微波加热设备

三、微波加热设备

利用微波加热的原理，对食物进行加热的设备，为微波加热设备。其中的典型代表是微波炉。微波炉与电磁灶被称为“现代厨房的标志”，其热效率高、快速省事、清洁卫生之特点，是其他灶具均无法比拟的。

（一）微波加热原理

微波与无线电波、远红外线、可见光一样都是电磁波，微波的频率比一般无线电波的频率要高（约为300MHz至300000MHz），属超高频。为防止对无线电通讯、广播、电视和雷达等干扰，国际上规定工业、科学及医学使用的微波加热与干燥频段只有4种，而应用于加热的微波炉目前只选用915MHz和2450MHz两种。

1.微波的加热原理

微波加热，从宏观上看就是被加热物体吸收微波能量并把它转化为热能。介质从分子结构看，可分为无极分子和有极分子两大类：无极分子的正、负电荷中心重合，在外电场的作用下，分子中的正负电荷中心沿电场方向只产生位移极化；有极分子的正、负电荷的中心不重合，可等效为一个电偶极子。在一般情况下，物体（被烹调的食物）中的有极分子都呈无规则排列，在外电场的作用下，会沿着外电场的方向转向，产生转向极化，如果外电场再交变，那么有极分子的转向也要随电场的变化而不断改变方向，极性分子间随微波频率以每秒几十亿次的高频来回摆动、摩擦，产生的热量足以使食物在很短的时间内达到热熟。这是对微波加热机理（即微波炉能加热食物的原因）最简单的阐述。实际上，微波加热的实际过程是比较复杂的。

2.介质材料

微波能加热物体，但并不是所有的介质材料都能吸收微波能量从而被加热。一般我们把对微波的反应分为下面三大类介质材料。

（1）铜、铁、铝、银等金属类材料　微波即是电磁波，它既具有波的特性，又具直线传播特性。当微波碰到金属板时，犹如光线射在镜子上反射一样。能量几乎全部被反射回来，导体不吸收微波能。

【小思考】

为什么在微波炉上时，炉腔必用金属制品，而盛装食物的器皿则不能用金属材料的？

（2）聚四氟乙烯、聚丙烯等非金属类材料　微波与其作用犹如太阳光照到玻璃上一样，反射一部分，透射传输大部分，吸收的微波能可以忽略。

【小思考】

既然非金属材料吸收的微波可以忽略，那么为什么盛放食物器皿的非金属材料在微波炉中加热时间过长，也会变热？

（3）含水和含脂肪的消耗介质　它们能不同程度地吸收微波能量转化为热能。被加工材料作为一般介质，吸收的功率与电场强度和电源频成正比。故为提高吸收能力，可提高电场强度和频率。但电场强度的提高有个限度，否则会产生击穿，所以可通过提高电源频率解决这一问题。

对于不同的物质，可用介电常数ε来表示材料的微波吸收性能。介电常数代表了电介质的极化程度，通常，极性越大，介电常数越大，此外，分子结构越对称，介电常数越小。

水的介电常数比一般的介质要大，比如水在低于0℃时会结冰，冰的介电常数为3.2，而水的介电常数为8。

【小思考】

问什么在加热冷冻食物时，如果不把融化的水随时排走，可能会影响解冻？

如像肉类、鱼类等烹饪原料，含有的水分不同程度地来自其基本结构中，如果这种水是很紧密地来存在鱼、肉类分子结构中，偶极子就不会像液态那样容易受外电场作用而运动，因此受热就慢。另外粉状的原料，由于其中含大量空气隙，介电常数都比经过压紧的密实物料要小，因此呈粉状的烹饪原料在微波炉的作用下也不易受热。

（二）微波炉概述

1.微波炉发展概述

微波炉的发明要追溯到1940年。1940年，伯明翰大学物理系两名英国学者制成一种能产生超短电磁波的装置，即磁电子管。美国雷声公司在1947年诞生了世界上第一台当时以“雷达微波”为商品名称的微波炉。1955年，秦潘公司推出了第一台电压为220V的微波炉。1963年，美国通用电气公司推出了微波—电联用的微波炉。1967年，美国阿曼纳公司的创始人福斯特于当年推出了当时最先进的微波炉。这种炉的炉门采用了能防止微波泄漏的抗流密封门，其安全性较以前有了很大的提高。1975年，该公司又第一个推出了采用微处理器的微波炉，这种炉共有10种烹饪速度和4种烹饪程序。

2.微波炉的类型

目前，微波炉的类型非常多，大体上有以下的分类方法。

（1）按频率分　有915MHz，多用在工商集团部门作烘烤、干燥、消毒等用；而2450MHz多用在家庭、机关、宾馆、快餐厅等进行快速烹调、加热、解冻等，是与电冰箱配合使用的设备。

