【技能】微波灭菌技能

 食物是由分子组成，一个分子是中性的，但在分子中有正负二种离子，且不是对称分布，分子的这种极性又称作偶极性。当遇到外电场时，分子即有沿着外电场方向取向摆放的趋势，外电场变换方向分子回旋转180°而重新和电场取向摆放，因电场不断变换，分子敏捷转动，因为分子原有的热运动和相邻分子间的相互效果，使分子随外电场变化而摇摆的规则运动受到搅扰和阻止，发生了类似冲突的效应，例如，选用的微波频率为2450兆赫，就会呈现每秒24亿5千万次交变，发生剧烈的冲突而生热，结果是一部分能量转化为分子凌乱热运动的能量，使物料中心温度升高，而到达灭菌的目的。研讨标明：用微波灭菌，细菌致死值在微波电磁场环境下，也同热力灭菌一样，呈对数规律线性下降，两者比较仅是斜率不同，并且非热效应的灭菌效果要比热效应大得多，这是微波灭菌的共同优势。

一、微波灭菌的机理

（1）微波热效应灭菌机理

微波灭菌本质上也是热力灭菌，当食物接受微波照耀后引起温度升高来灭菌的。

让我们从水说起。水分子是由一个氧原子两个氢原子构成的，氧原子对电子的吸引力很强，所以水分子中的电子比较集中在氧原子那一头，相应的氢原子那头就少一些。整体来看，水分子就有一头带着正电，另一头带着负电。在化学上，这样的分子就被叫做“极性分子”。

在一般的水里，水分子是凌乱无章地摆放的，正电负电冲哪个方向的都有。当水处在电场中的时候，正电的那头就会转向电场的负极，而带负电那头会转向电场的正极—这就是所谓的“异性相吸，同性相斥”的根本原理。如果是一个停止的电场，水分子排好队是“安静”的，。如果电场在不停地转，那么水分子就会跟着转，企图和电场保持共同的队型。如果电场转得很快，那么水分子们也就转得很快，就发作了类似冲突生热的效应，水的温度就升高了。

电磁波就相当于这样一种旋转的电场。微波发作管所发作的电磁波每秒钟要转二十几亿次方向，水分子们以这样的速度跟着转，自然也就“浑身发热”，食物都含有水，所以食物的温度在短时刻内就急剧升高了。一旦微波停止，旋转电场消失了，水分子们也就安静下来，整个分子运动回复安静。在微波照耀的过程中，不仅是水，食物中其它凡有极性分子也都可以被微波加热。一般的食物中都含有水和其它极性分子，所以在微波效果下可以被敏捷加热。而非极性的分子，比如空气，以及某些包装容器，就不会被加热。我们往常热完食物后觉得容器也热了，其实是被高温的食物给“烫”热的。

微波对绝大多数非金属资料能穿透到相对深度，电磁波穿透到介质中去部分能量被消耗转化为热能，温度在较短时刻内能到达很高。这种热效应破坏了微生物中蛋白质等成份，使其变性凝结，使细菌失掉养分和生存条件，最终丧失繁殖的功能而逝世。众所周知：生物细胞是由水、蛋白质、核酸、碳水化合物、脂肪和无机物等杂乱化合物构成的一种凝聚态介质。该介质在强微波场的效果下，食物中的虫类和菌体会因分子极化现象，吸收微波温度升高，其空间结构发作变化或破坏，蛋白质变性，影响其溶解度、粘度、膨胀性、安稳性，然后失掉生物活性。

（2） 微波非热效应机理

微波的非热效应是指微波辐射能造就电磁场，对微生物发生比热效应更大的效能，其灭菌是因为微波效果能改动生物性摆放聚合状态及其运动规律，并且微波场感应的离子流，会影响细胞膜附近的电荷分布，这就改动了细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，然后改动细胞膜的通透功能，使细菌由此丧失养分，结构功能变得紊乱，无法进行正常的新陈代谢，生长发育受到按捺而逝世。

