微波的生热与安全性

微波的生热与安全性

微波本身并不生热，它只是在被物体吸收后才会发热。众所周知，物质的基本化学组成是原子和分子，多数分子是电中性的，它们可被电离后带电极化。极化的分子（极化分子）形成正、负两极，在电场中会产生定向排列，如金属在磁铁上一样。我们知道，水分子是极性分子，即水分子中的正负电荷重心不重合。在通常情况下，由于分子热运动的结果，其分子排列是杂乱无章的，故整体不会成为极性状态。在微波外电场的作用下，极性分子将成有序地排列。当外电场方向反复变动时，极性分子也相应随之反复转换，频繁地摆动，在摆动过程中，造成分子间类似摩擦作用而产生热。水是食品中最易被极化的分子，它很容易形成正负两极；其他电解质如食盐或细胞介质等，因有带不同电荷的离子存在，也很容易形成离子化电导体。交流电场的方向因频率的不同而呈不同速度的改变，频率越高，则电场方向的交替变化速度越快，从而导致电场中的分子以不同的速度改变方向而产生摆振。

微波是高频的电磁波，微波场中的极性分子处于高速摆振状态，如在2450兆赫的微波下，食品中的水分子以每秒24.5亿次的速度随微波场的变化而来回运动，分子运动的结果造成分子间的碰撞和摩擦剧烈，从而产生大量的热量。

微波加工的特点：

1、微波设备加工食品方便、卫生、快捷，保鲜程度高，营养损失少。

2、可用微波设备加工的食品种类多。

3、能够得到常规设备加工所不能得到的感官质量。

4、在工业应用上，大规模的集约化生产方式为消费者提供了只需稍加烹调即可食用的预制食品和冷冻食品。

5、微波加工设备的应用越来越广泛。

微波加热与其他加热方式的区别：

传统加热方式中，热的传递有传导、对流和辐射三种形式。

传导，即热量由金属或其他固体藉传导作用经与之相接触的表面而传向被加热冷物体。

对流，即热量由流体藉对流作用经与之相接触的表面而传向冷物体。

辐射，即将能量以辐射的形式传递到达物体表面，其本质与光相似，能量要穿过空间到达物体表面并被吸收后转化成熟。产生热辐射必须要有很高温度的热源存在。

在传统加热方式中，被加热的物体必须处于某一热的环境温度之下，且加热时间一般较长。微波对食品的加热与传统的加热不同，它不需要预先创造食品所处的热环境而直接作用，而且被微波加热的食品内也不存在大的温度梯度，加热时间比传统方法短得多。

微波加热的优缺点：

优点：微波加工设备不需要经过预热就能立即发挥作用，一旦合上开关，微波加热马上就开始，加热速度快。短时间的加热能够保证食品有较好的口感且能保留较多的营养素，不会使被加工的食物像传统加工那样产生过热，这对新鲜蔬菜和含有不耐热营养素食品的加工极为有利。

缺点：由于被加工食品的表面温度很低，不足以在表面产生褐变反应，不能在食品表面产生人们的希望的发色；微波加热所需要的时间极短，1~2分钟的时间误差就可能导致意想不到的后果，使食品加工过度。

微波对物料发生的作用：

微波除了被物料吸收生热外，还具有穿透和反射作用。一些材料微波可以穿透而不会被材料吸收生热，如玻璃、陶瓷等。这些材料可以制成微波食品加热容器。有一些材料可以反射微波，如微波炉腔壁的金属反射微波，使其聚焦于食品上。在应用中还要注意，微波的穿透是从物料的外部向内部推进的，并且穿透和吸收是同时逐渐进行的。当被加热物料尺寸较小，微波炉中材料所受微波的作用来自各个方向，物料中心部位的累积热量更多，从而导致食品内部的温度高于外部。另外还要注意，食物周围的空气由于不受微波作用生热，食品表面的蒸发使得表面温度降低，食品的表面温度较低，容易产生微波加热由内外的错误概念。

微波的安全性：

1971年10月，首次在美国制订出微波泄漏的标准，泄漏的允许值定为微波炉门前5厘米处，出厂前1毫瓦/平方厘米，使用时5毫瓦/平方厘米。微波所造成的危害仅仅是发热，而且只有长时间暴露在功率密度超过100毫瓦/平方厘米时才会出现此现象。在使用微波透过疗法中，使用的功率超过100毫瓦/平方厘米，而设备距离眼睛只有7.5厘米。

此外，微波遵循倒数平方的规律，即微波辐射泄漏的损失与离开微波源距离的平方成正比。例如，一个微波炉距离门5厘米处的泄露量为100毫瓦/平方厘米，那么，在距离0.5处只1毫瓦/平方厘米。

