食品的微波处理幻灯片.ppt
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1、食品的微波处理食品的微波处理第1页,共44页,编辑于2022年,星期三主要内容主要内容3241 微波技术的发展历史 微波的性质和加热机理 微波加热在食品中的应用 微波加热设备的组成及选用 微波的安全使用及其防护 5第2页,共44页,编辑于2022年,星期三7.1 7.1 微波技术的发展历史微波技术的发展历史 v1919世纪世纪4040年代美国雷声公司制造出第一台微波炉。年代美国雷声公司制造出第一台微波炉。v1919世纪五六十年代,伴随着大功率磁控管研制成功,美英等世纪五六十年代,伴随着大功率磁控管研制成功,美英等国隧道式、波导等多种加热器的问世,国外在微波能的应用国隧道式、波导等多种加热器的问
2、世,国外在微波能的应用上掀起一场新的上掀起一场新的“能源革命行动能源革命行动”。微波能的应用普。微波能的应用普及到食品、医药、农副土特产品加工、化工及当代及到食品、医药、农副土特产品加工、化工及当代尖端技术的各个领域中。尖端技术的各个领域中。v我国从我国从2020世纪世纪7070年代开始研制、推广微波能应用技年代开始研制、推广微波能应用技术和设备。当时研制的术和设备。当时研制的2450MHz45KW2450MHz45KW隧道式微波干隧道式微波干燥乳儿糕生产线,将原来需要烘烤燥乳儿糕生产线,将原来需要烘烤 的工的工艺缩短到艺缩短到 完成。完成。6-8h9min图图1 世界上第一台微波炉世界上第一
3、台微波炉 第3页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2 7.2 微波的性质与加热机理微波的性质与加热机理 v7.2.1 7.2.1 微波的性质微波的性质7.2.1.1 7.2.1.1 微波及其特点微波及其特点7.2.1.2 7.2.1.2 微波与介电物质微波与介电物质7.2.1.3 7.2.1.3 微波应用系统常用的材料微波应用系统常用的材料v7.2.2 7.2.2 微波的加热机理及特点微波的加热机理及特点7.2.2.1 7.2.2.1 微波加热原理微波加热原理7.2.2.2 7.2.2.2 微波加热特点微波加热特点第4页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.1.1 7.2.1.1
4、微波及其特点微波及其特点u 微波是频率非常高的电磁波,又称为超高频波,微波是频率非常高的电磁波,又称为超高频波,频率大约从频率大约从300MHz300MHz到到300GHz*300GHz*。之所以称为微波,。之所以称为微波,是因为其波长在是因为其波长在1mm1mm1m1m,比普通的无线电波波长,比普通的无线电波波长更微小。更微小。*:1GHz1GHz10103 3 MHzMHz10109 9 HzHz第5页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.1.2 7.2.1.2 微波与介电物质微波与介电物质v微波:微波:非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不非电离辐射。当微波在传输过程中遇到不同的材料
5、时,会产生反射、吸收和穿透现象。同的材料时,会产生反射、吸收和穿透现象。v介电物质:介电物质:性能介于导体和绝缘体之间,具有吸性能介于导体和绝缘体之间,具有吸收、穿透和反射微波的性能。收、穿透和反射微波的性能。第6页,共44页,编辑于2022年,星期三7.1.2.3 7.1.2.3 微波应用系统常用的材料微波应用系统常用的材料导体导体p材料:铜、银、铝材料:铜、银、铝 类;类;p性能:能性能:能反射反射微波。微波。导体导体以一种特殊的形式传播以及反射以一种特殊的形式传播以及反射微波能量;微波能量;p用途:微波装置中的用途:微波装置中的波导管波导管,微波加热用的微波加热用的外壳外壳。p材料:含材
