1、电磁波加工在食品工业中的应用2009-09-28 11:31:01| 分类： 09 食品物性学 | 标签：无|字号 订阅构成食品材料的粒子大都带有某种电荷，可以形成电势差或电动势，当食品材料在受到外界刺激时，就会产生抵抗，通常表现为食品材料的电导率、电容率、击穿电位、刺激电位等电学特性。因此，可以利用电磁场对食品进行有效地加工处理。1 电磁波处理和加工电学特性在食品加工中的应用主要有两方面：一是通过对食品电学特性的把握来更好地对食品成分、组织和状态等品质进行分析监控；二是在食品加工中有效利用其电磁性质来进行加工处理。具体分为：利用电磁波加工、利用静电场加工和利用电阻抗加工等。电磁波加工按电磁波
2、长分类为商用交流电、高频波、微波、红外线辐射、紫外线辐射等几类。食品加工中使用较广的是微波、红外线和紫外线。1.1 微波在食品加工中的应用微波是指波长在 1mm-1m，频率在 300MHz-30GHz 之间的电磁波，在食品工业中可将其用于微波萃取、微波解冻、微波焙烤和微波杀菌等单元操作。根据用途，微波被分为两大类：一是在食品加工中作为一种加热手段，进行微波干燥、膨化、消毒、灭菌和热烫等；二是以各种形式的微波炉出现，作为辅助加热工具，进行肉的解冻、融化等，或者直接用于食品的加热烹调。1.1.1 微波萃取微波萃取是提取天然植物中有效成分的一项新型技术。微波能穿透萃取介质并渗透到物质细胞内部，使物料
3、内部的极性分子随外电场变化而激烈碰撞摩擦，从而使其内部温度迅速升高，引起细胞破裂，使有效成分自由流出而被溶剂溶解。与传统有机溶剂萃取相比，它具有更高选择性，且可有效保护提取物中功效成分，耗能低，省时安全。番茄红素具有很强抗氧化性，具有防癌、增强免疫功能的作用，但其稳定性较差，陈剑波等人利用微波对其进行提取，减少了番茄红素破坏，具有萃取速度快、产率高、产品品质好、色泽浅、无污染等优点。它比传统热提取提高了 40%，较索氏提取省时，较 CO2 超临界萃取成本低，投资少。为天然色素的提取提供了很好的思路。1.1.2 微波干燥微波波长较一般食品物料短很多，但穿透力相对较强，热惯性小。相对于传统加热干燥
4、，微波干燥在物料各个部位同时进行加热，避免了传统方法由外向内形成温度梯度而导致物料表面硬化或不均匀的负效应，所以干燥速度快，时间短，而且可以最大限度地保持食品的色、香、味，减少营养元素损失；其次，微波加热设备本身不耗热，热能绝大部分都用在物料上，所以热效率高，对环境几乎没有影响，同时设备占地少，目前，在食品加工中已被广泛应用。在低压或者真空条件下进行干燥可以避免温度、氧气等对食品产生不良的影响，进一步缩短热干燥时间，避免食品品质的恶化。如微波真空干燥技术在果汁生产上的应用，对 Vc的影响很小，对果粉中挥发物质的影响也较喷雾干燥或冷冻干燥都要小。微波干燥可以降低压力和温度，使农作物尤其是谷物减少
5、损伤。1.1.3 微波杀菌微波杀菌应用已相当广泛，其机理可用热效应和非热效应来解释。热效应是指微波产生的热量使微生物体内蛋白质、核酸等分子改性，从而达到杀菌效果；非热效应是指在电磁场作用下，微生物细胞壁破裂，致使细胞内核酸和蛋白外泄导致微生物死亡。微波杀菌已用于固体物料、保健品、乳制品、豆制品、淀粉类制品、饮料制品、蔬菜制品、调味品、水产品、水果等食品的杀菌保鲜及包装材料和容器的灭菌。此外，微波还可用于酒类、发酵调味品的催陈、绿茶的杀青，蔗糖汁的减色等工艺过程。微波灭酶在谷物制品和果树加工过程中应用比较广泛，其效果不比传统的沸水或蒸汽烫漂差，由于微波加热时间短，升温速度快，对食品品质影响更小。
6、研究表明对平菇采用微波灭酶处理，终温度只需达到 90，传统热烫在 100下 5min 才能达到同样的效果。当然，微波灭酶技术的应用还应考虑制品的性质。1.1.4 微波膨化微波加热速度快，物料内部气体温度急剧上升，由于基质传热速率慢，受热气体处于高度受压状态，达到一定强度时就会发生膨化。高水分含量物料中，水分在干燥初期大量蒸发，使制品表面温度下降，膨化效果不好；当水分低于 20%时，物料粘性增加，其内部空隙中的水分和空气较难泄出而影响膨化效果。微波加热过程辅以降低体系压强的办法，可有效地加工膨化产品。1.1.5 微波解冻传统解冻时热量首先作用在冻结制品表面，然后再向制品内部传导，熔融表面导热差、
