微波爐加熱原理是指頻率在300兆赫茲到300千兆赫茲的電磁波。被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻電磁場(chǎng)作用下,其極性取向?qū)㈦S著外電場(chǎng)的變化而變化,造成分子的運(yùn)動(dòng)和相互摩擦效應(yīng)。此時(shí)微波場(chǎng)的場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能,使物料溫度升高,產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過(guò)程而達(dá)到微波加熱的目的。通過(guò)微波加熱,在生產(chǎn)過(guò)程中我們就有微波干燥設(shè)備,微波烘干設(shè)備,微波殺菌設(shè)備等應(yīng)用于大眾化的工廠生產(chǎn)輔助設(shè)備。
一、微波加熱的特性
1、選擇性加熱
物質(zhì)吸收微波的能力,主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來(lái)決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng),相反,介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異,微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。物質(zhì)不同,產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子,介電常數(shù)較大,其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大,對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小,其對(duì)微波的吸收能力比水小得多。因此,對(duì)于食品來(lái)說(shuō),含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大。
2、 穿透性
微波比其它用于輻射加熱的電磁波,如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng),因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí),由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高,使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫,形成體熱源狀態(tài),大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間,且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí),物料內(nèi)外加熱均勻一致。
3、 熱慣性小
微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫,能耗也很低。另一方面,微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào),介質(zhì)溫升可無(wú)惰性的隨之改變,不存在“余熱”現(xiàn)象,極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。
二、 微波加熱原理的生物效應(yīng)機(jī)制
當(dāng)微波作用于生物體時(shí),在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下,生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化。因此,也就必然產(chǎn)生某些生物效應(yīng)。微波的生物效應(yīng)主要是由微波的熱效應(yīng),其次是非熱效應(yīng)所引起的。
1、 微波加熱原理的熱效應(yīng)
微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對(duì)生物體產(chǎn)生的生理影響。熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場(chǎng)的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱;體內(nèi)離子在微波作用下振動(dòng)也會(huì)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量;一般分子也會(huì)吸收微波能量后使熱運(yùn)動(dòng)能量增加。如果生物體組織吸收的微波能量較少,它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)血循環(huán)將吸收的微波能量(熱量)散發(fā)至全身或體外。如果微波功率很強(qiáng),生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量,則引起該部位體溫升高。局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應(yīng),如使局部血管擴(kuò)張,并通過(guò)熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速,組織代謝增強(qiáng),白細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng),促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收和消散等。
2、 微波加熱的優(yōu)點(diǎn)
微波自身的特性決定了微波具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)加熱迅速,均勻。不需熱傳導(dǎo)過(guò)程,且具有自動(dòng)熱平穩(wěn)性能,避免過(guò)熱。
(2)加熱質(zhì)量高,營(yíng)養(yǎng)破壞少,能最大限度的保持食物的色、香,味,減少食物中維生素的破壞。
(3)安全衛(wèi)生無(wú)污染,對(duì)食品的殺菌能力強(qiáng).因?yàn)槲⒉苁强刂圃诮饘僦瞥傻募訜崾覂?nèi)和波導(dǎo)管中工作,所以微波泄露被有效的抑制,沒(méi)有放射線危害及有害氣體排放,不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。既不污染食物,也不污染環(huán)境。微波殺菌除了熱效應(yīng)之外還有生物效應(yīng),許多病菌在微波加熱不到100℃時(shí)就全部被殺死。
(4)節(jié)能高效。由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱,沒(méi)有經(jīng)過(guò)其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),因此除少量的傳輸損耗外幾乎無(wú)其他損耗。比一般常規(guī)加熱省電約30%~50%。
(5)具有快速解凍功能。在微波場(chǎng)中,凍結(jié)食品在從內(nèi)到外同時(shí)吸收微波能量,使凍結(jié)食品整體發(fā)熱,容易形成整體均一的解凍,縮短解凍時(shí)間,迅速越過(guò)-50℃~0℃這個(gè)易發(fā)生蛋白質(zhì)變性、食品變色變味的溫度帶,以保持食品的品質(zhì)不致下降。
3、微波的非熱效應(yīng)
微波的非熱效應(yīng)是指除熱效應(yīng)以外的其他效應(yīng),如電效應(yīng)、磁效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)等。微波對(duì)細(xì)菌的生物效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面的通透性能,細(xì)菌因此營(yíng)養(yǎng)不良,不能正常新陳代謝,細(xì)菌結(jié)構(gòu)功能絮亂,生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。此外,決定細(xì)菌正常生長(zhǎng)和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA),是由若干氫鍵松馳、斷裂和重組,從而誘發(fā)遺傳基因突變,或染色體畸變,甚至斷裂。 以上都是微波爐加熱原理。
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