魏南 (甘肃农业大学食品科学与工程学院食品科学专业，甘肃兰州，730070) :本文从定义，原理、装置，在食品中的应用等方面较全面的介绍了微波杀菌技术。比较全面的分析了 镇发杀水的优球点与油用前鼠为大家识了保之项品预水7考 关键词：微波杀菌：保鲜；加热 Microwave sterilization WeiYanan (Major in Food Science in the College of Food Science and Engineering.of Gansu Agriculture University,Gansu Lanzhou,730070) AeneiothiseLenlotc microwave sterilization technology and its application prospect are analyzed.It provides a reference for you to understand the new technology of food processing. Key words:microwave sterilization:Preservation:heating 1.定义 微波杀菌是采用长度和频率波长的电磁波，以光速直线向前行驶，吸收和摩擦所遇到的介质损 失较大的物质，将电磁波转化为热能。食品中的微生物通过吸收电能致使温度升高，从而将菌体内 的蛋白质结构加以破坏，实现杀菌的目的 微波实际上就是指波长在1`1000mm、频率波段在300MHz300GHz范围内的电磁波。微波可以 穿透生物体，即能够深入生物体（价质）内部产生热能[2-3) 微波热效应是微波与物料直接相互作用，将超高频电磁波转化为热能的过程。微波杀菌是微波 热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围电子和离子浓 度，从而改变细胞膜的通诱性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，生长发育受阻碍死亡。 从生化角度来看，细菌正常生长和繁殖的核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)是由若干氢键紧密连 接而成的卷曲大分子，微波导致氢罐松地、渐裂和重组，从而诱发遗传基因或染鱼体瞌变，其至 裂。微波杀菌正是利用电磁场效应和生物效应起到对微生物的杀灭作用。实践证明采用微波装置在 杀菌温度、杀菌时间、产品品质保持、产品保质期及节能方面都有明显的优势。 2.原理 微波杀菌保鲜原理是微波热效应和非热效应共同作用的结果，微波的热效应能使食品原料快速 吸收热量，使物体表面升温而杀菌，微波能的非热效应是在一定强度电磁波物理场的作用下，使食 品吸收一定热量，导致其中的微生物蛋白质和生理活性物质发生变异而丧失活力进而死亡，从而达 到食品杀菌和保鲜的目的[45 2.1.微波能的热效应 在一定强度微波场的作用下，食品中的虫类和菌体会因分子极化现象，吸收微波能升温，从而 使其蛋白质变性，失去生物活性。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用： 2.2.微波能的非热效应 高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变，使微生物体内蛋白质和生理活性物质发生 变异，而丧失活力或死亡。在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用，也是造成细菌死亡原 因之一
魏亚楠 （甘肃农业大学食品科学与工程学院食品科学专业，甘肃兰州，730070） 摘要：本文从定义、原理、装置、在食品中的应用等方面较全面的介绍了微波杀菌技术。比较全面的分析了 微波杀菌技术的优缺点与应用前景。为大家认识了解这项食品加工的新技术提供了参考。 