食品电学性质 食品的电物理加工得到重视，主要有以下几方面原因:

Presentation on theme: "食品电学性质 食品的电物理加工得到重视，主要有以下几方面原因:"— Presentation transcript:

1 食品电学性质 食品的电物理加工得到重视，主要有以下几方面原因:
(1)食品加工中对食物资源充分利用的要求越来越高，同时也要求减少加工中营养损失和生物活性物质活性的降低。而传统的加工方法要达到以上要求，十分困难。要达到这一目的，只有发现全新的加工原理和开发新的技术。电物理加工方法正是在这种形势下出现的一种最有前途的加工新技术。 (2)构成食品的分子或粒子，大都具有某种荷电的性质。因此，使用电场或电磁场有可能对构成食品的最小单位进行最富效果的加工处理。 (3)属于生鲜食品的水果、蔬菜、种子等在贮藏流通中，电磁场对其生理活动进行有效的控制往往是保鲜的主要手段。这种生理作用己经被证实具有巨大潜力。 (4)由于化石燃料能源的不可再生性，从长远观点看，电力将越来越在食品工业的能耗中占有更大的比例。加之电能有方便、卫生、易控制等特点，所以在加热、杀菌、干燥等耗能较高领域，食品的电物理加工将逐步取代利用其他能源的技术。 (5)电物理特性的检测，对食品加工自动化、品质控制精确化提供了重要手段。

2 食品的电特性 表8-1给出了有关食品的电物理量。就电特性而言，导体和绝缘体是其两种极限情况，其分别相当于电阻和电容器。电阻通常被认为是消耗能量变成热能的元件，电容器则是贮存能量变成电能的元件。

3 电特性在食品加工中的应用 电特性在食品加工中的应用主要有两方面:一是通过对食品电特性的把握来更好地对食品的成分、组织、状态等品质进行分析和监控。二是在食品加工中最有效的利用其电磁物理性质。具体分为:利用电磁波的加工、利用静电场的加工和利用电阻抗的加工等。

4 食品电学性质 食品基本电物性及其测定 食品加工中电物性的应用原理和方法 食品电物性基础 食品电物性测定 电场中食品的电物性 静电场处理
电渗透脱水 通电加热 微波加热 远红外加热

5 食品电物性基础 电介质的极化 极化的微观机制 介电损耗 松弛时间 食品物质的介电特性 介电常数 电导率

6 电介质的极化 如果将电介质置于外加电场中，则电介质将被极化。这时有极分子由杂乱的排列变为定向排列，形成定向极化，产生了束缚电荷;无极分子由于原子核偏离而极化，在电介质表面上出现正、负电荷。电介质的极化会产生相反电场，因而使电场中两电荷问的作用力减小。并使充满电介质的电容器极板问的电位差减小，电容量增大。 电子位移极化 原子极化 取向极化

7 介电损耗 将平板电容器两极板间充以电介质，在高频电场作用下电介质将被极化。有极分子在电场中不断地作取向运动，分子问发生碰撞和摩擦将消耗电能并转为热能，随交变频率的提高及电场强度的增强而增多。此外，介质损耗还和介质的介电特性有关。 食品物质在电磁场中，由于电阻、电容和电感的作用，会产生能量损失。能量损失由两部分组成，第一部分来自电导引起的电导损失，产生热量;第二部分来自极化运动产生的热损耗，称为介电损耗。介电损耗用电介质在电场中吸收的能量表示。由下式可知，在场强不变的情况下，吸收能量是和频率成正比的。因此质加热应用中一般都是在高频下进行的。 式中，E—吸收能量(W)；U—有效电压(V)；f—电场频率(Hz)；εr ‘’—介电损耗。

8 松弛时间 食品在电场中的另一个特征现象就是介电松弛。引起松弛现象的因素很多，例如;结构不均匀性，粒子和物质的移动状况和频率的变化等。电场中电介质的极化的几种情况，无论哪种极化方式，在电场中介质的极化都伴随着内部电子、原子或分子跟随电场方向的移动或转动。极化时，由非极化状态到极化状态总需要一定的时间，把这个时间称为松弛时间(relaxationtime)。

