快速而經(jīng)濟(jì)地干燥食品并保持其良好品質(zhì)，一直是我們研究的重要課題。一般的食品干燥方法耗時(shí)長(zhǎng)、速度慢，由表及里形成負(fù)的溫度梯度，不利于水分蒸發(fā)，常規(guī)干燥表層先干會(huì)阻礙內(nèi)部水分的擴(kuò)散。采用熱風(fēng)干燥要消耗大量的燃?xì)饣蛉加停@不僅污染環(huán)境，而且對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生不良影響。而微波干燥不同于熱風(fēng)及其它干燥方式，食品吸收微波后內(nèi)部直接升溫，形成較小的正溫度梯度，有利于內(nèi)部水分的擴(kuò)散，使干燥速度大大加快，是一項(xiàng)值得深入研究的新技術(shù)。
1 微波干燥的基本原理及特點(diǎn)
1.1 微波干燥的機(jī)理分析
微波是指波長(zhǎng)范圍為1 ～1 000 mm，頻率范圍為3.0 × 102～3.0 × 105 MHz 具有穿透特性的電磁波，常用的微波頻率為915 MHz 和2 450 MHz。微波發(fā)生器的磁控管接受電源功率而產(chǎn)生微波功率，通過(guò)波導(dǎo)輸送到微波加熱器中，使需要加熱的物料在微波場(chǎng)的作用下被加熱。微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，而且水的損耗因數(shù)比干物質(zhì)大得多，電磁場(chǎng)釋放能量中的絕大部分被物料中的水分子吸收。一般情況下，被干燥物料中的水分子由于布朗運(yùn)動(dòng)，分子的排列雜亂無(wú)章并迅速變化，極性相互抵消，宏觀上不呈現(xiàn)極性。而被置于由微波發(fā)生器產(chǎn)生的電場(chǎng)中時(shí)，微波場(chǎng)以每秒幾億次的高速周期地改變外加電場(chǎng)的方向，使介質(zhì)的極性水分子迅速擺動(dòng)，產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)，從而使物料內(nèi)部和表面的溫度同時(shí)迅速升高。
微波加熱造就物料體熱源的存在，改變了常規(guī)加熱干燥過(guò)程中某些遷移勢(shì)和遷移勢(shì)梯度方向，形成了微波干燥的*機(jī)理。由于物料中的水分介質(zhì)損耗較大，能大量吸收微波能并轉(zhuǎn)化為熱能，因此物料的升溫和蒸發(fā)是在整個(gè)物體中同時(shí)進(jìn)行的。在物料表面由于蒸發(fā)冷卻的緣故，使物料表面溫度略低于里層溫度；同時(shí)由于物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，以致內(nèi)部蒸汽迅速產(chǎn)生，形成壓力梯度。如果物料的初始含水率很高，物料內(nèi)部的壓力非常快地升高，則水分可能在壓力梯度的作用下從物料中排出。初始含水率越高，壓力梯度對(duì)水分排出的影響越大，也即有一種“泵”效應(yīng)，驅(qū)使水分流向表面，加快干燥速度。由此可見，微波干燥過(guò)程中，溫度梯度、傳熱和蒸汽壓遷移方向均一致，從而大大改善了干燥過(guò)程中的水分遷移條件，當(dāng)然要優(yōu)于常規(guī)干燥。同時(shí)由于壓力遷移動(dòng)力的存在，使微波干燥具有由內(nèi)向外的干燥特點(diǎn)，即對(duì)物料整體而言，將是物料內(nèi)層首先干燥，這就克服了在常規(guī)干燥中因物料外層首先干燥而形成硬殼板結(jié)阻礙內(nèi)部水分繼續(xù)外移的缺點(diǎn)。
1.2 微波干燥的特點(diǎn)
1.2.1 干燥速度快、干燥時(shí)間短由于微波能夠深入到物料內(nèi)部而不是靠物體本身的熱傳導(dǎo)進(jìn)行加熱，所以加熱時(shí)間非常短，干燥時(shí)間可縮短5 0 % 或更多。
1.2.2 產(chǎn)品質(zhì)量高