（2）按结构分　独立箱柜式，容量大，外观质量要求高，输出功率一般为1000W以上；嵌入式，容量比较小，输出功率一般在1　000W以下。它可以放在灶台上或嵌入橱柜中使用，外观质量仅要求一面或两面。

（3）按功能分　普及式，装有一般计时装置、功率调节装置和温度控制装置；电脑控制式，装有电脑记忆装置，可按预定的程序完成解冻、满功率加热、半功率加热和保温等项工作。

【提示】

实际上，国内外市场上出现了形形色色功能的微波炉。

【小资料3-9】

光波炉和微波炉有什么区别

光波炉又叫光波微波炉，它和普通微波炉的最大区别，就在于其加热方式。普通的微波炉，内部的烧烤管普遍使用铜管或者石英管。铜管在加热以后很难冷却，容易导致烫伤；而石英管的热效不太高。光波炉的烧烤管由石英管或者铜管换成了卤素管（即光波管），能够迅速产生高温高热，冷却速度也快，加热效率更高，而且不会烤焦，从而保证食物色泽。从成本上来讲，光波管成本只比铜管或者石英管增加几元钱，所以，现在光波管在微波炉技术上的使用非常普遍。光波是微波炉的辅助功能，只对烧烤起作用。没有微波，光波炉只相当于普通烤箱。市场上的光波炉都是光波、微波组合炉，在使用中既可以微波操作，又可用光波单独操作，还可以光波微波组合操作。也就是说，光波炉兼容了微波炉的功能。

（三）微波炉构成

微波炉基本结构如图3-57所示，主要由电源变压器、微波发生器、传输波导、箱体和控制部分等组成。

图3-57　微波炉结构示意图

1—波形搅拌器；2—波导；3—天线；4—磁控管；

5—整流器；6—电容器；7—变压器；8—托盘；

9—食物；10—隔板；11—炉腔

1.电源变压器

微波炉的电源变压器一般有三个绕组：初级绕组、灯丝绕组和高压绕组，有的还有功率调整绕组。工作时初级绕组上加上220V交流电压，在灯丝绕组上产生5.2V或3.4V电压，供给磁控管灯丝。在高压绕组上产生1900V或2000V电压，再经倍压整流电路后，为磁控阴极提供一个负高压。变压器一般采用“H”级绝缘（耐热180℃以上），使之具有较大的安全系数。

2.微波发生器（磁控管）

磁控管是微波炉的心脏。它由永久磁铁和管芯组成。而管芯中有阴极、阳极、灯丝、微波能量输出器组成。工作原理如图3-58所示。在管芯内有一个圆筒形阴极，阴极外包围着一个阳极。而永久磁铁在阴极和阳极之间的区域内建立了一个轴向磁场。磁控管的灯丝采用钍钨丝和纯钨丝烧制成螺旋状，其作用是在5.2V或3.4V（从变压器的灯丝绕组而来）的电压作用下，通电发热，加热阴极。阴极被加热后其表面迅速发射足够的电子，而阴极与阳极之间存在高压（从整流器而来），所以大量的电子，在电场和磁场作用下以圆周轨迹飞向阳极。阳极上有小的谐振腔，当电子打到阳极之前就在谐振腔内发生振荡。这些谐振腔好像低频发射机中电感与电容组成的谐振回路，吹过谐振腔口的电子束，形成所谓电子“风”，电子“风”在金属腔体中感应出微波。谐振腔使频率不断增高，产生出915MHz或2450MHz的连续微波，电子就把能量交给超高频电磁场。微波能量输出器将磁控管产生的微波能量耦合出来，输送到波导管。

图3-58　磁控管结构图

1—波导管；2—磁钢；3—谐振腔；

4—阴极；5—相互作用空间；6—阳极；

7—电子；8—输出

由于磁控管工作时要产生出高热，所以冷却十分重要。一般采用风冷，冷却空气高速通过散热片。

3.波导管

波导管是传输微波的装置。此装置是一根矩形的高导电的金属管，它的一端接磁控管天线，另一端从箱体上部输入。波导管的作用是将电磁波的能量局限在管子里，使能量不会朝各个方面无规则地散射，而不能全部输送到炉腔。波导金属管除起屏蔽作用外，还限定电磁场的分布形式，使之有一定的波形。

4.搅拌器

搅拌器位于波导金属管的一端，是炉膛中的微型风扇装置。搅拌器的风扇转速很慢，一般每分钟仅几十转，通过风扇的作用，把微波均匀地送到炉膛各个部位。搅拌器的旋转方向与放置食物的转盘呈相反方向转动。为配合搅拌器的工作，在波导管入口处还加装有反射板，利用它把微波反射到搅拌器上。