细胞是最根本的生命单元，在细胞中，细胞膜是研讨得最多的部分。每个细胞膜表里都有一定的电位差，在外加电场的效果下，膜表里的电位差会增大，通透性会增加，细胞发作渗透，持续适度处理，当电磁场到达一定值时，细胞膜就发作不行修复的决裂这种现象称为电穿孔。一起，因为电磁场是变化的，在极短的时刻内，电磁场的频率、强度都会发作极大的变化，在细胞膜上发生振荡效应。不行逆的电穿孔和剧烈的振荡效应能使细胞决裂，这种决裂导致细胞结构紊乱，然后到达杀死细胞的目的，进而杀死细菌。

再则细胞中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）在微波场力效果下可导致氢键的松懈、断裂或重组。诱发基因突变或染色体畸变，然后影响其生物活性的改动、延缓或中断细胞的安稳遗传和增值。

二、微波灭菌的工艺特点

（1） 物料各部位灭菌的一起性

能对物料的外表和内部进行一起的灭菌。保证了物料各部位灭菌的一起性，为缩短总灭菌时刻、进步灭菌质量提供了有利条件，能防止因长时刻加热灭菌影响食物品质、口感等。

（2）灭菌时刻上的一起性

能保证对物料灭菌工艺条件实施共同，无前后滞后，故此失彼。

（3） 微波灭菌的长处

与传统的热力灭菌比较微波灭菌有以下明显长处：

① 微波灭菌是一种物理灭菌办法，它不需要添加化学防腐剂就可以杀灭细菌、霉菌和虫卵，以及病毒等有害人体的微生物，它在杀灭有害微生物过程中，不会对食物发生任何残留和污染，安全无害。能保存食物的色、香、味和养分成分。

② 灭菌时刻短，速度快

惯例热力灭菌是经过热传导、对流或辐射等方法将热量从食物外表传至内部，往往需较长时刻，内部才干到达灭菌温度。微波则使用其透射效果，没有加热面，不存在部分过热现象使物品表里均匀的、敏捷升温，以热效应和非热效应的共同效果，杀灭细菌。处理时刻大大缩短，在强功率下，乃至只需几秒～数十秒即到达满足效果。如大肠杆菌杀灭时刻约30秒的时刻。

 ③ 灭菌温度低、效率高

因为微波灭菌的热效应和非热效应二种灭菌机理，使致病菌的致死温度降低，一般在处理时刻3～5分钟就能到达预期的效果。这就能最大限度的保存物料的活性和食物中的维生素、色泽和养分成分。有人曾测定如选用惯例热力处理蔬菜保存的维生素Ｃ在 46～50%，微波处理能到达60～90%；惯例加热猪肝维生素A保持在58%，而微波加热则达84%。

④ 高效、节能

微波热效率一般在 80% 以上，远远优于其它加热方法，并且微波能直接对食物进行磁热能量转化，微波加热器本身不会被加热，无须经过其它中心转化环节，因此除少量的传输损耗外简直无其他额外的热功耗，且当电源切断后加热过程没有滞后现象、热丢失十分低，可节能30～50%。

⑤ 灭菌均匀完全（防霉、灭菌、保鲜）

惯例热力灭菌是从物料外表开始的，经过热传递，从外表往里面逐步加热，表里存在温差梯度，造成表里灭菌效果不共同，愈厚效果越明显。而微波的穿透性强，使外表与内部一起受热，保证表里均匀灭菌。

⑥ 自动化程度高

微波设备操作简便，没有热惯性，只需开关微波电源即可完结加热或间断，能依据出产工艺要求实时调控，完善的传送体系，可保证接连化出产，节约劳力。

⑦ 工艺先进

微波灭菌设备不需要锅炉、杂乱的管道体系、煤场等，只需水、电根本条件即可。

⑧ 节约占地面积

微波设备无高温余热，能改善工作环境；并且设备结构紧凑、节约厂房面积。

⑨ 安全、环保

 微波能是在金属制成的关闭加热室及波导管内传输，没有放射线危害及有害气体排放，不发生余热和粉尘污染。

三、微波灭菌设备

固体食物微波灭菌体系的示意图，该体系有若干立式隔室组成，每个室中的介质温度、压力是各不相同的。包装好的固体食物由包装链经输送导轮送入预热室后进入加热灭菌室，再经保温、冷却工序出来，完结灭菌全过程，在这过程中，因为热效应和微波磁场的非热效应效果，而到达灭菌的目的。