微波加熱溫度均勻，表里一致，干燥產(chǎn)品可以做到水分分布均勻。由于微波對(duì)水有選擇加熱的特點(diǎn)，可以在較低溫度下進(jìn)行干燥，而不致使產(chǎn)品中的干物質(zhì)過(guò)熱而損壞。微波加熱還可以產(chǎn)生一些有利的物理或化學(xué)作用。
1.2.3 反應(yīng)靈敏、易控制
通過(guò)調(diào)整微波輸出功率，物料的加熱情況可以瞬間改變，便于連續(xù)生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件。
1.2.4 熱能利用率高，節(jié)省能源、環(huán)保、設(shè)備占地少
微波加熱設(shè)備本身不耗熱，熱能絕大部分（＞8 0 % ）都作用在物料上，熱效率高，所以節(jié)約能源，一般可節(jié)電3 0 % ～5 0 % ；對(duì)環(huán)境溫度幾乎沒(méi)有影響，微波
干燥設(shè)備可以做得較小。
1.2.5 不償失低溫殺菌，保持食品營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味微波加熱具有熱效應(yīng)和生物效應(yīng)，因此能在較低的溫度下殺滅霉菌和細(xì)菌，zui大限度地保持物料的活性和食品中的維生素、色澤和營(yíng)養(yǎng)成份。
微波干燥經(jīng)常與熱風(fēng)干燥相聯(lián)合，可以提高干燥過(guò)程的效率和經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)闊峥諝饪梢杂行У嘏懦锪媳砻娴淖杂伤?，而微波干燥提供了排除?nèi)部水分的有效方法，兩者結(jié)合就可以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)使干燥成本下降。微波干燥與普通方法聯(lián)合一般有3 種方式：①預(yù)熱。首先用微波能對(duì)物料進(jìn)行預(yù)熱，然后用普通干燥器進(jìn)行干燥；②增速干燥。當(dāng)干燥速度進(jìn)入降速階段時(shí)將微波能加入普通干燥器，此時(shí)物料表面是干的，水分都在內(nèi)部。加入的微波能使物體內(nèi)部產(chǎn)生熱量和蒸汽壓，把水分驅(qū)至表面并迅速被排除。③終端干燥。普通干燥器在接近干燥終了時(shí)效率zui低，也許有2 / 3 的干燥時(shí)間花費(fèi)在排除zui后的1 / 3 的水分上。在普通干燥器的出口處加一個(gè)微波干燥器，可提高普通干燥器的處理量。
1.3 微波干燥系統(tǒng)
基于微波干燥的基本原理，微波干燥系統(tǒng)主要由微波發(fā)生器、波導(dǎo)裝置、微波干燥器、排濕冷卻裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及安全保護(hù)系統(tǒng)等部分組成，如圖1 所示。
微波發(fā)生器是干燥設(shè)備的關(guān)鍵部分，它由磁控管和微波電源組成，其主要作用是產(chǎn)生所需要的微波能量。微波管產(chǎn)生的微波通過(guò)波導(dǎo)裝置無(wú)損耗地傳輸?shù)轿⒉ǜ稍锲髦?，微波干燥器是?shí)現(xiàn)物料與微波相互作用的空間，微波能量在此轉(zhuǎn)化為被干燥物料的內(nèi)能，使物料中的水分蒸發(fā)而干燥。排濕冷卻裝置的作用是排出物體中蒸發(fā)出來(lái)的水蒸汽以及將物料通風(fēng)冷卻。在對(duì)物料連續(xù)干燥處理的微波設(shè)備中，還具有配套的物料輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)的傳輸速度和調(diào)速范圍，要適應(yīng)被干燥物料的工藝要求，連續(xù)不斷地將它們送入微波干燥器中進(jìn)行干燥，并將干燥后的物料輸送出來(lái)進(jìn)行下一道工序。傳動(dòng)系統(tǒng)多由調(diào)速電機(jī)和減速器組成。物料
