工業(yè)微波干燥殺菌原理

一、微波食品殺菌機(jī)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(xì)菌致死的主要因素，特別是在較低溫度時(shí)。實(shí)驗(yàn)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(shù)，開創(chuàng)既能殺菌又能保持食品風(fēng)味和品質(zhì)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(xiàn)出來的“非熱因素成為細(xì)菌致死的主導(dǎo)因素”打破了常規(guī)加熱殺菌的格局，細(xì)菌欲生存而需抗?fàn)幍膶ο蟾臑?ldquo;電磁力”。對于脈沖電磁場殺菌的機(jī)理有多種假說。歸納起來，脈沖電磁的殺菌機(jī)理主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：電場作用：分子主要生物學(xué)的研究表明，生物體內(nèi)的大多數(shù)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(chǎn)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(gè)新的*狀態(tài)；但在時(shí)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(qiáng)度分布的外加電磁場對不同生物的影響程度是不同的。醫(yī)學(xué)界在研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞體在電磁場中有異常表現(xiàn)，典型的表現(xiàn)是對電磁波的應(yīng)答現(xiàn)象。這種生物應(yīng)答現(xiàn)象發(fā)生在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，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(xiàn)出頻率特異性功能和功率特異性。效應(yīng)的能源有時(shí)來自生物系統(tǒng)內(nèi)部，外部電磁場只是起到觸發(fā)作用。細(xì)胞是zui基本的生命單元，在細(xì)胞中，細(xì)胞膜是研究得zui多的部分。每個(gè)細(xì)胞膜內(nèi)外都有一定的電位差，在外加電場的作用下，膜內(nèi)外的電位差會增大，通透性會增加，細(xì)胞發(fā)生滲透， 繼續(xù)適度處理，當(dāng)電磁場達(dá)到一定值（E>EO,H>HO）時(shí)，細(xì)胞膜就發(fā)生不可修復(fù)的破裂，這種現(xiàn)象稱為電穿孔。同時(shí)，由于電磁場是變化的，在極短的時(shí)間內(nèi)，電磁場的頻率、強(qiáng)度都會發(fā)生的變化，在細(xì)胞膜上產(chǎn)生振蕩效應(yīng)。不可逆的電穿孔和激烈的振蕩效應(yīng)能使細(xì)胞破裂，這種破裂導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)紊亂，從而達(dá)到殺死細(xì)胞的目的，進(jìn)而殺死細(xì)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(chǎn)生高速運(yùn)動，撞擊食品分子，使食品分子分解，產(chǎn)生陰、陽離子，同時(shí)，電解質(zhì)電解出陰、陽離子。這些陰、陽離子在強(qiáng)電磁場的作用下極為活躍，穿過本來就已提高通透性的細(xì)胞膜，與微生物內(nèi)的生命物質(zhì)如蛋白質(zhì)、RNA作用，因而阻斷了細(xì)胞內(nèi)正常生化反應(yīng)和新陳代謝的進(jìn)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(zhì)子。而過氧化氫有強(qiáng)烈的氧化作用，作用于生物分子，會破壞DNA，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。液體介質(zhì)中電離作用產(chǎn)生的臭氧同樣有強(qiáng)烈的氧化作用，能與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)。以上兩種作用的聯(lián)合構(gòu)成了殺死細(xì)菌體的主要因素。 二、微波食品殺菌優(yōu)點(diǎn) 1、時(shí)間短，速度快：常規(guī)熱力殺菌是通過熱傳導(dǎo)、對流或輻射等方式從食品表面?zhèn)髦羶?nèi)部，往往需較長的時(shí)間，內(nèi)部才能達(dá)到殺菌溫度。微波則利用其透射作用，以熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的共同作用，使物品內(nèi)外均勻的、迅速升溫殺滅細(xì)菌。處理時(shí)間大大縮短，在強(qiáng)功率密度強(qiáng)度下，甚至只要幾秒~數(shù)十秒即達(dá)到滿意效果。2、低溫殺菌、保持物料成分：微波熱效應(yīng)的快速升溫和非熱效應(yīng)的生化作用，增強(qiáng)了殺菌功能。相比常規(guī)熱力殺菌在比較低溫的溫度、較短的時(shí)間內(nèi)就能獲得滅蟲殺菌效果，一般殺菌溫度在75~80˙C，處理時(shí)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(fēng)味。如采用常規(guī)熱力處理蔬菜保留的維生素C在46~50%，微波處理能達(dá)到60~90%；如常規(guī)加熱豬肝維生素A保持在58%，而微波加熱則達(dá)84%。