食品加工与保藏 食品的微波处理.ppt

第七章 食品的微波处理 主要内容 概述 微波加热的原理及特点 微波加热设备 微波技术在食品工业中的应用 微波 微波一般是指波长在1 mm～1 m范围(相应的频率为300 MHz～300 GHz)的电磁波。 微波的特性 微波的能量与其频率成正比，微波的波长与其频率成反比。 微波的特性 微波具有电磁波的波动性，如具有反射、透射、干涉和衍射等特性。 微波在自由空间以光速直线传播，受金属反射，可透过空气、玻璃、纸、塑料、陶瓷. 微波会被食品成分所吸收。 微波的热效应 微波被物质反射时，不产热。 微波透过空气、玻璃、纸、塑料、陶瓷时，也不产热。 只有当微波被介质吸收时，介质吸收了微波的能量，会发热，这就是微波的热效应。 微波加热的原理和特点 微波加热的原理 微波加热的影响因素 微波加热的特点 微波加热的原理 微波引起介质产热主要有两种机制：离子极化和偶极子转向。 离子极化产热 离子极化产热 由于食品离子大多是极化力弱，且变形性也弱(不易被极化)的离子；因此，食品的离子极化产热相对而言比较小。 偶极子（极性分子） 有些物质，其分子的正负电荷中心不重合，即物质分子具有偶极矩，这种具有偶极矩的分子称为偶极子（也称为极性分子）。 极性电介质 由极性分子组成的介电物质称为极性介电物质，又称极性电介质。 偶极子的极化 在外加电场的作用下，偶极子的电子会进一步定向迁移，偶极子极性进一步增强，偶极矩进一步增大，这一过程即为极化。 极化后的偶极子在外加电场的作用下，马上会定向排列，形成有一定取向的规则排列的偶极子。 偶极子的转向 偶极子的转向 极化后定向排列的偶极子的取向会随外加电场方向的改变而改变，这一过程即为偶极子的转向。 偶极子转向频率与外加电场的频率一致。若外加电场迅速交替地改变方向，则偶极子的取向也随之迅速转换。 微波加热的机理－－偶极子转向产热 偶极子的转向，实际上是分子中的电子在偶极子(即分子)的两极来回迅速运动，这种运动当然会受到原子核的阻碍，从而产生类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来（即产热）。 微波加热的影响因素 微波场对微波加热的影响 介质对微波能的吸收 微波在有耗介质中的衰减 微波场对微波加热的影响 外加电场的变化频率越高，电子在偶极子两极间往返运动的频次越快，因“摩擦”产生的热量就越多。 外加电场越强，电子在偶极子两极间来回运动的幅度就越大，因“摩擦”产生的热量也就越多。 介质对微波能的吸收 微波的能量在通过介质时被吸收，并转变为热能，介质的微波吸收功率可根据下式计算： 介质对微波能的吸收 上式中εr为介质的介电常数； ε0为真空的介电常数，等于8.854×10－12； tanδ为介质损耗角正切。 介电现象 分子定向排列后，介质表现出一定的电性，而且从整体上看介质对外加电场有一定的反作用，这种反作用会削弱外加电场，这种现象称为介电现象。 介电常数 极性分子具有偶极矩或电矩，将这种分子放在电场中具有不同电荷的两极（A+,B-）之间时， A+及B-之间的吸引力将减弱，极性分子这种减弱两不同电荷间吸引力的能力，为极性分子的介电常数。 介电常数 介电现象使外加电场的一部分能量转移到介质中，介质的介电常数越大介质中储存的能量就越多。 介电常数 介电损耗 介质在电场作用下，由于漏导、极化等各种因素造成电能损耗而转换成热能散失的现象，为介电损耗。 介电损耗的大小通常用介电损耗角正切tgδ来表示。 物质的介电性质 不同介质的介电常数εr和介电损耗角正切tgδ一般不同(见表7－5)。 水和脂肪的εr和tgδ值比一般介质大；因此，一般情况下，物料的水分（或脂肪）含量越高其介电损耗越大(见表7－6)。 影响物质介电性质的因素 极性分子的介电常数比非极性分子大。如水和脂肪等的介电常数较大，而纸、玻璃、陶瓷等的介电常数较小。 影响物质介电性质的因素 物料的介电性质还受微波的频率的影响。物料的介电常数受微波的频率的影响不大，但物料的介电损耗随微波频率的升高有显著的降低。 水、冰的介电性质及微波解冻时热失控现象 冰的εr为3.2，tgδ值为0.001；而水的εr为80，tgδ值为0.2左右。因此，在微波解冻时，如果不及时把融化产生的水排走，微波能可能主要被解冻后产生的水所吸收，而冰得不到微波能；引起解冻不均匀及局部食品升温的加热效果，即为热失控现象。 温度对介质介电特性的影响及微波加热的自动平衡现象 有些物料在温度上升时，其介电损耗反而降低，这时就会出现自动平衡的现象。 微波加热的这种自动平衡作用使物料加热更均匀，可避免出现局部过热。 微波在有耗介质中的衰减 那些具有较强吸收微波能并将其转化为热能的物质，即为有耗介质。 有耗介质，如含水或脂肪的食品，受微波照射后，将不同程度地吸收微波的能量并将其转化为热能，这样微波的场强和功率将逐渐衰减。