5.炉膛

炉膛是食物受热的场所，也叫谐振腔。炉膛多是采用腔体式。微波炉的炉膛多是由铝合金或不锈钢板等金属制成，它似一个长体箱形，前面安装炉门，侧面或顶部开有排湿孔，顶部装有波导管及搅拌器，底面上一般都装有加热食物的支撑架（转盘）。

实际工作时，微波从不同角度上向食物反射，而当穿过食物未被吸收尽的微波能达到炉壁后，又可重新反射回来穿过食物。微波能在炉膛内的损耗是极小的，几乎全部用于加热食物，这正是微波炉效率很高的主要原因。

炉膛设计和制造的要求比较严格，为防止微波辐射对人体的伤害，需要可靠的防护装置和密封装置。为保证微波的泄漏量在安全范围内，规定家用烹饪微波炉或工业微波加热设备的微波泄漏量为：在距离设备5cm处，微波强度≤5mW/cm²（2450MHz）和≤1mW/cm²（915MHz）。目前大部分国家生产的微波炉均以此作为标准。

6.炉门

微波炉的炉门由金属框架和玻璃观察窗构成，在观察窗的玻璃夹层中有一层金属网，起静电屏蔽作用。

为防微波炉泄漏，炉门采取了多重防泄漏措施：炉门和膛体有良好的金属接触，当炉门开启时，门上的连锁装置能使微波炉立即停止工作。炉门装有抗流结构（一般是深度为微波波长1/4的凹槽），以防止门与炉膛体长期开启或关闭后发生磨损，或由于污物、灰尘等存积表面，引起金属接触不良，使微波从缝隙中泄漏出来。炉门与炉膛体应装有吸收微波的材料，以防止前述两种方法不致用而予最后的补救。吸收微波的材料，目前大都是用耐高温的硅橡胶或氯丁橡胶等作黏接剂，混合进能大量吸收微波的铁氧材料制成。

（四）微波炉控制系统

一般微波炉的控制系统由定时器、双重锁闭开关、灶门安全开关、烹调继电器、热断路器等五部分组成。

1.定时器

一般的定时器有机械数字式与发光二极管两种形式，可在0～30min或0～60min内加以控制。

2.双重闭锁开关

双重闭锁开关是微波炉的一个重要安全装置。它有两种闭锁作用，均通过灶门的把手加以控制，当灶门未关闭好或打开时，开关一方面断开烹调继电器及定时器的电源，另一方面又断开电路，使微波炉停止工作。

3.灶门安全开关

此开关通过灶门凸轮臂来闭合烹调继电器及定时器的触点，为电源变压器的初级绕组提供通道。当灶门打开时，即使双重闭锁开关未能断开回路，这个安全开关也可断开电源变压器的电源，使微波炉停止工作。

4.烹调继电器

通过烹调开关或灶门安全开关以及热断路器，对波形搅拌器的电机、电源变压器和烹调照明灯电流的通、断控制。

5.热断路器

它是一种热敏保护元件，装在磁控管上。当出现散热鼓风机故障、气道阻塞或过滤器油污堵塞等情况时，便起到防止过热的作用。

（五）微波炉的烹饪方法

1.微波炉的烹饪方法

（1）禽肉类　用微波炉烹调鸡、鸭、鹅等禽肉食品，比用传统灶具烹调更加香嫩。由于家禽形状不规则，最好在烹调前将头和爪去掉。对于翅尖等突出部分，在烹调了2/3时间后，可用铝箔将其包住。可将鸡放入耐热袋或有盖蒸锅中烹调，耐热口袋不要扎紧，或在袋上扎上一排气孔，以便排气。蒸、炒鸡块时，鸡皮面朝上，用纸巾盖住。一些比较难以受热成熟的老鸡，可按500克加60毫升左右的汤汁一起煮。鸭、鹅的脂肪比鸡多一些，烹调时间可相应缩短。一般来讲，用中度火力烹调500克重的整鸡，约需12分钟，鸡块和整鸭约需8分钟。烹熟的鸡肉呈青黄色，若带粉红色，可再入炉烹约2分钟。一般家禽加热至85～88℃就可以了。

（2）畜肉类　用微波炉烹调肉类食品，一般应选用较瘦的肉为好。肉块最好用中高功率烹调。对于嫩肉块只需加热到70～80℃，这时肌纤维中蛋白质完全受热变性，可以用筷子或刀叉弄碎分开其纤维，肉就熟了，这时的肉最嫩。如不能分开则仍需再加热。决定肉的老嫩主要是肌肉中的结缔组织（筋、腱、膜）的含量。高功率微波烹调不能使老肉变嫩，但采用较低功率烹调和较长时间（包括保温、搁置）可使结缔组织中的胶原蛋白转化为可溶明胶，使老肉嫩化，此时温度为70～100℃。

