摘要:綜述了微波殺菌研究進(jìn)展及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀.微波加熱對微生物和酶的熱力效應(yīng),目前已深入到對殺菌對象不同種類微生物的致死和酶的鈍化作用機(jī)理研究,而非熱力效應(yīng)還難以量化.微波殺菌還必須對內(nèi)容物以及包裝材料進(jìn)行研究.微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)因素的制約,殺菌過程缺乏有效的在線溫度測定和控制的手段,目前還難以建立一套可靠的程序和依據(jù)來評估微波殺菌的效果和安全性.

 微波技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用可追溯到二十世紀(jì)四十年代末,美國雷聲公司的Percy Spencer博士在雷達(dá)試驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)袋里糖果因泄漏的微波作用而發(fā)熱融化,提出把當(dāng)時(shí)主要用語軍事上的微波技術(shù)應(yīng)用于食品物料的加熱.根據(jù)其可提供快速加熱的特性,微波在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于加熱、干燥、解凍回溫、殺菌、焙烤、膨化、成分萃取等領(lǐng)域.與傳統(tǒng)的加熱方法相比,微波具有加熱所需時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn),可減少在加熱過程中食品營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)的損失和質(zhì)地的劣變.對于食品加工,在保證食品安全（貨架壽命和品質(zhì)）的前提下如何大限度保留食品的營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)和質(zhì)地正是其主要研究目標(biāo). 本文擬對微波殺菌研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,探討目前主要存在的問題,并對其在食品工業(yè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行分析,為進(jìn)一步應(yīng)用提供參考.   1 、微波加熱對殺菌對象的效應(yīng)    傳統(tǒng)的熱力殺菌工藝?yán)酶邷亻L時(shí)間處理殺滅食品中的有害微生物和鈍化酶的活性,同時(shí)對食品中的營養(yǎng)成分、風(fēng)味物質(zhì)和質(zhì)地產(chǎn)生不同程度的破壞.按照商業(yè)無菌的要求,殺菌溫度要達(dá)到85~100℃（巴氏殺菌,對象為酸性罐頭食品、果汁等）或116~129℃（高溫殺菌,對象為低酸性罐頭食品）并保持一定的時(shí)間.由于傳統(tǒng)加熱過程的傳熱過程的傳熱方式是對流和傳導(dǎo),傳熱速度慢,并存在熱力滯后現(xiàn)象,造成食品中部分區(qū)域產(chǎn)生過熱現(xiàn)象.雖然高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)可以減輕熱對食品的不利影響,但目前只適合對液態(tài)食品和粉體食品的殺菌.食品生產(chǎn)中,要使加工的固態(tài)食品物料達(dá)到高溫需要一定時(shí)間的升溫過程,導(dǎo)致食品品質(zhì)損失.而微波加熱的速度是傳統(tǒng)加熱方式的3~5倍,因此可以在保證殺菌效果的同時(shí)有效降低產(chǎn)品的質(zhì)量損耗.尤其在固體和半固體食品中應(yīng)用微波殺菌的效果可與高溫瞬時(shí)殺菌技術(shù)相媲美. 微波對微生物的影響除熱力效應(yīng)外,還存在非熱力效應(yīng)作用.非熱力效應(yīng)是指在溫度沒有明顯變化的情況下,細(xì)胞所發(fā)生的生理、生化和功能上的變化,又稱生物效應(yīng).微波加熱過程是交變電磁場對物料中水、蛋白質(zhì)、核酸等性分子發(fā)生作用,使性分子產(chǎn)生高速取向運(yùn)動(dòng),相互摩擦,導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇升高,使微生物細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等分子結(jié)構(gòu)改性或失活,對微生物產(chǎn)生破壞作用.在升溫的同時(shí),微波會(huì)使細(xì)胞膜破裂和改變脂質(zhì)體的滲透性,對微生物細(xì)胞賴以與外界交換能量和信息的保持其正常生態(tài)活動(dòng)的離子通道產(chǎn)生影響,使微生物細(xì)胞出現(xiàn)調(diào)節(jié)功能嚴(yán)重障礙,達(dá)到滅菌的目的.