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    微波灭菌技术在食品行业的应用

    2019-06-11

      微波食品杀菌机理: 微波是100MHz~100000MHz波段的电磁波,以微波杀菌的温度场与电磁场相比较,电磁场是细菌致死的主要因素,特别是在较低温度时。实验给人们一种启示,充分利用变化的电磁场将能获得一种新的、在较低温度下杀菌的手段和技术,开创既能杀菌又能保持食品风味和品质的有效杀菌途径。一般而言电磁场杀菌是指104~1011Hz频率段的电磁场。电磁场在杀菌过程中表现出来的“非热因素成为细菌致死的主导因素“打破了常规加热杀菌的格局,细菌欲生存而需抗争的对象改为”电磁力“。对于脉冲电磁场杀菌的机理有多种假说。归纳起来,脉冲电磁场的杀菌机理主要表现在以下两个方面 :电场作用:分子生物学的研究表明,生物体内的大多数分子和原子是具有极性(等效电偶极子)和磁性(分子电流模型)的,因此外加电磁场必然会对生物产生影响或作用。在外加电磁场的作用下,电偶极子和分子电流会随着电磁场的方向取向。在静电磁场中,只是建立一个新的状态;但在时变电磁场中,电偶极子和分子电流会随着电磁场的 变化而振动。显然,不同强度分布的外加电磁场对不同生物的影响程度是不同的。医学界在研究中发现细胞体在电磁场中有异常表现,典型的表现是对电磁波的应答现象。这种生物应答现象发生在远离平衡状态,生物体对满足一定条件的电磁场的响应是非线性的,并表现出频率特异性和功率特异性。效应的能源有时来自生物系统内部,外部电磁场只是起到触发作用。细胞是Z基本的生命单元,在细胞中,细胞膜是研究得Z多的部分。每个细胞膜内外都有一定的电位差,在外加电场的作用下,膜内外的电位差会增大,通透性会增加,细胞发生渗透,继续适度处理,当电磁场达到一定值(E>E0,H>H0)时,细胞膜就发生不可修复的破裂这种现象称为电穿孔。同时,由于电磁场是变化的,在极短的时间内,电磁场的频率、强度都会发生极大的变化,在细胞膜上产生振荡效应。不可逆的电穿孔和激烈的振荡效应能使细胞破裂,这种破裂导致细胞结构紊乱,从而达到杀死细胞的目的,进而杀死细菌。电离作用:变化电磁场的介电阻断性对食品中的微生物具有抑制作用。在外加电磁场的作用下,食品空间中的带电料子将产生高速运动,撞击食品分子,使食品分子分解,产生阴、阳离子,同时,电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃,穿过本来就已提高通透性的细胞膜,与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用,因而阻断了细胞内正常生化反应和新陈代谢的进行。另外,电磁场能够使水分子的氢氧键断裂,在水中生成过量的超氧阴离子自由基、过氧化氢及自由质子。而过氧化氢有强烈的氧化作用,作用于生物分子,会破坏DNA,导致细胞死亡。液体介质中电离作用产生的臭氧同样有强烈的氧化作用,能与细胞内物质发生一系列反应。以上两种作用的联合构成了杀死细菌体的主要因素。
      微波食品杀菌优点:1、时间短、速度快:常规热力杀菌是通过热传导、对流或辐射等方式将热量从食品表面传至内部,往往需较长时间,内部才能达到杀菌温度。微波则利用其透射作用,以热效应和非热效应的共同作用,使物品内外均匀的、迅速升温杀灭细菌。处理时间大大缩短,在强功率密度强度下,甚至只要几秒~数十秒即达到满意效果。
      2、低温杀菌、保持药品成份:微波热效应的快速升温和非热效应的生化作用,增强了杀菌功能。相比常规热力杀菌在比较低温的温度、较短的时间内就能获得灭虫杀菌效果,一般杀菌温度在75~80℃,处理时间3~5分钟。微波特有加工方式能保留更多的有效成分,保持原有的色、香、味、形等风味。如采用常规热力处理蔬菜保留的维生素C在46~50%,微波处理能达到60`90%;常规加热猪肝维生素A保持在58%,而微波加热则达84%。 3、节约能源:微波电磁转换率高,一般在70%以上,优于加热的电热效率。加之,微波是直接对食品进行磁热能量转换,微波加热器本身不会被加热,因而不存在额外的热功耗,所以节能省电,相比节电30~50%。
      4、杀菌均匀彻底:常规热力杀菌是从物料表面开始的,通过热传导,由表及里的渐次加热,内外存在温差梯度,造成内外杀菌效果不一致,愈厚问题就愈突出。为保持食品风味,缩短处理时间,就得提高处理温度换取处理时间的缩短,然而这将使食品表面的色、香、味、形等品质下降。而微波的穿透性,使表面与内部同时受热,保证内外均匀杀菌。
