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微波加熱殺菌原理及特點

一、微波加熱殺菌機理

微波是指頻率300兆赫至300千兆赫的電磁波,在微波電磁場作用下,介質中的極性分子從原來的熱運動狀態轉為跟隨微波電磁場的交變而排列取向,例如,采用的微波頻率為2450兆赫,就會出現每秒24億5千萬次交變,產生激烈的摩擦而生熱。在這一微觀過程中,微波能量轉化為介質內的熱能,使介質溫度呈現為宏觀上的升高。

微波具有熱效應和非熱效應雙重殺菌的作用。

微波熱效應殺菌機理是指:生物細胞是由水、蛋白質、核酸,碳水化合物,脂肪和列機物等復雜化合物構成的一種凝聚態介質。該介質在強微波場的作用下,溫度升高。其空間結構發生變化或破壞,蛋白質變性,影響其溶解度、粘度、膨脹性、穩定性,從而失去生物活性。

微波非熱效應殺菌機理是指:微波作用能改變生物性排列聚合狀態及其運動規律,而且微波場感應的離子流,會影響細胞膜附近的電荷分布,導致膜的屏障作用受到損傷,影響NA—K泵的功能,產生膜功能障礙,從而干擾或破壞細胞的正常新陳代謝功能,導致細菌生長抑制、停止或死亡。

此外,決定細胞正常生長和穩定遺傳繁殖的核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)在微波場力的作用下可導致氫鍵松弛、斷裂和重組。誘發遺傳基因突變或染色體畸變,從而影響其生物活性的改變,延緩或中斷細胞的穩定遺傳和增殖。微波的生物(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。

微波殺菌、保鮮是利用電磁波的熱效應和生物效應共同作用下的結果。微波的熱效應主要起快速升溫殺菌作用,而非熱效應則使用微生物體內蛋白質和生理活性物質發生變異,而喪失活力或死亡。因此,微波殺菌溫度低于常規方法。常規的方法殺菌溫度要在100度以上,時間要在十幾分鐘至幾十分鐘,而微波殺菌溫度僅在70到90度之間,時間約為幾分鐘即可。

二、微波殺菌、保鮮的特點

1、時間短、速度快:常規熱力殺菌是通過熱傳導、對流或輻射等方式將熱量從食品表面傳至內部,往往需要較長的時間,內部才能達到殺菌溫度。微波則利用其穿透射作用,以熱效應和非熱效應的共同作用,使物品內外均勻的、迅速升溫殺滅細菌。處理時間大大縮短,在強功率密度強度下,甚至只要幾秒~數十秒即達到滿意效果。

2、低溫殺菌、保持其營養成份:微波熱效應的快速升溫和非熱效應的生化作用,增強了殺菌功能。相比常規熱力殺菌在比較低溫的溫度、較短的時間內就能獲得殺菌滅蟲的效果,一般殺菌溫度在75~80℃,處理時間3~5分鐘。微波特有加工方式能保留更多的有效成分。保持原有的色、香、味、形等風味。如采用常規熱力處理蔬菜保留的維生素C在46~50%,微波處理能達到60~90%;常規加熱豬肝維生素A保持在58%,而微波加熱則達84%。

3、節能高效:微波熱效率高,一般在80%以上,遠遠優于其它加熱方式。加之,微波是直接對食品(物體)進行磁熱能量轉換,微波加熱器本身不會被加熱,因而不存在額外的熱功耗,所以節能省電,相比節能30~50%。

4、殺菌均勻徹底:常規熱力殺菌是從物料表面開始的,通過熱傳導,由表及里漸次加熱,內外存在溫差梯度,造成內外殺菌效果不一致,愈厚問題就愈突出。為保持食品風味,縮短處理時間,就得提高處理溫度換取處理時間的縮短,然而這將使食品表面的色、香、味、形等品質下降。而微波的穿透性,使表面與內部同時受熱,保證內外均勻殺菌。

5、易實現自動化流水線生產:微波設備操作簡便,沒有熱慣性,能根據生產工藝要求實時調控。整條生產線只需1~2名操作工。

6、工藝先進:微波殺菌設備不需要鍋爐、復雜的管道系統、煤場和運輸車輛等,只需水、電基本條件即可,對廠房無特殊要求。投資少、見效快。

7、設備緊湊節省占地面積:微波設備無高溫余熱,不產生熱輻射,能改善工作環境;而且設備結構緊湊、節省廠房面積。

8、安全無害:通常微波能是指在金屬制成的封閉加熱室及波導管內傳輸,進出料口、觀察窗、爐門等處的微波泄露嚴格控制在國家的安全標準指標內。微波不屬于放射性射線,又無有害氣體排放,不產生余熱和粉塵污染,既不污染物料,也不污染環境,是一種十分安全的加熱干燥技術。微波漏能符合國家GB 10436-1989作業場所微波輻射衛生標準、符合國家GB 16798-1997食品機械衛生安全指標、符合國家GB 5226.1-2002機械電氣設備安全標準、符合國家GB 5959.6-2008 電熱裝置的安全標準。

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