9 食品物质的介电特性 食品的组织、成分、结构、状态等和食品的电特性都有着密切的关系。这些电特性主要表现在它的电流密度J(A/m2)、磁导率μ(H/m),绝对介电常数〔电容率)εa(F/m),电导率σ(S/m)等电场下的电物理特性。 通常所指的介电特性主要有三项，即相对介电常数、相对介质损耗因数和介质损耗角正切。它们之间关系可用下式表示

10 介电常数 式中，εr0——复数相对介电常数； εr’——相对介电常数； εr’’——相对介质损耗因数； tanδ——介质损耗角正切；
式中，C——以某种材料为介质时的电容器的电容；           C0——以真空为介质时的电容。 相对介电常数是物料实际介电常数ε和真空介电常数ε0的比值，是一个无量纲的量可写成

11 电导特性 在许多场合下，电导特性对介电性质的影响大于极化松弛现象的影响。电导特性主要由电阻率和电导率两个参数表示。
生物物料的电阻率不仅与物料性质有关，而且还与含水率和温度有关。温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时间缩短，从而使电阻率增大。 电阻率与物料本身的自由电子数成反比。由于金属材料的单位电子数远比非金属材料多，因此金属电阻率比非金属材料低得多。真空是一个极端情况，由于真空中不存在自由电子，其电阻率为无限大。具有低电阻率的金属材料，在温度一定时电阻率不变，而气体、非金属材料和半导体则不是这样。

12 电导和电导率 电导是描述物体传导电流性能的物理量。物体的电导为通过该物体电流与该物体所加电压的比值。对于直流电路而言，这个数值就是电阻的倒数，其单位为S。电导率是电阻率的倒数，电导率的单位为S/m。 电导率在确定农业物料及食品的含水率和其他物理化学特性方而有着广泛的应用。对于某些低电导率的物料，由于是良好的电介质，它们在加热、干燥、水分测定和质量检测与控制方而获得了广泛应用。

13 电导率 电导和电导率的差别在于前者是对具体物体而言，因此它除了与物质性能有关外，还与该物体的大小、形状与导电时的端点位置有关;而电导率则仅与物质的性质有关。在交流电场中它们与电导率有如下关系: 式中，σ——电导率(S/m)； f——频率(Hz)； εr‘’——介质损耗因数； ε0——真空介电常数，其值为8.854×10-12 F/m。

14 食品电物性测定 直流条件下介电常数的测定 交流条件下介电常数的测定 电导率的测定

15 直流条件介电常数的测定 直流条件介电常数由冲击电流计法测定。它的原理是:使被测容器带上静电荷，并精确的达到一定静电压，然后用冲击电流计进行放电测定，记录电流计的摆动。根据仪器的参数值，确定电容容量。如果电荷、电压及容量己知，就可以计算出静介电常数。这种方法最适于导电率不大的材料。

16 交流条件介电常数的测定 电桥电路法:电桥法是在低频下测量物料介电系数和介质损耗正切的主要方法。这种测定的原理主要是利用各种形式的惠斯顿电桥电路来测定的。测定时通常在1一10MHz的电磁波频率下进行。 谐振法:谐振法可用Q表来测定。Q表是一个由可调频率的振荡器檄励一个RLC电路，如图8一10所示。电容C两端的电压V为

17 交流条件介电常数的测定 如果输入电压U不变，则电容器两端的电压V与Q成正比。因此，在一定输入电压下，E值即可代表Q值。利用Q表可测定物料的电导率σ、损耗角正切tanδ和相对介电常数。测定时调整可变电容C使电压表读数达最大，将Q值记作Q1和C1。然后将介质试样放于平板电容器间，重新调节可变电容器使回路达到谐振，记下Q2和C2值。利用所测数据，根据平板电容器各量的基本关系即可求出各参数。介电常数εr‘为： 损耗角正切tanδ为： 式中，Cd——电容器电容， Cd＝C1－C2； A——电容器平板面积； d——平板问距离。