      5、易自动化生产:微波设备操作简便,没有热惯性,能根据生产工艺要求实时调控。整条生产线只需1~2名操作工。
      6、工艺先进:微波杀菌设备不需要锅炉、复杂的管道系统、煤场和运输车辆等,只需水、电基本条件即可,对厂房无特殊要求。投资少、见效快。
      7、节省占地面积:微波设备无高温余热,不产生热辐射,能改善工作环境;而且设备结构紧凑、节省厂房面积。
      食品灭菌典型应用:微波杀菌在食品工业中的应用早在1976年就已开始,据日本某公司统计用于糕点、米面等食品杀菌的微波功率容量已占工业微波总量的34%。与此同时,在瑞典、德国、丹麦、意大立等国早已把微波杀菌用于切片面包的包装线上,因面包切片在冷却过程中,会受空气中霉菌的污染,从而大大缩短面包的保存期。瑞典一家公司安装一台2450MHz的面包杀菌机,处理4400磅/小时的面包片,经微波处理的面包温度由20℃上升到80℃,时间仅需1~2分钟,处理后的面包片保存期由原来的3~4天延长到30~40天。荷兰的每日食品公司将微波技术用于对盒装鱼、肉、食品进行保鲜处理,产品均匀加热到72~75℃后,可在0~4℃冷藏柜中保存6星期,保证原味不变,新鲜如初,价格与冷冻食品接近。处理量为1500公斤/小时。
      我国从70年代起就开始了微波对中药材、粮食等各类营养食品的杀菌保鲜研究和应用。在各种袋盒包装食品、天然营养品的加工过程中,为保持各种营养成分和微生物不被破坏,通常采用真空冷冻干燥和钴60射线杀菌工艺,其缺陷是工艺复杂,生产周期长、设备投资大、放射性残留影响使用范围,且能耗高,效率低。而微波的穿透性能、不破坏营养成分与低温杀菌特点,适合此类食品处理。我们用2450MHz 10Kw微波干燥杀菌机对花粉进行处理。生产实践表明,比原工艺加工周期短、产品质量好、杀菌温度低、保持营养成分等优点,效率提高几十倍,节省电力92.5%(每年节电4万度),产品已远销香港、新加坡、日本等地,目前该设备还广泛应用于人参、豆奶粉、营养冲剂、药材……等。
      用20KW微波食品杀菌机可以对袋包装熏鱼、、鸡鸭、肉松等熟食品的杀菌处理,其生产能力为250kg/h,杀菌效果良好。如广式叉烧经处理后在28℃温度下,保存期可延长7天。现该类技术已推广应用到鱼制品、豆制品、肉制品、酱菜、饮料等生产厂家。温州某公司采用我公司微波设备生产鱼片,不仅加热干燥,而且进行杀菌灭霉。原采用远红外线烘烤鱼片,每天产量1.5吨,耗电40Kwh,现微波只需用电17Kwh,节能50%以上,鱼片更显酥脆可口。且彻底解决了易霉变问题。四川采用微波设备处理麻油豆干特产,真空包装后,在常温下可保存数十天不变质。牛奶生产过程中,消毒杀菌是Z重要的工艺,传统方法是采用高温短时巴氏杀菌。其缺陷是需要庞大的锅炉和复杂的管道系统,且能耗高、煤场占地大、劳动强度高,还会带来环境污染等问题。使用微波液体杀菌机,对牛奶进行杀菌消毒,10KW微波功率加工能力为125~200kg/h,鲜奶在80℃左右处理数分钟后,杂菌和大肠肝菌完全达到国家卫生标准要求,不仅营养成分保持不变,而且经微波作用的脂肪球直径变小,有均质作用,增加了乳汗香味,有利于营养成分的吸收。
      微波应用前景:我公司自九十年代初开始涉足微波应用整机的研究、生产、开发等工作,是集科研、生产、销售于一体的高科技企业。注册资金人民币500万元,固定资产230万元。现有微波教授级高工1人、高级工程师15人,中级职称26人。微波产品的市场占有率列国内本行业三甲之内。微波食品灭菌和微波制药设备技术领先,并获多项微波设备制造技术的国家专利。近期我公司通过国际交流,从国外发达国家引进先进的微波工程设计成套技术,大大提高了我公司微波产品档次,从而也带动了国内微波工程应用技术水平大幅提高。我们现已开发出与国际接轨的微波真空干燥设备、微波滚筒加热、干燥设备、微波中草药提取设备、口服液灭菌设备。其微波设备制造技术处于行业领先地位。目前我公司将发挥技术优势,愿意真诚与食品界有志人士一道紧密合作,开展微波技术在食品工业的杀菌、保鲜、加热、熟化等应用研究,改造我国传统食品加工工艺。迅速将有广阔前景的微波应用领域推向产业化。

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