微波殺菌是使食品中的微生物，同時(shí)受到微波熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)的共同作用，使其體內(nèi)蛋白質(zhì)和生理活動(dòng)物質(zhì)發(fā)生變異，而導(dǎo)致微生物體生長(zhǎng)發(fā)育延緩和死亡，達(dá)到食品滅菌、保鮮的目的。

1、熱效應(yīng)理論

微波產(chǎn)生熱效應(yīng)的機(jī)理主要是離子極化和偶極子轉(zhuǎn)向。

離子極化是指溶液中的離子在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生離子極化。離子帶有電荷從電場(chǎng)獲得動(dòng)能，相互發(fā)生碰撞作用，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱。

偶極子轉(zhuǎn)向是指有些電介質(zhì)，分子的正負(fù)電荷重心不重合，分子具有偶極矩，形成極性分子。在外電場(chǎng)作用下，極性分子就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并發(fā)生換向“變極”運(yùn)動(dòng)。分子之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，引起摩擦發(fā)熱，使物料溫度升高，達(dá)到加熱目的。

2、非熱效應(yīng)存在的證明

Olsen早在1865年就發(fā)現(xiàn)，面包上發(fā)育的霉菌孢子，經(jīng)微波照射升溫到65℃，孢子全部殺死。但通常在65℃下加熱2min卻達(dá)不到同樣的效果，為生物效應(yīng)的存在提供了有力論據(jù)。

王盛良等實(shí)驗(yàn)中，月餅經(jīng)微波照射30s，溫度僅升高至54.4℃，達(dá)不到霉菌的熱致死點(diǎn)，但霉菌殺菌率已達(dá)70%左右，說(shuō)明非熱效應(yīng)的存在。

吳暉、高孔榮用微波處理枯草芽孢桿菌懸浮液并與巴氏殺菌對(duì)照，微波法D100=0.65，巴氏殺菌法D100=5.5。在相同菌種、濃度和溫度情況下，D值差異如此大的原因也證明了非熱效應(yīng)的存在。

3、熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的關(guān)系

根據(jù)Frhlich非熱效應(yīng)產(chǎn)生模型，熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)只有在特定的條件下才產(chǎn)生，有證據(jù)表明微波非熱效應(yīng)的產(chǎn)生取決于微波的強(qiáng)度、頻率、波形和處理時(shí)間等。

根據(jù)經(jīng)典理論，在微波能量密度處于非熱效應(yīng)發(fā)生條件時(shí)，非熱效應(yīng)現(xiàn)象強(qiáng)于熱效應(yīng)，此時(shí)可以觀察到非熱效應(yīng);但是當(dāng)熱效應(yīng)突出時(shí)，由于非熱效應(yīng)很弱，往往為熱效應(yīng)所掩蓋。

1、微波殺菌的優(yōu)點(diǎn)

①時(shí)間短且速度快

微波利用其選擇透射作用，使食品內(nèi)外均勻，迅速升溫殺滅細(xì)菌。處理時(shí)間大大縮短。在強(qiáng)功率密度強(qiáng)度下甚至只要幾秒或數(shù)十秒即達(dá)滿意效果。

②低溫殺菌可保證食品質(zhì)量

微波殺菌比常規(guī)熱力殺菌在較低溫度、較短的時(shí)間內(nèi)就能獲得較好的滅蟲(chóng)殺菌效果，而且無(wú)外來(lái)物污染，能夠保留更多的有效成分，保持原有的色、香、味等。

③殺菌徹底

微波的穿透性使表面與內(nèi)部同時(shí)受熱，并且熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)共同作用，殺菌效果好。

④效率高，節(jié)約能源，操控方便

微波可直接使食品內(nèi)部介質(zhì)分子產(chǎn)生熱效應(yīng)，微波能可被屏蔽，而且裝置本身不被加熱，不需傳熱介質(zhì)，因此，能量損失少，效率比其他方法高。

2、微波殺菌的缺點(diǎn)

