微波加热技术

微波加热原理

　　能够吸收微波能转化为热能的物质，通常称为微波介质。由于组成微波介质的分子基本上都是极性分子，所以微波对介质的加热机理主要是分子极化加热。所谓的极性分子，又称为电偶极子或偶极子，在无外加电场作用时，极性分子的热运动使其排列杂乱无章，极性分子的极性相互抵消，物质整体对外呈现电中性。

　　如果将极性分子物质置于电场中，在电场作用下，极性分子就会按电场的方向排列，这种现象称为极性分子的转向极化。

　　电场越强极化作用越强，当电场消失后，极性分子又恢复为常态(杂乱无章的无序排列);当电场方向改变时，极性分子也随之改变方向(按相反方向有序排列);当电场方向反复变化时，极性分子也会随之反复变化方向极性分子在外加电场作用下进行摆动过程中，极性分子间将产生碰撞和摩擦：若外加电场的变化频率很高，则极性分子间的碰撞和摩擦将加剧，从而产生热。

　　极性分子的高速摆动，自身也将产生热：即极性分子在外加电场作用下进行的这种摆动，把电场能转化为热能。如果将极性分子物质置于变化频率为2450MHz电场中，则极性分子将以每秒钟24.5亿次的速度摆动，产生大量的运动热和碰撞摩擦热，实现了将微波的电场能转化为热能：这就是介质吸收微波能进行加热的机理。

　　由以上分析可见，利用微波对介质进行加热，介质所产生的热量是与介质本身的性质、微波的电场强度以及微波的频率等因素有关。

微波加热的特点

　　微波加热与传统的加热方式有着明显的差别。

　　微波加热时，微波进入到物质内部，微波电磁场与物质相互作用，使电磁场能量转化为物质的热能，是体积性加热，温度梯度是内高外低;而传统的加热方式是外部热源通过热辐射、传导、对流的方式，把热量传到被加热物质的表面，使其表面温度升高，再依靠传导使热量由外部传至内部，温度梯度是外高内低。

　　微波热处理与普通热处理还有一个显著的不同是在微波热处理中，物质总是处在微波电磁场中， 内部粒子的运动，除像普通热处理那样遵循热力学规律之外，还要受到电磁场的影响，温度越高，离子活性越大，受电磁场的影响越强烈。

　　微波加热有以下优点：

　　1、加热迅速，省时省电：利用微波加热时，食物内、外同时发热，故微波加热比传统加热要快，省时省电。

　　2、加热均匀：由于微波的透射作用，它能深入到介质的内部，使其内、外同时加热。故不会出现传统加热外焦、内生的现象。

　　3、整个加热过程清洁卫生：利用微波加热不会产生烟尘等二次污染，故整个烹饪过程清洁卫生，并且不影响环境温度。

　　4、烹饪的食品质量好：由于微波加热时间短，可以Z大限度保留食品中的维生素等营养成分，能较好保持食品的色、香、味、质。

　　另外，微波加热过程容易控制，使用操作方便，安全可靠。

微波加热在食品加工中的应用

　　微波加热技术是一种使物料内部干燥灭菌的技术，它能对物体进行穿透式的加热，通过水分子震荡产生热量，比传统加热方式的速度快10倍～20倍。微波加热具有就地加热、选择性加热、场强高温、高频高温、穿透力强、安全性高的特点。

　　微波加热技术可应用于肉及肉制品、禽、蛋及蛋制品、鱼、贝、蔬菜制品、果汁、果酱、豆乳、大豆浓缩物、奶及奶制品、调味品等领域，应用范围比较广泛。

　　微波加工对食品营养成分的影响一直都是人们关注的问题，国内外许多科技工作者对此做了大量的研究工作。

　　1、对维生素的影响：

　　由于微波加热的时间短，对维生素的破坏要明显小于传统的加热工艺，尤其对于维生素B₁、B₆、V_C等热敏性维生素更是有效。

　　2、对蛋白质的影响：

　　由于一部分蛋白质属于极性分子，并且微波过程中必然会使物料温度升高，势必造成蛋白质变性，但这种变性和传统热变性并没有质构上的差异，并且由于微波效率快，而被很多乳制品企业应用。