輸送帶均采用低耗微波介質(zhì)材料，如聚四氟乙烯玻璃纖維帶、聚乙烯帶等；控制系統(tǒng)是用來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，保證設(shè)備的輸出功率、輸送速度、排濕冷卻裝置等能根據(jù)*工藝規(guī)范的要求，及時(shí)、方便和靈活地控制與調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)既可安裝在微波發(fā)生器上，又可與主機(jī)分開，也可把若干臺(tái)微波干燥設(shè)備的控制系統(tǒng)集中安裝在一個(gè)總控制臺(tái)上進(jìn)行工藝參數(shù)的總控制。
2 微波干燥食品在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
微波干燥起源于上世紀(jì)40 年代，到60 年代國(guó)外才大量應(yīng)用。由于微波干燥的*優(yōu)點(diǎn)使得其發(fā)展很快。國(guó)外已在輕工業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品加工等方面得到應(yīng)用。由于微波對(duì)水有選擇加熱的特點(diǎn)，使得糧食、油料作物、
茶葉、蠶繭、木材、紙張、煙草等含水物質(zhì)均可用微波進(jìn)行干燥。上世紀(jì)7 0 年代以來(lái)，國(guó)外微波干燥的應(yīng)用還在繼續(xù)擴(kuò)大，特別是在食品干燥方面。我國(guó)微波干燥技術(shù)的應(yīng)用始于上世紀(jì)7 0 年代初期，到目前已應(yīng)用于輕工、化工及農(nóng)產(chǎn)品食品加工等方面。盡管我國(guó)在微波干燥方面已經(jīng)有一些成功的范例，但從整個(gè)食品行業(yè)來(lái)看，裝機(jī)功率仍然非常低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大的差距。
目前，成功應(yīng)用微波干燥的食品種類很多，大致可以分為：
果蔬類——土豆片、薯片、菠菜、白菜、西紅柿、胡蘿卜、竹筍、蒜、蘋果脯、葡萄、香蕉、黃桃、山楂、南瓜、蔥、紫菜、西紅柿、洋蔥等；
肉制品——雞肉、魚片、對(duì)蝦、香腸、牛肉干、豬肉等；
米面類——玉米片、通心面、糕點(diǎn)、面包、方便面、肉餡餅、方便米粉、大米等；
藥材類——人參、藥丸、鹿茸、蛇、枸杞、花粉、蜂王漿等；
飲料類——咖啡、桔粉、果汁、奶粉等；
農(nóng)副土特產(chǎn)品——茶葉、大豆、花生、山野菜、瓜子、木耳、煙葉、谷物、油菜籽、香菇、海帶等；
其它——蛋黃粉、魔芋粉、豆腐皮、檳榔芋等。
微波干燥食品的種類還有待于進(jìn)一步地開發(fā)研究，目前不少研究人員仍在進(jìn)行這方面的工作。 3 微波干燥食品發(fā)展前景
IDS 主席Mujumdar 教授指出：1990 年以來(lái)，干燥的能源價(jià)格依然是重要的，但對(duì)于干燥研究而言不再是zui關(guān)鍵的因素，現(xiàn)在是由新產(chǎn)品和新的加工過(guò)程的需求推動(dòng)干燥研究。同時(shí)指出，如今的熱風(fēng)干燥不是一種環(huán)保良好的作業(yè)，礦物燃料的燃燒產(chǎn)生的二氧化碳是被稱之為“綠色居室效應(yīng)”的主要成分?；谶@些考慮，當(dāng)前干燥的總目標(biāo)是“以zui
快的速度排除液體（通常是水）并對(duì)產(chǎn)品有zui小的負(fù)面影響；不破壞環(huán)境以及投入zui低的資金和操作費(fèi)用”。因此，此領(lǐng)域的實(shí)際工程策略，是對(duì)各種規(guī)模的干燥過(guò)程，從（從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保考慮）到微量級(jí)（物料性質(zhì)）進(jìn)行探索和聯(lián)合考慮。還指出對(duì)流、傳導(dǎo)和微波干燥可否聯(lián)合的構(gòu)想。食品的干燥也應(yīng)以此為目標(biāo)進(jìn)行研究。微波干燥作為一項(xiàng)新技術(shù)正符合這樣的發(fā)展要求。
