工业微波干燥杀菌原理

一、微波食品杀菌机理 微波是100MHz～100000MHz波段的电磁波，以微波杀菌的温度场与电磁场相比较，电磁场是细菌致死的主要因素，特别是在较低温度时。实验给人们一种启示，充分利用变化的电磁场将能获得一种新的、在较低温度下杀菌的手段和技术，开创既能杀菌又能保持食品风味和品质的有效杀菌途径。一般而言电磁场杀菌是指104~1011Hz频率段的电磁场。电磁场在杀菌过程中表现出来的“非热因素成为细菌致死的主导因素”打破了常规加热杀菌的格局，细菌欲生存而需抗争的对象改为“电磁力”。对于脉冲电磁场杀菌的机理有多种假说。归纳起来，脉冲电磁的杀菌机理主要表现在以下两个方面：电场作用：分子主要生物学的研究表明，生物体内的大多数分子和原子是具有极性（等效电偶极子）和磁性（分子电流模型）的，因此外加电磁场必然会对生物产生影响或作用。在外加电磁场的作用下，电偶极子和分子电流会随着电磁场的方向取向。在静电磁场中，只是建立一个新的*状态；但在时变电磁场中，电偶极子和分子电流会随着电磁场的变化而振动。显然，不同强度分布的外加电磁场对不同生物的影响程度是不同的。医学界在研究中发现细胞体在电磁场中有异常表现，典型的表现是对电磁波的应答现象。这种生物应答现象发生在远离平衡状态，生物体对满足一定条件的电磁场的影响是非线性的，并表现出频率特异性功能和功率特异性。效应的能源有时来自生物系统内部，外部电磁场只是起到触发作用。细胞是zui基本的生命单元，在细胞中，细胞膜是研究得zui多的部分。每个细胞膜内外都有一定的电位差，在外加电场的作用下，膜内外的电位差会增大，通透性会增加，细胞发生渗透， 继续适度处理，当电磁场达到一定值（E>EO,H>HO）时，细胞膜就发生不可修复的破裂，这种现象称为电穿孔。同时，由于电磁场是变化的，在极短的时间内，电磁场的频率、强度都会发生的变化，在细胞膜上产生振荡效应。不可逆的电穿孔和激烈的振荡效应能使细胞破裂，这种破裂导致细胞结构紊乱，从而达到杀死细胞的目的，进而杀死细菌。电离作用:变化电磁场的介电阻断性对食品的微生物具有抑制作用。在外加电磁场的作用下，食品空间中的带电粒子将产生高速运动，撞击食品分子，使食品分子分解，产生阴、阳离子，同时，电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃，穿过本来就已提高通透性的细胞膜，与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用，因而阻断了细胞内正常生化反应和新陈代谢的进行。另外，电磁场能够使水分子的氢氧键断裂，在水中生成过量的超氧阴离子自由基、过氧化氢及自由质子。而过氧化氢有强烈的氧化作用，作用于生物分子，会破坏DNA，导致细胞死亡。液体介质中电离作用产生的臭氧同样有强烈的氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。以上两种作用的联合构成了杀死细菌体的主要因素。 二、微波食品杀菌优点 1、时间短，速度快：常规热力杀菌是通过热传导、对流或辐射等方式从食品表面传至内部，往往需较长的时间，内部才能达到杀菌温度。微波则利用其透射作用，以热效应和非热效应的共同作用，使物品内外均匀的、迅速升温杀灭细菌。处理时间大大缩短，在强功率密度强度下，甚至只要几秒~数十秒即达到满意效果。2、低温杀菌、保持物料成分：微波热效应的快速升温和非热效应的生化作用，增强了杀菌功能。相比常规热力杀菌在比较低温的温度、较短的时间内就能获得灭虫杀菌效果，一般杀菌温度在75~80˙C，处理时间3~5分钟。微波*加工方式能保留更多的有效成分，保持原有的色、香、味、形等风味。如采用常规热力处理蔬菜保留的维生素C在46~50%，微波处理能达到60~90%；如常规加热猪肝维生素A保持在58%，而微波加热则达84%。3、节约能源：微波电磁转换率高，一般在70%以上，优于加热的电热效率。