①加熱的不均勻性

食品物料通常含有多種成分，微波的選擇性加熱會(huì)使食品不同部位的溫度上升產(chǎn)生差異，導(dǎo)致加熱的不均勻性。

②熱能差異

微波加熱時(shí)，其穿透、吸收、反射、折射會(huì)相互影響，會(huì)使被加熱物體的不同部分產(chǎn)生較大的熱能差異。

③棱角效應(yīng)

微波作為電波的一種，其電場(chǎng)也有尖角集中性即棱角效應(yīng)(edge effect，也稱為邊角效應(yīng))，會(huì)使邊角處升溫過(guò)快。微波電場(chǎng)的棱角效應(yīng)也是導(dǎo)致加熱不均的主要原因之一。

Decareau曾于1992年報(bào)道了微波處理下維生素B1、維生素B2和維生素C的變化情況。國(guó)內(nèi)也做了類(lèi)似研究，結(jié)果表明，微波處理雖然會(huì)使這些成分減少，但與傳統(tǒng)的一些加工方法(熱燙、巴氏殺菌等)相比較，營(yíng)養(yǎng)成分仍能有較大的保留。

Yaulauan等人研究了微波對(duì)美拉德反應(yīng)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)處理時(shí)間和溫度可以控制褐變產(chǎn)物等的生成，吳暉發(fā)現(xiàn)，在電解質(zhì)存在的條件下，微波能使食品發(fā)生明顯的褐變。

1、微波殺菌的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)科技工作者從70年代展開(kāi)了對(duì)關(guān)于微波殺菌技術(shù)的理論與實(shí)踐研究。1975年，揚(yáng)州第一食品廠采用微波干燥滅菌法生產(chǎn)乳兒糕，證實(shí)用這種方法生產(chǎn)時(shí)間可縮短至3-5min，而且干燥、滅菌和殺蟲(chóng)同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大的提高。

周永昌等用微波處理板鴨制品，常溫下可以延長(zhǎng)期貨架期至3個(gè)月。吳暉研究了微波處理對(duì)豆腐保鮮期的影響，結(jié)果證明，豆腐經(jīng)微波處理3min，在室溫下可保鮮3天，對(duì)照組只能保鮮0.5天。

王盛良等證明了微波處理對(duì)防止月餅霉變具有良好的效果。劉力等將微波處理應(yīng)用于分割雞肉的保鮮，常溫下可以保持一級(jí)鮮度達(dá)13天。江連州將微波用于豆制品的保鮮都取得了良好的效果。

劉世雄，李卓思，程裕東選用番茄汁作為研究對(duì)象，使用頻率為2450MHz的微波進(jìn)行加熱。研究發(fā)現(xiàn)，熱效應(yīng)為微波致死微生物的主要原因。微波加熱殺菌較傳統(tǒng)巴氏殺菌更好的保持了番茄汁的色澤、營(yíng)養(yǎng)成分等品質(zhì)指標(biāo)。微波加熱后，測(cè)得樣品的番茄紅素含量升高，微波加熱對(duì)含有糖的樣品可能有增色作用。

鮮瑤，李洪軍，賀稚非研究發(fā)現(xiàn)，辣椒醬在960W、85℃條件下處理8、9min后，菌落總數(shù)從(8.0±0.2)×106降低到(1.4±0.2)×103，在30℃條件保藏30天后，無(wú)脹袋、霉變現(xiàn)象，并且對(duì)顏色、總酸、酸價(jià)等因素的影響不顯著，并能較好保留辣椒醬原有風(fēng)味。

趙俊敏研究發(fā)現(xiàn)，微波對(duì)辣椒干、姜片、麻花椒粒、桂皮等幾種香辛料的殺菌處理，能得到較為理想的效果。

武杰，張斌研究了微波殺菌真空包裝對(duì)茶葉蛋的貯藏效果。結(jié)果表明，微波殺菌真空包裝能很好地抑制茶葉蛋中微生物的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)了茶葉蛋的貨架期。