此外,微波具有選擇加熱的特性,對微生物的作用的作用要大于對微生物生長介質(zhì)的作用.曾經(jīng)有人對滅菌過程中是否存在非熱力效應(yīng)提出疑問,但已有不少實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,微波殺菌中確實(shí)有非熱力效應(yīng)存在.但由于無法對非熱力效應(yīng)對殺菌效果的增強(qiáng)作用進(jìn)行量化,為保證加工食品的微生物學(xué)安全性,在工藝設(shè)計(jì)過程中通常只考慮熱力效應(yīng).   1.1  對微生物對象菌的致死作用    微波對食品中的致病微生物殺滅作用的研究主要集中在兩個(gè)方面:一是利用微波殺菌技術(shù)處理不同的食品材料,對其殺菌效果和傳統(tǒng)的熱力殺菌進(jìn)行對比.所見報(bào)道采用的食品包括肉類、乳制品、酒類、果汁類、水產(chǎn)品、方便食品、糕點(diǎn)類、調(diào)味品等等.這些研究的結(jié)論表明,微波殺菌具有與傳統(tǒng)熱力殺菌同樣的效果;另一方面則集中于微波對莫一特定對象菌的作用機(jī)理進(jìn)行研究.已見報(bào)道的研究對象菌包括蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）、空腸彎曲桿菌（Campylobacter jejuni）、氧氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）、大腸桿菌（Escherichia Coli）、腸球菌（Enterococcus）、單核細(xì)胞增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、沙門氏菌（Salmonella）、糞鏈球菌（Sterptococcus faecalis）、小腸結(jié)腸炎菌（Yersima enterocolitica）等.Im-Sun Woo等利用微波處理大腸桿菌和枯草芽孢桿菌,發(fā)現(xiàn)隨著升溫過程細(xì)胞釋放DNA和蛋白質(zhì),活菌數(shù)隨著DNA和蛋白質(zhì)釋放數(shù)量的增加而減少,但是細(xì)胞的密度無明顯變化,原因是微波處理的細(xì)菌的細(xì)胞并無出現(xiàn)滲漏顯現(xiàn),掃描電鏡觀察的結(jié)果顯示大部分大腸桿菌的細(xì)胞壁受到了嚴(yán)重的破壞,而枯草桿菌的細(xì)胞形態(tài)則無明顯變化.傅大放生物固體的微波殺菌及機(jī)理的研究指出,微波通過抑制或破壞細(xì)胞內(nèi)乳酸脫氫酶、輔酶Ⅱ與細(xì)胞色素氧化酶等與生物氧化、呼吸代謝及能量產(chǎn)生有關(guān)的酶的活性,導(dǎo)致細(xì)菌死亡. 微波殺菌還可以有效殺滅芽孢.Welt等人使用專門設(shè)計(jì)的微波裝置處理生芽孢梭狀芽孢桿菌（Clostridium sporogenes）芽孢,認(rèn)為并不存在熱力效應(yīng).但是近F.Celandroni等使用專門的微波波導(dǎo)設(shè)備,對微波處理和傳統(tǒng)熱力方式作用于枯草芽孢桿菌（Bacillus Subtilis）芽孢的效果進(jìn)行比較,認(rèn)為微波殺菌可以達(dá)到與傳統(tǒng)熱力殺菌相同的效果,但是不同處理對芽孢的結(jié)構(gòu)有明顯不同的影響:傳統(tǒng)熱力殺菌使芽孢的皮層機(jī)構(gòu)松弛,其寬度是為經(jīng)處理的芽孢皮層的十倍;微波處理的芽孢結(jié)構(gòu)中皮層無明顯變化.此外,熱力殺菌處理后的芽孢會(huì)釋放出大量的砒啶二氧酸（dipicolinic acid,DPA）,而微波處理后的芽孢并沒有檢測到相應(yīng)的DPA釋放現(xiàn)象.其原因可能是與微波會(huì)有利于DPA與芽孢中的其他成分,如鈣離子等結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物.由于芽孢的耐熱機(jī)制主要包括三個(gè)方面:酸溶性芽孢蛋白、皮層和DPA-Ca之間的狀態(tài).而微波處理后的芽孢的皮層結(jié)構(gòu)和DPA釋放與傳統(tǒng)加熱處理后有所不同,因此該項(xiàng)研究的結(jié)果對于探討微波殺菌的機(jī)理有十分重要的意義. 目前很多微波研究采用家用微波爐作為微波發(fā)生器,所產(chǎn)生的電磁場分布并不均勻,并且難以對樣本進(jìn)行準(zhǔn)確的在線溫度測量,為研究的深入帶來一定的困難,也使實(shí)驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性無法得到保證,限制了對機(jī)理研究的深入進(jìn)行.