关键词：微波杀菌；保鲜；加热 Microwave sterilization WeiYanan （Major in Food Science in the College of Food Science and Engineering. of Gansu Agriculture University，Gansu Lanzhou，730070） Abstract: this paper introduces microwave sterilization technology from the aspects of definition, principle, device and application in food. The advantages and disadvantages of microwave sterilization technology and its application prospect are analyzed. It provides a reference for you to understand the new technology of food processing. Key words: microwave sterilization; Preservation; heating 1.定义 微波杀菌是采用长度和频率波长的电磁波, 以光速直线向前行驶, 吸收和摩擦所遇到的介质损 失较大的物质, 将电磁波转化为热能。食品中的微生物通过吸收电能致使温度升高, 从而将菌体内 的蛋白质结构加以破坏, 实现杀菌的目的[1]。 微波实际上就是指波长在1~1 000 mm、频率波段在300 MHz~300 GHz范围内的电磁波。微波可以 穿透生物体, 即能够深入生物体 (介质) 内部产生热能[2-3]。 微波热效应是微波与物料直接相互作用，将超高频电磁波转化为热能的过程。微波杀菌是微波 热效应和生物效应共同作用的结果。微波对细菌膜断面的电位分布影响细胞膜周围电子和离子浓 度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，生长发育受阻碍死亡。 从生化角度来看，细菌正常生长和繁殖的核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)是由若干氢键紧密连 接而成的卷曲大分子，微波导致氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因或染色体畸变，甚至断 裂。微波杀菌正是利用电磁场效应和生物效应起到对微生物的杀灭作用。实践证明采用微波装置在 杀菌温度、杀菌时间、产品品质保持、产品保质期及节能方面都有明显的优势。 2.原理 微波杀菌保鲜原理是微波热效应和非热效应共同作用的结果, 微波的热效应能使食品原料快速 吸收热量, 使物体表面升温而杀菌, 微波能的非热效应是在一定强度电磁波物理场的作用下, 使食 品吸收一定热量, 导致其中的微生物蛋白质和生理活性物质发生变异而丧失活力进而死亡, 从而达 到食品杀菌和保鲜的目的[4-5]。 2.1. 微波能的热效应 在一定强度微波场的作用下，食品中的虫类和菌体会因分子极化现象，吸收微波能升温，从而 使其蛋白质变性，失去生物活性。微波的热效应主要起快速升温杀菌作用; 2.2. 微波能的非热效应 高频的电场也使其膜电位、极性分子结构发生改变，使微生物体内蛋白质和生理活性物质发生 变异，而丧失活力或死亡。在灭菌中起到了常规物理灭菌所没有的特殊作用，也是造成细菌死亡原 因之一
2.3.微波杀菌、保鲜是微波热效应和非热效应共同作用的结果 因此，微波杀菌温度低于常规方法，一般情况下，常规方法杀菌温度要120℃-130℃，时间约1 小时，而微波杀菌温度仅要70℃-105℃，时间约90-180秒。 3.微波装置 微波加热杀菌装置包括以下部分 1).产生微被的部分，主要由微被发生器，微波导管构成： 2).炉体或炉腔部分，用可反射微波的材料制成，能产生微波谐振 3),炉内还有微波搅动或分散装置： 4),密封门部分，可防止微波泄露 5).操作控制部分包括安全连锁装置。 现在大批量的生产主要是采用输送带式隧道炉。 4.微波杀菌的特点 4.1微波穿透能力强，加热速度快 采用微波杀菌技术杀菌完全、彻底，杀菌速度快、效果好，仅需传统方法几分之一或几十分之 一的时间，高效、快速 4.2微波解冻食物高效节能。 对大多数传统解冻方法，物料需要吸收一定的热量，经过一定时间才能解冻，微波照射物体只 需几秒就能解冻。 4.3微波加热营养物质流失少 具有低温、短时、安全、速效的特点，很好地保持了其中的营养成分不流失，所含维生素也不 易破坏，VC的保存率一般高于90%。 