18 电导率的测定 大多数食品都属于非均质分散系，由电解质溶液和电介质成分组成。这就会出现电场下的离子传导。离子的导电性对介电损耗的影响可用公式表示为: 从本质上讲，电解质的电导率是由测定容器的固有形状系数与测定容器(装试样的容器)电阻倒数之比决定的。容器的常数可通过已知电导率溶液的测定求出。测定时采用交流电桥电路。供给电桥的交流振荡电源频率为 kHz，要求提供精确的正弦波电压。在此情况下电导率可保证测定精度为0.01%。 式中，εL‘’——偶极矩极化产生的介电损耗； εC‘’——介电常数的实测值； σ——电导率； f——测定电导率时所使用的电场频率。

19 电场中食品的电物性 食品物质的介电特性 电导特性的应用

20 食品物质的介电特性 试验表明，食品或食品原料的介电特性是受电场频率、物料含水率、温度及密度的影响。图8一4和图8一5给出了在一定温度及不同含水率条件下，频率对小麦介电特性的影响。由图可见，小麦在任何频率下介电常数随含水量的增加而增大，这是由于水的介电常数相当大的原因。损耗角正切则随含水率增加而增加或减小。这与物料品种和频率的大小有关。通常介电特性是随着含水率的变化而变化，在低频下要比高频下明显。图8一6为各种谷物的介电常数和介质损耗因数与频率的关系。由图可见，介电常数随频率增加而减小，损耗角正切则随频率增加而可能增加或减小，这要根据不同作物或含水率而定。损耗因数是损耗角正切和介电常数的乘积，随频率作相应的变化。而电导率是频率和损耗因数乘积，一般是随频率增加而增加。

21 食品物质的介电特性

22 食品物质的介电特性

23 食品物质的介电特性

24 食品物质的介电特性 研究表明，小麦的介电常数和损耗因数与温度呈线性关系。图8一7表示在给定含水率时，介电常数随温度升高而增大。试验研究还表明，介电常数和介质损耗因数还随物料容积密度而变化。

25 电导特性的应用 利用电特性测定农业物料含水率是基于水的介电常数高达80，而农业物料其他成分的介电常数则低得多。例如，碳水化合物的介电常数为3-5，蛋白质为4-6，脂肪为2-5。通过实验研究已找出一些物料的含水率和介电常数的关系。例如，在肉类食品的加工中，通常畜类血液在0-80℃范围内，电导率的值非常相近。动物血液的电导率与其中干物质含量有关，并且随温度t〔℃)的上升而上升〔图8一17)。畜血及各种成分的电导率和温度的关系可描述为 式中，A、B、C一一系数值，如表8一5所示。

26 电导特性的应用

27 电导特性的应用

28 电导特性的应用

29 电物性的应用-静电场处理 静电场处理的原理 静电分离装置 静电熏制的原理和装置 静电成形及撒粉装置

30 静电场分离的原理 由于散粒体(包括尘埃)各自成分、几何形状不同，因此在一定场合下，荷电性质不同。通过电晕放电可使离子吸附到粒子表面，使粒子带电。另外，与电极接触或摩擦也可以使粒子带电。使荷电粒子在电场中移动时，由于各自电荷的不同，受电场作用，运动的轨迹也不同。据此，就可以将各种成分分离。

31 静电场分离的原理 对各种肉、骨粉料的计算轨迹和实际测定轨迹，如图8一21(a)所示。肉骨粉材料是平均粒径为〔1600士1000)μm的畜肉结缔组织、脂肪组织、肌肉组织、软骨组织、骨组织和海绵状组织。电场强度E=1.8×105V/m。从图可以看出，各种肉骨成分的实际运动轨迹是计算轨迹线周围的较宽分布域。这说明这些粒子的实际大小呈一定粒度分布。另外，在移动过程中相互粘附，以及粒子的形状也对轨迹分布有一定影响。由于实际轨迹分布的影响，荷电性质差异大的粒子可以很好地分离，而荷电性质差异不大的粒子分离效果差一些。