   1.2  對酶活性的鈍化    食品工業(yè)中殺菌處理了殺滅和抑制微生物生長以外,還必須起到鈍化酶活性的作用（這對巴氏殺菌尤為重要）.由于酶蛋白分子屬于性分子,因此微波殺菌過程中的交變電場作用下進(jìn)行高速的取向運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生摩擦熱使蛋白質(zhì)變質(zhì),從而使酶失活.M.Porcelli等人選用兩種具有熱穩(wěn)定性的水解酶和磷酸化酶研究微波對蛋白質(zhì)的非熱效應(yīng),結(jié)果表明微波能引起蛋白質(zhì)產(chǎn)生與溫度無關(guān)的結(jié)構(gòu)變化,證明了非熱效應(yīng)的存在.S.Tajchakavit等人比較了柑橘果汁生產(chǎn)過程中采用傳統(tǒng)熱力殺菌和微波殺菌對果汁中的果膠甲基酯酶的鈍化效果,指出微波殺菌由于具有非熱力因素的存在,對比傳統(tǒng)殺菌具有更明顯的對酶的抑制作用.日本東洋大學(xué)對使用微波應(yīng)用于速凍蔬菜的鈍化酶活性處理,所需要的溫度比通常的加熱法要低.可見,在微波殺菌處理抑制酶活性的過程中存在著非熱力因素. 微波加熱升溫過程具有獨(dú)特的機(jī)理,其溫度分布是否均勻受到眾多因素的影響,而溫度分布的均勻性對鈍化酶活性是否徹底有很大影響.M.H.Lau等人利用915MHz的微波對蘆筍進(jìn)行巴氏殺菌處理,結(jié)果顯示 1kw的微波處理使過氧化物酶完全失活,而2kw的微波處理只能使70%的過氧化物酶失活,原因是2kw的微波處理樣品的溫度分布的均勻性較1kw微波處理差.  

  2、   微波殺菌對物料品質(zhì)的影響    微波殺菌技術(shù)的研究主要是寄希望于微波殺菌在達(dá)到與傳統(tǒng)熱力殺菌相同的殺菌和鈍化酶活性效果的同時(shí),縮短加熱升溫的時(shí)間,減少熱損害而保持食品原有的質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)成分.根據(jù)已有報(bào)道,未見微波殺菌處理對食品的品質(zhì)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響.多項(xiàng)研究表明,微波殺菌對保持蛋白質(zhì)、淀粉、維生素、氨基酸、微量元素與傳統(tǒng)熱力殺菌相近或更佳. 微波加熱可以更好的保持原料中的色素成分.Ancos等使用微波加熱有效的抑制番木瓜、草莓和獼猴桃的過氧化物酶和多酚氧化酶,并且主要的色素物質(zhì),如草莓中的花青素和番木瓜中的胡蘿卜素等在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上僅有微小的變化,對原由的顏色并無大的影響,而對獼猴桃中葉綠素僅有少量降解,而果漿僅有輕微的顏色變化.對于具有細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的植物性原料,微波加熱對其質(zhì)地的影響的研究還不多見.有報(bào)道馬鈴薯在微波加熱下更快的使質(zhì)地變軟,所需的時(shí)間是是常規(guī)沸水加熱的三分之一,或獲得更加粉狀的質(zhì)地,意味著微波加熱比常規(guī)加熱可能產(chǎn)生更完全的細(xì)胞破裂和分離.從微波萃取技術(shù)研究物料的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化時(shí)也證實(shí)了有細(xì)胞破裂的現(xiàn)象.Marconi等使用微波加熱贏嘴豆和刀豆,加熱時(shí)間與傳統(tǒng)加熱方式相比,分別從110min和55min縮短到10min和9min,減少了固形物的損失,更好地保持了細(xì)胞的原有疏松結(jié)構(gòu)和胞外物質(zhì)的原有形態(tài).利用微波鈍化食用菌中多酚氧化酶活性,會(huì)破壞真菌的質(zhì)地,因而需要設(shè)計(jì)專用的微波設(shè)備.   

