微波灭菌技术在食品行业的应用

　　微波食品杀菌机理： 微波是100MHz~100000MHz波段的电磁波，以微波杀菌的温度场与电磁场相比较，电磁场是细菌致死的主要因素，特别是在较低温度时。实验给人们一种启示，充分利用变化的电磁场将能获得一种新的、在较低温度下杀菌的手段和技术，开创既能杀菌又能保持食品风味和品质的有效杀菌途径。一般而言电磁场杀菌是指104~1011Hz频率段的电磁场。电磁场在杀菌过程中表现出来的“非热因素成为细菌致死的主导因素“打破了常规加热杀菌的格局，细菌欲生存而需抗争的对象改为”电磁力“。对于脉冲电磁场杀菌的机理有多种假说。归纳起来，脉冲电磁场的杀菌机理主要表现在以下两个方面 ：电场作用：分子生物学的研究表明，生物体内的大多数分子和原子是具有极性（等效电偶极子）和磁性（分子电流模型）的，因此外加电磁场必然会对生物产生影响或作用。在外加电磁场的作用下，电偶极子和分子电流会随着电磁场的方向取向。在静电磁场中，只是建立一个新的状态；但在时变电磁场中，电偶极子和分子电流会随着电磁场的 变化而振动。显然，不同强度分布的外加电磁场对不同生物的影响程度是不同的。医学界在研究中发现细胞体在电磁场中有异常表现，典型的表现是对电磁波的应答现象。这种生物应答现象发生在远离平衡状态，生物体对满足一定条件的电磁场的响应是非线性的，并表现出频率特异性和功率特异性。效应的能源有时来自生物系统内部，外部电磁场只是起到触发作用。细胞是最基本的生命单元，在细胞中，细胞膜是研究得最多的部分。每个细胞膜内外都有一定的电位差，在外加电场的作用下，膜内外的电位差会增大，通透性会增加，细胞发生渗透，继续适度处理，当电磁场达到一定值（E＞E0，H＞H0）时，细胞膜就发生不可修复的破裂这种现象称为电穿孔。同时，由于电磁场是变化的，在极短的时间内，电磁场的频率、强度都会发生极大的变化，在细胞膜上产生振荡效应。不可逆的电穿孔和激烈的振荡效应能使细胞破裂，这种破裂导致细胞结构紊乱，从而达到杀死细胞的目的，进而杀死细菌。电离作用：变化电磁场的介电阻断性对食品中的微生物具有抑制作用。在外加电磁场的作用下，食品空间中的带电料子将产生高速运动，撞击食品分子，使食品分子分解，产生阴、阳离子，同时，电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃，穿过本来就已提高通透性的细胞膜，与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用，因而阻断了细胞内正常生化反应和新陈代谢的进行。另外，电磁场能够使水分子的氢氧键断裂，在水中生成过量的超氧阴离子自由基、过氧化氢及自由质子。而过氧化氢有强烈的氧化作用，作用于生物分子，会破坏DNA，导致细胞死亡。液体介质中电离作用产生的臭氧同样有强烈的氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。以上两种作用的联合构成了杀死细菌体的主要因素。
　　微波食品杀菌优点：1、时间短、速度快：常规热力杀菌是通过热传导、对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部，往往需较长时间，内部才能达到杀菌温度。微波则利用其透射作用，以热效应和非热效应的共同作用，使物品内外均匀的、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～数十秒即达到满意效果。
　　2、低温杀菌、保持药品成份：微波热效应的快速升温和非热效应的生化作用，增强了杀菌功能。相比常规热力杀菌在比较低温的温度、较短的时间内就能获得灭虫杀菌效果，一般杀菌温度在75～80℃，处理时间3～5分钟。微波特有加工方式能保留更多的有效成分，保持原有的色、香、味、形等风味。如采用常规热力处理蔬菜保留的维生素Ｃ在46~50％，微波处理能达到60`90％；常规加热猪肝维生素Ａ保持在58％，而微波加热则达84％。 3、节约能源：微波电磁转换率高，一般在70％以上，优于加热的电热效率。加之，微波是直接对食品进行磁热能量转换，微波加热器本身不会被加热，因而不存在额外的热功耗，所以节能省电，相比节电30~50％。