加之，微波是直接对食品进行磁热能量转换，微波加热器本身不会被加热，因而不存在额外的热功耗，所以节能省电，相比节电30~50%。4、杀菌均匀*：常规热力杀菌是从生物料表面开始的。通过热传导，由表及里的渐次加热，内外存在温差梯度，造成内外杀菌效果不一致，愈厚问题就愈突出。为保持食品风味，缩短处理时间，就得提高处理温度换取处理时间的缩短，然而这将使食品表面的色、香、味、形等品质下降。而微波的穿透性，使表面与内部同时受热，保证内外均匀杀菌。5、易自动化生产：微波设备操作简便，没有热惯性，能根据生产工艺要求实时调控。整条生产线只需1~2名操作工。6、工艺：微波杀菌设备不需要锅炉、复杂的管道系统、煤场和运输车辆等，只需水、电基本条件即可，对厂房无特殊要求。投资少、见效快。7、节省占地面积：微波设备无高温余热，不产生热辐射，能改善工作环境；而且设备结构紧凑、节省厂房面积。三、食品灭菌典型应用 微波杀菌在食品工业中的应用早在1976年就已开始，据日本某公司统计，用于糕点、米面等食品杀菌的微波功率容量已占工业微波总量的34%。与此同时，在瑞典、德国、丹麦、意大利等国早已把微波杀菌用于切片面包的包装线上，因面包切片在冷却过程中，会受空气中霉菌的污染，从而大大缩短面包的保存期。瑞典一家公司安装一台2450MHZ的面包杀菌机，处理4400磅╱小时的面包片，经微波处理的面包温度由20℃上升到80℃，时间仅需12分钟，处理后的面包片保存期由原来的3~4天延长到30~40天。荷兰的每日食品公司将微波技术用于对盒装鱼、肉、食品进行保鲜处理，产品均匀加热到72℃~ 75℃，可在0 ~4℃冷藏柜中保存6星期，保证原味不变，新鲜如初，价格与冷冻食品接近。处理量1500公斤╱小时。我国从70年代起就开始了微波对中药材、粮食等各类营养食品的杀菌保鲜研究和应用。在各种袋盒包装食品、天然营养品的加工过程中，为保持各种营养成分和微生物不被破坏，通常采用真空冷冻干燥和钴60射线杀菌工艺，其缺陷是工艺复杂，生产周期长、设备投资大、放射性残留影响使用范围，且能耗高，效率低。而微波的穿透性能、不破坏营养成分与低温杀菌特点，适合此类食品处理。我们用2450MHz 10Kw微波干燥杀菌机对花瓣进行处理，生产实践表明，比原工艺加工周期短、产品质量好、杀菌温度低、保持营养成分等优点，效率提高几十倍，节省电力92.5% (每年节电4万度)，产品已远销香港、新加坡、日本等地，目前该设备还广泛应用于人参、豆奶、营养冲剂、药材……等。用20Kw微波食品杀菌机可以对袋包装熏鱼、鸡鸭、肉松等熟食品的杀菌处理，其生产能力为250Kg?h，杀菌效果良好。如广式叉烧经处理后在28℃温度下，保存期可延长7天。现该类技术已推广应用到鱼制品、豆制品、肉制品、酱菜、饮料等生产厂家。温州某公司采用我公司微波设备生产鱼片，不仅加热干燥，而且进行杀菌灭霉。原采用远红外线烘烤鱼片，每天产量1.5吨，耗电40Kw ?h，现微波只需用电17Kwh，节能50%以上，鱼片更显酥脆可口。且*解决了易霉变问题。四川采用微波设备处理麻油豆干特产，真空包装后，在常温下可保存数十天不变质。牛奶生产过程中，消毒杀菌是zui重要的工艺，传统方法是采用高温短时巴氏杀菌。其缺陷是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统，且能耗高、煤场占地大、劳动强度高，还会带来环境污染等问题。使用微波液体杀菌机，对牛奶进行杀菌消毒，10KW微波功率加工能力为125-200kg╱h，鲜奶在80℃左右处理数分钟后，杂菌和大肠肝菌*达到国家卫生标准要求，不仅营养成分保持不变，而且经微波作用的脂肪球直径变小，有均质作用，增加了乳汗香味，有利于营养成分的吸收。特别是近几年来，湖南等省一些食品厂家采用工业微波对剁辣椒和榨菜等酱菜进行处理，简化了原加工工艺，操作简单方便、节约能源、提率，达到了满意的预期效果。