微波灭菌的影响因素

微波灭菌的影响因素

    微波灭菌的影响因素主要有两方面：一是微波输出功率、频率及波长；二是灭菌对象性质的影响。微波输出功率越大，作用于介质的电场越强，分子运动越激烈。微波照射物品的时间虽然短，但物品升温的速度快，因而杀菌效果强。微波杀菌虑根据食品介质的性质来确定杀菌时间、温度、功率等工艺参数。输出功率高，时间短，对食品的色、香、味及组织状态影响小，所以微波杀菌宜采用高温短时。关于温度对于微波灭菌的影响，国内外有很多报道，但物料升温规律及与杀菌效果的关系的研究还不透彻，仍在进一步深入。

    各种不同的物质对微波的吸收能力也各有不同，对微波吸收的多少影响灭菌效果。一般根据物质的性质，分为三类：①微波在物质传播时会明显地被吸收而产生热的介质称为吸收介质。水、肉类和含水分高的物质，均是强吸收介质。②很少被吸收的介质，称为微波的良介质。绝缘体类，例如：玻璃、石英、陶器、聚四氟乙烯等塑料制品，微波大部分能透过，小部分反射，吸收很少。适于用作物质消毒时的包装。③良导体一类，不吸收微波。如钢、黄铜、铁、银等金属能引起发射。物品的介电性质与其各组成成分的状态及相互作用有关。其中最重要的是物质的水分含量和状态。水分子是极性分子，水分含量越大，介电损耗因子越大，吸收微波愈强，杀菌效果愈好。水分存在的状态也对介电性质有较大影响，水结成冰，其介电常数会发生很大变化。另外，物料的密度也会影响介质的损失值。物质成分复杂，介电常数的变化微妙，介电性质不易得知，不能简单的推算，需要大量的实验证明。Zhang等研究了微波处理肉时脂肪、水和盐对介电性质的影响和处理过程的温度变化情况，结果表明盐对介电性质影响较大，脂肪对介电性质的影响小于盐，由于物质本身的含水量大而未观察到附加水对介电性质的影响作用；盐对温度变化无明显作用，但脂肪对温度变化有影响。关于物质的介电性质的研究还有很多，Wang等发现微波频率为915 Mnz和1800 Mnz时随着样品温度升高介电常数下降，而介电损耗因子增加。Guan等介电损耗因子和介电常数随着频率增加而降低；介电损耗因子随着温度和盐浓度的增加而增加，但温度和盐浓度对介电常数无显著影响。张鸿发等微波杀菌机理研究中得出：环境中水分的存在能明显增强微波的灭菌效果，不同微波功率处理枯草芽胞杆菌，当样品温度达58℃，细菌开始死亡。上述结果表明：水分含量越高，微波杀菌效果越好。

    杀菌是否彻底的关键在于物料中的温度分布是否存在杀菌温度的冷点。微波杀菌升温的过程热量传递的机理不同于传统的热力传递方式，因而物料在微波加热过程中的温度分布状况也与传统的热力杀菌有所区别。食品成分的介电常数决定食品在微波场中对能量的吸收，从而决定食品在微波场中的受热特性。微波是一种电磁波，对物料具有穿透性，可以使物料内部和外部同时受热升温。升温的效率主要由微波对物料的穿透深度决定，而穿透深度又和食品本身的介电常数有关。食品往往由多种成分或不同配料组成，而组成食品的不同成分之间的介电常数相互关系十分复杂，不可以简单地通过各种物质各自的介电常数推算出食品的介电常数。因此，在微波杀菌过程中，要通过工艺设计得到理想的杀菌效果，必须考虑食品中不同组分在微波场中的作用特性。由于食品的介电常数对于微波杀菌效果以及相应设备的设计有着重要影响。食品的形状也会对微波杀菌的效果造成影响。由于电场存在“棱角效应”，在食品的边缘和尖角部位会形成较高的电场强度，使这些部位的温度会较其他部位高。在微波杀菌处理食品的过程中，需要考虑到食品的几何形状，以在保证杀菌效果的同时防止因局部过热造成对食品品质的影响。为防止局部温度过热，可以利用覆盖铝箔等手段起到屏蔽作用，减少微波的过度吸收造成温度过高。