工業微波干燥殺菌原理

一、微波食品殺菌機理 微波是100MHz～100000MHz波段的電磁波，以微波殺菌的溫度場與電磁場相比較，電磁場是細菌致死的主要因素，特別是在較低溫度時。實驗給人們一種啟示，充分利用變化的電磁場將能獲得一種新的、在較低溫度下殺菌的手段和技術，開創既能殺菌又能保持食品風味和品質的有效殺菌途徑。一般而言電磁場殺菌是指104~1011Hz頻率段的電磁場。電磁場在殺菌過程中表現出來的“非熱因素成為細菌致死的主導因素”打破了常規加熱殺菌的格局，細菌欲生存而需抗爭的對象改為“電磁力”。對于脈沖電磁場殺菌的機理有多種假說。歸納起來，脈沖電磁的殺菌機理主要表現在以下兩個方面：電場作用：分子主要生物學的研究表明，生物體內的大多數分子和原子是具有極性（等效電偶極子）和磁性（分子電流模型）的，因此外加電磁場必然會對生物產生影響或作用。在外加電磁場的作用下，電偶極子和分子電流會隨著電磁場的方向取向。在靜電磁場中，只是建立一個新的*狀態；但在時變電磁場中，電偶極子和分子電流會隨著電磁場的變化而振動。顯然，不同強度分布的外加電磁場對不同生物的影響程度是不同的。醫學界在研究中發現細胞體在電磁場中有異常表現，典型的表現是對電磁波的應答現象。這種生物應答現象發生在遠離平衡狀態，生物體對滿足一定條件的電磁場的影響是非線性的，并表現出頻率特異性功能和功率特異性。效應的能源有時來自生物系統內部，外部電磁場只是起到觸發作用。細胞是zui基本的生命單元，在細胞中，細胞膜是研究得zui多的部分。每個細胞膜內外都有一定的電位差，在外加電場的作用下，膜內外的電位差會增大，通透性會增加，細胞發生滲透， 繼續適度處理，當電磁場達到一定值（E>EO,H>HO）時，細胞膜就發生不可修復的破裂，這種現象稱為電穿孔。同時，由于電磁場是變化的，在極短的時間內，電磁場的頻率、強度都會發生的變化，在細胞膜上產生振蕩效應。不可逆的電穿孔和激烈的振蕩效應能使細胞破裂，這種破裂導致細胞結構紊亂，從而達到殺死細胞的目的，進而殺死細菌。電離作用:變化電磁場的介電阻斷性對食品的微生物具有抑制作用。在外加電磁場的作用下，食品空間中的帶電粒子將產生高速運動，撞擊食品分子，使食品分子分解，產生陰、陽離子，同時，電解質電解出陰、陽離子。這些陰、陽離子在強電磁場的作用下極為活躍，穿過本來就已提高通透性的細胞膜，與微生物內的生命物質如蛋白質、RNA作用，因而阻斷了細胞內正常生化反應和新陳代謝的進行。另外，電磁場能夠使水分子的氫氧鍵斷裂，在水中生成過量的超氧陰離子自由基、過氧化氫及自由質子。而過氧化氫有強烈的氧化作用，作用于生物分子，會破壞DNA，導致細胞死亡。液體介質中電離作用產生的臭氧同樣有強烈的氧化作用，能與細胞內物質發生一系列反應。以上兩種作用的聯合構成了殺死細菌體的主要因素。 二、微波食品殺菌優點 1、時間短，速度快：常規熱力殺菌是通過熱傳導、對流或輻射等方式從食品表面傳至內部，往往需較長的時間，內部才能達到殺菌溫度。微波則利用其透射作用，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、保持物料成分：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滅蟲殺菌效果，一般殺菌溫度在75~80˙C，處理時間3~5分鐘。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%；如常規加熱豬肝維生素A保持在58%，而微波加熱則達84%。3、節約能源：微波電磁轉換率高，一般在70%以上，優于加熱的電熱效率。