劉鐘棟、陳肇錟研究發(fā)現(xiàn)，微波與紫外線有著較好的協(xié)同殺菌作用，殺菌效果明顯優(yōu)于單獨(dú)微波殺菌或單獨(dú)紫外線殺菌。與單獨(dú)微波殺菌相比，達(dá)到相同效果所需的輻射時(shí)間明顯縮短，所需功率降低。

2、微波殺菌的國(guó)外研究進(jìn)展

對(duì)于微波殺菌技術(shù)的研究，國(guó)外已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史。早在40年代，F(xiàn)leming、Nyrop及Brown等人研究證實(shí)，微波對(duì)微生物具有致死作用。在六七十年代，研究者開(kāi)始考慮將微波應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，相繼以鮮奶、啤酒、餅干、面包、碎牛肉等作為研究對(duì)象，探討微波的殺菌機(jī)理及效果。

80年代，研究者對(duì)微波處理參數(shù)進(jìn)行了較具體的探討。90年代，工藝參數(shù)的優(yōu)化已成為研究的熱門(mén)課題。Paterson等對(duì)微波技術(shù)是否既能殺滅真空包裝牛肉中的微生物，又能保持鮮肉所具有的表觀特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探討。研究發(fā)現(xiàn)，控制終溫50℃可取得令人滿意的效果。

日本清酒中乳酸菌殺滅試驗(yàn)結(jié)果表明，若乳酸菌濃度處于102個(gè)/mL，則經(jīng)15kJ/s功率的微波輻照，溫度達(dá)63℃～65℃，多次加熱、冷卻，微波殺菌時(shí)間約1s或在螺旋波導(dǎo)管內(nèi)殺菌3.6s，能將其中的乳酸菌全部殺死。Sale利用微波對(duì)奶油和橘子汁加熱，在120℃下保持9s后，其樣品經(jīng)9位專家品嘗，結(jié)果分不出處理樣品和原樣的差別。

1、在液體食品中的應(yīng)用

微波殺菌現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于液體食品，如乳制品、果蔬汁飲料、啤酒、調(diào)味品等。液體食品容易發(fā)生霉變和細(xì)菌含量超標(biāo)現(xiàn)象，微波殺菌具有溫度低、速度快的特點(diǎn)，既能殺滅飲料中的各種細(xì)菌，又能防止其貯藏過(guò)程中的霉變。

利用微波對(duì)牛奶進(jìn)行殺菌消毒處理，鮮奶在82℃左右處理數(shù)秒鐘后，雜菌和大腸桿菌可完全達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，并能保持牛奶的營(yíng)養(yǎng)成分和原有風(fēng)味。

用微波對(duì)黃酒、醬油等調(diào)味品進(jìn)行殺菌，不僅殺菌效果好，而且成本低于常規(guī)殺菌方法。有研究者對(duì)啤酒采用中高功率殺菌后，菌落總數(shù)小于14個(gè)/mL，大腸菌群未檢出，符合國(guó)標(biāo)GB4927-85的要求。微波還可以對(duì)高粘度液體食品進(jìn)行殺菌處理。

張仲欣，趙振峰通過(guò)對(duì)牛乳進(jìn)行加熱殺菌，發(fā)現(xiàn)牛乳的微波加熱殺菌比水浴加熱殺菌等殺菌方式對(duì)牛乳造成的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失要小。

2、在果蔬、肉禽等食品中的應(yīng)用

目前像醬菜、紫菜、泡菜、糖水罐頭等許多果蔬制品都有采用微波殺菌的報(bào)道。肉制品的常規(guī)殺菌方法是高溫殺菌，能耗大，對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)成分和感官評(píng)價(jià)影響也較大。國(guó)內(nèi)外已有許多采用微波對(duì)肉禽等食品的殺菌實(shí)例。

余愷，陳文等采用微波殺菌裝置處理糖水荔枝罐頭，研究了不同貯藏條件下荔枝果肉主要品質(zhì)一質(zhì)構(gòu)和顏色的變化情況。結(jié)果表明，應(yīng)用微波隧道式殺菌一無(wú)菌封罐技術(shù)生產(chǎn)糖水荔枝罐頭，與傳統(tǒng)工藝相比，可明顯縮短加熱殺菌的時(shí)間。