为了防止微波在炉门口处泄露，门上都装有防护金属网，而且炉门一般采用双锁装置，以防止一只锁损坏时，仍然有另一只锁可以使用，因此，使用者对微波产生恐惧心理是多余的。

微波加工设备的性能与加热效果：

食品的微波加工决定于食品和微波装置两部分。微波加工设备技术性能的优劣直接影响到食品的加工效果，而且微波加工设备的影响是第一位的，因为它是微波处理过程中的硬件，设计不合理的微波加工设备不可能产生好的微波能利用效果。微波加工设备主要的技术参数有：功率大小、电场的分布、转盘及其制作材料、微波导入系统、炉腔的体积和材料、磁控管的寿命和工作条件以及磁控管的冷热启动情况等等。

1、功率

功率是衡量微波加工设备的微波发射能量大小的量度，在时间相同的情况下，功率大意味着加热速度更快。在加工食品时应注意选择合适的功率，虽然高温短时对保存食品的营养成分是最有利的，但并不是所有食品的加工都需要快的加热速度 。

2、电场的分布

微波加工设备中电场的分布的均匀性差异很大，即便是同一批生产的加工设备，也会存在电场分布的不同。要得到最佳的加热效果，可采用一定的方法测量出其热敏感区域，被加工的食品应放在热敏区域或相应的位置直进行加工。

3、转盘及所用材料

为了使食品加热均匀，在微波加工设备中都使用转盘，转盘的材料一般应符合以下几个条件：微波透射性能好；传热性好；耐冷热冲击性能好；符合食品卫生法所规定的要求。由于金属表面的场强低，使金属表面的食品受热很差，所以转盘的材料几乎不用金属。一般选用对微波透明的塑料或玻璃，最普遍使用的是玻璃制品。

4、波导入装置

在微波加工设备中，磁控管产生微波能后，经波导引入炉腔。波导是金属管，通常开在炉腔的顶部。能量通过拦截和反射，经所谓的“波型搅拌器”旋转装置导入炉腔，在没有波型搅拌器的微波加工设备中，电场的颁布是极不均匀的。有些微波加工设备炉壁相对的两侧都有微波能引入口，些微波加工设备则从顶部和底部引入微波能。不同形式的微波加工设备各有自身特有的电场分布。

5、炉腔体积和材料

微波加工设备的体积大小不等，小的约0.4立方米，大的则有几立方米。通常，大炉腔与小炉腔相比，微波加工设备中电场的分布更均匀，原因是尺寸大的容纳的微波节数较多。微波加工设备的制造材料可以是不锈钢，或是涂丙烯的冷轧钢或铝，这些材料的导电性有很大的差别。导热性越好的材料，对装载物的加热能力越强。

6、电源

电源的输出功率与电压有关，变化范围较大，其中，可调电压的电源是最理想的。常用的电压有220伏、50赫和380伏、50赫两种。

7、炉底材料

炉底的作用是支撑盛物盘，使其离开炉底金属板一段较小距离，从而使微波得以反射至所盛食品中去。通常微波可以透过这些材料，以减少对微波的吸收。所用材料一般是玻璃制品、低微波吸收的陶瓷或者稀有金属等。

8、时基

时基的作用是提供微波脉冲时间间隔的长短，脉冲间的时间变化范围在数秒至30秒以上，因而50%的微波可能在1秒钟开放而在另1秒钟关闭；或在30秒钟开放，30秒钟关闭。长的时基即微波脉冲时间间隔很大的时基，它除了在使用满功率以外是不实用的。

9、磁控管

磁控管是一种特殊形式的真空二极管，通常有一个高导电率无氧铜制成的阳极，腔体中间是一个发射电子的阴极，阴极上有许多小腔是产生高频振荡的谐振回路，阴极及阳极中间为电子作用的空腔，在这一空腔内加有均匀的、与阴极轴线相平行的磁场。它是微波加工设备的心脏，微波正是从这里产生的。微波能量的输出一般有三种形式：同轴输出型、波导输出型、无线辐射型。一般情况下，磁控管的寿命很长，但如果长期使用不当，则磁控管很容易爱到损害。

10、冷热启动

微波加工设备使用几分钟捕捞功率输出可能会稳定在五个低于冷启动时的水平上。因为影响微波加热性能的因素很多，所以在开发微波食品时，产品的测试应尽可能多的使用不同类型的微波加工设备。要想得到好的使用效果，除了需按照厂家提供的设备操作指南上的说明进行操作外，还应进行适当的调整。