32 静电场分离的原理

33 静电场分离装置 静电分离装置有多种形式，按结构划分，分为室型、转鼓型、传送带型和锥桶型。图28一22为室型静电分离装置原理图。如图所示，长方形室内有两列电极。负极1由电晕电极组和静电电极组成。食品混合物从料口2进入电极空间，电晕放电使物料粒子荷电，然后在重力、静电电极即沉淀极3形成的电场中下降。各种不同成分粒子便因轨迹不同而落入下部不同的料斗4中，达到分离的目的。室型分离装置的电离放电方式除电晕方式外，还有摩擦生电方式。

34 静电场分离装置 转鼓式静电分离装置的类型和原理如图8一23所示，其基本原理相同，只是分离能力有所差别。静电分离靠转鼓上的沉淀极—正极和静电〔电晕)极—负极形成的静电场，使从料斗落下的食品粒子带电。由于各种粒子导电性质不同，带电粒子与转鼓的依附力也不同，于是落下的位置产生差异而分离。传送带式静电分离装置原理如图8一24所示，其基本原理与前述的转鼓式静电分离装置相同。

35 静电场分离装置

36 静电场分离装置

37 静电熏制 在中等烟密度条件下，熏制速度非常迅速(2-5min）。但有一个缺点是不能起到通常烟熏那样的干燥效果，所以电熏后还要配以微波或远红外处理。电熏制有几种方式，其原理也非常简单。如图8一25(a)所示，为了使自持离子化稳定，这里利用了导线电极和平板电极所产生的非匀强电场。在电晕电极〔能动极)与正的极板之间存在一个与制品大小无关的非匀强电场。在能动极附近，由于电场强度最大，产生电晕放电，于是从下方送来的熏烟成分在这里发生离子化。负离子的浓度较正离子的浓度大，所以电晕极采用负极。在电晕域内形成的离子被烟粒子吸附，并使烟粒子荷电。荷电的烟粒子在电场中定向运动，与肉制品碰撞沉积于它的表面。图8一25(b)的电熏烟方式，由于制品本身成了受动电极，电晕极放在两侧，这样很难保证稳定的非匀强电场。因此，制品上锐角突出部分就可能沉积过量的烟物质，而形成黑白壳并引起反电晕发生。图8一25(c)是先将烟在离子化网格内离子化，然后漂向制品沉积。此法的缺点是在距离子化网格较近的地方，制品容易烟熏过度。

38 静电熏制

39 静电成型及撒粉装置 静电场处理在加工中的应用除分离、熏烟外，还有成型和撒粉操作。静电成型装置如图8一26所示，装置由一组料斗、供料器、原料计量器〔配量盐、砂搪、发酵粉、酵母液等)和静电喷撒器、植物油的计量及电喷撒器组成。所有的电喷撒器都与高压电源的负极连接。首先植物油滴成为荷电粒子，在电场中飞向加热转筒表面，形成油层。然后，面粉和其他原料液滴形成的荷电粒子，在电极之间的空间内交叉混合，喷向转筒表面，形成一定厚度的带状料坯。转筒不仅作为电场的正极，而且还是用电热丝加热的加热体。转简在转动过程中使喷撒在其上的原料成型、加热、胀发、干燥，最后被切断成为成品。 类似的装置也被用来完成在鱼、肉和其他制品表面撒粉〔面包屑)的加工操作。各类静电加工装置所用电源功率一般为0.4--5kW。

40 静电成型及撒粉装置

41 电渗透原理 以蛋白质水溶液为例，由于存在ξ电位和周围的离子气氛，在外电场作用下，带电荷的液体作定向移动，如图8一27所示。水在蛋白质颗粒间的流动相当于毛细管流动。由于毛细管壁固体的右电位的作用，液体带有与毛细管壁等量而符号相反的过剩电荷。当沿毛细管方向有静电场存在时，毛细管内的液体受自身所带电荷影响，将对于管壁产生相对运动。