我國(guó)自1 9 7 3 年由南京電子管廠（現(xiàn)南京三樂(lè)電氣總公司）研制成功工業(yè)微波干燥設(shè)備以來(lái)，經(jīng)過(guò)2 0 余年的發(fā)展，我國(guó)在微波加熱設(shè)備方面已經(jīng)完夠國(guó)產(chǎn)化，磁控管的壽命和質(zhì)量大大提高，整機(jī)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)過(guò)關(guān)，并能向國(guó)外出口。在工業(yè)、醫(yī)療和*等領(lǐng)域都*走向?qū)嵱眯噪A段，并發(fā)展成為一支新的產(chǎn)業(yè)，特別是食品、輕紡、化工、農(nóng)產(chǎn)品干燥等方面，在節(jié)約能源，提高生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面都取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)已先后開發(fā)了用于食品工業(yè)的系列微波爐、食品干燥機(jī)等微波設(shè)備。但是因微波干燥設(shè)備的技術(shù)要求較高，現(xiàn)在生產(chǎn)微波干燥設(shè)備的企業(yè)還比較少，產(chǎn)品缺少系列化。目前生產(chǎn)微波設(shè)備的企業(yè)主要有以下四種類型：①以三樂(lè)電氣總公司等為代表的老牌國(guó)有企業(yè)；②以格蘭仕為代表的以內(nèi)資為主的股份公司；③以上海松下等為代表的以外資為主的合資企業(yè)；④規(guī)模較小的私營(yíng)或集體企業(yè)。
相對(duì)來(lái)說(shuō)，我國(guó)微波干燥食品的研究要滯后一些。由于微波干燥和烹制的特點(diǎn)，在開發(fā)微波干燥食品時(shí)首先要解決其色澤、風(fēng)味和包裝等問(wèn)題，為此這方面還有大量的工作要做，有關(guān)部門對(duì)此十分重視，微波食品的開發(fā)已被列入國(guó)家“九五”攻關(guān)計(jì)劃。而且我國(guó)是一個(gè)擁有眾多人口的發(fā)展中國(guó)家，食品工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用，龐大的消費(fèi)體已為微波食品的開發(fā)提供了廣闊的潛在市場(chǎng)，只有加快研究和開發(fā)的步伐，才能使微波能的應(yīng)用取得更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
微波干燥的研究要明確以下幾點(diǎn):
1 ）不是所有需要干燥的食品都可以用微波來(lái)干燥；2 ）微波干燥食品一定要考慮到其經(jīng)濟(jì)效益，充分利用不同干燥工藝的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化組合；3 ）微波干燥設(shè)備的研制開發(fā)必須和產(chǎn)品的工藝研究緊密結(jié)合。
4 結(jié)束語(yǔ)
可以預(yù)見，微波干燥將作為一項(xiàng)*，以其*的加熱特點(diǎn)和干燥機(jī)理為食品干燥開辟了一條嶄新的途徑，應(yīng)用前景十分廣闊。微波技術(shù)將在完善自身技術(shù)方法和設(shè)備的同時(shí)，不斷與其它干燥技術(shù)相結(jié)合，向著更廣更深的方向發(fā)展，新興的微波真空干燥技術(shù)、微波冷凍干燥技術(shù)以及微波膨化技術(shù)等都將在理論的建立、完善和應(yīng)用中不斷發(fā)展。
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