海产品微波杀菌装置关键参数设计

　　式 中： 广—微 波角频率 ； ｎ 真空 中介 电常数及电导率 ； 水 中相对 介 电常数及 电导 率 ； 。 ｒ ＿ 减常数 ； 卢 一 相位常数 。

　　（． ｃ ｏｌ ｆ ｎｉｅｒ ｇ ｎ ｅｓｙｏｌｓｏ １ Ｓｈ ｏ ｏ ｇｎｅ ｎ ，Ｕ ｉ ｒｉｆ ａｇｗ，Ｇａｇｗ，Ｕ Ｅ ｉ ｖ ｔ Ｇ ｌｓｏ Ｋ；２ 天津大学 精密仪器与光 电子工程学院 ，天津 ３ ０ ７ ） ． ００ ２ 摘 要 ：海产 品微波杀菌是一项新技术 。针对试验 目标 ，分析密 闭加压水浴微 波杀菌试验装置 特点 ，提 出微 波波 导正 交 布置设计的具体方案 ，估算物料样 品温度场分布 ，设计计算 微波角锥喇 叭天线 ，分析 电场分 布及 微波在谐振腔 中的能量 传播 、物料吸收功率 ，估算得到达到工艺要求 的微波功率及其相关设计参数 。研究结果可用于指 导试验装置 的研制 。 关键词 ：海产品 ；微波杀菌 ；微波场分布 ；设备 ；设计

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　　） ，男 ，江苏人 ，在读本科 ， 研究方 向：电磁场理论及其应用。Ｅ ｍ ｉ ｅ ｕｄ ｅｕ ２ ． ｒ。 — ａ ： ｄ ｅｕｄ ＠１６ ｏ ｌ ｃｆ ｌ

　　更 适合 于高档海产品的杀菌保鲜 。中国海洋大学食 品科学与工程学 院提 出了高档海产 品微波杀菌保鲜 试验研究方案 ，与 巴氏杀菌不 同 ，该方案采用在水 中加压杀菌方式 。本研究围绕海产 品微波杀菌试 验 装置 的研制 ，应用相关理论 和技术 ，提出试验装置 设计的具体方案 ，分析计算关键设计参数 ，指导设备研制 工作 。

　　中图分类号 ：Ｔ ２ ４３ Ｓ５ － 文献标志码 ：Ａ ｄ ｉ ０３６ ／ｓｎ１ ７ — ６ ６ ｘ） ０ ２ ．１ ｏ：１．９ ９ ｉ ． １ ９４ （ ． １ ． ００ ｊｓ ６ ２ ０ ４

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　　用微 波实现对方便米饭等食 品的微波加热和消毒杀 菌 ，这是 目前微波杀菌应用较多 的场合嘲 ；在原粮处 理 上 ，国 内 已成 功 研 制 连续 式 粮 食 微 波 干燥 机 ，采 用微波技术在对高水分粮食 干燥 ，同时杀菌杀虫嗍 ； 微波在水产 品加工 中的应用设备 尚少 ，杨玉清等人［ ５ １ 对清蒸鲈鱼 、扁鱼等进行 了微 波杀菌技术探讨研究 ，进 行 了试 验研究 和生 产实 践来 ，取 得 了满意 的效果 。 现有 文献 大 多研 究 微波 杀 菌效果 ，较 少涉及设 备 设计原理及微波场 的分析 。胡海涛等人［ Ｈ Ｓ ８ ６ １ ＦＳ． 用 ０ 软件对背 向波导馈入式微 波炉腔内电磁场进行仿真 ， 分析某型微波炉 电场分布特点。ＲＢＰｎ ｉ等人 ．． ｄ ａ ｔ 建 立 二 维土 豆模 型 ，采用 ＡＬ Ｏ Ｇ Ｒ商用 软 件 ，分析 了微 波加热温度场分布 ， 仿真与实验测试结果一致 。 与常规杀菌方法相 比，微波杀菌能更好地保存 产 品营养成分 的生理活性 ，保持风味，延长货架期 ，

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　　电场沿方 向正弦分布 。虽然喇 叭天线端面处 电磁场方 向各不相 同，天线不能视为 面波源 ，但是 由于物料尺寸小于天线尺寸 ，物料又置 于天线前方 中央 ，加之天线发 出的电磁波在空气一水界 面处发 生折射使其 方向更接近界面法线方 向 ，故可近似 认为该天线为面波源 。 电场沿 ｚ 轴传播 ：