芮漢明等以白切雞為研究對(duì)象，研究發(fā)現(xiàn)30℃儲(chǔ)藏60天以上的白切雞聯(lián)合殺菌工藝為：①微波殺菌，微波頻率2450MHz，微波功率670W，微波壓力100kPa(表壓)，微波時(shí)間10min;②100℃沸水殺菌15min。

芮漢明，蔣宇飛研究了整雞軟罐頭在微波殺菌過(guò)程中品質(zhì)的變化。研究結(jié)果表明，能較好的保持雞肉軟罐頭的感官品質(zhì)，又能實(shí)現(xiàn)25℃以下保藏6個(gè)月以上的最佳殺菌工藝為：微波頻率2450MHz，功率670W，微波殺菌時(shí)間10min。

楊家蕾、董全采用質(zhì)地剖面分析法研究了微波殺菌對(duì)重組醬肉質(zhì)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)微波殺菌不會(huì)影響重組醬肉的質(zhì)構(gòu)特性，不會(huì)降低其口感。

荷蘭食品公司將盒裝魚(yú)、肉食品經(jīng)微波72℃～75℃快速均勻殺菌后，產(chǎn)品能夠在0℃～4℃冷藏柜保存180天。國(guó)外還有用微波對(duì)魚(yú)肉、火腿進(jìn)行殺菌處理。

3、在糧油制品中的應(yīng)用

微波有很強(qiáng)的穿透力，因此用微波焙烤蛋糕、面包等食品，可在烘烤的同時(shí)殺死制品內(nèi)部細(xì)菌，防止發(fā)霉，延長(zhǎng)保鮮期。國(guó)內(nèi)早在上世紀(jì)70年代就有用隧道式微波爐生產(chǎn)兒童蛋糕的報(bào)道。瑞典采用2450MHz、80kW微波面包殺菌機(jī)，每小時(shí)加工1993kg面包片，處理后的面包由原來(lái)能保存3～6天延長(zhǎng)到30～60天。

艾爾肯·馬合穆提等以鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉為原料，研究微波對(duì)粉狀食品的殺菌效果。以細(xì)菌總數(shù)為指標(biāo)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)粉微波殺菌工藝及效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，營(yíng)養(yǎng)粉殺菌的最佳工藝參數(shù)為：微波功率425W、殺菌時(shí)間120s、物料覆蓋厚度15mm。

吳振、張珂等研究發(fā)現(xiàn)，使用微波殺菌處理22s，真空包裝南瓜營(yíng)養(yǎng)濕面可以在室溫(25℃)貯藏2-3天和低溫(5℃)貯藏65天，微波殺菌延長(zhǎng)南瓜營(yíng)養(yǎng)濕面保質(zhì)期。

利用微波殺菌可以有效地對(duì)帶餡面條進(jìn)行殺菌處理，尤其是能殺死面條中間肉末餡料中的細(xì)菌，大大延長(zhǎng)保鮮期，國(guó)內(nèi)已有許多地方生產(chǎn)帶餡面條微波殺菌設(shè)備。利用微波可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)方便米飯等食品的微波加熱和消毒殺菌，這也是目前微波殺菌應(yīng)用較多的地方。在原糧處理上，國(guó)內(nèi)曾經(jīng)研制成功連續(xù)式糧食微波干燥機(jī)，采用微波技術(shù)在對(duì)高水分糧食干燥，同時(shí)殺菌殺蟲(chóng)。

雖然目前微波殺菌已經(jīng)在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但還存在以下問(wèn)題：微波的安全性有待進(jìn)一步證實(shí);微波殺菌參數(shù)有待深入研究;微波殺菌的作用機(jī)理也尚未有共同的認(rèn)識(shí)，有待進(jìn)一步研究。擴(kuò)大微波殺菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍等方面的研究。

盡管如此，微波殺菌技術(shù)與傳統(tǒng)食品殺菌方式相比已經(jīng)顯示出了相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著研究的深入，微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用一定會(huì)越來(lái)越廣泛，給食品行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)遇。