42 电渗透原理

43 电渗透的应用 电渗透在食品脱水或固液分离方面有很好应用前景。例如铃木等在单螺杆挤压机上使用电渗透处理的方法进行鱼肉的脱水，脱水后鱼的含水率由75%降至38%。经过对大豆蛋白、玉米蛋白在静电场下进行脱水试验，试验结果表明:同样条件下，只压榨不加电压时，滤饼的最终水分为60%左右，且滤饼水分上下基本一致;然而加电压后，电渗透不仅使脱水过程加快，而且随电压的加大，最终滤饼水分减少。电渗电压为80V时，滤饼终水分可达30%以下。可以看出滤饼下部的水分大于上部水分。

44 电物性的应用-通电加热的原理 通电加热亦称“欧姆加热”(ohmic heating)或电抗加热(resistance heating)。当电流通过物体时，由于阻抗损失、介电损耗等存在，最终使电能转化为热能。通电加热便是利用这种方法使食品加热的，如图8一29所示。

45 通电加热的原理 通电加热与一般电阻发热有所不同。电阻发热，利用直流电也可发热，但对于食品加工，利用直流电不仅会引起食品成分的电解变质，还会使电极很快发生电解腐蚀，造成食品被金属离子的污染。所以通电加热在食品加工中一般采用交流电，其发热量为: 食品各部分的加热速度为 式中，ρ——密度；           cp——各部分物料比热容；           R——电阻。

46 通电加热的原理 从以上公式知，当通电时发热效率比较大。在电导率低的介质中，有些食品在通电加热时，温度上升比介质液体还要快。图8一30表示对泡在食盐水中的茄子片〔直径6cm,厚lcm)通电加热时，茄子片中心和盐水温度的上升情况。对于电导率大的食品无论是用商用电流频率(50、60Hz)或直流，都可达到上述加热目的。然而对有细胞结构的食品材料，它们的导电性较差，应用低频电流就比较困难。

47 通电加热的原理 对于细胞组织的材料，其通电时阻抗与频率的关系如图8一31所示。虽然一般可以选择使阻抗最小的交流频率加热处理，但还应考虑其他因素。一个RC电路分析。如前文所述该电路的复介电常数为＝＋，其中的介质损耗因数与材料的发热量有直接关系。它与单位时间发热量Q有如下关系 式中， ω——电流频率；            S——电极面积；            d——电极间距离；            U0——交流等效电压。

48 通电加热的应用 图8一32(a)所示装置，主要用来对流态食品进行加工。在欧美配合非绝缘包装材料，该技术已在生产中应用。图8一32(b)所示装置主要适用于粘弹性体食品材料，如鱼糕、鱼丸、肉丸、汉堡包等食品的通电加工，在日本也进入实用化生产阶段。值得注意的是，鱼糕和肉糜制品经通电加热处理，制品的粘弹性和口感比一般的烘烤加热处理有明显提高。实用中电流频率多选用8－15kHz。

49 通电加热的应用

50 通电加热的优缺点 从目前使用情况看，通电加热主要在以下几个方面表现了很大的优点:①加热均匀，克服了其他加热方式的外表升温快、内部慢的缺点;②加热过程中不需要搅拌或混合;③由于加热能量只在被加热物料处发热，因此，热损失少，节约能源;④较大形状的物料可实现快速、均匀加热;⑤设备体积小、无污染;⑥通电加热还有特殊的杀菌效果。

51 通电加热需要解决的主要问题 目前需要解决的主要问题有:①加热速度的控制问题。在加热过程中，由于食品物料的电阻会发生变化，这时如何按物料的阻抗调节通电条件，控制加热速度，成为目前该技术实用化的关键之一;②对于非均质的复杂食品物质，各部分电阻都会不同，在通电时内部电流能否均匀地分布，成为影响加工品质的关键。尤其是含有细胞结构的食品材料，由于细胞壁和细胞质导电率不同，加热将出现复杂情况。目前对解决这一问题，主要通过改变电流的交变频率，使物料的阻抗发生变化，达到均匀快速加热的目的。