4.4微波加热技术节能，占地小，不需要燃料 它是介质材料自身损耗电场能而发热，不需要输热管道，可以节约大量厂房的占地面积和避免 烟尘造成的大气污染，既解决了企业面临的污染问题，又减少了管道资金的投入，节能30%50%，环 保又科学。 4.5工作环境好 传统的加热通常是提高炉温，工人要面对离加热炉很近的地方操作，受的高温烘烤，周围工作 环境差，热能随空气流失没有得到很好的应用，微波技术的应用避免了这些问题。微波加热食物是 在封闭的微波室进行，外壳并不受热，更不会散热，工作环境相对舒适。 4.6被杀菌或解冻物料受热均衡 各种物质吸收微波的能力不同，由极性分子组成的物质能较好地吸收微波，而食品中存在大星 的水分子是极强的极性分子，因此能很好地吸收微波，从而使物料快速并均匀受热[6 5.微波技术在食品加工中的具体应用 ()冷藏、冷冻食品原料的软化和解冻。微波解冻主要是利用微波能的热效应，使处在微波场 中的食品或物料因其结构中的分子极化现象吸收了微波能，从而导致食品升温，达到解冻软化食品 的目的。微波解冻可避免传统解冻时间周期长、品质下降、汁液流失、表面易被细菌污染，或由解 冻时间过长而引起化学反应产生的毒素。 (②)食品成品或半成品的杀菌保鲜。微波杀菌主要是利用微波能的热效应和生物效应共同作用 于食品的结果。当然微波技术虽然可以应用于食品杀菌保鲜、延长货架期，单单是手段之一，如果 要全方位考虑食品或物料的保鲜还需借助其他保鲜技术共同完成
2.3. 微波杀菌、保鲜是微波热效应和非热效应共同作用的结果 因此，微波杀菌温度低于常规方法，一般情况下，常规方法杀菌温度要120℃-130℃，时间约1 小时，而微波杀菌温度仅要70℃-105℃，时间约90-180秒。 3.微波装置 微波加热杀菌装置包括以下部分: 1).产生微波的部分，主要由微波发生器，微波导管构成; 2).炉体或炉腔部分，用可反射微波的材料制成，能产生微波谐振; 3).炉内还有微波搅动或分散装置; 4).密封门部分，可防止微波泄露; 5).操作控制部分包括安全连锁装置。 现在大批量的生产主要是采用输送带式隧道炉。 4. 微波杀菌的特点 4.1微波穿透能力强, 加热速度快 采用微波杀菌技术杀菌完全、彻底, 杀菌速度快、效果好, 仅需传统方法几分之一或几十分之 一的时间, 高效、快速。 4.2微波解冻食物高效节能。 对大多数传统解冻方法, 物料需要吸收一定的热量, 经过一定时间才能解冻, 微波照射物体只 需几秒就能解冻。 4.3微波加热营养物质流失少 具有低温、短时、安全、速效的特点, 很好地保持了其中的营养成分不流失, 所含维生素也不 易破坏, VC的保存率一般高于90%。 4.4微波加热技术节能, 占地小, 不需要燃料 它是介质材料自身损耗电场能而发热, 不需要输热管道, 可以节约大量厂房的占地面积和避免 烟尘造成的大气污染, 既解决了企业面临的污染问题, 又减少了管道资金的投入, 节能30%~50%, 环 保又科学。 4.5工作环境好 传统的加热通常是提高炉温, 工人要面对离加热炉很近的地方操作, 受的高温烘烤, 周围工作 环境差, 热能随空气流失没有得到很好的应用, 微波技术的应用避免了这些问题。微波加热食物是 在封闭的微波室进行, 外壳并不受热, 更不会散热, 工作环境相对舒适。 4.6 被杀菌或解冻物料受热均衡 各种物质吸收微波的能力不同, 由极性分子组成的物质能较好地吸收微波, 而食品中存在大量 的水分子是极强的极性分子, 因此能很好地吸收微波, 从而使物料快速并均匀受热[6]。 5.微波技术在食品加工中的具体应用 (1) 冷藏、冷冻食品原料的软化和解冻。微波解冻主要是利用微波能的热效应, 使处在微波场 中的食品或物料因其结构中的分子极化现象吸收了微波能, 从而导致食品升温, 达到解冻软化食品 的目的。微波解冻可避免传统解冻时间周期长、品质下降、汁液流失、表面易被细菌污染, 或由解 冻时间过长而引起化学反应产生的毒素。 (2) 食品成品或半成品的杀菌保鲜。微波杀菌主要是利用微波能的热效应和生物效应共同作用 于食品的结果。当然微波技术虽然可以应用于食品杀菌保鲜、延长货架期, 单单是手段之一, 如果 要全方位考虑食品或物料的保鲜还需借助其他保鲜技术共同完成