食品的性质与加热效果：

影响微波加热效果的因素很多，如食品材料的几何性质（形状、大小）、屏蔽、遮掩、位置关系、表面积对体积比（比表面）、密度、比热容、热导率，物料的温度、水分含量、盐含量等。

1、几何性质

无论是传统的加热还是微波加热，体积小的物料比体积大的物料容易被加热，如果体积大小一致，则物料就可以在相同的时间内被加热好；如果大小不一致，就要在加热前把小的先筛选出来，再进行分别加热，否则会出现体积小的物料已加热过度，而体积大的物料仍可能未热透。由于微波加热的速度较快，利用微波加热时，更应该注意被加工物料的体积大小。

食品的形状也是影响微波加热的关键因素之一，形状越规则，受热越均匀。最有利于微波聚焦的理想形状是球形。微波的穿透能力是有限的，随着物料直径的加大，微波要达到中心距离就会增大，中心部位就可能得不到微波能，而只能通过由外部向内部的传导来加热。除球形外，被加工物体的理想形状还有柱形。

在微波加热过程中，方形是不可取的，易使其他部位还未处理好之前，方角上的物料早已过熟。一般情况下，为了减少其边角部分的受热程度，可以采用铝箔屏蔽的办法得到满意的结果。当转角不可避免时，应使转角的曲率半径尽可能增大。同样，垂直的转角应变成有一定的坡度，这也是必要的，过分陡的部位很容易发生失水现象。

2、屏蔽

一般情况下，被加工的物料的形状是不规则的，这在利用微波加工时就要采用屏蔽。屏蔽是指在食品的特定部位采用金属反射微波能，借以降低此部位的加热速率。铝是屏蔽最常用的金属，主要是因为它容易获得，而且容易包裹在要屏蔽的部位。如用微波炉烤鱼、鸡腿、鸡翅、香肠等食品时，最好是将尖端或细端等容易受热的部位用铝箔包裹起来。当加热时间达到总时间的1/3左右时，要解除铝箔，否则被包裹的部位可能得不到必要的加热。

3、遮掩

遮掩是指相邻两个物料连接处存在屏蔽作用，遮掩是相互的。例如，两块肉放在烤盘中，相接的部位会因遮掩而得不到充分的加热。同样，当将数个马铃薯一起放在烤炉中时，相邻部位的温度会比暴露部位的温度低得多。因此，最佳烹调和最佳加热效果只是在食品材料分开放置（不相接）的情况下才能得到。

4、位置关系

不同种类食品的加热性能不同，其加热的速度也不同。不同种类的食品同时加工时，由于它们加热性能不同，如果位置不对，就会使加热速度慢的食品受热的不够，而加热速度快的食品受热过度。在加工时应将加热速度快的物料放在中间，加热慢的物料放在边上。

5、比表面

用微波加热时，物料的比表面越大，则加热的速度越快。颗粒状原料，具有很大的比表面，加热的速度比一般物料快。

6、密度

通常情况下，密度和水分之间有一明显的关系，密度小的物料含水量小，密度大的物料含水量大。含水量大的物料加热所需要的热量大于含水量小的物料，热传导与密度有一定的关系。但对含水量较小、密度较小的物料来说，热传导的作用不太明显，而密度大的物料受热传导的影响则较大。

7、比热容

物料的比热容是单位质量物料温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量。物料的比热容与其水分含量有密切关系，含水量较高，比热容一般较大。此外，有些物料的介电损耗因素相当低，但由于其比热容小，在微波场中仍能被很好地加热。

8、微波热效率

很多情况下都是在一定的时间内只对很少量的食品进行处理，因此，讨论加热的效率是必须的。输出功率的测定，一般采用对已知数量的冷水进行加热，测出水温的变化的方法。

相同情况下，含水量高的物料比含水量低的物料加热时间表相应长些。若负载减小则效率下降，如使加热时间延长，出可以达到理想温度。

9、热传导

热传导是温差一定时某种材料传递热的能力。由于穿透深度的关系，大块物料的中心往往加热不足，这就要靠热传导加以弥补。热传导受温差控制，即使是以热穿透为主的微波加工，微波加工时间较长时，热传导的作用就更加重要。如果没有热的传导，那么在微波加热的食品上将出现温度差，就会减缓微波加热的速率。

热传导在冷冻食品的解冻和加热方面也起着重要作用。微波能量可以使整个冷冻食品很快地上升到一定温度（冰点）。这一温度是比热容开始迅速增加的临界点，这样外层迅速完全融化而削弱了微波进一步的深度的加热。实现微波解冻只需使用较小的加热功率。