電磁加熱食品技術(shù)總體概況探析

王僑，劉永新，沈燦鐸，繩以健，劉毅，孟令卿

軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院（北京 100141）

傳統(tǒng)食品加熱多采用明火傳導(dǎo)加熱和電阻式加熱的接觸式加熱方法，存在加熱不均勻、加熱品質(zhì)無(wú)保障、熱能利用率低、安全性不高、極易造成環(huán)境污染等問(wèn)題。反觀近些年興起的新型電加熱技術(shù)，存在諸多優(yōu)點(diǎn)：加熱快速、高效節(jié)能，避免傳統(tǒng)明火熱交換和熱輻射過(guò)程中的熱損失，能量轉(zhuǎn)化可達(dá)95%以上；無(wú)明火產(chǎn)生，無(wú)燃料消耗，無(wú)廢氣廢物排放，清潔環(huán)保；易于操作運(yùn)行，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；營(yíng)養(yǎng)成分保持好，加工質(zhì)量好等。新型電加熱技術(shù)打開(kāi)無(wú)明火、非接觸、直接內(nèi)部加熱的技術(shù)新局面，推動(dòng)整個(gè)食品加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，聚焦其中的電磁加熱技術(shù)，綜合利用文獻(xiàn)匯總和產(chǎn)品調(diào)研等方法，從技術(shù)理論和實(shí)際應(yīng)用的角度探析電磁加熱食品技術(shù)的總體發(fā)展概況。

1 新型電加熱食品技術(shù)概況

新型電加熱技術(shù)主要包括歐姆加熱、遠(yuǎn)紅外加熱、微波加熱、電磁感應(yīng)加熱、射頻加熱等技術(shù)[1-2]。其中，歐姆、微波、遠(yuǎn)紅外和射頻加熱技術(shù)利用食品自身的介電性質(zhì)，直接在食品內(nèi)部產(chǎn)熱，實(shí)施整體加熱，無(wú)需介質(zhì)傳熱，但受食品組分均勻性或固液混合狀態(tài)等的影響，存在食品內(nèi)部溫度分布不均等現(xiàn)象。而電磁感應(yīng)加熱技術(shù)雖需通過(guò)介質(zhì)傳熱，采取非均勻熱傳導(dǎo)式加熱方式，但與傳統(tǒng)接觸式間接加熱方法不同，直接將電磁能轉(zhuǎn)化為傳熱容器的熱能，避免了前端明火或電熱元件與傳熱容器熱交換過(guò)程中大量的熱損失。針對(duì)不同新型電加熱食品技術(shù)，從技術(shù)原理、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)影響因素及應(yīng)用現(xiàn)狀等角度[3-60]進(jìn)行技術(shù)概況匯總和技術(shù)對(duì)比分析，詳細(xì)對(duì)比分析結(jié)果如表1所示。

表1 不同新型電加熱食品技術(shù)對(duì)比

總體而言，較之其他新型電加熱技術(shù)，電磁感應(yīng)和微波加熱技術(shù)的發(fā)展較為成熟，應(yīng)用范圍日益廣泛。但從技術(shù)原理本身來(lái)看，電磁感應(yīng)加熱技術(shù)既具備新型電加熱技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，又能承襲炒、蒸、燉、烤、煎、炸等食品傳統(tǒng)烹飪工藝，是優(yōu)勢(shì)尤為明顯的食品電加熱技術(shù)手段，其發(fā)展前景廣闊。電磁加熱食品設(shè)備通常主要由加熱線圈盤(pán)、負(fù)載鍋具、電路主板、散熱器、顯示面板及底座支撐架等組成，聚焦其材料性能、尺寸結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)布局等技術(shù)要素，改善整機(jī)的加熱均勻性、加熱穩(wěn)定性、加熱可靠性、加熱品質(zhì)、加熱安全性、加熱能效、電磁兼容性、電磁噪聲、散熱性能、使用壽命等核心技術(shù)指標(biāo)，是歷年來(lái)技術(shù)持續(xù)研究的總體熱點(diǎn)。

