微波的生熱與安全性

微波本身并不生熱，它只是在被物體吸收后才會發(fā)熱。眾所周知，物質(zhì)的基本化學(xué)組成是原子和分子，多數(shù)分子是電中性的，它們可被電離后帶電極化。極化的分子（極化分子）形成正、負兩極，在電場中會產(chǎn)生定向排列，如金屬在磁鐵上一樣。我們知道，水分子是極性分子，即水分子中的正負電荷重心不重合。在通常情況下，由于分子熱運動的結(jié)果，其分子排列是雜亂無章的，故整體不會成為極性狀態(tài)。在微波外電場的作用下，極性分子將成有序地排列。當外電場方向反復(fù)變動時，極性分子也相應(yīng)隨之反復(fù)轉(zhuǎn)換，頻繁地擺動，在擺動過程中，造成分子間類似摩擦作用而產(chǎn)生熱。水是食品中最易被極化的分子，它很容易形成正負兩極；其他電解質(zhì)如食鹽或細胞介質(zhì)等，因有帶不同電荷的離子存在，也很容易形成離子化電導(dǎo)體。交流電場的方向因頻率的不同而呈不同速度的改變，頻率越高，則電場方向的交替變化速度越快，從而導(dǎo)致電場中的分子以不同的速度改變方向而產(chǎn)生擺振。

微波是高頻的電磁波，微波場中的極性分子處于高速擺振狀態(tài)，如在2450兆赫的微波下，食品中的水分子以每秒24.5億次的速度隨微波場的變化而來回運動，分子運動的結(jié)果造成分子間的碰撞和摩擦劇烈，從而產(chǎn)生大量的熱量。

微波加工的特點：

1、微波設(shè)備加工食品方便、衛(wèi)生、快捷，保鮮程度高，營養(yǎng)損失少。

2、可用微波設(shè)備加工的食品種類多。

3、能夠得到常規(guī)設(shè)備加工所不能得到的感官質(zhì)量。

4、在工業(yè)應(yīng)用上，大規(guī)模的集約化生產(chǎn)方式為消費者提供了只需稍加烹調(diào)即可食用的預(yù)制食品和冷凍食品。

5、微波加工設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。

微波加熱與其他加熱方式的區(qū)別：

傳統(tǒng)加熱方式中，熱的傳遞有傳導(dǎo)、對流和輻射三種形式。

傳導(dǎo)，即熱量由金屬或其他固體藉傳導(dǎo)作用經(jīng)與之相接觸的表面而傳向被加熱冷物體。

對流，即熱量由流體藉對流作用經(jīng)與之相接觸的表面而傳向冷物體。

輻射，即將能量以輻射的形式傳遞到達物體表面，其本質(zhì)與光相似，能量要穿過空間到達物體表面并被吸收后轉(zhuǎn)化成熟。產(chǎn)生熱輻射必須要有很高溫度的熱源存在。

在傳統(tǒng)加熱方式中，被加熱的物體必須處于某一熱的環(huán)境溫度之下，且加熱時間一般較長。微波對食品的加熱與傳統(tǒng)的加熱不同，它不需要預(yù)先創(chuàng)造食品所處的熱環(huán)境而直接作用，而且被微波加熱的食品內(nèi)也不存在大的溫度梯度，加熱時間比傳統(tǒng)方法短得多。

微波加熱的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：微波加工設(shè)備不需要經(jīng)過預(yù)熱就能立即發(fā)揮作用，一旦合上開關(guān)，微波加熱馬上就開始，加熱速度快。短時間的加熱能夠保證食品有較好的口感且能保留較多的營養(yǎng)素，不會使被加工的食物像傳統(tǒng)加工那樣產(chǎn)生過熱，這對新鮮蔬菜和含有不耐熱營養(yǎng)素食品的加工極為有利。

缺點：由于被加工食品的表面溫度很低，不足以在表面產(chǎn)生褐變反應(yīng)，不能在食品表面產(chǎn)生人們的希望的發(fā)色；微波加熱所需要的時間極短，1~2分鐘的時間誤差就可能導(dǎo)致意想不到的后果，使食品加工過度。

