基本介紹
- 中文名：微波真空濃縮
- 外文名：Microwave vacuum concentration
- 效果：物料快速蒸發
- 作用：食品加工
- 套用：食品生產加工工業
- 特點：低溫蒸發、同步受熱
定義,原理,套用,
定義
微波真空濃縮是一種將微波加熱技術與真空濃縮技術結合的新型濃縮技術。真空濃縮是與真空技術結合的蒸發濃縮技術，歷來是溶液濃縮的主要技術。微波加熱技術因為其同步受熱等獨特優點，廣泛套用在工農業生產、醫療保健、生物環保以及食品製造等方面，尤其在物料的加熱、乾燥和殺菌處理上顯現出其突出的特點。
原理
在傳統輕工食品工業生產中，蒸發濃縮技術歷來是溶液濃縮的主要技術，該技術已相當完善，在溶液蒸發並較好保持濃縮物初始特性方面已取得較明顯的成功。為了更好地保持產品的品質和質量，溶液蒸發過程常與真空技術相結合，通過提高真空度來降低濃縮過程的操作溫度，這樣可有效地減少產品中各種有效物質的熱分解，得到高質量的產品。另外，通過對熱能的回收和再利用，還可有效降低運行成本，因而在所有的溶液濃縮技術中，蒸發濃縮是成本最低的。同時，蒸發濃縮技術可以得到高濃度濃縮物，大部分濃縮產品的總固形物含量可達到60%～80%，甚至可以生產總固形物含量高達95%的濃縮產品，在這方面還沒有其他濃縮技術能夠與蒸發濃縮技術競爭。
然而，傳統的蒸發濃縮技術通常以熱水蒸氣作為傳熱介質，由於許多生物活性成分的熱敏性，致使該技術的套用受到了一些限制。再者，為了提高傳熱效率，對蒸發濃縮設備設計時，必須考慮增加傳熱面積，因而傳統蒸發濃縮設備多採用升膜、降膜、刮膜或者板式結構，增加了設備結構的複雜性，也增大了設備的體積。另外，為了提高加熱蒸汽的使用效率，往往採用多效濃縮，這樣將數倍地增加設備的占地面積，同時也增大了設備的投入和運行維護的費用。同時，在工業生產的實際套用中，為獲得熱水蒸汽，需要建造鍋爐房，而燃燒鍋爐需要採用煤等化石燃料，會產生二氧化碳及一些有害氣體的排放，因此，必須對這項技術進行有效改良。
微波加熱技術是微波對極性分子產生作用，通過分子間的摩擦產生熱量，由電磁能轉化為分子內能。與傳統加熱方式僅僅通過熱傳遞這種間接的能量傳遞方式不同，微波加熱具有以下特點：（1）加熱速率快。微波加熱能在瞬間滲透到被加熱物體中，無需熱傳導過程，內外同時加熱，能在短時間內達到加熱效果，比常規加熱一般快10 ~ 100倍。（2）均勻加熱。微波加熱時，物體各部位通常都能均勻滲透電磁波而產生熱量，里外同時加熱，熱均勻性大大改善。此外，微波具有選擇加熱性，物料中含水量較高的部位更容易吸收微波能，水分蒸發快，加熱速率高。因為物料對微波能的吸收具有這種“自我調節”的作用，所以在微波乾燥過程中受熱更為均勻。（3）節能高效。微波能只對能吸收微波的物體進行加熱，加熱室內的空氣與相應的容器都不會被加熱，所以其熱效率高。（4）熱慣性小，易於控制。微波加熱方式在接通電源後幾秒鐘即可正常運轉，調整微波輸出功率，物料的加熱情況隨之改變，熱慣性小，特別適宜加熱過程中的自動化控制。（5）低溫殺菌。由於微波具有非熱效應，在較低溫度條件下即可殺死細菌，因此，微波加熱作為一種能夠保持較多營養成分的加熱殺菌方法而被廣泛利用。（6）綠色環保，安全無害。微波能可由電能直接轉化而來，在加熱或乾燥過程中無廢水、廢氣和廢物的產生，綠色環保。此外，微波處理無輻射殘留物，設備本身不輻射熱量，可避免環境的高溫，同時也改善勞動環境，對人體安全無害。
套用
通過對微波真空濃縮橙汁及紅糖溶液的研究發現，經過微波真空濃縮處理後，橙汁和紅糖溶液的亮度均稍有減弱，紅度和黃度也都略有減小，但變化幅度不大，能較好地保持橙汁和紅糖溶液的色澤。鮮榨橙汁經過微波真空濃縮處理後，不同營養成分的回收率存在著差異。蛋白質、胺基酸以及還原糖的相對含量最高，達到90%左右，總糖次之，維生素C的相對含量較小，只有約60%。各種營養成分的相對含量與物質的熱穩定性有關。而經過微波真空濃縮處理後，紅糖溶液中總糖和還原糖的相對含量均超過80%。
利用微波真空濃縮鳳梨汁的研究中發現，其蒸發速率是旋轉真空濃縮的2.01倍，而旋轉真空濃縮的能耗是微波真空濃縮的5.32倍，另外，微波真空濃縮得到的鳳梨濃縮液的色澤也比旋轉真空濃縮得到的更好。
在濃縮木瓜蛋白酶的研究中發現，利用微波真空濃縮技術，並調節木瓜蛋白酶溶液的pH值在6.5 ~ 7.5之間，加入EDTA二鈉鹽作為保護劑，使木瓜蛋白酶溶液中含EDTA二鈉鹽的濃度為1 ~ 20 mmol/L，抽真空維持濃縮腔體內的真空度高於85 kPa，再將木瓜蛋白酶液抽入腔體，啟動攪拌電機，使用1 ~ 4 kw的微波加熱，能夠得到酶活回收率為95%的木瓜蛋白酶濃縮液。
