微波殺菌是使食品中的微生物，同時受到微波熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)的共同作用，使其體內(nèi)蛋白質(zhì)和生理活動物質(zhì)發(fā)生變異，而導(dǎo)致微生物體生長發(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作用下產(chǎn)生離子極化。離子帶有電荷從電場獲得動能，相互發(fā)生碰撞作用，動能轉(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。在外電場作用下，極性分子就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并發(fā)生換向“變極”運動。分子之間會產(chǎn)生強烈振動，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)。

王盛良等實驗中，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，但霉菌殺菌率已達(dá)70%左右，說明非熱效應(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)生取決于微波的強度、頻率、波形和處理時間等。

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，非熱效應(yīng)現(xiàn)象強于熱效應(yīng)，此時可以觀察到非熱效應(yīng);但是當(dāng)熱效應(yīng)突出時，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

①時間短且速度快

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。處理時間大大縮短。在強功率密度強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、較短的時間內(nèi)就能獲得較好的滅蟲殺菌效果，而且無外來物污染，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

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，其穿透、吸收、反射、折射會相互影響，會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，其電場也有尖角集中性即棱角效應(yīng)(edge effect，也稱為邊角效應(yīng))，會使邊角處升溫過快。微波電場的棱角效應(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。國內(nèi)也做了類似研究，結(jié)果表明，微波處理雖然會使這些成分減少，但與傳統(tǒng)的一些加工方法(熱燙、巴氏殺菌等)相比較，營養(yǎng)成分仍能有較大的保留。

Yaulauan等人研究了微波對美拉德反應(yīng)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過處理時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、微波殺菌的國內(nèi)研究進(jìn)展

國內(nèi)科技工作者從70年代展開了對關(guān)于微波殺菌技術(shù)的理論與實踐研究。1975年，揚州第一食品廠采用微波干燥滅菌法生產(chǎn)乳兒糕，證實用這種方法生產(chǎn)時間可縮短至3-5min，而且干燥、滅菌和殺蟲同時進(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，常溫下可以延長期貨架期至3個月。吳暉研究了微波處理對豆腐保鮮期的影響，結(jié)果證明，豆腐經(jīng)微波處理3min，在室溫下可保鮮3天，對照組只能保鮮0.5天。

王盛良等證明了微波處理對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、營養(yǎng)成分等品質(zhì)指標(biāo)。微波加熱后，測得樣品的番茄紅素含量升高，微波加熱對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，無脹袋、霉變現(xiàn)象，并且對顏色、總酸、酸價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，延長了茶葉蛋的貨架期。

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)于單獨微波殺菌或單獨紫外線殺菌。與單獨微波殺菌相比，達(dá)到相同效果所需的輻射時間明顯縮短，所需功率降低。

2、微波殺菌的國外研究進(jìn)展

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

80年代，研究者對微波處理參數(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課題。Paterson等對微波技術(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)行實驗探討。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結(jié)果表明，若乳酸菌濃度處于102個/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，既能殺滅飲料中的各種細(xì)菌，又能防止其貯藏過程中的霉變。

利用微波對牛奶進(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，并能保持牛奶的營養(yǎng)成分和原有風(fēng)味。

用微波對黃酒、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。有研究者對啤酒采用中高功率殺菌后，菌落總數(shù)小于14個/mL，大腸菌群未檢出，符合國標(biāo)GB4927-85的要求。微波還可以對高粘度液體食品進(jìn)行殺菌處理。

張仲欣，趙振峰通過對牛乳進(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牛乳造成的營養(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道。肉制品的常規(guī)殺菌方法是高溫殺菌，能耗大，對食品的營養(yǎng)成分和感官評價影響也較大。國內(nèi)外已有許多采用微波對肉禽等食品的殺菌實例。

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間。

芮漢明等以白切雞為研究對象，研究發(fā)現(xiàn)30℃儲藏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)，又能實現(xiàn)25℃以下保藏6個月以上的最佳殺菌工藝為：微波頻率2450MHz，功率670W，微波殺菌時間10min。

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

荷蘭食品公司將盒裝魚、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。國外還有用微波對魚肉、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，可在烘烤的同時殺死制品內(nèi)部細(xì)菌，防止發(fā)霉，延長保鮮期。國內(nèi)早在上世紀(jì)70年代就有用隧道式微波爐生產(chǎn)兒童蛋糕的報道。瑞典采用2450MHz、80kW微波面包殺菌機，每小時加工1993kg面包片，處理后的面包由原來能保存3～6天延長到30～60天。

艾爾肯·馬合穆提等以鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)粉為原料，研究微波對粉狀食品的殺菌效果。以細(xì)菌總數(shù)為指標(biāo)，對營養(yǎng)粉微波殺菌工藝及效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，營養(yǎng)粉殺菌的最佳工藝參數(shù)為：微波功率425W、殺菌時間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，微波殺菌延長南瓜營養(yǎng)濕面保質(zhì)期。

利用微波殺菌可以有效地對帶餡面條進(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，大大延長保鮮期，國內(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現(xiàn)對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，國內(nèi)曾經(jīng)研制成功連續(xù)式糧食微波干燥機，采用微波技術(shù)在對高水分糧食干燥，同時殺菌殺蟲。

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，但還存在以下問題：微波的安全性有待進(jìn)一步證實;微波殺菌參數(shù)有待深入研究;微波殺菌的作用機理也尚未有共同的認(rèn)識，有待進(jìn)一步研究。擴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，應(yīng)用也越來越廣泛。隨著研究的深入，微波殺菌技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用一定會越來越廣泛，給食品行業(yè)帶來巨大的發(fā)展機遇。