 3   微波殺菌對包裝材料作用的影響    對袋包裝食品進(jìn)行微波加熱時(shí),其包裝除符合常規(guī)加熱所用容器的要求外,關(guān)鍵是包裝材料透過微波同時(shí)不能因微波作用分解產(chǎn)生有害物質(zhì),這是微波食品的包裝材料微波加熱的安全性問題.不適合的包裝材料在微波加熱下產(chǎn)生有害物質(zhì)的問題已受到關(guān)注.常用的金屬罐一般不適合微波殺菌時(shí)作為包裝容器使用,但在包裝材料中加入金屬成分（鋁箔和微波感受材料）的包裝設(shè)計(jì),可以改變微波能量的分布,使包裝內(nèi)食品達(dá)到均勻的溫度分布.常用的玻璃對微波的吸收率僅在3%以下,并且具有剛性結(jié)構(gòu),有良好的隔熱性能,而更重要的是微波加熱不會(huì)出現(xiàn)包裝材料分解的問題,是目前微波殺菌適宜采用的容器之一.此外,在微波領(lǐng)域使用的主要包裝材料是聚酯材料,聚酯使用廣泛的形式是作為冷凍和冷藏套餐類以及主菜類食品包裝的封口膜.結(jié)晶聚酯（CPET）是聚酯的晶體形式,可以承受高達(dá)230℃的溫度,是目前生產(chǎn)具有雙重烹調(diào)性能餐具的主要材料.聚丙烯（PP）容器也是目前常用的微波食品包裝容器,可耐110～130℃的高溫.其他不耐高溫的塑料不宜用作微波包裝,否則存在安全性問題.   

4 、  微波殺菌過程的溫度   

 傳統(tǒng)的熱力殺菌工藝中,根據(jù)冷點(diǎn)溫度作為判斷殺菌程度的依據(jù).由于微波加熱的獨(dú)特機(jī)理,對象食品的溫度分布和冷點(diǎn)的位置會(huì)隨著加熱的食品材料和殺菌容器的不同而有所差異.而缺乏快速有效的溫度探測的控制系統(tǒng)以保證微生物學(xué)意義上的安全性,正是微波殺菌在食品（罐頭）工業(yè)中廣泛應(yīng)用必須解決的一道難題.   