微波對物料發(fā)生的作用：

微波除了被物料吸收生熱外，還具有穿透和反射作用。一些材料微波可以穿透而不會被材料吸收生熱，如玻璃、陶瓷等。這些材料可以制成微波食品加熱容器。有一些材料可以反射微波，如微波爐腔壁的金屬反射微波，使其聚焦于食品上。在應(yīng)用中還要注意，微波的穿透是從物料的外部向內(nèi)部推進的，并且穿透和吸收是同時逐漸進行的。當被加熱物料尺寸較小，微波爐中材料所受微波的作用來自各個方向，物料中心部位的累積熱量更多，從而導(dǎo)致食品內(nèi)部的溫度高于外部。另外還要注意，食物周圍的空氣由于不受微波作用生熱，食品表面的蒸發(fā)使得表面溫度降低，食品的表面溫度較低，容易產(chǎn)生微波加熱由內(nèi)外的錯誤概念。

微波的安全性：

1971年10月，首次在美國制訂出微波泄漏的標準，泄漏的允許值定為微波爐門前5厘米處，出廠前1毫瓦/平方厘米，使用時5毫瓦/平方厘米。微波所造成的危害僅僅是發(fā)熱，而且只有長時間暴露在功率密度超過100毫瓦/平方厘米時才會出現(xiàn)此現(xiàn)象。在使用微波透過療法中，使用的功率超過100毫瓦/平方厘米，而設(shè)備距離眼睛只有7.5厘米。

此外，微波遵循倒數(shù)平方的規(guī)律，即微波輻射泄漏的損失與離開微波源距離的平方成正比。例如，一個微波爐距離門5厘米處的泄露量為100毫瓦/平方厘米，那么，在距離0.5處只1毫瓦/平方厘米。

為了防止微波在爐門口處泄露，門上都裝有防護金屬網(wǎng)，而且爐門一般采用雙鎖裝置，以防止一只鎖損壞時，仍然有另一只鎖可以使用，因此，使用者對微波產(chǎn)生恐懼心理是多余的。

微波加工設(shè)備的性能與加熱效果：

食品的微波加工決定于食品和微波裝置兩部分。微波加工設(shè)備技術(shù)性能的優(yōu)劣直接影響到食品的加工效果，而且微波加工設(shè)備的影響是第一位的，因為它是微波處理過程中的硬件，設(shè)計不合理的微波加工設(shè)備不可能產(chǎn)生好的微波能利用效果。微波加工設(shè)備主要的技術(shù)參數(shù)有：功率大小、電場的分布、轉(zhuǎn)盤及其制作材料、微波導(dǎo)入系統(tǒng)、爐腔的體積和材料、磁控管的壽命和工作條件以及磁控管的冷熱啟動情況等等。

1、功率

功率是衡量微波加工設(shè)備的微波發(fā)射能量大小的量度，在時間相同的情況下，功率大意味著加熱速度更快。在加工食品時應(yīng)注意選擇合適的功率，雖然高溫短時對保存食品的營養(yǎng)成分是最有利的，但并不是所有食品的加工都需要快的加熱速度 。

2、電場的分布

微波加工設(shè)備中電場的分布的均勻性差異很大，即便是同一批生產(chǎn)的加工設(shè)備，也會存在電場分布的不同。要得到最佳的加熱效果，可采用一定的方法測量出其熱敏感區(qū)域，被加工的食品應(yīng)放在熱敏區(qū)域或相應(yīng)的位置直進行加工。

3、轉(zhuǎn)盤及所用材料

為了使食品加熱均勻，在微波加工設(shè)備中都使用轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的材料一般應(yīng)符合以下幾個條件：微波透射性能好；傳熱性好；耐冷熱沖擊性能好；符合食品衛(wèi)生法所規(guī)定的要求。由于金屬表面的場強低，使金屬表面的食品受熱很差，所以轉(zhuǎn)盤的材料幾乎不用金屬。一般選用對微波透明的塑料或玻璃，最普遍使用的是玻璃制品。

4、波導(dǎo)入裝置

在微波加工設(shè)備中，磁控管產(chǎn)生微波能后，經(jīng)波導(dǎo)引入爐腔。波導(dǎo)是金屬管，通常開在爐腔的頂部。能量通過攔截和反射，經(jīng)所謂的“波型攪拌器”旋轉(zhuǎn)裝置導(dǎo)入爐腔，在沒有波型攪拌器的微波加工設(shè)備中，電場的頒布是極不均勻的。有些微波加工設(shè)備爐壁相對的兩側(cè)都有微波能引入口，些微波加工設(shè)備則從頂部和底部引入微波能。不同形式的微波加工設(shè)備各有自身特有的電場分布。

