工业微波技术在食品加工中的应用
1、工业微波技术在食品加工中的应用原理
1.1微波加热原理微波主要作用于物料中的极性分子，使其由于电场方向的交替变化而以高速改变方向产生摆振，在这种高速摆振状态下，造成分子间的急剧摩擦、碰撞，从而产生大量的热量，这也就是微波加热的原理[2]。
与此同时，在微波的作用下，食物中的有害菌、虫害等同样受到无极性热运动和极性转动两方面的作用而改变其排列组合状态及运动规律，即使得生物体因蛋白质变性而失活并使得细胞中核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的若干氢键松弛、断裂或重组，干扰或破坏其正常的代谢、遗传和增殖，抑制或致死菌体或害虫的生长，达到杀虫、灭菌、保鲜的效果[3]。
1.2微波加热的特性
1.2.1选择性加热
微波可以加热食品中的水、蛋白质、脂肪和碳水化合物等成分，微波是一种能量，只有当与物质接触，才能发生能量转移，所以物质不同，产生的热效果不同。
每种物质有其自己的损耗因数，损耗因数的不同，使微波具有选择性加热的特点，即不同的物质，在同样磁场中加热时，所吸收的热量是不同的。对于食品来说，含水量对微波加热的效果影响很大。因为水的介电常数大，而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，即后者对微波的吸收能力比水小得多。水分含量低的食品热容小，更容易受热均匀。由于热扩散速度决定于热传递，食品中的水分和温度对热传递的速度也有影响。
1.2.2穿透性
因为微波比其他用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，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标，受材料性质、温度及状态的影响。由于其独特的加热性质，因此应用在食品工业中显示出很好的优越性，如省时、快速、加热效率高、加热过程具有自动平衡性能、加热均匀、高度保存食品营养成分和风味及无污染等优点。但它也具有缺点，除了因微波加热的选择性和穿透性造成的加热不均匀外，它消耗的电能也大[4]。
2、工业微波在食品加工中的应用
2.1微波技术在食品干燥中的应用2.1.1微波/热风干燥
微波的加热特性和干燥原理与其他干燥技术不同，尤其适用于低水分含量（<20g/100g）物料的干燥。此时水分迁移率低，但微波能将物料内的水分驱出。若食品过湿，应用微波加热将导致食品过热。常规热风干燥要用加工时间的2/3来除去最后1/3水分含量，并且会对热敏性物质造成破坏。若采用微波热风干燥技术可以大大缩短加热时间。用这项技术可加工干燥土豆片、薯片、香菇、玉米片、乳糕、豆类等。
2.1.2微波/真空干燥技术
微波/真空干燥技术是把微波干燥和真空干燥两项技术结合起来,充分发挥微波干燥和真空干燥各自优点的一项综合干燥技术.其原理是在低温下加快水分的散失速度,这种干燥方式尤其适合热敏性高的物质,如水果、蔬菜等。此外，微波真空干燥还可加工生产蔬菜粉、蛋黄粉及脱水葡萄。
2.1.3微波/冷冻干燥技术
冷冻干燥时需要外部提供冰块升华所需的热量,升华的速率则取决于热源所能提供的能量多少。微波可克服常规干燥热传导率低的缺点，从物料内部开始升温，并且由于蒸发作用使冰块内层温度高于外层，对升华的排湿通道无阻碍作用。微波还可以选择性的针对冰块加热而干燥部分却很少吸收微波能，从而使干燥速率大大增加，干燥时间比常规干燥缩短1倍以上。由于物料内部冰块迅速升华，物料呈多孔性结构，更易复水和压缩。微波冷冻干燥适合于处理那些具有较低的热降解温度或高附加值的物料[5]。
2.2工业微波技术在食品杀菌中的应用
微波杀菌基于食品中微生物同时受到微波热效应和非热效应的共同作用，在极短的时间内达到杀菌效果，不影响产品的色/香/味/形，显示出较常规杀菌的优越性[6]。2.2.1连续微波杀菌工艺