6、料:含水水、盐盐和和脂肪脂肪的的食食品品以及其他以及其他生物质生物质。p性能:具有性能:具有吸收、穿透吸收、穿透和反射微波和反射微波性能。在微波加性能。在微波加热过程中,被处理的介质材料热过程中,被处理的介质材料以不同程度吸收微波能量,又以不同程度吸收微波能量,又称为有耗介质。称为有耗介质。绝缘体绝缘体p材料:材料:玻璃、陶瓷、聚四氟玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙稀塑料乙烯、聚丙稀塑料等;等;p性能:可性能:可部分反射或渗部分反射或渗透透微波,通常吸收微波能较微波,通常吸收微波能较少。少。p用途:微波处理过程中用此作用途:微波处理过程中用此作为包装和反应器的材料,或作为为包装和反应器的材料,或作
7、为家用微波炉烹调用的食品器皿。家用微波炉烹调用的食品器皿。介电质介电质绝缘体绝缘体123第7页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.1 7.2.2.1 微波的加热机理微波的加热机理v食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的食品工业中所使用的微波设备主要是利用微波的热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化热效应。食品中的水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物等都属于电介质,微波对它们的加热称作合物等都属于电介质,微波对它们的加热称作介电感应加热(dielectric heating)第8页,共44页,编辑于2022年,星期三产热机制产热机制v离子极化离子极化v偶极子转向偶极子转向交变电场引
8、起偶极子转向交变电场引起偶极子转向微波频率微波频率2450MHz2450MHz,水分子水分子1S1S内发生内发生180180来回转动来回转动24.524.5亿次亿次第9页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2 7.2.2.2 食品材料的介电特性食品材料的介电特性v7.2.2.2.1 7.2.2.2.1 微波对食品材料的穿透特性微波对食品材料的穿透特性v7.2.2.2.2 7.2.2.2.2 食品材料对微波的吸收特性食品材料对微波的吸收特性v7.2.2.2.3 7.2.2.2.3 影响材料介电特性的因素影响材料介电特性的因素第10页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2.
9、1 7.2.2.2.1 微波对食品材料的穿透特性微波对食品材料的穿透特性v该特性用穿透深度(功率传透深度或半功率穿透深度)表示。该特性用穿透深度(功率传透深度或半功率穿透深度)表示。v功率传透深度:功率传透深度:微波功率从材料表面衰减至表面值的微波功率从材料表面衰减至表面值的1/e1/e(大约(大约37%37%,e=2.718282)e=2.718282)时的距离。时的距离。v半功率穿透深度:半功率穿透深度:微波功率透入材料后,功率衰减一半的距离。微波功率透入材料后,功率衰减一半的距离。v介电材料不同,因它们的介电常数及介电损耗不同,故微波对它介电材料不同,因它们的介电常数及介电损耗不同,故微
10、波对它们的穿透能力(深度)也不同。们的穿透能力(深度)也不同。v介电材料的含水量及微波的频率不同,微波对介电材料的穿透介电材料的含水量及微波的频率不同,微波对介电材料的穿透能力(深度)也不同。能力(深度)也不同。v低温和低频时在食品有较大的穿透深度。低温和低频时在食品有较大的穿透深度。P264P264第11页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2.2 7.2.2.2.2 食品材料对微波的吸收特性食品材料对微波的吸收特性vPm=0.566=0.566tantanf E2 10-12Pm-功率密度功率密度 W/cm3 -介质的介电常数介质的介电常数TanTan介质损耗介质损耗f -微波
