[科普中国]-微波加热

微波加热（Microwave heating）就是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程。

微波具有波长短（1m~1mm）频率高（300MHZ~300GHZ）、量子特性等明显特征。微波技术广泛应用于雷达、导航、多路通讯、遥感及电视等方面。20世纪60年代开始，人们逐渐将微波加热技术应用于纸类、木材、树脂挤出等物理加工过程。近年，微波钼工业的生产过程中导入微波加热技术，不仅可有效提高反应转化率、选择性，而且体现出节能环保等诸多优点，其作为实现绿色工艺的手段之一而到人们的广泛重视。

原理微波是一种能量（而不是热量）形式，但在介质中可以转化为热量。材料对微波的反应可以分为四种情况：（1）穿透微波；（2）反射微波；（3）吸收微波；（4）部分吸收微波。

一般在能加工领域中，所处理的材料大多是介质材料，而介质材料通常都不同程度地吸收微波能，介质材料与微波电磁场相互耦合，会形成各种功率耗散从而达到能量转化的目的。能量转化的方式有许多种，如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等，其中离子传导及偶极子转动是微波加热的主要原理。微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式而完全区别于其他常规加热方式。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料热量，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热，微波加热技术与传统加热方式不同，它是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的。从理论分析，物质在微波场中所产生的热量大小与物质种类及其介电特性有很大关系，即微波对物质具有选择性加热的特性。1

特性众所周知，微波炉里面不可放金属材料，原因是微波照射到金属表面会全部反射，亦即对金属不起作用，这和光波很相似，光射到镜面也全部被反射。但微波若作用于非金属的介电体，由介电体特性所决定微波将被吸收、渗透，产生高频电场和磁场。

微波加热的特性主要体现为：

1、介电体发热效应。介电体中的正离子和附近的负电子是成对存在的，这些电子紧密的结合，相互不起作用，介质的整体对外界来说电场强度为零。如果给介电体加上很强电场，则正负电子对立即会重新排列。如果电场是交变的且为高频的，则分子间的电子对频繁的转动会振动将会因摩擦而产生热量。

2、微波的渗透深度。微波进入介电体中由于介电体损耗吸收了微波能量，微波强度将逐渐减弱。微波能量将按一定的规律衰减。

3、微波加热方式的选择。微波的吸收和加热均与损耗系数有关。若把损耗系数大的食品和损耗系数小的食品混在一起加热，其加热效果如何是一个值得注意的问题。

一般来讲损耗系数小的物质（如玻璃、塑料、陶瓷等）来做加热容器，在其加入食品，这样，微波只能使食品加热，而容器不会发热。这就是我们所日常生活中所知道的，微波炉可用陶瓷、玻璃、塑料等装食物进行加热。对于潮湿的物料进行加热时，含水分多的部分将被快速加热干燥，因它的损耗系数大，后再对其他部分逐步加热。这样可使干燥速度加快。

特点采用微波加热具有加热速度快、热量损失小、操作方便等特点，既可以缩短工艺时间、提高生产率、降低成本，又可以提高产品质量。与传统加热方式相比，微波加热有以下特点：

加热均匀、速度快一般的加热方法凭借加热周围的环境，以热量的辐射或通过热空气对流的方式使物体的表面先得到加热，然后通过热传导传导物体的内部。这种方法效率低，加热时间长。

微波加热的最大特点是，微波是在被加热物内部产生的，热源来自物体内部，加热均匀，不会造成“外焦里不熟”的夹生现象，有利于提高产品质量，同时由于“里外同时加热”大大缩短了加热时间，加热效率高，有利于提高产品产量。微波加热的惯性很小，可以实现温度升降的快速控制，有利于连续生产地额自动控制。

选择性加热微波加热所产生的热量和被加热物的损耗有着密切关系。各种介质的介电常数在0.0001到0.5的范围内，所以各种物体吸收微波的能力有很大的差异。一般说介电常数大的介质很容易用微波加热，介电常数太小的介质就很难用微波加热。这就是微波对物体具有选择性加热的特点。