7、内部升温慢，造成熔融周期长，品质恶化，汁液损失增加，甚至可能导致不良化学反应、产生毒素等。微波解冻是指将制品温度由冻藏温度提高到一个较高的温度（仍然低于冰点） ，而不升到环境温度。此时，制品虽是硬的，但不再是冻结固体。在冻牛肉的微波解冻操作中发现：低温范围内，微波能的穿透深度较深，保证了冻结制品受热均匀。915Hz 的微波穿透力较强，适用于较厚的冻结制品的解冻；2450Hz 的微波穿透力较弱，在对较厚制品进行解冻时，必须同时使表面降温，才能保证深层解冻。但是，微波解冻传热快、均匀，解冻所需温度低，很好地抑制不良物理化学变化和腐败微生物的侵染。1.2 红外线在食品加工中的应用红外线是指波长在 0
8、.78-1000um 之间的非电离电磁波。根据波长又把它分为近红外线(0.78-1.4um)、中间红外线(1.4-3um)和远红外线(9um-1mm)。实际应用中，使用的波长范围为 2-25um。远红外线近年来在食品加工中应用地十分广泛，主要是因为与热风加热或热风干燥相比，远红外的能量可以直接被食品物料吸收，减少能量的损失。热辐射效率最大的理想物体称为黑体。普通食品加工所使用的加热温度范围大都在 300-500K。因此，远红外线有较高的辐射效率；另一方面水中羟基键伸缩振动的固有频率与波长 2.7u m 的电磁波相同，所以当接受远红外线辐射时，水和其他含有羟基的食物成分与远红外线发生共振，引起物
9、料温度上升，从而使物料得以加热。远红外线波长较长，对物料的穿透性强，其光子能量级小，一般只产生热效应，不会引起物质的化学变化，对食品营养成分和色泽不会造成影响，远红外线被物料吸收的程度也不受物料色泽影响，所以使用远红外热加工，物料受热均匀，加工品质优良。远红外线在食品加工中可用于点心、肉制品等的烘烤，烹调食品的保温、冷藏食品的快速加热，谷物、大豆、咖啡、茶叶等的干燥，油炸食品如炸鱼、炸虾、炸土豆片等的炸制，无水煮食品的加工，酒类、调味品、水果的催熟，肉类制品、谷物、面粉的杀菌等。1.3 紫外线在食品加工中的应用波长在 200-400nm 的电磁波通称为紫外线，根据波长把紫外线分为短波紫外线（波
10、长 200-280nm） 、中波紫外线（波长 280-320nm） 、长波紫外线（波 320-340nm） 。其中，短波杀菌效果最好。食品工业中，紫外线多应用在杀菌上，也可应用于果蔬保鲜及对加工食品性能的改善上。紫外线杀菌主要用于三个领域：表面杀菌、空气杀菌和液体杀菌。表面杀菌常用于包装材料的消毒，如在牛乳的生产中，用紫外线对包装材料消毒，可使其货架期延长到两周。据报道，面包在出炉后先进行紫外照射可明显延长其货架期；空气杀菌主要用于食品加工环境的消毒，如果蔬的去皮操作中，用紫外线处理过的气流流过去皮单元，产品质量会显著提高。同样的技术也用于孵化室和冷藏室；紫外线处理可有效进行液体杀菌，杀灭水中
11、大部分微生物和减少环境污染。紫外线消毒不改变水的颜色、味道和 p H 值，在日本，紫外线辐射已用于天然矿泉水的消毒。1.3.1 紫外线技术在果蔬保鲜中的应用紫外线在果蔬保鲜中也有极大的潜在市场，如萝卜采摘后，用紫外线对其处理，发现植物抗毒素得到了一定积累，增加了萝卜对霉菌的抵抗能力。用紫外线处理过的新鲜草莓可延长货架期 4-5 天。除紫外线可杀灭其表面微生物外，研究发现紫外线处理后果实的呼吸强度减低，酸度增加，而且经处理的果实硬度也比未经处理的果实要高。2 结束语近年来，食品加工技术不断革新，有关电磁波在食品中的应用越来越受到重视，其应用也越来越广泛。利用食品电学特性对食品进行加工不仅改变了传统烹调方式，而且可以进行有效、安全的杀菌，是食品加工业中一个新的发展领域，它具有很多优势。因此，进一步了解加工食品物料电学特性，明确食品电加工机理、掌握加工强度是今后利用电学特性进行食品加工的重点研究方向，通过传统加工方法与电力加工方法的合理组合，使电力加工从经济性、安全性和效率上满足实际生产的需要。