52 微波加热的原理 微波加热原理是利用水分子在微波场中的快速旋转而产生的摩擦热，如图8一33所示。对于家用微波炉，在频率2450MHz下，水分子在1s内将发生24.5亿次的转动，从而产生足够的热量。高频波加热原理与微波相同，因此，这两种加热也称为介电感应加热。

53 微波加热特点 微波吸收的特点和加热的选择性：如前所述，介质损耗因数与电场频率有关，当电磁波的频率超过偶极子的特征频率〔或称固有频率)时，偶极子运动的频率可能会减慢，也就是说对微波的吸收效率降低。水或其他食品物质在微波域的介电损耗介质损耗因数最大，也就是说对微波能的吸收最大。每一种极性分子，都具有一定的吸收微波最大特征频率。即在同样频率的微波照射下，不同分子的吸收能力不同，这就使得微波加热具有选择性 。

54 微波加热特点 表8一8是几种物质的介质损耗因数，由表中可以看出，水或含水食品的介质损耗因数，比塑料、玻璃等容器要大数百倍甚至数万倍。水的介质损耗因数比蛋白质、淀粉等食品材料也要大10倍到数十倍。微波加热的选择性对食品加热带来很多有利因素，在加热包装食品时，绝大部分能量被食品吸收，只有少部分被容器或包装材料吸收。

55 微波加热特点 加热选择性还为微波带来另一个用途就是微波杀虫。由于干燥食品〔面粉等粮食)中的害虫含水较多，所以在微波场中会吸收大量的能量而被加热致死。 加热选择性也对微波的利用带来一些不利因素。例如，食品解冻时，由于微波对冰和水的吸收性质截然不同，当一部分冰变为水后，就会大量吸收微波，造成解冻不匀。

56 微波加热特点 微波的反射和穿透特性：由于微波的反射特性，用微波加热食品时就不需要电极，只要像反光镜那样把微波射向食品就可进行加热。然而，对吸收微波的食品，除部分反射外，微波则会穿透食品表面，把能量直接传到食品内部。微波的穿透深度D(m)可用下式表示: 不过工业上常用半衰深度Dh(m)表示微波的穿透能力。Dh即入射电场强度衰减至一半时的深度。半衰深度为穿透深度的0.35倍，可用下式算出: 可见半衰深度也是ε‘tanδ的函数，与微波频率有关。 式中，λ——波长。 式中，Dh——半衰深度；           f——微波频率。

57 微波加热特点

58 微波加热特点 微波的穿透性给微波加热也带来许多优点:①由于它对不吸收微波的玻璃、塑料等电介质穿透性极好，可使能量直接到达食品内部一定深度。所以只要选择适当的频率、电压，就可以实现对容器内食品的迅速加热或大块食品的内外均匀加热;②微波可把能量直接传给食品内部，尤其是食品内部的水。这就可使食品内的水分在极短时间内升温甚至汽化，大大加快干燥速度或使食品膨化。

59 微波加热的问题 微波加热的最大问题就是加热不均匀。其原因主要有以下几点;①微波加热的选择性。在微波场中不同的食品材料，以及它们的温度、状态不同，都会引起各部分对微波能吸收的差异;②微波虽有好的穿透性，但在实际加热中受反射、穿透、折射吸收等影响，使各部产生的热量不同;③电场的尖角集中效应。这种效应也称为棱角效应(edge effect)。微波场也是电场，因此在加热时，对食品不同曲率的表面，也会产生棱角效应。即在棱角的地方电场强度大，产热多、温升快。由于这些原因，微波加热时，食品往往会出现一些温度上升特别快的热点(hot spot),如图8一34(a)所示。对容器中食品进行适当分割、使热点分散，减少食品的棱角，改善微波照射分布等是解决这一问题的方法，如图8一34(b)所示。

60 水的微波吸收特性和微波频率选择 在食品电介质的特征频率(1/τ)附近，应该存在最大的介质损耗因数。这也是选择微波的最佳频率。然而从对实际的电介质测定发现，介质损耗因数的特征频率往往是一个非常宽的频带。在这一宽的频带域内，改变频率对加热特性几乎没有影响。再考虑到微波除加热外，在通讯领域也有极广泛的用途，所以国际上对工业用微波的频率带作了统一规定，称作工业、科学和医疗(Industrial Scientific Medical)电波频带。这些微波的频带规定为：(915士25)MHz、(2450士50)MHz、(2800士75)MHz、(24125士125)MHz等。我国工业用微波或家用微波炉多采用2450MHz频率。

