微波杀菌技术

　　微波杀菌是使食品中的微生物，同时受到微波热效应与非热效应的共同作用，使其体内蛋白质和生理活动物质发生变异，而导致微生物体生长发育延缓和死亡，达到食品灭菌、保鲜的目的。

微波杀菌机理

　　1、热效应理论

　　微波产生热效应的机理主要是离子极化和偶极子转向。

　　离子极化是指溶液中的离子在电场作用下产生离子极化。离子带有电荷从电场获得动能，相互发生碰撞作用，动能转化为热。

　　偶极子转向是指有些电介质，分子的正负电荷ZX不重合，分子具有偶极矩，形成极性分子。在外电场作用下，极性分子就会产生转矩并发生换向“变极”运动。分子之间会产生强烈振动，引起摩擦发热，使物料温度升高，达到加热目的。

　　2、非热效应存在的证明

　　Olsen早在1865年就发现，面包上发育的霉菌孢子，经微波照射升温到65℃，孢子全部杀死。但通常在65℃下加热2min却达不到同样的效果，为生物效应的存在提供了有力论据。

　　王盛良等实验中，月饼经微波照射30s，温度仅升高至54.4℃，达不到霉菌的热致死点，但霉菌杀菌率已达70%左右，说明非热效应的存在。

　　吴晖、高孔荣用微波处理枯草芽孢杆菌悬浮液并与巴氏杀菌对照，微波法D100=0.65，巴氏杀菌法D100=5.5。在相同菌种、浓度和温度情况下，D值差异如此大的原因也证明了非热效应的存在。

　　3、热效应和非热效应的关系

　　根据Frhlich非热效应产生模型，热效应与非热效应只有在特定的条件下才产生，有证据表明微波非热效应的产生取决于微波的强度、频率、波形和处理时间等。

　　根据经典理论，在微波能量密度处于非热效应发生条件时，非热效应现象强于热效应，此时可以观察到非热效应;但是当热效应突出时，由于非热效应很弱，往往为热效应所掩盖。

微波杀菌优缺点

　　1、微波杀菌的优点

　　①时间短且速度快

　　微波利用其选择透射作用，使食品内外均匀，迅速升温杀灭细菌。处理时间大大缩短。在强功率密度强度下甚至只要几秒或数十秒即达满意效果。

　　②低温杀菌可保证食品质量

　　微波杀菌比常规热力杀菌在较低温度、较短的时间内就能获得较好的灭虫杀菌效果，而且无外来物污染，能够保留更多的有效成分，保持原有的色、香、味等。

　　③杀菌彻底

　　微波的穿透性使表面与内部同时受热，并且热效应和非热效应共同作用，杀菌效果好。

　　④效率高，节约能源，操控方便

　　微波可直接使食品内部介质分子产生热效应，微波能可被屏蔽，而且装置本身不被加热，不需传热介质，因此，能量损失少，效率比其他方法高。

　　2、微波杀菌的缺点

　　①加热的不均匀性

　　食品物料通常含有多种成分，微波的选择性加热会使食品不同部位的温度上升产生差异，导致加热的不均匀性。

　　②热能差异

　　微波加热时，其穿透、吸收、反射、折射会相互影响，会使被加热物体的不同部分产生较大的热能差异。

　　③棱角效应

　　微波作为电波的一种，其电场也有尖角集中性即棱角效应(edge effect，也称为边角效应)，会使边角处升温过快。微波电场的棱角效应也是导致加热不均的主要原因之一。

微波杀菌对食品营养物质的影响

　　Decareau曾于1992年报道了微波处理下维生素B₁、维生素B₂和维生素C的变化情况。国内也做了类似研究，结果表明，微波处理虽然会使这些成分减少，但与传统的一些加工方法(热烫、巴氏杀菌等)相比较，营养成分仍能有较大的保留。

　　Yaulauan等人研究了微波对美拉德反应的作用，结果发现，通过处理时间和温度可以控制褐变产物等的生成，吴晖发现，在电解质存在的条件下，微波能使食品发生明显的褐变。

