我国从20世纪70年代开始研制、推广微波技术与设备。近年来,微波能的应用在食品工业中发展极为迅速。微波干燥、杀菌技术与设备日臻完善,功率从几kw 到几百kW 的各种用途、规格的微波干燥、杀菌设备层出不穷。由于人们对软包装食品需求量增加,各种袋装、盒装、瓶装的食品采用微波技术进行二次杀菌,既简单又有效。目前,我国研制的各种微波干燥杀菌设备在方便面的干燥、儿童食品、肉制品、豆制品、饮料等方面得到了广泛应用,取得了良好效果。
1 微波干燥、杀菌的原理:
微波是一种电磁波,可产生高频电磁场。介质材料由极性分子和非极性分子组成,在电磁场作用下,极性分子从原来的随机分布状态,转向依照电场的极性排列取向,在高频电磁场作用下,造成分子的运动和相互摩擦从而产生能量,使得介质温度不断提高。因为电磁场的频率极高,极性分子振动的频率很大,所以产生的热量很高。当微波加热应用于食品工业时,在高频电磁场作用下,食品中的极性分子(水分子)吸收微波能产生热量,使食品迅速加热、干燥。
研究表明,微波干燥分4个阶段:内部调整、液体流动、等速干燥和减速干燥阶段。每个阶段都有各自的温度、湿度分布。但总的来讲,物料内部的温度梯度和浓度梯度很小,在温度接近100℃ 时,压强急速升高,物料中心处压强最高,沿径向渐减,形成压力梯度。所以,由蒸汽压造成的传质方向是由里向外的。另一类由非极性分子组成的物质,基本上不吸收或很少吸收微波能,这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等塑料制品和玻璃、陶瓷等,它们能透过微波,可作为食品的包装物。
依照上述原理,微波技术也常用于食品的杀菌。微波杀菌就是将食品经微波处理后,使食品中的微生物丧失活力或死亡,从而达到延长保存期的目的。一方面,当微波进入食品内部时,食品中的极性分子(如水分子)等不断改变极性方向,导致食品的温度急剧升高而达到杀菌的效果。另一方面,微波能的非热效应在杀菌中起到了常规物理杀菌所没有的特殊作用,细菌细胞在一定强度微波场作用下,改变了它们的生物性排列组合状态及运动规律,同时吸收微波能升温,使体内蛋白质同时受到无极性热运动和极性转动两方面的作用,使其空间结构发生变化或破坏,导致蛋白质变性,最终失去生物活性。因此,微波杀菌主要是在微波热效应和非热效应的作用下,使微生物体内的蛋白质和生理活性物质发生变异和破坏,从而导致细胞的死亡。
微波杀菌过程一般有3个阶段,第1阶段是迅速升温,达到预定杀菌温度,此阶段一般采用较强的均匀能量密度;第2阶段是保温过程,使杀菌物料的温度保持均衡,第3阶段是自然冷却或强制冷却过程。
2 微波干燥、杀菌的特点
2.1 加热时间短、速度快 常规加热需较长时间才能达到所需干燥、杀菌的温度。由于微波能够深入到物料内部而不是靠物体本身的热传导进行加热,所以,微波加热的速度快。干燥时间可缩短50%或更多。微波杀菌一般只需要几秒至几十秒就能达到满意的效果。
2.2 保持食品的营养成分和风味 微波干燥、杀菌是通过热效应和非热效应共同作用,因而与常规热力加热比较,能在较低的温度就获得所需的干燥、杀菌效果。微波加热温度均匀,产品质量高,不仅能高度保持食品原有的营养成分,而且保持了食品的色、香、味、形。如常规加热处理的猪肝保留的维生素A为58%,而微波处理则能保留84%。
2.3 节能高效、安全无害 常规热力干燥、杀菌往往需要通过环境或传热介质的加热,才能把热量传至食品,而微波加热时,食品直接吸收微波能而发热,设备本身不吸收或只吸收极少能量,故节省能源,一般可节电30% ~50%。微波加热不产生烟尘、有害气体,既不污染食品,也不污染环境。通常微波能是在金属制成的封闭加热室内和波导管中工作,所以能量泄漏极小,大大低于国家标准,十分安全可靠。
2.4 易于控制、反应灵敏、工艺先进 微波加热控制只需调整微波输出功率,物料的加热情况可以瞬间改变,便于连续生产,实现自动化控制,提高劳动效率,改善劳动条件,可节省投资。