5、爐腔體積和材料

微波加工設(shè)備的體積大小不等，小的約0.4立方米，大的則有幾立方米。通常，大爐腔與小爐腔相比，微波加工設(shè)備中電場的分布更均勻，原因是尺寸大的容納的微波節(jié)數(shù)較多。微波加工設(shè)備的制造材料可以是不銹鋼，或是涂丙烯的冷軋鋼或鋁，這些材料的導(dǎo)電性有很大的差別。導(dǎo)熱性越好的材料，對裝載物的加熱能力越強。

6、電源

電源的輸出功率與電壓有關(guān)，變化范圍較大，其中，可調(diào)電壓的電源是最理想的。常用的電壓有220伏、50赫和380伏、50赫兩種。

7、爐底材料

爐底的作用是支撐盛物盤，使其離開爐底金屬板一段較小距離，從而使微波得以反射至所盛食品中去。通常微波可以透過這些材料，以減少對微波的吸收。所用材料一般是玻璃制品、低微波吸收的陶瓷或者稀有金屬等。

8、時基

時基的作用是提供微波脈沖時間間隔的長短，脈沖間的時間變化范圍在數(shù)秒至30秒以上，因而50%的微波可能在1秒鐘開放而在另1秒鐘關(guān)閉；或在30秒鐘開放，30秒鐘關(guān)閉。長的時基即微波脈沖時間間隔很大的時基，它除了在使用滿功率以外是不實用的。

9、磁控管

磁控管是一種特殊形式的真空二極管，通常有一個高導(dǎo)電率無氧銅制成的陽極，腔體中間是一個發(fā)射電子的陰極，陰極上有許多小腔是產(chǎn)生高頻振蕩的諧振回路，陰極及陽極中間為電子作用的空腔，在這一空腔內(nèi)加有均勻的、與陰極軸線相平行的磁場。它是微波加工設(shè)備的心臟，微波正是從這里產(chǎn)生的。微波能量的輸出一般有三種形式：同軸輸出型、波導(dǎo)輸出型、無線輻射型。一般情況下，磁控管的壽命很長，但如果長期使用不當，則磁控管很容易愛到損害。

10、冷熱啟動

微波加工設(shè)備使用幾分鐘捕撈功率輸出可能會穩(wěn)定在五個低于冷啟動時的水平上。因為影響微波加熱性能的因素很多，所以在開發(fā)微波食品時，產(chǎn)品的測試應(yīng)盡可能多的使用不同類型的微波加工設(shè)備。要想得到好的使用效果，除了需按照廠家提供的設(shè)備操作指南上的說明進行操作外，還應(yīng)進行適當?shù)恼{(diào)整。

食品的性質(zhì)與加熱效果：

影響微波加熱效果的因素很多，如食品材料的幾何性質(zhì)（形狀、大小）、屏蔽、遮掩、位置關(guān)系、表面積對體積比（比表面）、密度、比熱容、熱導(dǎo)率，物料的溫度、水分含量、鹽含量等。

1、幾何性質(zhì)

無論是傳統(tǒng)的加熱還是微波加熱，體積小的物料比體積大的物料容易被加熱，如果體積大小一致，則物料就可以在相同的時間內(nèi)被加熱好；如果大小不一致，就要在加熱前把小的先篩選出來，再進行分別加熱，否則會出現(xiàn)體積小的物料已加熱過度，而體積大的物料仍可能未熱透。由于微波加熱的速度較快，利用微波加熱時，更應(yīng)該注意被加工物料的體積大小。

食品的形狀也是影響微波加熱的關(guān)鍵因素之一，形狀越規(guī)則，受熱越均勻。最有利于微波聚焦的理想形狀是球形。微波的穿透能力是有限的，隨著物料直徑的加大，微波要達到中心距離就會增大，中心部位就可能得不到微波能，而只能通過由外部向內(nèi)部的傳導(dǎo)來加熱。除球形外，被加工物體的理想形狀還有柱形。