图1 食物微波高温灭菌设备图

对液体食物进行高温短时灭菌，微波灭菌是比较抱负的。微波能可以使制品的温度到达200℃，结构简单的微波热交换器到达高温短时灭菌的目的。液体食物如牛奶由进料口泵压入环形空腔中构成自在液体，微波发作器同轴设备，向自流液体辐射微波，液体在换热室外壁和微波发作器之间成环状流动而均匀受热。热流体受来自进口的冷流体的效果而冷却，最后经通道构成出料从出口流出。

高粘度液体食物的管式微波高温灭菌设备如下图

图2  管式微波高温灭菌设备结构

四、影响微波灭菌的要素

（1） 食物本身的特性

食物成分、安排结构、形状、温度、电介质的浓度等食物本身的特性，它们都会影响食物的电导率和食物对微波的吸收率，食物物料的电导率在微波灭菌过程中是决定食物物料内部产热量多少的主要要素之一，同叶微波的吸收率越高微波转化成热量就越大。

（2）微波的频率

物料对不同频率的电磁波吸收是不同的，频率高的电磁波透入物料（即被物料吸收）的间隔（或称作深度）较频率低的电磁波浅，如：915兆赫频率透入物料深度要比2450兆赫深，所以微波灭菌设备一般选用915兆赫的频率来制造。

（3） 微波灭菌效果与输出功率和处理时刻  

微波输出功率越大，灭菌效果越好，所需的灭菌时刻越短，对食物的色香味及安排形态影响小；反之输出功率越低，灭菌效果越差，要到达相同的灭菌效果所需灭菌时刻就越长，对食物感官影响就越大。

（4）食物中水分的含量

相同的输出功率和处理时刻，对不同食物介质灭菌效果是不一样的，食物中水分含量越高，微波灭菌效果越好。

五、微波灭菌的适用范围

微波灭菌适用于：一是中式畜禽类熟肉制品，包含猪肉制品、牛羊制品、熟兔制品、熟鱼制品、熟蛋制品等；二是各类西式熟肉制品，如西式火腿肠、培根、烤肉等；三是各类豆制品；四是各类中式菜肴；五是各地的风味小吃；六是各类粉状食物等。但微波与金属要起“火化反射反响”，故对食物微波灭菌根本上局限于非金属资料容器包装的食物。

六、微波灭菌远景

世界上第一台微波加热机在1947年在美国面世以后，经过60多年的开展，现已在食物工业中发挥了巨大的效果，如今工业出产微波解冻机已得到了广泛使用。家用微波炉现已十分遍及，工业用微波灭菌技能也现已异军突起，美国FDA也认可微波灭菌，它的技能作为一种现代高新技能在食物中的使用将越来越广泛。微波技能反过来在很大程度上促进了食物工业的开展，特别对于产品价值高，质量要求严，热传导率低，用传统工艺难以解决的物料，微波枯燥和灭菌技能发挥了重要效果。现在，我国食物工业中有许多从事微波技能研讨和使用的科研、出产单位，每年也都有新技能、新工艺投入使用。

跟着科技的开展和社会的需求，人们愈加重视节能、有效的食物高新技能，微波技能在食物工业上的使用是科学开展与人类社会进步的必定产品，现在在国表里已开展成为一项极有出路的新技能。经过微波工业与食物工业技能人员的共同努力，进一步完善微波食物加工理论，开发新型微波加工设备，树立微波食物加工工艺规程，微波技能在食物加工中的使用将日趋深化与广泛。食物加工的出产效率、工艺水平和食物质量与安全性将会得到进一步进步。因此，微波技能以其共同的加热特点，在食物工业中的使用远景将十分宽广。