　　有很多文献说明微波对牛奶中蛋白质含量影响很小，对酱油中的重要指标：氨基酸态氮和总氮也无破坏作用。但因为微波也会引起物料温度升高，过度加热会使蛋白质变性过度，或者与糖结合发生美拉德反应，不利于蛋白质的利用率。

　　3、对脂肪的影响：

　　由于微波作用于偶极分子，脂肪为非极性化合物，因此微波对脂肪几乎没有作用，而对物料中的极性分子产生震荡加热作用，也正是这个原因，微波目前已经开始应用于油脂的热萃取工艺中，形成一种更加有效的萃取工艺，微波萃取(MAE)，微波由于其自身的穿透性，比传统加热萃取具有萃取时间短、萃取率高、溶剂用量小等优势。传统索氏抽提提取一种油脂需要几个小时，而MAE只需要几分钟。

　　4、对碳水化合物的影响：

　　微波环境中，食品中的碳水化合物也会如蛋白类物质一样会发生热变化，甚至比传统加热工艺更加严重，这主要是因为微波加热效率高的缘故，比如美拉德反应、糖焦化、淀粉糊化等。因此在实际生产中应对糖类物质的褐变进行考量。也有文献指出，微波作用下美拉德反应模拟系统的挥发性风味成分及褐变程度会因CaCl₂、NaCl和FeCl₂等电解质的加入而增加，且其中的挥发性成分也会因系统pH值的不同而异。

微波加热在木材加工中的应用

　　微波用于木材干燥有两种方法，即利用微波快速干燥木材和利用木材的介电性质均衡其含水率。微波再干可以防止过干，并使单板较为柔软，干燥后因劈裂或破坏的降等，微波再干单板少于热空气再干单板。

　　微波干燥木材今后可能用在两段干燥的第二阶段，即用于干燥低含水率阶段，可充分发挥其干燥的特长，又能适当降低能耗。微波干燥木材的原理是以湿木材作电介质，在微波电磁场的作用下，引起木材中水分子极化，同时由于电磁场的频繁交变，使水分子高速频繁的摆动，摩擦生热，从而加热干燥木材。

　　1、提升了干燥的速度

　　根据微波加热的原理我们可以知道，与传统的加热方式不同，微波加热的热量扩散是由内向外的，而不是传统的由外向内。

　　这种加热方式的优点是，加热过程与木材的厚度没有较大的关系，在内部的汽化过程中，加热的体积会沿着木材的厚度同时热透，加热的热量梯度与水分含量的变化梯度一致，能够在较短的时间内干燥木材。而传统的加热方式，外表加热的温度要高于内部的汽化温度，不仅造成了热量的损失，其木材的ZX常由于干燥不彻底，影响了使用效果。

　　2、提升了木材的干燥质量

　　木材在干燥过程中，要避免干燥不均匀造成的开裂和变形现象的发生，提高干燥的质量，从而提高木材的应用价值，促进企业经济效益的提升。但是传统的除湿干燥和真空干燥等方法不能在有效的时间内均匀加热，木材各个部位的膨胀系数和干缩系数不一致，造成了开裂变形等，需要技术控制才能够尽量避免。

　　通过微波加热技术的应用，减少了质量问题出现的机率，在水分加热极化后，能够迅速的将热量均匀的排出，保证了干缩和膨胀系数的统一，提高了木材的干燥质量。

　　3、可保持木材原有的色泽

　　温度越高、作用时间越长、含水率越高则木材变色越快。木材微波干燥周期与常规干燥相比要缩短几十至上百倍，而且每次加热要经过由低温到高温的过程，因而在高温下停留的时间更短，所以用微波干燥木材几乎不改变木材的原色泽。

　　4、可直接干燥木制半成品

　　木材微波干燥设备Z大的特点是能干燥木制品的半成品。微波直接干燥成型的木材，不变形、不开裂、不损坏木材。并且占用的场地面积小，具有一定程度的杀虫功能。

　　微波干燥是以清洁的电作能源，由于我国电力日趋丰富，已步入世界电力大国，电价与煤价的比相对在逐渐降低，故微波干燥等以电为能源的干燥方法会有明显的增长趋势。微波干燥未来在解决厚材、珍贵材和难干材方面可能发挥重要作用。当然，微波干燥也可用于小径原木、单板、薄木及碎料的干燥。