在微波加熱過程中，方形是不可取的，易使其他部位還未處理好之前，方角上的物料早已過熟。一般情況下，為了減少其邊角部分的受熱程度，可以采用鋁箔屏蔽的辦法得到滿意的結(jié)果。當轉(zhuǎn)角不可避免時，應(yīng)使轉(zhuǎn)角的曲率半徑盡可能增大。同樣，垂直的轉(zhuǎn)角應(yīng)變成有一定的坡度，這也是必要的，過分陡的部位很容易發(fā)生失水現(xiàn)象。

2、屏蔽

一般情況下，被加工的物料的形狀是不規(guī)則的，這在利用微波加工時就要采用屏蔽。屏蔽是指在食品的特定部位采用金屬反射微波能，借以降低此部位的加熱速率。鋁是屏蔽最常用的金屬，主要是因為它容易獲得，而且容易包裹在要屏蔽的部位。如用微波爐烤魚、雞腿、雞翅、香腸等食品時，最好是將尖端或細端等容易受熱的部位用鋁箔包裹起來。當加熱時間達到總時間的1/3左右時，要解除鋁箔，否則被包裹的部位可能得不到必要的加熱。

3、遮掩

遮掩是指相鄰兩個物料連接處存在屏蔽作用，遮掩是相互的。例如，兩塊肉放在烤盤中，相接的部位會因遮掩而得不到充分的加熱。同樣，當將數(shù)個馬鈴薯一起放在烤爐中時，相鄰部位的溫度會比暴露部位的溫度低得多。因此，最佳烹調(diào)和最佳加熱效果只是在食品材料分開放置（不相接）的情況下才能得到。

4、位置關(guān)系

不同種類食品的加熱性能不同，其加熱的速度也不同。不同種類的食品同時加工時，由于它們加熱性能不同，如果位置不對，就會使加熱速度慢的食品受熱的不夠，而加熱速度快的食品受熱過度。在加工時應(yīng)將加熱速度快的物料放在中間，加熱慢的物料放在邊上。

5、比表面

用微波加熱時，物料的比表面越大，則加熱的速度越快。顆粒狀原料，具有很大的比表面，加熱的速度比一般物料快。

6、密度

通常情況下，密度和水分之間有一明顯的關(guān)系，密度小的物料含水量小，密度大的物料含水量大。含水量大的物料加熱所需要的熱量大于含水量小的物料，熱傳導(dǎo)與密度有一定的關(guān)系。但對含水量較小、密度較小的物料來說，熱傳導(dǎo)的作用不太明顯，而密度大的物料受熱傳導(dǎo)的影響則較大。

7、比熱容

物料的比熱容是單位質(zhì)量物料溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量。物料的比熱容與其水分含量有密切關(guān)系，含水量較高，比熱容一般較大。此外，有些物料的介電損耗因素相當?shù)停捎谄浔葻崛菪?，在微波場中仍能被很好地加熱?/p>

8、微波熱效率

很多情況下都是在一定的時間內(nèi)只對很少量的食品進行處理，因此，討論加熱的效率是必須的。輸出功率的測定，一般采用對已知數(shù)量的冷水進行加熱，測出水溫的變化的方法。

相同情況下，含水量高的物料比含水量低的物料加熱時間表相應(yīng)長些。若負載減小則效率下降，如使加熱時間延長，出可以達到理想溫度。

9、熱傳導(dǎo)

熱傳導(dǎo)是溫差一定時某種材料傳遞熱的能力。由于穿透深度的關(guān)系，大塊物料的中心往往加熱不足，這就要靠熱傳導(dǎo)加以彌補。熱傳導(dǎo)受溫差控制，即使是以熱穿透為主的微波加工，微波加工時間較長時，熱傳導(dǎo)的作用就更加重要。如果沒有熱的傳導(dǎo)，那么在微波加熱的食品上將出現(xiàn)溫度差，就會減緩微波加熱的速率。

熱傳導(dǎo)在冷凍食品的解凍和加熱方面也起著重要作用。微波能量可以使整個冷凍食品很快地上升到一定溫度（冰點）。這一溫度是比熱容開始迅速增加的臨界點，這樣外層迅速完全融化而削弱了微波進一步的深度的加熱。實現(xiàn)微波解凍只需使用較小的加熱功率。