shù)本身并無遜色，但在機(jī)電一體化技術(shù)、自動(dòng)控制水平、整機(jī)運(yùn)行可靠性程度和生產(chǎn)線配套能力存在明顯差距，這是今后國內(nèi)從事微波應(yīng)用技術(shù)工作的科研人員急需化大力量解決的課題。

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