4.1 微波殺菌過程的溫度測定   

 目前有多種方法可以實(shí)現(xiàn)對微波殺菌過程中的溫度進(jìn)行設(shè)定,其中包括熱電偶測定、紅外線探測、光纖感應(yīng)探頭測定、磁共振成像技術(shù)、液態(tài)晶體、時(shí)間-溫度指示物等.熱電偶在非傳導(dǎo)性的介質(zhì)中加熱會(huì)改變電磁場,導(dǎo)致金屬探頭產(chǎn)生大的電流而產(chǎn)生錯(cuò)誤的溫度信號及造成設(shè)備損壞;紅外線探測裝置只能測定表面溫度;光纖探頭不受電磁場的影響,是目前微波加熱溫度在線測定主要可靠手段,但是也只能也只能測定有限的不同部位（點(diǎn)）的溫度,而且設(shè)備昂貴和容易受到損壞;在醫(yī)學(xué)上得到廣泛應(yīng)用的磁共振成像技術(shù)能夠?qū)θS空間的溫度分布進(jìn)行準(zhǔn)確快速的測量,但對組成成分復(fù)雜的食品原料在加工過程中的溫度變化進(jìn)行測定仍存在一定的問題;利用液態(tài)晶體可以根據(jù)晶體在加熱過程中顏色的變化,間接對溫度的變化進(jìn)行定性和定量的測定,但其對測定對象物料有嚴(yán)格的要求.時(shí)間-溫度指示物溫度技術(shù)能夠反映在熱處理過程中溫度隨時(shí)間變化的過程,其原理是利用化學(xué)標(biāo)記物、微生物或者酶作為時(shí)間-溫度標(biāo)記物,結(jié)合現(xiàn)代分析方法,建立標(biāo)記物含量和微波加熱溫度的關(guān)系模型,進(jìn)而獲得關(guān)于微波加熱過程中溫度變化的信息.使時(shí)間-溫度指示物測溫技術(shù)可以對密封在包裝容器內(nèi)的食品進(jìn)行微波加熱在線溫度測定,但是由于其對分析手段要求較高,目前僅適合于研究用途.   

4.2 影響微波殺菌溫度的重要因素  

  殺菌是否徹底的關(guān)鍵在于物料中的溫度分布是否存在未達(dá)到殺菌溫度的冷點(diǎn).微波殺菌升溫的過程熱量傳遞的機(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程中的溫度分布狀況也與傳統(tǒng)的熱力殺菌有所不同.食品成分的介電常數(shù)決定食品在微波場中的受熱特性.微波是一種電磁波,對物料具有穿透性,可以是物料內(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).由于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,不可以簡單的通過各種物質(zhì)各自的介電常數(shù)推算出食品的介電常數(shù).因此,在微波殺菌過程中,要通過工藝設(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中的作用特性.由于食品的介電常數(shù)對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,因此目前有不少研究集中于該領(lǐng)域.   

 食品的形狀也會(huì)對微波殺菌的效果造成影響.由于電場存在”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)防止因局部過熱造成對食品品質(zhì)的影響.為防止局部溫度過熱,可以利用覆蓋鋁箔等手段起到屏蔽作用,減少微波的過度吸收造成溫度的過高.微波設(shè)備的特性和設(shè)計(jì)決定其能否提供較均勻的微波場分布,影響食品在該微波場對微波的吸收,進(jìn)而影響殺菌食品的溫度分布.   

 5、 微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景   

  經(jīng)過近六十年的發(fā)展,微波技術(shù)的工業(yè)規(guī)模和商業(yè)應(yīng)用有不少成功的例子,主要集中于冷凍肉類解凍回溫、面制品焙烤、干燥等方面.盡管研究表明微波殺菌與傳統(tǒng)的熱力殺菌相比有不少優(yōu)點(diǎn),但微波殺菌技術(shù)在國內(nèi)外工業(yè)化的成功應(yīng)用還較為少見,美國目前僅有2～3項(xiàng)運(yùn)用微波殺菌技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行巴氏殺菌處理的例子,還沒有高溫微波殺菌設(shè)備應(yīng)用在生產(chǎn)之中.在歐洲,微波殺菌的商業(yè)化應(yīng)用亦寥寥可數(shù).我國雖早在1975年便由上海兒童食品廠應(yīng)用隧道式微波爐于乳兒糕的生產(chǎn),但是發(fā)展至今還沒有大范圍在食品工業(yè)生產(chǎn)中普及.目前,廣州果子食品廠已得到有關(guān)科技部門的支持和資助，應(yīng)用國產(chǎn)微波殺菌設(shè)備，進(jìn)行糖水荔枝罐頭微波殺菌的中試研究，并已取得預(yù)期效果。   