微波杀菌的国内外研究进展

　　1、微波杀菌的国内研究进展

　　国内科技工作者从70年代展开了对关于微波杀菌技术的理论与实践研究。1975年，扬州diyi食品厂采用微波干燥灭菌法生产乳儿糕，证实用这种方法生产时间可缩短至3-5min，而且干燥、灭菌和杀虫同时进行，产品的产量和质量都有很大的提高。

　　周永昌等用微波处理板鸭制品，常温下可以延长期货架期至3个月。吴晖研究了微波处理对豆腐保鲜期的影响，结果证明，豆腐经微波处理3min，在室温下可保鲜3天，对照组只能保鲜0.5天。

　　王盛良等证明了微波处理对防止月饼霉变具有良好的效果。刘力等将微波处理应用于分割鸡肉的保鲜，常温下可以保持一级鲜度达13天。江连州将微波用于豆制品的保鲜都取得了良好的效果。

　　刘世雄，李卓思，程裕东选用番茄汁作为研究对象，使用频率为2450MHz的微波进行加热。研究发现，热效应为微波致死微生物的主要原因。微波加热杀菌较传统巴氏杀菌更好的保持了番茄汁的色泽、营养成分等品质指标。微波加热后，测得样品的番茄红素含量升高，微波加热对含有糖的样品可能有增色作用。

　　鲜瑶，李洪军，贺稚非研究发现，辣椒酱在960W、85℃条件下处理8、9min后，菌落总数从(8.0±0.2)×10⁶降低到(1.4±0.2)×10³，在30℃条件保藏30天后，无胀袋、霉变现象，并且对颜色、总酸、酸价等因素的影响不显著，并能较好保留辣椒酱原有风味。

　　赵俊敏研究发现，微波对辣椒干、姜片、麻花椒粒、桂皮等几种香辛料的杀菌处理，能得到较为理想的效果。

　　武杰，张斌研究了微波杀菌真空包装对茶叶蛋的贮藏效果。结果表明，微波杀菌真空包装能很好地YZ茶叶蛋中微生物的生长，延长了茶叶蛋的货架期。

　　刘钟栋、陈肇锬研究发现，微波与紫外线有着较好的协同杀菌作用，杀菌效果明显优于单独微波杀菌或单独紫外线杀菌。与单独微波杀菌相比，达到相同效果所需的辐射时间明显缩短，所需功率降低。

　　2、微波杀菌的国外研究进展

　　对于微波杀菌技术的研究，国外已有相当长的历史。早在40年代，Fleming、Nyrop及Brown等人研究证实，微波对微生物具有致死作用。在六七十年代，研究者开始考虑将微波应用于实际生产，相继以鲜奶、啤酒、饼干、面包、碎牛肉等作为研究对象，探讨微波的杀菌机理及效果。

　　80年代，研究者对微波处理参数进行了较具体的探讨。90年代，工艺参数的优化已成为研究的热门课题。Paterson等对微波技术是否既能杀灭真空包装牛肉中的微生物，又能保持鲜肉所具有的表观特征进行实验探讨。研究发现，控制终温50℃可取得令人满意的效果。

　　日本清酒中乳酸菌杀灭试验结果表明，若乳酸菌浓度处于102个/mL，则经15kJ/s功率的微波辐照，温度达63℃～65℃，多次加热、冷却，微波杀菌时间约1s或在螺旋波导管内杀菌3.6s，能将其中的乳酸菌全部杀死。Sale利用微波对奶油和橘子汁加热，在120℃下保持9s后，其样品经9位专家品尝，结果分不出处理样品和原样的差别。

微波杀菌在食品工业中的应用

　　1、在液体食品中的应用

　　微波杀菌现在已经广泛应用于液体食品，如乳制品、果蔬汁饮料、啤酒、调味品等。液体食品容易发生霉变和细菌含量超标现象，微波杀菌具有温度低、速度快的特点，既能杀灭饮料中的各种细菌，又能防止其贮藏过程中的霉变。

　　利用微波对牛奶进行杀菌消毒处理，鲜奶在82℃左右处理数秒钟后，杂菌和大肠杆菌可完全达到卫生标准要求，并能保持牛奶的营养成分和原有风味。

　　用微波对黄酒、酱油等调味品进行杀菌，不仅杀菌效果好，而且成本低于常规杀菌方法。有研究者对啤酒采用中高功率杀菌后，菌落总数小于14个/mL，大肠菌群未检出，符合国标GB4927-85的要求。微波还可以对高粘度液体食品进行杀菌处理。

