微波滅菌的影響因素

    微波滅菌的影響因素主要有兩方面：一是微波輸出功率、頻率及波長(zhǎng)；二是滅菌對(duì)象性質(zhì)的影響。微波輸出功率越大，作用于介質(zhì)的電場(chǎng)越強(qiáng)，分子運(yùn)動(dòng)越激烈。微波照射物品的時(shí)間雖然短，但物品升溫的速度快，因而殺菌效果強(qiáng)。微波殺菌慮根據(jù)食品介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)確定殺菌時(shí)間、溫度、功率等工藝參數(shù)。輸出功率高，時(shí)間短，對(duì)食品的色、香、味及組織狀態(tài)影響小，所以微波殺菌宜采用高溫短時(shí)。關(guān)于溫度對(duì)于微波滅菌的影響，國(guó)內(nèi)外有很多報(bào)道，但物料升溫規(guī)律及與殺菌效果的關(guān)系的研究還不透徹，仍在進(jìn)一步深入。

    各種不同的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力也各有不同，對(duì)微波吸收的多少影響滅菌效果。一般根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，分為三類(lèi)：①微波在物質(zhì)傳播時(shí)會(huì)明顯地被吸收而產(chǎn)生熱的介質(zhì)稱(chēng)為吸收介質(zhì)。水、肉類(lèi)和含水分高的物質(zhì)，均是強(qiáng)吸收介質(zhì)。②很少被吸收的介質(zhì)，稱(chēng)為微波的良介質(zhì)。絕緣體類(lèi)，例如：玻璃、石英、陶器、聚四氟乙烯等塑料制品，微波大部分能透過(guò)，小部分反射，吸收很少。適于用作物質(zhì)消毒時(shí)的包裝。③良導(dǎo)體一類(lèi)，不吸收微波。如鋼、黃銅、鐵、銀等金屬能引起發(fā)射。物品的介電性質(zhì)與其各組成成分的狀態(tài)及相互作用有關(guān)。其中最重要的是物質(zhì)的水分含量和狀態(tài)。水分子是極性分子，水分含量越大，介電損耗因子越大，吸收微波愈強(qiáng)，殺菌效果愈好。水分存在的狀態(tài)也對(duì)介電性質(zhì)有較大影響，水結(jié)成冰，其介電常數(shù)會(huì)發(fā)生很大變化。另外，物料的密度也會(huì)影響介質(zhì)的損失值。物質(zhì)成分復(fù)雜，介電常數(shù)的變化微妙，介電性質(zhì)不易得知，不能簡(jiǎn)單的推算，需要大量的實(shí)驗(yàn)證明。Zhang等研究了微波處理肉時(shí)脂肪、水和鹽對(duì)介電性質(zhì)的影響和處理過(guò)程的溫度變化情況，結(jié)果表明鹽對(duì)介電性質(zhì)影響較大，脂肪對(duì)介電性質(zhì)的影響小于鹽，由于物質(zhì)本身的含水量大而未觀(guān)察到附加水對(duì)介電性質(zhì)的影響作用；鹽對(duì)溫度變化無(wú)明顯作用，但脂肪對(duì)溫度變化有影響。關(guān)于物質(zhì)的介電性質(zhì)的研究還有很多，Wang等發(fā)現(xiàn)微波頻率為915 Mnz和1800 Mnz時(shí)隨著樣品溫度升高介電常數(shù)下降，而介電損耗因子增加。Guan等介電損耗因子和介電常數(shù)隨著頻率增加而降低；介電損耗因子隨著溫度和鹽濃度的增加而增加，但溫度和鹽濃度對(duì)介電常數(shù)無(wú)顯著影響。張鴻發(fā)等微波殺菌機(jī)理研究中得出：環(huán)境中水分的存在能明顯增強(qiáng)微波的滅菌效果，不同微波功率處理枯草芽胞桿菌，當(dāng)樣品溫度達(dá)58℃，細(xì)菌開(kāi)始死亡。上述結(jié)果表明：水分含量越高，微波殺菌效果越好。

    殺菌是否徹底的關(guān)鍵在于物料中的溫度分布是否存在殺菌溫度的冷點(diǎn)。微波殺菌升溫的過(guò)程熱量傳遞的機(jī)理不同于傳統(tǒng)的熱力傳遞方式，因而物料在微波加熱過(guò)程中的溫度分布狀況也與傳統(tǒng)的熱力殺菌有所區(qū)別。食品成分的介電常數(shù)決定食品在微波場(chǎng)中對(duì)能量的吸收，從而決定食品在微波場(chǎng)中的受熱特性。微波是一種電磁波，對(duì)物料具有穿透性，可以使物料內(nèi)部和外部同時(shí)受熱升溫。升溫的效率主要由微波對(duì)物料的穿透深度決定，而穿透深度又和食品本身的介電常數(shù)有關(guān)。食品往往由多種成分或不同配料組成，而組成食品的不同成分之間的介電常數(shù)相互關(guān)系十分復(fù)雜，不可以簡(jiǎn)單地通過(guò)各種物質(zhì)各自的介電常數(shù)推算出食品的介電常數(shù)。因此，在微波殺菌過(guò)程中，要通過(guò)工藝設(shè)計(jì)得到理想的殺菌效果，必須考慮食品中不同組分在微波場(chǎng)中的作用特性。由于食品的介電常數(shù)對(duì)于微波殺菌效果以及相應(yīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)有著重要影響。食品的形狀也會(huì)對(duì)微波殺菌的效果造成影響。由于電場(chǎng)存在“棱角效應(yīng)”，在食品的邊緣和尖角部位會(huì)形成較高的電場(chǎng)強(qiáng)度，使這些部位的溫度會(huì)較其他部位高。在微波殺菌處理食品的過(guò)程中，需要考慮到食品的幾何形狀，以在保證殺菌效果的同時(shí)防止因局部過(guò)熱造成對(duì)食品品質(zhì)的影響。為防止局部溫度過(guò)熱，可以利用覆蓋鋁箔等手段起到屏蔽作用，減少微波的過(guò)度吸收造成溫度過(guò)高。