连续微波杀菌在国内外食品杀菌中已得到广泛研究。对于根据食品的介电常数/含水量确定其杀菌时间/功率密度等工艺参数的研究已十分深入；对于食品物料的介电机理及在微波场中升温杀菌理论模型也有较多的研究。连续微波杀菌既可用于食品的巴氏杀菌。目前已进行的应用和研究对象包括液态食品如啤酒/乳制品/果蔬汁饮料/酱油和黄酒等。
2.2.2脉冲微波杀菌技术
传统微波杀菌主要是利用微波的热效应杀菌，而使用脉冲微波杀菌主要是利用其非热效应杀菌。脉冲微波杀菌技术能在较低的温度/较少的温升条件下对食品进行杀菌，对于热敏性物料来说具有其他方法不可比拟的优势。因此，对脉冲微波杀菌技术进行研究，在食品加工中充分利用其非热效应具有十分广阔的应用前景。
2.2.3多次快速加热和冷却的微波杀菌工艺
多次快速加热和冷却的微波杀菌工艺适合于对温度敏感的液体食品杀菌，例如饮料和米酒的杀菌保鲜。其目的是快速改变微生物生态环境的温度，并且多次进行微波辐照杀菌，从而避免物料较长时间连续性地处于高温状态，为保持物料的色/香/味及营养成分提供有利条件。
2.2.4微波加热与常规热力杀菌相结合的杀菌工艺
微波加热与常规热力杀菌相结合，可以充分发挥2种杀菌方式的优点，缩短常规热力杀菌时间，同时也可以避免有些成分复杂/水分含量不均匀的食品在微波杀菌时的加热不均匀[7]。
2.3工业微波技术在食品膨化中的应用
微波膨化技术是微波加热干燥的一个特殊应用。其原理是微波能量到达物料深层转换成热能，将使物料深层水分迅速蒸发形成较高的内部蒸汽压力，迫使物料膨化，并依靠气体的膨胀力带动组分中高分子物质的结构变性，从而使之成为具有网状组织结构特征，定型成为多孔物质的过程。微波膨化加工时间短，节能省时，营养成分保存率高，且膨化/杀菌/干燥同时完成。因此，微波应用于膨化食品生产能克服传统油炸膨化含量高/能耗大等缺点，在食品工业生产中具有十分广阔的应用前景。目前，微波膨化食品的加工应用有三个方面：淀粉膨化食品加工/蛋白质食品膨化和瓜果蔬菜类物料的膨化[8]。
2.4工业微波技术在食品分离提取中的应用
微波萃取技术在国外发展很快，已在许多方面得到应用，并申请了专利。微波分离技术可应用于植物天然成分的提取和食品添加剂制备工艺的提取单元操作。在微波的作用下用水提取天然色素，比传统方法提取率高/节省时间/能耗小。张海德采用微波辐射功率525W，辐射时间7min，有助于柚皮中抗氧化物质的提取，浸提率提高12.5%。此外，微波萃取在制备果胶/高粘度壳聚糖和植物香精油等方面已有深入研究，并在生产中得到应用。
2.5工业微波技术在微量元素测定中的应用
现代分析仪器的发展创造了快速准确的微量元素测定仪器，需要相应的高效样品预处理技术与这相匹配。作为微量元素测定，微波消解是一种很好的预处理技术。水是典型的极性分子，以水作溶液和反映体系，通常均可以在微波作用下促进其化学反应。具有密闭性操作的微波消解与常规消解法相比有以下优点：（1）快速溶样，比常规方法快4~100倍；（2）显著地节省能源，提高消解样品的效率；（3）大大减少所用的样品和试剂量；（4）由于密闭操作，减少了交叉污染及挥发性物质的损失；（5）实现样品的消解自动化，提高工作效率和结果的重现性；（6）由于独特的消解条件，可用硝酸取代价格昂贵的易爆的高氯酸，降低成本。Koirtyhnne用微波消解一化学法测定食品中的AS/Mn，结果AS的回收率为90%~115%，CV1.7%~4.2%；Mn的回收率为94.0%~98.8，CV1.0%，达到了分析的要求。李小丽等采用微波消解技术消化奶粉，氢化物原子吸收法测定砷含量，其检出限为0.1mg/kg[10]。
3、微波技术的前景与展望
微波以其独特的加热特点和干燥机理为食品的开发与加工开辟一条新的途径，应用前景十分广阔。微波技术将在完善自身技术方法和设备的同时，不断与其它技术相结合，向着更广更深的方向发展，新兴的干燥技术/微波杀菌保鲜技术/微波膨化技术/微波分离提取技术/微波微量元素测定技术等都将在理论的建立/完善和应用中不断发展。