(3)食品物料的干燥。微波真空干燥加工技术主要是以微波加热的方式来干燥物料，微波加热 是内部加热，因此采用微波加热干燥物料时，首先干燥的是物料的最内层（物料的中心），然后依 次利用温差把中心内的水分迁移至次内层、次次内层至表层，水分迁移速度较快，正是由于物料内 部表面热传导，使水分极速蒸发，物料达到干燥。 (④)食品物料的脱皮去壳。当微波作用于物料时，物料内的极性分子 水分子在衣变由砖 场的作用下改变极性取向而产生高频振动，使分子来回振动之间产生类似摩擦的效果，伴随着摩擦 产生的热量，促使物料中原来以结合水存在的分子转变成以自由水分子存在的状态，进而从物料中 溢出，导致物料收缩，与外壳产生间隙。只要使用一般的脱壳去皮设备就很容易脱壳去皮，脱壳去 皮效率高、完整性好，大大缩短传统脱壳去皮设备的生产效率，因此被企业广泛用于植物种子和豆 类的脱壳去皮工艺。 (⑤)用于焙烤食品中。微波加热均匀快速，具有很强的穿透能力，穿透深度一般从几毫米到几 十厘米范围不等，除了极大的物料外，微波加热熟制过程一般里外同时受热，避免“里生外 熟”“外焦里生”现象。微波技术常用于颗粒一般大的休闲食品制作，如爆米花、炒瓜子、干豆炒 制等，避免传统制作先用炒锅对表面加热，通过不停翻滚，使物料受热均匀而出现的任何品质问题 [7] 6.存在问题 6.1微波加热不均匀 微波加热不均匀的原因 (1)微波加热具有选择性，即使在相同的微波场中，不同的食品材料都存在温升的差异： (②)微波具有良好的穿透性，在实际加热中受反射、穿透、折射、吸收等影响，即使对同一食品 材料各部分立生的热能可能存在较大的差异： (3)电场的尖角集中性，有的也称菱角效应(edge effect),微波作为电波的一种，其电场有尖 角集中性，这是造成食品微波加热不均匀的主要原因。电场会向有角的地方集中，这些部分就产热 多，升温快。为了克服菱角效应和热点的不良影响，人们在容器上作了许多改进，例如尽量使用大 小合适的圆角容器，环状容器，对有尖角的食品进行整形处理。为了克服微波加热的局限性，把微 波与远红外等加热方法组合在一起的设备，成了微波炉开发的新趋势 6.2微波对人体的影响 从微波的作用原理看，人体也会吸收微波，因世微波的辐射也会对人体产生一定的危害。通常 人体受到辐射时，总是皮肤先感到灼热，因而可以及时避让。然而受微波辐射时，由于其穿透性， 体内组织也会同时发热，而人体内神经又比较少，所以往往在还未感到灼热时，那些耐热性低的器 官已经受到损伤。如血管、眼睛和睾丸易受微波侵害，雷达工作人员常见的病是白内障和男性不 育。对微波的使用既要注意安全，但也不需要像对待放射性那样过分紧张。 6.3微波杀菌破袋 微波杀菌操作过程中，除了注意不能采用金属容器和镀铝或铝复合袋，还存在杀菌过程中密封 好的袋子破袋问题，不好解决，亦不好采用杀菌后再封口的做法。目前采用微波杀菌可以在包装前 进行，也可以在包装好以后进行。包装好的食品在进行微波加热杀菌时，由于袋内压力过高会胀破 包装袋，因此整个微波加热杀菌过程应在压力下进行，或将包装置于加压的玻璃容器中进行处理。 6.4变色问题 在对榨菜等产品微波杀菌时还发现榨菜产品变色问题 7.应用前景
(3) 食品物料的干燥。微波真空干燥加工技术主要是以微波加热的方式来干燥物料, 微波加热 是内部加热, 因此采用微波加热干燥物料时, 首先干燥的是物料的最内层 (物料的中心) , 然后依 次利用温差把中心内的水分迁移至次内层、次次内层至表层, 水分迁移速度较快, 正是由于物料内 部表面热传导, 使水分极速蒸发, 物料达到干燥。 (4) 食品物料的脱皮去壳。当微波作用于物料时, 物料内的极性分子———水分子在交变电磁 场的作用下改变极性取向而产生高频振动, 使分子来回振动之间产生类似摩擦的效果, 伴随着摩擦 产生的热量, 促使物料中原来以结合水存在的分子转变成以自由水分子存在的状态, 进而从物料中 溢出, 导致物料收缩, 与外壳产生间隙。只要使用一般的脱壳去皮设备就很容易脱壳去皮, 脱壳去 皮效率高、完整性好, 大大缩短传统脱壳去皮设备的生产效率, 因此被企业广泛用于植物种子和豆 类的脱壳去皮工艺。 (5) 用于焙烤食品中。微波加热均匀快速, 具有很强的穿透能力, 穿透深度一般从几毫米到几 十厘米范围不等, 除了极大的物料外, 微波加热熟制过程一般里外同时受热, 避免“里生外 熟”“外焦里生”现象。