　　近年来 ，微波杀 菌作为一项新兴技术获得广泛 研究和应用 ，目 前微波杀菌设备多集 中在固体物质 、 流体食 品的杀菌。根据微波作用机理 的不 同，可 以 实现微波萃取 、微波加热和微 波杀菌 。常规 的食品 加热杀菌是 以热传导 的方式来进行 的，而微波杀菌机 制 包 括 热 效 应 与非 热 生 化 效应 ２个 方 面 。微 波 的 热 效应杀菌是无疑的 ，许多学者致力 于理论和试验研 究 以解释非热生化效应杀菌机理 ，其研究 尚不充分 ， 对微波产生非热生化效应杀菌的解释 主要集 中在 以 下几方 面【 ・ 】 ：①细胞生物物理性质变化 ；②蛋 白质变 性 ；③从能量角度解释 。国内外 开发 了多种类型 的 微波杀菌设备 ，如瑞典采用 ２４０Ｍ ｚ ５ Ｈ 微波面包杀 菌机 ，处理后 的面包保存延长到 ３ — ０ｄ ；国内利 ０ ６ｉ ｎ

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　　Ｋｅ ｏ ｄ ＊ ｓ ａ ｆｏ ｙ ｗ ｒ ｓ ｅ ｄ； ｍｉｒ ｗａ ｅ ｓ ｒ ｉａ ｏ ； ｍｉ ｒｗａ ｅ ｆ ｌ ｉｔ ｂ ｔ ｎ； ｅ ｕ ｐ ｎ ； ｄ ｓｇ ｏ ｃ ｏ ｖ ｔｉ ｚ ｔ ｎ ｅｌ ｉ ｃ ｏ ｖ ｅｄ ｄ ｓ ｉ ｕ ｏ ｉ ｒ ｉ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｉ ｎ

　　农产 品加工 ・ 学刊 Ａｃｄ ｍ ｃＰｒ ｄｃｌ ｆ ａｍ Ｐｏｕｔｒｃｓｉｇ ａｅ ｉｅｉ ｉ Ｆ ｒ ｒｄ ｃｓ ｏｅｓ ｏ ａｏ Ｐ ｎ

　　文章编号 ：１７ — ６６ （０ ２ ４ ０ ４ － ３ ６ １９ ４ ２ １）０ — ０ ０ ０

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　　２１ 微波磁控管布置 ． 考虑到市场供应 ，本方案选择 ２４ ０Ｍ ｚ ５ Ｈ 磁控 管作为微波发生 源。现存杀菌设备磁控管布置采用 对极化方向相 同的波导及 天线 ，分别置于加热谐 振腔上下两面。该设计造成上下两列波在加热腔 中 分别指数式衰减 的同时发生 叠加 ，导致沿竖直方 向 电磁 场 强度 分 布 不 均 ，而进 一 步 导 致 了加 热 腔 内竖 直方向功率密度分布不均。 为解决此 问题 ，该设计 中 ，采用 ２对极化方向 相互垂直的波导及天线 ，使两列波不发生干涉 ，每 列波分别沿竖直方 向传播 ，从而改善叠加造成的竖 直方 向加热不均性 。虽然波在介质 中发生衰减而造 成 的分布不均性仍没办法避免 ，使得物料无法完全 均 匀地加热 ，但其功率密度沿竖直方 向的分布却 比前 方案设 计 中更加 均匀 。 ２２ 电磁 场分布 ． 在该设计 中 ，由于微波功率密度分布与相位及 微波方向无关，故如下公式中各量均为标量。 谐 振腔模 型见 图 １ 。

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　　（． ｃｏｌ ｆ ｎ ｎ ｅｎ ，Ｕ ｉ ｒｉｆ ｌ ｇｗ，Ｇａｇｗ，Ｕ １Ｓ ｈｏ ｏ ｇ ｅｒ ｇ ｎｖ ｓｙｏ ａ ｏ Ｅｉ ｉ ｅ ｔ Ｇ ｓ ｌ ｏ ｓ Ｋ；