  造成微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中難以廣泛應(yīng)用的原因主要包括技術(shù)政策、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)三個(gè)方面的因素：a.技術(shù)政策因素。由于微波加熱所具有的獨(dú)特機(jī)理，其殺菌過程中需要一套可靠的評估程序評價(jià)殺菌效果，以保證產(chǎn)品的安全。但目前還缺乏一套行之有效的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中重要的原因是缺乏微波在線測溫技術(shù)的配合，提供可靠的溫度-時(shí)間-微生物之間的科學(xué)依據(jù)。故美國FDA仍未允許微波殺菌作為一項(xiàng)高溫殺菌工序在美國的合法應(yīng)用。b.經(jīng)濟(jì)因素。微波設(shè)備必須能根據(jù)各類食品的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其得到充分的處理，且整個(gè)處理過程必須符合殺菌的要求，所以用于殺菌的設(shè)備必須是專門設(shè)備。這就意味著食品生產(chǎn)商需要投入一筆資金對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，而對于所獲得的收益是否能夠收回投資具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。c.商業(yè)因素。從商業(yè)競爭角度，運(yùn)用微波殺菌獲得成功的公司并不原因推廣這一生產(chǎn)過程，以使其產(chǎn)品在激烈的市場競爭中占有微波殺菌技術(shù)所帶來的獨(dú)有優(yōu)勢。變化進(jìn)行測定仍存在一定的問題;利用液態(tài)晶體可以根據(jù)晶體在加熱過程中顏色的變化,間接對溫度的變化進(jìn)行定性和定量的測定,但其對測定對象物料有嚴(yán)格的要求.時(shí)間-溫度指示物溫度技術(shù)能夠反映在熱處理過程中溫度隨時(shí)間變化的過程,其原理是利用化學(xué)標(biāo)記物、微生物或者酶作為時(shí)間-溫度標(biāo)記物,結(jié)合現(xiàn)代分析方法,建立標(biāo)記物含量和微波加熱溫度的關(guān)系模型,進(jìn)而獲得關(guān)于微波加熱過程中溫度變化的信息.使時(shí)間-溫度指示物測溫技術(shù)可以對密封在包裝容器內(nèi)的食品進(jìn)行微波加熱在線溫度測定,但是由于其對分析手段要求較高,目前僅適合于研究用途.   

 4.2 影響微波殺菌溫度的重要因素   

 殺菌是否徹底的關(guān)鍵在于物料中的溫度分布是否存在未達(dá)到殺菌溫度的冷點(diǎn).微波殺菌升溫的過程熱量傳遞的機(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程中的溫度分布狀況也與傳統(tǒng)的熱力殺菌有所不同.食品成分的介電常數(shù)決定食品在微波場中的受熱特性.微波是一種電磁波,對物料具有穿透性,可以是物料內(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).由于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,不可以簡單的通過各種物質(zhì)各自的介電常數(shù)推算出食品的介電常數(shù).因此,在微波殺菌過程中,要通過工藝設(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中的作用特性.由于食品的介電常數(shù)對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,因此目前有不少研究集中于該領(lǐng)域.    

食品的形狀也會(huì)對微波殺菌的效果造成影響.由于電場存在”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)防止因局部過熱造成對食品品質(zhì)的影響.為防止局部溫度過熱,可以利用覆蓋鋁箔等手段起到屏蔽作用,減少微波的過度吸收造成溫度的過高.微波設(shè)備的特性和設(shè)計(jì)決定其能否提供較均勻的微波場分布,影響食品在該微波場對微波的吸收,進(jìn)而影響殺菌食品的溫度分布.   