控制及时、反应灵敏常规的加热方法，如蒸汽加热、电热、红外加热等，要达到一定的温度，需要一定的时间，在发生故障或停止加热时，温度的下降又要较长时间。而微波加热可在几秒的时间内迅速地将微波功率调到所需的数值，加热到适当的温度，便于自动化和连续化生产。

强场高温介质中单位体积内吸收的微波功率正比于电场强度的平方，这样就可以在很高的场强

下使加工物件在极短的时间内上升到需要的加工温度。强场高温还能在产品的质量不受影响下，产生杀菌作用。2

微波加热穿透能力强远红外加热的频率比微波加热的频率更高，照理加热效率要更好，但其实不然，这里面还存在一个穿透能力的概念。远红外加热虽有许多优点，应用也比较广泛，但从对物体的穿透能力看，远红外就远不如微波。什么叫穿透能力呢？穿透能力就是电磁波穿透到介质内部的本领，电磁波从表面进入介质并在其内部传播时，由于能量不断被吸收并能转化为热能，它所

携带热量就随着深入介质表面的距离以指数形式衰减。电磁波的穿透深度和波长是同一数量级，除了较大的物体外，一般可以做到表里一起加热。而远红外加热的波长很长，加热时穿透能力差，在远红外线照射下，只有物体一薄层发热，而热量要到内部主要靠传导，这样不仅加热时间长，而且容易造成加热不均匀。根据对比，微波加热的穿透能力比远红外加热强的多。

清洁卫生、无污染一般工业加热设备比较大，占地多，周围环境温度也比较高，操作工人劳动条件差，强度大。而微波加热占地面积小，避免了环境高温，工人的劳动条件得到了大大的改善。

应用

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食品微波烹调（1）微波炉烹调食品

（2）微波炉方便食品

（3）微波炉食品的容器

食品微波干燥微波真空干燥机

（1）优点

厂房利用率高。生产能力是传统干燥器的 3-4 倍。

· · 干燥速度快，时间短。

· · 产品质量好

· · 卫生条件好

· · 节能。采用微波干燥可节能 20%-25% 。

（2）缺点

· 投资大、耗电量大3

食品微波解冻（1）优点

· 时间短

· 占地面积小

· 失水率较低

· 表面不易氧化

· 不易变色

· 消耗清洁水量少

（2）应用

肉及其制品、水产品、水果和其制品，家用微波炉用于冷冻食品的解冻极为方便和快捷。

食品微波杀菌和保鲜（1）机理

a、热效应：微波作用于食品，食品表里同时吸收微波能，温度升高。使微生物细菌蛋白质结构发生变化，从而失去生物活性。使菌体死亡或受到严重干扰而无法繁殖。

b、非热效应：使微生物在其生命化学过程中所产生的大量电子、离子和其它带电粒子的生物性排列组合状态和运动规律发生改变。另外，微波还可以导致细胞 DNA 和 RNA 分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合，诱发基因突变，从而中断细胞的正常繁殖能力。

（2）应用

a、比常规灭菌方法更多保留活性物质，非常适宜应用于人参、香菇、花粉、天麻以及其它中药、中成药的干燥和灭菌。

b、对液体物质进行消毒，如微波牛奶消毒器，不仅菌落数指标达到要求，而且提高奶的稳定性。

c、产品的灭酶保鲜，可克服烫煮方法大量水溶性营养成分的流失。如茶叶制造过程中的杀青。

食品微波焙烤与烘烤（1）优点

· 其产品营养价值较传统方法焙烤的高

· 因其是内外同时加热，时间可以减少至几分钟

· 物料内部水分迅速汽化并向外迁移，形成无数条微小孔道，使产品结构蓬松

· 设备占地面积小

（2）缺点

由于焙烤时其表面温度太低，不足以产生足够的美拉德反应。4

微波膨化（1）原理

利用微波的内部加热特性，使得物料的内部迅速受热升温产生大量的蒸汽，内部大量蒸汽往外冲出，形成无数的微小孔道，使物料组织膨胀、疏松。

（2）优点

与油炸干燥式的膨化相比，不破坏物料的原有的成分，有容易变质及低热量。

注意事项几乎每个人家里都有微波炉，因为用它加热食物很方便。但有些食物不适合使用微波加热，像是水煮蛋、母乳、绿叶蔬菜和加工肉类，因为它们有可能因为微波加热而产生毒素，导致某些健康疾病，影响你的生命。