2 典型電磁烹飪?cè)O(shè)備發(fā)展現(xiàn)況

電磁加熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)外食品加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，總體可劃分為家用、商用和工業(yè)用三大類。在家用和商用場(chǎng)合下，電磁加熱食品技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)炒、燉、蒸、煮、烤、煎、扒等烹飪需求，其產(chǎn)品形式通常以電磁爐/灶、電飯鍋、蒸飯柜、油炸機(jī)等電磁烹飪?cè)O(shè)備為主。其中，商用型電磁烹飪?cè)O(shè)備（如電磁灶、蒸飯柜等）主要適用于政府機(jī)關(guān)、部隊(duì)、院校、醫(yī)院、企事業(yè)單位、酒店、餐館等就餐人員較多的食堂場(chǎng)所，特別適合于無(wú)燃料供應(yīng)或限制燃料使用禁明火或密閉空間等場(chǎng)所，例如地下室、鐵路、船舶、航空、商場(chǎng)、商務(wù)大廈等的廚房場(chǎng)所，且其較之家用型（如電磁爐、電磁型電飯鍋等），存在尺寸大、功率高、加工能力強(qiáng)、安全可靠、穩(wěn)定耐用、操控方便等特點(diǎn)。

家用和商用型電磁烹飪?cè)O(shè)備中電磁爐/電磁灶應(yīng)用較為廣泛，逐步由單頭、小功率、平面型家用電磁爐（功率＜2.2 kW）發(fā)展過(guò)渡到多頭、大功率、凹面型家用電磁爐（功率＜3.5 kW）乃至商用電磁灶（功率≥3.5 kW）。較之小功率平面型電磁爐所存在的鍋身不貼合、容易滑鍋、火力不旺、受熱不均等問(wèn)題，凹面型電磁爐/電磁灶具備立體包裹、貼合鍋底、受熱面更大、火力更旺、火力覆蓋更均勻、可顛鍋爆炒等新優(yōu)勢(shì)，但針對(duì)電磁線圈盤(pán)、散熱器和承重面板等關(guān)鍵組件，在材質(zhì)選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、承載能力、制作工藝、散熱功能、防水性能等方面存在更嚴(yán)苛的要求。較之單頭爐，多頭爐各單元獨(dú)立工作，在抗干擾性、工作噪聲、電磁輻射等方面技術(shù)難度加大。

聚焦典型家用和商用型電磁烹飪?cè)O(shè)備，收集眾多品牌電磁烹飪?cè)O(shè)備，聚焦現(xiàn)有產(chǎn)品類型、已實(shí)現(xiàn)的主要功能及總體技術(shù)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行設(shè)備發(fā)展現(xiàn)況的匯總，詳細(xì)匯總結(jié)果如表2和表3所示。可以看出，精準(zhǔn)感溫、廣域控溫、恒勻火加熱、變頻節(jié)能加熱、負(fù)載自適應(yīng)、電磁兼容、智能互聯(lián)/物聯(lián)、故障自診斷及全方位安全防護(hù)等代表產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展前沿。匯總結(jié)果可為快速把握市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品概況，緊貼實(shí)際需求準(zhǔn)確聚焦技術(shù)熱點(diǎn)，及時(shí)形成技術(shù)能力提供整體概況支撐。

表2 典型電磁烹飪?cè)O(shè)備發(fā)展現(xiàn)況（家用型）

接表2

表3 典型電磁烹飪?cè)O(shè)備發(fā)展現(xiàn)況（商用型）

3 結(jié)語(yǔ)與展望

新型電加熱技術(shù)，具備無(wú)明火、非接觸、清潔環(huán)保、高效節(jié)能、安全可靠和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等諸多優(yōu)勢(shì)，其中電磁加熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)外食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用尤為廣泛。近年來(lái)，大量學(xué)者就電磁加熱食品技術(shù)，圍繞其關(guān)鍵部件及對(duì)應(yīng)的核心設(shè)計(jì)要素，聚焦加熱均勻性、加熱穩(wěn)定性、加熱可靠性、加熱品質(zhì)、加熱安全性、加熱能效、電磁兼容性、電磁噪聲、散熱性能和使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，開(kāi)展廣泛且深入的技術(shù)研究。從整體發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，精準(zhǔn)感溫、廣域控溫、恒勻火加熱、變頻節(jié)能加熱、負(fù)載自適應(yīng)、電磁兼容、智能互聯(lián)/物聯(lián)、故障自診斷及全方位安全防護(hù)等代表當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展前沿。研究結(jié)果可為快速把握相關(guān)市場(chǎng)概況，緊貼實(shí)際應(yīng)用需求，緊追前沿技術(shù)熱點(diǎn)，及時(shí)形成技術(shù)能力，提供技術(shù)信息參考。