　　张仲欣，赵振峰通过对牛乳进行加热杀菌，发现牛乳的微波加热杀菌比水浴加热杀菌等杀菌方式对牛乳造成的营养物质损失要小。

　　2、在果蔬、肉禽等食品中的应用

　　目前像酱菜、紫菜、泡菜、糖水罐头等许多果蔬制品都有采用微波杀菌的报道。肉制品的常规杀菌方法是高温杀菌，能耗大，对食品的营养成分和感官评价影响也较大。国内外已有许多采用微波对肉禽等食品的杀菌实例。

　　余恺，陈文等采用微波杀菌装置处理糖水荔枝罐头，研究了不同贮藏条件下荔枝果肉主要品质一质构和颜色的变化情况。结果表明，应用微波隧道式杀菌一无菌封罐技术生产糖水荔枝罐头，与传统工艺相比，可明显缩短加热杀菌的时间。

　　芮汉明等以白切鸡为研究对象，研究发现30℃储藏60天以上的白切鸡联合杀菌工艺为：①微波杀菌，微波频率2450MHz，微波功率670W，微波压力100kPa(表压)，微波时间10min;②100℃沸水杀菌15min。

　　芮汉明，蒋宇飞研究了整鸡软罐头在微波杀菌过程中品质的变化。研究结果表明，能较好的保持鸡肉软罐头的感官品质，又能实现25℃以下保藏6个月以上的Z佳杀菌工艺为：微波频率2450MHz，功率670W，微波杀菌时间10min。

　　杨家蕾、董全采用质地剖面分析法研究了微波杀菌对重组酱肉质构特性的影响，发现微波杀菌不会影响重组酱肉的质构特性，不会降低其口感。

　　荷兰食品公司将盒装鱼、肉食品经微波72℃～75℃快速均匀杀菌后，产品能够在0℃～4℃冷藏柜保存180天。国外还有用微波对鱼肉、火腿进行杀菌处理。

　　3、在粮油制品中的应用

　　微波有很强的穿透力，因此用微波焙烤蛋糕、面包等食品，可在烘烤的同时杀死制品内部细菌，防止发霉，延长保鲜期。国内早在上世纪70年代就有用隧道式微波炉生产儿童蛋糕的报道。瑞典采用2450MHz、80kW微波面包杀菌机，每小时加工1993kg面包片，处理后的面包由原来能保存3～6天延长到30～60天。

　　艾尔肯·马合穆提等以鹰嘴豆营养粉为原料，研究微波对粉状食品的杀菌效果。以细菌总数为指标，对营养粉微波杀菌工艺及效果进行研究。结果表明，营养粉杀菌的Z佳工艺参数为：微波功率425W、杀菌时间120s、物料覆盖厚度15mm。

　　吴振、张珂等研究发现，使用微波杀菌处理22s，真空包装南瓜营养湿面可以在室温(25℃)贮藏2-3天和低温(5℃)贮藏65天，微波杀菌延长南瓜营养湿面保质期。

　　利用微波杀菌可以有效地对带馅面条进行杀菌处理，尤其是能杀死面条中间肉末馅料中的细菌，大大延长保鲜期，国内已有许多地方生产带馅面条微波杀菌设备。利用微波可以很容易实现对方便米饭等食品的微波加热和消毒杀菌，这也是目前微波杀菌应用较多的地方。在原粮处理上，国内曾经研制成功连续式粮食微波干燥机，采用微波技术在对高水分粮食干燥，同时杀菌杀虫。

微波杀菌技术发展与展望

　　虽然目前微波杀菌已经在食品工业中得到了广泛的应用，但还存在以下问题：微波的安全性有待进一步证实;微波杀菌参数有待深入研究;微波杀菌的作用机理也尚未有共同的认识，有待进一步研究。扩大微波杀菌在食品工业中的应用范围等方面的研究。

　　尽管如此，微波杀菌技术与传统食品杀菌方式相比已经显示出了相当大的优势，应用也越来越广泛。随着研究的深入，微波杀菌技术在食品工业中的应用一定会越来越广泛，给食品行业带来巨大的发展机遇。