食品微波加工中的非熱效應(yīng)分析

黃佳田

（湖南省長(zhǎng)沙市南雅中學(xué)，長(zhǎng)沙 410129）

食品微波加工中的非熱效應(yīng)分析

黃佳田

（湖南省長(zhǎng)沙市南雅中學(xué)，長(zhǎng)沙 410129）

食品微波加工是利用微波能夠產(chǎn)生熱能的原理，使食物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在全封閉狀態(tài)下，微波以光速滲入物體內(nèi)部，由于電子、離子的移動(dòng)或缺陷而被吸收，隨即轉(zhuǎn)變成熱量。在反應(yīng)過(guò)程中，食物中的粒子發(fā)生變化，相互碰撞之后變得雜亂無(wú)章，從而達(dá)到食品加工的目的。

食品微波加工；非熱效應(yīng)；分析

利用微波對(duì)食品進(jìn)行加工在我們的生活中已經(jīng)十分常見(jiàn)，微波能夠產(chǎn)生熱能，使食物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到食品加工的目的。這一加工過(guò)程大大降低了熱損失，減少了加熱時(shí)間，可達(dá)到快速加熱與節(jié)能的目的。

微波作為高極電波，可以電離出氧分子、水分子、二氧化碳分子和氮分子等，并且可以形成自由基和自由離子，所以微波對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)有增強(qiáng)的作用。而在有機(jī)化學(xué)中，微波的應(yīng)用也是非常廣泛的，這是因?yàn)槲⒉軌蚴狗磻?yīng)物更加深入地與水分子融合在一起，在微波加熱水和酒精混合物的過(guò)程中，產(chǎn)生出更多的葡萄糖，這不僅僅是熱效應(yīng)的作用，也是非熱效應(yīng)的作用?？傊⒉梢约铀倩瘜W(xué)反應(yīng)的發(fā)生，也可以影響化學(xué)反應(yīng)的速度，非熱效應(yīng)加強(qiáng)了微波作用下的動(dòng)能學(xué)。

1　微波對(duì)微生物的非熱生物效應(yīng)

在電磁波的作用下，即使食物不會(huì)顯著升溫，但是食物中的機(jī)理也會(huì)發(fā)生顯著變化，微生物在微波場(chǎng)中的反應(yīng)也是如此。按照傳統(tǒng)的生物學(xué)理論來(lái)講，一個(gè)細(xì)胞被破壞，是因?yàn)橥饬?duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生了作用，細(xì)胞膜受損之后，細(xì)胞將很難存活。但是最新的微波非熱效應(yīng)理論認(rèn)為，細(xì)胞分子組成了離子通道，在高強(qiáng)頻率的微電波中，這樣的通道作用會(huì)受到影響，水分和養(yǎng)分將不能通過(guò)通道傳到細(xì)胞內(nèi)部，這樣就會(huì)直接導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。這跟傳統(tǒng)加熱對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的影響完全不同，蛋白質(zhì)分子在高頻微波場(chǎng)中被激化得十分嚴(yán)重，相互碰撞摩擦嚴(yán)重，產(chǎn)生熱量的同時(shí)更進(jìn)一步引起了蛋白質(zhì)的變性。

雖然在微波非熱效應(yīng)中存在各種各樣的爭(zhēng)議，但是大家能夠達(dá)成共識(shí)的是微波的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)最大的區(qū)別在于溫度的不同。與高溫殺死細(xì)胞相比，非熱效應(yīng)是通過(guò)改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)分子受損以及生物酶的轉(zhuǎn)化，在低溫狀態(tài)下完成殺菌，是食物微波加熱的又一新突破。微波的非熱生物效應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：第一，微波使細(xì)胞膜附近的荷電位發(fā)生變化，直接影響細(xì)胞的離子通道，進(jìn)而影響細(xì)胞正常的新陳代謝，最終導(dǎo)致死亡。第二，即使微波沒(méi)有能量直接作用于細(xì)胞大分子，但是它能夠作用于組成大分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的斷裂和重組直接導(dǎo)致了組成細(xì)胞的蛋白質(zhì)發(fā)生變性等變化，進(jìn)而使大分子遭到不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，細(xì)胞吸收微波的能量之后，不可避免地帶來(lái)小分子的劇烈碰撞和震動(dòng)，這種碰撞和震動(dòng)甚至使小分子變

2　脈沖微波的非熱生物效應(yīng)