3、節(jié)約能源：微波電磁轉(zhuǎn)換率高，一般在70%以上，優(yōu)于加熱的電熱效率。加之，微波是直接對食品進(jìn)行磁熱能量轉(zhuǎn)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(jié)能省電，相比節(jié)電30~50%。4、殺菌均勻*：常規(guī)熱力殺菌是從生物料表面開始的。通過熱傳導(dǎo)，由表及里的漸次加熱，內(nèi)外存在溫差梯度，造成內(nèi)外殺菌效果不一致，愈厚問題就愈突出。為保持食品風(fēng)味，縮短處理時(shí)間，就得提高處理溫度換取處理時(shí)間的縮短，然而這將使食品表面的色、香、味、形等品質(zhì)下降。而微波的穿透性，使表面與內(nèi)部同時(shí)受熱，保證內(nèi)外均勻殺菌。5、易自動化生產(chǎn)：微波設(shè)備操作簡便，沒有熱慣性，能根據(jù)生產(chǎn)工藝要求實(shí)時(shí)調(diào)控。整條生產(chǎn)線只需1~2名操作工。6、工藝：微波殺菌設(shè)備不需要鍋爐、復(fù)雜的管道系統(tǒng)、煤場和運(yùn)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(jié)省占地面積：微波設(shè)備無高溫余熱，不產(chǎn)生熱輻射，能改善工作環(huán)境；而且設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省廠房面積。三、食品滅菌典型應(yīng)用 微波殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用早在1976年就已開始，據(jù)日本某公司統(tǒng)計(jì)，用于糕點(diǎn)、米面等食品殺菌的微波功率容量已占工業(yè)微波總量的34%。與此同時(shí)，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(jī)，處理4400磅╱小時(shí)的面包片，經(jīng)微波處理的面包溫度由20℃上升到80℃，時(shí)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(shù)用于對盒裝魚、肉、食品進(jìn)行保鮮處理，產(chǎn)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(jià)格與冷凍食品接近。處理量1500公斤╱小時(shí)。我國從70年代起就開始了微波對中藥材、糧食等各類營養(yǎng)食品的殺菌保鮮研究和應(yīng)用。在各種袋盒包裝食品、天然營養(yǎng)品的加工過程中，為保持各種營養(yǎng)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(fù)雜，生產(chǎn)周期長、設(shè)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(yǎng)成分與低溫殺菌特點(diǎn)，適合此類食品處理。我們用2450MHz 10Kw微波干燥殺菌機(jī)對花瓣進(jìn)行處理，生產(chǎn)實(shí)踐表明，比原工藝加工周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好、殺菌溫度低、保持營養(yǎng)成分等優(yōu)點(diǎn)，效率提高幾十倍，節(jié)省電力92.5% (每年節(jié)電4萬度)，產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷香港、新加坡、日本等地，目前該設(shè)備還廣泛應(yīng)用于人參、豆奶、營養(yǎng)沖劑、藥材……等。用20Kw微波食品殺菌機(jī)可以對袋包裝熏魚、雞鴨、肉松等熟食品的殺菌處理，其生產(chǎn)能力為250Kg?h，殺菌效果良好。如廣式叉燒經(jīng)處理后在28℃溫度下，保存期可延長7天。現(xiàn)該類技術(shù)已推廣應(yīng)用到魚制品、豆制品、肉制品、醬菜、飲料等生產(chǎn)廠家。溫州某公司采用我公司微波設(shè)備生產(chǎn)魚片，不僅加熱干燥，而且進(jìn)行殺菌滅霉。原采用遠(yuǎn)紅外線烘烤魚片，每天產(chǎn)量1.5噸，耗電40Kw ?h，現(xiàn)微波只需用電17Kwh，節(jié)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(shè)備處理麻油豆干特產(chǎn)，真空包裝后，在常溫下可保存數(shù)十天不變質(zhì)。牛奶生產(chǎn)過程中，消毒殺菌是zui重要的工藝，傳統(tǒng)方法是采用高溫短時(shí)巴氏殺菌。其缺陷是需要龐大的鍋爐和復(fù)雜的管道系統(tǒng)，且能耗高、煤場占地大、勞動強(qiáng)度高，還會帶來環(huán)境污染等問題。使用微波液體殺菌機(jī)，對牛奶進(jìn)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(shù)分鐘后，雜菌和大腸肝菌*達(dá)到國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，不僅營養(yǎng)成分保持不變，而且經(jīng)微波作用的脂肪球直徑變小，有均質(zhì)作用，增加了乳汗香味，有利于營養(yǎng)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(yè)微波對剁辣椒和榨菜等醬菜進(jìn)行處理，簡化了原加工工藝，操作簡單方便、節(jié)約能源、提率，達(dá)到了滿意的預(yù)期效果。