11、频率微波频率,HzE-电场强度电场强度,V/cmv介质的固有介电特性介质的固有介电特性(介电损耗因子(介电损耗因子):):tantanv食品材料的介电特性不同,其对微波的吸收特性就不同。食品材料的介电特性不同,其对微波的吸收特性就不同。v适宜的介电损耗因子适宜的介电损耗因子1010-2-2 55第12页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2.3 7.2.2.2.3 影响材料介电特性的因素影响材料介电特性的因素v1)1)材料成分材料成分成分不同介电特性(介电常数等)不同。成分不同介电特性(介电常数等)不同。v2 2)材料的含水量及状态)材料的含水量及状态物料含水量高,则其介电常数及介
12、电损耗大,材料吸收微波能的能物料含水量高,则其介电常数及介电损耗大,材料吸收微波能的能力强。力强。水呈液态时比呈固态(冰)时的介电常数及介电损耗大。水呈液态时比呈固态(冰)时的介电常数及介电损耗大。v3 3)材料的温度)材料的温度温度高则介电常数大,吸收微波能力强。温度高则介电常数大,吸收微波能力强。v4 4)微波频率)微波频率微波频率高,材料的介电常数及介电损耗降低。微波频率高,材料的介电常数及介电损耗降低。v5 5)材料的密度)材料的密度密度大而紧实的物料,因空气少,故介电常数及介电损耗大,吸收微波的能密度大而紧实的物料,因空气少,故介电常数及介电损耗大,吸收微波的能力强,易被微波加热。力
13、强,易被微波加热。第13页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.3 7.2.2.3 微波加热特点微波加热特点v7.2.2.3.1 7.2.2.3.1 选择加热性选择加热性v7.2.2.3.2 7.2.2.3.2 穿透性穿透性第14页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2.1 7.2.2.2.1 微波选择性加热特点微波选择性加热特点p好处:好处:1.1.加热效率高,节约能源,易控制。加热效率高,节约能源,易控制。2.2.可用于较干燥的谷物杀灭害虫。可用于较干燥的谷物杀灭害虫。p 坏处:坏处:微波的选择性加热是造成微波微波的选择性加热是造成微波加热不均匀(runaway he
14、ating)的主要原因之一。的主要原因之一。第15页,共44页,编辑于2022年,星期三7.2.2.2.2 7.2.2.2.2 微波穿透性特点微波穿透性特点v好处:好处:1.1.实现包装后食品的短时杀菌实现包装后食品的短时杀菌。2.2.加加热热时时间间短短,干干燥燥速速度度快快,而而且且对对有有些些食食品品还还能能起起到到特特有的膨化效果有的膨化效果。3.3.快速解冻快速解冻。v坏处:坏处:微微 波波 加加 热热 的的 穿穿 透透 性性 是是 造造 成成 微微 波波加加热热不不均均匀匀(runaway(runaway heating)heating)的另一个主要原因之一的另一个主要原因之一。第
15、16页,共44页,编辑于2022年,星期三7.3 7.3 微波加热系统的组成及选用微波加热系统的组成及选用v7.3.1 7.3.1 微波加热系统的组成微波加热系统的组成v7.3.2 7.3.2 微波频率的选择微波频率的选择第17页,共44页,编辑于2022年,星期三被加热物料被加热物料7.3.1 7.3.1 微波加热系统的组成微波加热系统的组成高压电源高压电源微波微波发生器发生器连接波导连接波导冷却系统冷却系统微波加热系统示意图微波加热系统示意图微波微波加热器加热器第18页,共44页,编辑于2022年,星期三7.3.2 7.3.2 微波频率的选择微波频率的选择v目前用于工业微波加热的频率主要有
16、目前用于工业微波加热的频率主要有915MHz915MHz和和2450MHz2450MHz。v915MHz915MHz具有较大穿透深度,获得较大的功率具有较大穿透深度,获得较大的功率915MHz体积较大体积较大/较厚的物料较厚的物料含水分高的物料含水分高的物料加工大批物料加工大批物料2450MHz因磁控管及其波导小,适用于家用微波炉因磁控管及其波导小,适用于家用微波炉含水分量低的物料含水分量低的物料第19页,共44页,编辑于2022年,星期三7.4 7.4 微波加热在食品中的应用微波加热在食品中的应用v7.4.17.4.1在食品工业中采用微波加热技术的优缺点在食品工业中采用微波加热技术的优缺点v
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