鸡蛋，不论是不是带壳，微波水煮蛋会积聚大量的水气。导致微波炉像高压锅一样，鸡蛋会爆炸。需要注意的是就算是剥掉外壳的鸡蛋也不能放入微波炉，因为还有一层蛋黄膜。

鸡肉：通过微波炉加热鸡肉会有较大问题，因为微波炉不能均匀加热，所以部分区域会先被加热。鸡肉的蛋白质密度也比其他红肉高，所以在再次加热时，若蛋白质分解不一致，会引起肠胃不适。所以，为确保加热均匀，应经常翻转鸡肉。

像火腿肠、鳕鱼子等一部分使用外壳或者膜来进行包装的食材，最好不要直接放入微波炉中加热。因为在食物加热的过程中会产生蒸汽，而包装好的食材蒸汽无处可散，非常容易导致膜及食物破裂，甚至可能导致容器的破裂。这类型的食物在使用微波炉加热的过程中，应当注意去掉外壳，或是在膜上割一刀或戳几个洞，以便让蒸汽散发出去，避开危险。

不论你多想要将剩下的绿叶蔬菜当剩饭，你都不应该微波它们。因为高浓缩的硝酸盐会再加热后转变成毒素，变成致癌性的亚硝胺。

很多朋友为了节省麻烦，平时总是喜欢将用塑料袋或者纸袋包装的食物直接放进微波炉加热，而且时间还很长。其实这样很不安全，先不说食品是否安全，塑料在高温下容易分解出有害气体，甚至点燃导致烧毁微波炉。

新鲜芦笋富含包括维生素C在内的多种抗氧化营养素。挪威《斯堪的纳维亚农业学报》刊登一项新研究发现，微波炉加热会导致芦笋中维生素流失。因为维生素C和B族维生素属于水溶性维生素，稳定性更差，遇水、遇热、遇光容易遭到破坏。

为了避免在加热过程中释放出对人体有害的物质，请尽量不要将一次性餐盒放入微波炉加热。唯有聚丙烯（PP）比较耐热，可以耐受 200 ℃ 左右的高温，因此可用微波加热，反复加热也不会有什么大问题。其余的餐盒耐热性就差太多了，最好不要直接加热。

禁忌1、忌再冷冻经微波炉解冻过的肉类：因为肉类在微波炉中解冻后，实际上已将外面一层低温加热了，在此温度下细菌是可以繁殖的，虽再冷冻可使其繁殖停止，却不能将活菌杀死。已用微波炉解冻的肉类，如果再放入冰箱冷冻，必须加热至全熟。

2、忌油炸食品：因高温油会发生飞溅导致火灾。如万一不慎引起炉内起火时，切忌开门，而应先关闭电源，待火熄灭后再开门降温。

3、忌超时加热：食品放入微波炉解冻或加热，若忘记取出，如果时间超过2小时，则应丢掉不要，以免引起食物中毒。

4、忌用普通塑料容器：使用专门的微波炉器皿盛装食物放入微波炉中加热，一是热的食物会使塑料容器变形，二是普通塑料会放出有毒物质，污染食物，危害人体健康。

5、忌用金属器皿：因为放入炉内的铁、铝、不锈钢、搪瓷等器皿，微波炉在加热时会与之产生电火花并反射微波，既损伤炉体又加热不熟食物。

6、忌使用封闭容器：加热液体时应使用广口容器，因为在封闭容器内食物加热产生的热量不容易散发，使容器内压力过高，易引起爆破事故。即使在煎煮带壳食物时，也要事先用针或筷子将壳刺破，以免加热后引起爆裂、飞溅弄脏炉壁，或者溅出伤人。

7、忌将微炉置于卧室：同时应注意不要用物品覆盖微波炉上的散热窗栅。

8、忌长时间在微波炉前工作：开启微炉后，人应远离微波炉或人距离微波炉至少在1米之外。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学