脈沖微波是區(qū)別于電磁微波的一種新微波，現(xiàn)階段在生物殺菌領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它的工作原理是將脈沖微波作用在細(xì)胞膜上，在微波作用下，細(xì)胞膜會(huì)產(chǎn)生穿孔，這種穿孔使得細(xì)胞膜變得非常薄透。在脈沖微波非常強(qiáng)的環(huán)境中，這種穿孔會(huì)變得非常迅速并且產(chǎn)生不可逆的效果。同時(shí)，在這種穿孔中，脈沖微波會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電壓，這種電壓作用在生物體上面，產(chǎn)生的破壞力也是巨大的。

脈沖微波有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，那就是功率低、耗能小、殺菌效率高，但是由于脈沖微波對(duì)細(xì)胞以及周邊環(huán)境的作用較大，對(duì)微波發(fā)生環(huán)境的要求也很高，因此無(wú)疑加大了脈沖微波的使用成本。所以，如何降低成本，使脈沖微波進(jìn)一步為生活服務(wù)，是科學(xué)家們要進(jìn)一步研究的課題。

3　食品微波加工中非熱效應(yīng)的應(yīng)用特點(diǎn)

第一，非熱效應(yīng)的食品加工有保鮮、快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，且加熱時(shí)間短，殺菌均勻，營(yíng)養(yǎng)成分損耗少，與其他食品加工方法相比，有著很多不能比擬的優(yōu)勢(shì)。第二，殺菌的安全性高。非熱效應(yīng)是通過(guò)改變食物中分子內(nèi)部的變化，從而產(chǎn)生一定的能量以達(dá)到食品加工的目的。與化學(xué)加工相比，沒(méi)有更多化學(xué)成分的殘留，與輻射加工相比，沒(méi)有更多的輻射污染。第三，非熱效應(yīng)的食品加工操作簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠節(jié)省能源，與熱效應(yīng)相比，能夠保護(hù)微波設(shè)備，這也是非熱效應(yīng)的一大特點(diǎn)。

總之，微波處理食品加工已經(jīng)成為日常生活中不可缺少的環(huán)節(jié)。非熱效應(yīng)有著很多熱效應(yīng)不能夠比擬的優(yōu)勢(shì)，例如可以讓食品保鮮、加工高效，甚至是減少能量損耗、延長(zhǎng)設(shè)備壽命等。如何進(jìn)一步開(kāi)發(fā)微波的非熱效應(yīng)，使其在食物加工中的作用更加顯著，還需要我們進(jìn)一步的研發(fā)。

［1］ 芮漢明，周禮娟，鄭楓.微波技術(shù)在馬蹄糕生產(chǎn)中的應(yīng)用研究［J］.食品工業(yè)科技，2008，（08）：32.

［2］ 郭遼樸，李洪軍，杜杰，等.微波殺菌技術(shù)在肉制品中的應(yīng)用［J］.肉類(lèi)研究，2008，（05）：58.

［3］ 艾志偉，張四紅，魏建華.手機(jī)電磁輻射對(duì)小鼠損傷實(shí)驗(yàn)的初步研究［J］.北京生物醫(yī)學(xué)工程，2005，（03）：46.

［4］ 楊曉慶，黃卡瑪.微波輻射下電解質(zhì)水溶液中的非熱效應(yīng)研究［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2007，（S2）：96.

［5］ 王海彬，牛中奇.人體對(duì)電磁脈沖吸收劑量的仿真研究［J］.電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（02）：63.

Analysis of Non-thermal Effect inMicrowave Processing of Food

HUANGJia-tian
（Changsha Nanya Middle School ofHunan,Changsha 410129,China）

Microwave processing offood can change molecular structure of food by the use of heat energy that microwave produced.In the whole sealing state，microwavepenetratesinto the object with the speed of light，and is absorbeddue to the movement or defects of electrons and ions，then converted into heat.During the reaction，particles of food changed and became disorganized after colliding with each other，so as to achieve the purpose offood processing.

Microwave processingoffood；Non-thermal effect；Analysis

TS201.3

A

1674-8646（2015）12-0134-02

2015-08-16得畸形或者結(jié)構(gòu)異常，最終導(dǎo)致大分子功能的異常和變化。第四，在微波的作用下，生物大分子被電離出大量的電子和離子，這個(gè)過(guò)程使生物本身出現(xiàn)了大量的變化，生物活性也隨之發(fā)生變化。同時(shí)微波改變了細(xì)胞賴(lài)以生存的水環(huán)境，這也是導(dǎo)致細(xì)胞死亡的重要原因。