微波技术常用于颗粒一般大的休闲食品制作, 如爆米花、炒瓜子、干豆炒 制等, 避免传统制作先用炒锅对表面加热, 通过不停翻滚, 使物料受热均匀而出现的任何品质问题 [7]。 6.存在问题 6.1微波加热不均匀 微波加热不均匀的原因: (1)微波加热具有选择性，即使在相同的微波场中，不同的食品材料都存在温升的差异; (2)微波具有良好的穿透性，在实际加热中受反射、穿透、折射、吸收等影响，即使对同一食品 材料各部分产生的热能可能存在较大的差异; (3)电场的尖角集中性，有的也称菱角效应(edge effect)，微波作为电波的一种，其电场有尖 角集中性，这是造成食品微波加热不均匀的主要原因。电场会向有角的地方集中，这些部分就产热 多，升温快。为了克服菱角效应和热点的不良影响，人们在容器上作了许多改进，例如尽量使用大 小合适的圆角容器，环状容器，对有尖角的食品进行整形处理。为了克服微波加热的局限性，把微 波与远红外等加热方法组合在一起的设备，成了微波炉开发的新趋势。 6.2微波对人体的影响 从微波的作用原理看，人体也会吸收微波，因此微波的辐射也会对人体产生一定的危害。通常 人体受到辐射时，总是皮肤先感到灼热，因而可以及时避让。然而受微波辐射时，由于其穿透性， 体内组织也会同时发热，而人体内神经又比较少，所以往往在还未感到灼热时，那些耐热性低的器 官已经受到损伤。如血管、眼睛和睾丸易受微波侵害，雷达工作人员常见的病是白内障和男性不 育。对微波的使用既要注意安全，但也不需要像对待放射性那样过分紧张。 6.3微波杀菌破袋 微波杀菌操作过程中，除了注意不能采用金属容器和镀铝或铝复合袋，还存在杀菌过程中密封 好的袋子破袋问题，不好解决，亦不好采用杀菌后再封口的做法。目前采用微波杀菌可以在包装前 进行，也可以在包装好以后进行。包装好的食品在进行微波加热杀菌时，由于袋内压力过高会胀破 包装袋，因此整个微波加热杀菌过程应在压力下进行，或将包装置于加压的玻璃容器中进行处理。 6.4变色问题 在对榨菜等产品微波杀菌时还发现榨菜产品变色问题。 7.应用前景
微波加热技术应用范围极广阔，微波加热技术在食品加工中应用仅是其中的一小部分。可以这 样说，人们在认识微波加热特点的过程中，同时正在与现有技术相结合去开发出越来越多的新装置 和仪器。例如，微波炉和冰箱的组合冰箱：微波水壶和微波卷发器，微波加热和洗衣机组合的微波烘 干、洗衣机：微波热水器，低温水分测量仪等。微被加热技术的发展与人们的认识和掌握，以及市场 需求是密切相关的，其中完善微波加热设备和加工工艺尤为关键。 参考文献 [1]张艳玲.杀菌新技术在食品加工中的应用探析[J】.农村经济与科技，2017,28(16)：172. [4]王庆志 平.微波技术在食品工业中的应用们：河北农业科学， 2008(12):54-55 膨化技究进展装与食品机2003,21：19-23， 一Θ玉支授味京限金品安全质格2 报，2017,8(08)：3099-3103
微波加热技术应用范围极广阔，微波加热技术在食品加工中应用仅是其中的一小部分。可以这 样说，人们在认识微波加热特点的过程中，同时正在与现有技术相结合去开发出越来越多的新装置 和仪器。例如，微波炉和冰箱的组合冰箱;微波水壶和微波卷发器，微波加热和洗衣机组合的微波烘 干、洗衣机;微波热水器，低温水分测量仪等。微波加热技术的发展与人们的认识和掌握，以及市场 需求是密切相关的，其中完善微波加热设备和加工工艺尤为关键。 参考文献 [1]张艳玲.杀菌新技术在食品加工中的应用探析[J].农村经济与科技,2017,28(16):172. [2]孟宏昌.粮油食品加工技术[M].北京:化学工业出版社, 2013 (1) :54-55. [3]朱珠.软饮料加工技术[M].北京:化学工业出版社, 2012 (8) :183-188. [4]王庆志, 孙平.微波技术在食品工业中的应用[J].河北农业科学, 2008 (12) :54-55. [5]李洁明, 谭兴和, 申双贵, 等.食品微波膨化技术研究进展[J].包装与食品机械, 2003, 21:19-23. [6]郭玉霞.探讨微波技术在食品加工中的应用[J].农产品加工,2017(04):61-62. [7]张军凯,包青平,孙志锋,孙志栋,陈权辉.食品加工新型杀菌技术研究进展[J].食品安全质量检测学 报,2017,8(08):3099-3103
