[科普中国]-微波真空浓缩

微波真空浓缩是一种将微波加热技术与真空浓缩技术结合的新型浓缩技术，兼备微波加热技术的热效率高、热惯性小和绿色环保等优势，和真空蒸发浓缩的成本低，能通过降低温度的方式减少有效物质的热分解，得到高质量产品的优点，在轻工食品及生化制品浓缩技术的发展发面具有较大的发展潜力和使用价值1。

定义微波真空浓缩是一种将微波加热技术与真空浓缩技术结合的新型浓缩技术。真空浓缩是与真空技术结合的蒸发浓缩技术，历来是溶液浓缩的主要技术。微波加热技术因为其同步受热等独特优点，广泛应用在工农业生产、医疗保健、生物环保以及食品制造等方面，尤其在物料的加热、干燥和杀菌处理上显现出其突出的特点1。

原理在传统轻工食品工业生产中，蒸发浓缩技术历来是溶液浓缩的主要技术，该技术已相当完善，在溶液蒸发并较好保持浓缩物初始特性方面已取得较明显的成功。为了更好地保持产品的品质和质量，溶液蒸发过程常与真空技术相结合，通过提高真空度来降低浓缩过程的操作温度，这样可有效地减少产品中各种有效物质的热分解，得到高质量的产品。另外，通过对热能的回收和再利用，还可有效降低运行成本，因而在所有的溶液浓缩技术中，蒸发浓缩是成本最低的。同时，蒸发浓缩技术可以得到高浓度浓缩物，大部分浓缩产品的总固形物含量可达到60%～80%，甚至可以生产总固形物含量高达95%的浓缩产品，在这方面还没有其他浓缩技术能够与蒸发浓缩技术竞争1。

然而，传统的蒸发浓缩技术通常以热水蒸气作为传热介质，由于许多生物活性成分的热敏性，致使该技术的应用受到了一些限制。再者，为了提高传热效率，对蒸发浓缩设备设计时，必须考虑增加传热面积，因而传统蒸发浓缩设备多采用升膜、降膜、刮膜或者板式结构，增加了设备结构的复杂性，也增大了设备的体积。另外，为了提高加热蒸汽的使用效率，往往采用多效浓缩，这样将数倍地增加设备的占地面积，同时也增大了设备的投入和运行维护的费用。同时，在工业生产的实际应用中，为获得热水蒸汽，需要建造锅炉房，而燃烧锅炉需要采用煤等化石燃料，会产生二氧化碳及一些有害气体的排放，因此，必须对这项技术进行有效改良1。

微波加热技术是微波对极性分子产生作用，通过分子间的摩擦产生热量，由电磁能转化为分子内能。与传统加热方式仅仅通过热传递这种间接的能量传递方式不同，微波加热具有以下特点：（1）加热速率快。微波加热能在瞬间渗透到被加热物体中，无需热传导过程，内外同时加热，能在短时间内达到加热效果，比常规加热一般快10 ~ 100倍。（2）均匀加热。微波加热时，物体各部位通常都能均匀渗透电磁波而产生热量，里外同时加热，热均匀性大大改善。此外，微波具有选择加热性，物料中含水量较高的部位更容易吸收微波能，水分蒸发快，加热速率高。因为物料对微波能的吸收具有这种“自我调节”的作用，所以在微波干燥过程中受热更为均匀。（3）节能高效。微波能只对能吸收微波的物体进行加热，加热室内的空气与相应的容器都不会被加热，所以其热效率高。（4）热惯性小，易于控制。微波加热方式在接通电源后几秒钟即可正常运转，调整微波输出功率，物料的加热情况随之改变，热惯性小，特别适宜加热过程中的自动化控制。（5）低温杀菌。由于微波具有非热效应，在较低温度条件下即可杀死细菌，因此，微波加热作为一种能够保持较多营养成分的加热杀菌方法而被广泛利用。（6）绿色环保，安全无害。微波能可由电能直接转化而来，在加热或干燥过程中无废水、废气和废物的产生，绿色环保。此外，微波处理无辐射残留物，设备本身不辐射热量，可避免环境的高温，同时也改善劳动环境，对人体安全无害1。

应用通过对微波真空浓缩橙汁及红糖溶液的研究发现，经过微波真空浓缩处理后，橙汁和红糖溶液的亮度均稍有减弱，红度和黄度也都略有减小，但变化幅度不大，能较好地保持橙汁和红糖溶液的色泽。鲜榨橙汁经过微波真空浓缩处理后，不同营养成分的回收率存在着差异。蛋白质、氨基酸以及还原糖的相对含量最高，达到90%左右，总糖次之，维生素C的相对含量较小，只有约60%。各种营养成分的相对含量与物质的热稳定性有关。而经过微波真空浓缩处理后，红糖溶液中总糖和还原糖的相对含量均超过80%1。

利用微波真空浓缩菠萝汁的研究中发现，其蒸发速率是旋转真空浓缩的2.01倍，而旋转真空浓缩的能耗是微波真空浓缩的5.32倍，另外，微波真空浓缩得到的菠萝浓缩液的色泽也比旋转真空浓缩得到的更好2。

在浓缩木瓜蛋白酶的研究中发现，利用微波真空浓缩技术，并调节木瓜蛋白酶溶液的pH值在6.5 ~ 7.5之间，加入EDTA二钠盐作为保护剂，使木瓜蛋白酶溶液中含EDTA二钠盐的浓度为1 ~ 20 mmol/L，抽真空维持浓缩腔体内的真空度高于85 kPa，再将木瓜蛋白酶液抽入腔体，启动搅拌电机，使用1 ~ 4 kw的微波加热，能够得到酶活回收率为95%的木瓜蛋白酶浓缩液3。

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 重庆师范大学