　　4、杀菌均匀彻底：常规热力杀菌是从物料表面开始的，通过热传导，由表及里的渐次加热，内外存在温差梯度，造成内外杀菌效果不一致，愈厚问题就愈突出。为保持食品风味，缩短处理时间，就得提高处理温度换取处理时间的缩短，然而这将使食品表面的色、香、味、形等品质下降。而微波的穿透性，使表面与内部同时受热，保证内外均匀杀菌。
　　5、易自动化生产：微波设备操作简便，没有热惯性，能根据生产工艺要求实时调控。整条生产线只需1~2名操作工。
　　6、工艺先进：微波杀菌设备不需要锅炉、复杂的管道系统、煤场和运输车辆等，只需水、电基本条件即可，对厂房无特殊要求。投资少、见效快。
　　7、节省占地面积：微波设备无高温余热，不产生热辐射，能改善工作环境；而且设备结构紧凑、节省厂房面积。
　　食品灭菌典型应用：微波杀菌在食品工业中的应用早在1976年就已开始，据日本某公司统计用于糕点、米面等食品杀菌的微波功率容量已占工业微波总量的34％。与此同时，在瑞典、德国、丹麦、意大立等国早已把微波杀菌用于切片面包的包装线上，因面包切片在冷却过程中，会受空气中霉菌的污染，从而大大缩短面包的保存期。瑞典一家公司安装一台2450MHz的面包杀菌机，处理4400磅/小时的面包片，经微波处理的面包温度由20℃上升到80℃，时间仅需1～2分钟，处理后的面包片保存期由原来的3～4天延长到30～40天。荷兰的每日食品公司将微波技术用于对盒装鱼、肉、食品进行保鲜处理，产品均匀加热到72～75℃后，可在0～4℃冷藏柜中保存6星期，保证原味不变，新鲜如初，价格与冷冻食品接近。处理量为1500公斤/小时。
　　我国从70年代起就开始了微波对中药材、粮食等各类营养食品的杀菌保鲜研究和应用。在各种袋盒包装食品、天然营养品的加工过程中，为保持各种营养成分和微生物不被破坏，通常采用真空冷冻干燥和钴60射线杀菌工艺，其缺陷是工艺复杂，生产周期长、设备投资大、放射性残留影响使用范围，且能耗高，效率低。而微波的穿透性能、不破坏营养成分与低温杀菌特点，适合此类食品处理。我们用2450MHz 10Kw微波干燥杀菌机对花粉进行处理。生产实践表明，比原工艺加工周期短、产品质量好、杀菌温度低、保持营养成分等优点，效率提高几十倍，节省电力92.5％（每年节电4万度），产品已远销香港、新加坡、日本等地，目前该设备还广泛应用于人参、豆奶粉、营养冲剂、药材……等。
　　用20KW微波食品杀菌机可以对袋包装熏鱼、、鸡鸭、肉松等熟食品的杀菌处理，其生产能力为250kg/h，杀菌效果良好。如广式叉烧经处理后在28℃温度下，保存期可延长7天。现该类技术已推广应用到鱼制品、豆制品、肉制品、酱菜、饮料等生产厂家。温州某公司采用我公司微波设备生产鱼片，不仅加热干燥，而且进行杀菌灭霉。原采用远红外线烘烤鱼片，每天产量1.5吨，耗电40Kwh，现微波只需用电17Kwh，节能50％以上，鱼片更显酥脆可口。且彻底解决了易霉变问题。四川采用微波设备处理麻油豆干特产，真空包装后，在常温下可保存数十天不变质。牛奶生产过程中，消毒杀菌是最重要的工艺，传统方法是采用高温短时巴氏杀菌。其缺陷是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统，且能耗高、煤场占地大、劳动强度高，还会带来环境污染等问题。使用微波液体杀菌机，对牛奶进行杀菌消毒，10KW微波功率加工能力为125～200kg/h，鲜奶在80℃左右处理数分钟后，杂菌和大肠肝菌完全达到国家卫生标准要求，不仅营养成分保持不变，而且经微波作用的脂肪球直径变小，有均质作用，增加了乳汗香味，有利于营养成分的吸收。
　　微波应用前景：我公司自九十年代初开始涉足微波应用整机的研究、生产、开发等工作，是集科研、生产、销售于一体的高科技企业。注册资金人民币500万元，固定资产230万元。现有微波教授级高工1人、高级工程师15人，中级职称26人。微波产品的市场占有率列国内本行业三甲之内。微波食品灭菌和微波制药设备技术领先，并获多项微波设备制造技术的国家zhuanli。近期我公司通过国际交流，从国外发达国家引进先进的微波工程设计成套技术，大大提高了我公司微波产品档次，从而也带动了国内微波工程应用技术水平大幅提高。我们现已开发出与国际接轨的微波真空干燥设备、微波滚筒加热、干燥设备、微波中草药提取设备、口服液灭菌设备。其微波设备制造技术处于行业领先地位。目前我公司将发挥技术优势，愿意真诚与食品界有志人士一道紧密合作，开展微波技术在食品工业的杀菌、保鲜、加热、熟化等应用研究，改造我国传统食品加工工艺。迅速将有广阔前景的微波应用领域推向产业化。