5 微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

   經(jīng)過近六十年的發(fā)展,微波技術(shù)的工業(yè)規(guī)模和商業(yè)應(yīng)用有不少成功的例子,主要集中于冷凍肉類解凍回溫、面制品焙烤、干燥等方面.盡管研究表明微波殺菌與傳統(tǒng)的熱力殺菌相比有不少優(yōu)點(diǎn),但微波殺菌技術(shù)在國內(nèi)外工業(yè)化的成功應(yīng)用還較為少見,美國目前僅有2～3項(xiàng)運(yùn)用微波殺菌技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行巴氏殺菌處理的例子,還沒有高溫微波殺菌設(shè)備應(yīng)用在生產(chǎn)之中.在歐洲,微波殺菌的商業(yè)化應(yīng)用亦寥寥可數(shù).我國雖早在1975年便由上海兒童食品廠應(yīng)用隧道式微波爐于乳兒糕的生產(chǎn),但是發(fā)展至今還沒有大范圍在食品工業(yè)生產(chǎn)中普及.目前,廣州果子食品廠已得到有關(guān)科技部門的支持和資助，應(yīng)用國產(chǎn)微波殺菌設(shè)備，進(jìn)行糖水荔枝罐頭微波殺菌的中試研究，并已取得預(yù)期效果。    

 造成微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中難以廣泛應(yīng)用的原因主要包括技術(shù)政策、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)三個(gè)方面的因素：a.技術(shù)政策因素。由于微波加熱所具有的獨(dú)特機(jī)理，其殺菌過程中需要一套可靠的評估程序評價(jià)殺菌效果，以保證產(chǎn)品的安全。但目前還缺乏一套行之有效的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中重要的原因是缺乏微波在線測溫技術(shù)的配合，提供可靠的溫度-時(shí)間-微生物之間的科學(xué)依據(jù)。故美國FDA仍未允許微波殺菌作為一項(xiàng)高溫殺菌工序在美國的合法應(yīng)用。b.經(jīng)濟(jì)因素。微波設(shè)備必須能根據(jù)各類食品的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其得到充分的處理，且整個(gè)處理過程必須符合殺菌的要求，所以用于殺菌的設(shè)備必須是專門設(shè)備。這就意味著食品生產(chǎn)商需要投入一筆資金對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，而對于所獲得的收益是否能夠收回投資具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。c.商業(yè)因素。從商業(yè)競爭角度，運(yùn)用微波殺菌獲得成功的公司并不原因推廣這一生產(chǎn)過程，以使其產(chǎn)品在激烈的市場競爭中占有微波殺菌技術(shù)所帶來的獨(dú)有優(yōu)勢。微波技術(shù)界的專家Robert F.Schiffman在1992年就微波技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的問題提出了微波工藝獲得成功的18條原則，其中關(guān)鍵的是產(chǎn)品的生產(chǎn)沒有其他的替代方法，明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本和增加利潤。就這18條原則而言，微波技術(shù)在食品工業(yè)中規(guī)模和商業(yè)應(yīng)用為成功的領(lǐng)域是微波對冷凍肉類進(jìn)行解凍回溫，而微波殺菌技術(shù)目前的發(fā)展仍不能完全滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。微波殺菌要在食品工業(yè)中獲得規(guī)模和商業(yè)成功應(yīng)用，還有很多問題有待研究和解決，例如在低酸性罐頭加工中要采用高溫微波殺菌，還沒有很好的解決在線測溫以及包裝容器問題。而微波巴氏殺菌，對于一些常規(guī)加熱容易造成質(zhì)量劣變的而且價(jià)值較高的地方特產(chǎn)食品（如荔枝），采用微波殺菌是具有成功希望的領(lǐng)域。另外，方便套餐食品，包括了米飯、肉類、蔬菜，以及其他不同的組分，通過屏蔽手段可以直接連包裝進(jìn)行快速的殺菌處理，是目前微波殺菌技術(shù)應(yīng)用較為廣泛的領(lǐng)域。荷蘭阿姆斯特丹Schiphol機(jī)場附近的一家生產(chǎn)供應(yīng)飛機(jī)套餐的工廠就是采用微波設(shè)備對方便套餐進(jìn)行巴氏殺菌處理的。而在微波加工設(shè)備方面，使用變頻微波加工設(shè)備和微波相控制加熱設(shè)備（micromave phase control heating），能夠提供更為均勻的加熱效果，具有在工業(yè)中應(yīng)用的潛力。