61 远红外线加热 远红外线和微波一样都属于非电离辐射电磁波，把波长为0.78～1000μm之间的电磁波称为红外线。红外线电磁波波长范围相当宽。因此，又进一步把这部分电磁波划分为近红外线(0.78～1.4μm)、中间红外线(1.4～3μm)和远红外线(3～lmm)。在实际应用中，常使用的波长范围为2～25μm，因此，也有人称这一段电磁波为远红外线。远红外线加热之所以在食品加工中得到很广泛的应用，主要是因为与热风干燥或热风加热相比，远红外辐射的能量可以直接被食品物料吸收，减少了能量损失。

62 食品对远红外线的吸收 因为物体的温度是其分子运动动能的表现。从分子运动的观点看，物体的分子结构与其对各种电磁波的吸收关系很大。不同结构的分子、原子团都有其固有的振动频率。例如，电介质偶极子的取向振动固有频率就是它的特征频率。当辐射电磁波的频率与分子或原子团的固有频率相同时，就会产生共振现象。也就是说，被照射物质对这样的电磁波反射较小，吸收最完全，从而使本身分子或原子团更强烈地振动、引起温度升高。如果说与微波频率共振的是偶极子的取向振动，那么远红外电磁波的频率，则与食品分子中原子振动的频率接近，而原子振动的固有频率与结合键种类以及分子的结构有关。图8一38是淀粉、水和纤维素等三种物质在不同波长光下的吸收率，其中，水的Q一H键伸缩振动和转角振动分别对应2.7μm和6.1μm的波长。而淀粉和纤维素在2.7μm处也有相似的吸收峰。在2-20μm的远红外波长范围，大部分食品材料对远红外辐射的吸收率都较高，这也是远红外辐射技术在食品工业中得到极大重视的原因之一。

63 食品对远红外线的吸收

64 食品对远红外线的吸收 远红外辐射对食品中水和其他物质分子的特殊振动效果，还是促进分子间互相结合、交联的动力。这对食品的熟成（陈化）有一定作用。例如，在挂面制造中，用远红外干燥，不仅干燥效率高，而且可以促进面筋的水合作用，使制品比普通方法的口感滑润，更加筋进。用远红外处理酒，可以使酒的陈放时间大大缩短，味道更香醇。

65 远红外线在食品中辐射深度 远红外线对材料的辐射深度与材料对远红外的吸收率成反比。因此，远红外的穿透深度不仅与电磁波波长有关，也与物质本身的成分，尤其是水分含量有关。不同深度处水的远红外吸收光谱如图8一39所示，当辐射至厚度lμm处，3μm附近的红外线几乎完全被吸收，在6μm附近有90%被吸收。

66 远红外线在食品中辐射深度 吸收性与穿透性成反比例关系，即吸收性越好，穿透性越差。由于吸收性或穿透性与波长有关，所以，工程上用积分特性来衡量红外线对物质的穿透特性。所谓积分特性，是指红外线发射体发出的最大能量密度波长(λmax)。穿透特性往往用穿过试样的厚度与达到此厚度红外线能量的衰减率—穿透能表示。

67 远红外线辐射在食品加工中的应用 从远红外线辐射及食品对远红外线吸收的特性可以看出，远红外作为食品加热的一种方式有以下优点：     (1)食品不必接触热源或传热介质就可以直接得到加热; (2)在食品周围保持低温状态下，可对食品进行加热；     (3)加热可以不受食品周围气流影响；     (4)加热速度快、效率高；     (5)在热辐射电磁波中，远红外的光子能量级比起紫外线、可见光线都要小。因此，一般只会产生热效果，不会引起物质的化学变化，所以可以减少加热过程中营养成分或色香味的损失。