加之，微波是直接對食品進行磁熱能量轉換，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，相比節電30~50%。4、殺菌均勻*：常規熱力殺菌是從生物料表面開始的。通過熱傳導，由表及里的漸次加熱，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、易自動化生產：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：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、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。三、食品滅菌典型應用 微波殺菌在食品工業中的應用早在1976年就已開始，據日本某公司統計，用于糕點、米面等食品殺菌的微波功率容量已占工業微波總量的34%。與此同時，在瑞典、德國、丹麥、意大利等國早已把微波殺菌用于切片面包的包裝線上，因面包切片在冷卻過程中，會受空氣中霉菌的污染，從而大大縮短面包的保存期。瑞典一家公司安裝一臺2450MHZ的面包殺菌機，處理4400磅╱小時的面包片，經微波處理的面包溫度由20℃上升到80℃，時間僅需12分鐘，處理后的面包片保存期由原來的3~4天延長到30~40天。荷蘭的每日食品公司將微波技術用于對盒裝魚、肉、食品進行保鮮處理，產品均勻加熱到72℃~ 75℃，可在0 ~4℃冷藏柜中保存6星期，保證原味不變，新鮮如初，價格與冷凍食品接近。處理量1500公斤╱小時。我國從70年代起就開始了微波對中藥材、糧食等各類營養食品的殺菌保鮮研究和應用。在各種袋盒包裝食品、天然營養品的加工過程中，為保持各種營養成分和微生物不被破壞，通常采用真空冷凍干燥和鈷60射線殺菌工藝，其缺陷是工藝復雜，生產周期長、設備投資大、放射性殘留影響使用范圍，且能耗高，效率低。而微波的穿透性能、不破壞營養成分與低溫殺菌特點，適合此類食品處理。我們用2450MHz 10Kw微波干燥殺菌機對花瓣進行處理，生產實踐表明，比原工藝加工周期短、產品質量好、殺菌溫度低、保持營養成分等優點，效率提高幾十倍，節省電力92.5% (每年節電4萬度)，產品已遠銷香港、新加坡、日本等地，目前該設備還廣泛應用于人參、豆奶、營養沖劑、藥材……等。用20Kw微波食品殺菌機可以對袋包裝熏魚、雞鴨、肉松等熟食品的殺菌處理，其生產能力為250Kg?h，殺菌效果良好。如廣式叉燒經處理后在28℃溫度下，保存期可延長7天。現該類技術已推廣應用到魚制品、豆制品、肉制品、醬菜、飲料等生產廠家。溫州某公司采用我公司微波設備生產魚片，不僅加熱干燥，而且進行殺菌滅霉。原采用遠紅外線烘烤魚片，每天產量1.5噸，耗電40Kw ?h，現微波只需用電17Kwh，節能50%以上，魚片更顯酥脆可口。且*解決了易霉變問題。四川采用微波設備處理麻油豆干特產，真空包裝后，在常溫下可保存數十天不變質。牛奶生產過程中，消毒殺菌是zui重要的工藝，傳統方法是采用高溫短時巴氏殺菌。其缺陷是需要龐大的鍋爐和復雜的管道系統，且能耗高、煤場占地大、勞動強度高，還會帶來環境污染等問題。使用微波液體殺菌機，對牛奶進行殺菌消毒，10KW微波功率加工能力為125-200kg╱h，鮮奶在80℃左右處理數分鐘后，雜菌和大腸肝菌*達到國家衛生標準要求，不僅營養成分保持不變，而且經微波作用的脂肪球直徑變小，有均質作用，增加了乳汗香味，有利于營養成分的吸收。特別是近幾年來，湖南等省一些食品廠家采用工業微波對剁辣椒和榨菜等醬菜進行處理，簡化了原加工工藝，操作簡單方便、節約能源、提率，達到了滿意的預期效果。