（3）水产类　烹调500克重的鲜鱼或中等大小的去壳虾，用中度火力烹调约6分钟，而烹调扇贝类海鲜，只需约4分钟。烹调好后最好放置5分钟才揭盖（膜），这样还可减少实际烹制时间，如食品还不够熟，可再烹制约40秒。注意：应掌握好烹调时间，水产品本来就很嫩，所以烹调时间要短，俗话“紧锅鱼”，即为此理。若过度烹调，水产类食品容易干硬。烹调水产品时一定要加盖，或用塑料薄膜罩住，以保持水分。

【小思考】

为什么用微波炉烹调河鲜和海鲜类食品，是最好不过的事？

（4）蔬菜类　微波炉烹调蔬菜，加热时间短，用水量极少，从而能保持成品菜的原汁原味和营养价值。含水量高的蔬菜，烹调时不必加水；含水量少或纤维素、半纤维素多的蔬菜，应当适当在菜上洒些水。烹调新鲜蔬菜要加盖或罩上保鲜膜，可用高度火力烹调，中途要搅拌、翻转。一般菜谱中定出的烹调时间仅是参考数据，实际烹调时要根据蔬菜的新鲜度、形状、体积的不同来灵活掌握。

【提示】

烹调蔬菜时要烹调好后加盐，或先将盐水加在盛器中，放上蔬菜再烹调，否则蔬菜会干燥发柴，影响口感。

（5）汤菜类　烹调时盛器要加盖或罩上保鲜膜。以水调制的汤可用高度火力烹调；含乳脂的汤应用中度火力烹调。为避免汤汁沸腾时溢出，盛器应两倍于汤的体积。煲猪肉汤或鸡肉汤时，应先以高度火力加热至沸，然后再用中度火力熬至肉松软。一般来说，烧开250克的水，用高度火力约需3分钟。

【小思考】

微波炉烹调汤菜相比于普通炉灶的特点？

（6）主食类　煮米饭时，可先将大米浸泡2小时左右，然后放入微波炉机加热，可缩短烹调时间。微波煮饭所需水分比常规的少，不会煮成夹生饭。如觉得太硬可加些水再煮，如果觉得太烂，可打开盖子加热。在微波炉中煮面条、水饺时，应待水沸腾后加热，饺子浮起即可。在汤水中滴几滴油，可减少沸腾时产生的气泡。

2.微波炉的烹饪注意事项

（1）用微波炉烹调菜肴时，最好使用精炼油，若用普通的食用油，则要严格控制时间，如果时间不足，易产生生油味；时间过长，则会引起着火。

（2）烹调时应尽量减少用盐量，以免烹调好的食物出现外熟内生、干硬发柴的现象。若必须要用盐调味时，应尽量在烹调即将结束前或结束后再用盐调味。

（3）对于浓烈的调味品，比如大蒜、辣椒、酒等调味品，应在烹调前少放，最好是烹调中后期阶段放入。

（4）用微波炉烹制菜肴时，水分蒸发少，所以用水量要适度，这样才能保证菜肴的色泽和营养成分。

（5）烹制鸡蛋、栗子、牡蛎等带壳食物时，应先将原料片出裂缝或拍破，以防爆裂、喷溅。

（6）烹制含高糖、高脂肪的食品时，要严格控制加热时间，宜短不宜长，否则会把食物烧焦。

（7）由于微波炉对边缘加热较快，所以厚的食物应尽量排在碟的边缘，小而薄的食物排在碟的中心，并在碟的中央留空，这样的烹调效果好。

（8）通常采用圆而浅的器皿加热速度较快。

（9）烹调的食物较多时，必须进行搅拌，才能保证加热均匀。

（10）不可用金属器皿，可用玻璃、塑胶和瓷器，但都必须耐热。一些有颜色或花纹的器皿，受热后颜料中的重金属转到食物上，有损健康，还是选用标明“微波炉适用”的器皿为佳。

（11）为使热力平均分布及避免蒸干水分，要用保鲜纸或胶盖覆盖食物，但大多数塑胶受高热后会熔化，而胶料附在食物上，也会损害身体，所以须使用标明“微波炉适用”的胶盖和保鲜纸，而且最好不要接触到食物。

（12）切勿损坏微波炉门上的透明网及胶边，以免微波外泄。

（13）去壳熟蛋、薯仔及其他类似的食物，需把外皮或薄膜刺穿，让蒸气释出，以免发生爆炸。

（14）食物宜大小均匀，以圆型排列，较厚部分向外，能更有效吸收微波。

（15）经常保持炉壁干爽卫生。

（六）影响烹调效果的因素

1.食物块的大小

食物块的体积越大，所需烹调时间越长。烹调时，食物块1cm的表层可吸收微波的一半，以下的每1cm厚度再吸收余下的一半，以此类推，越大的食物块接近中心，吸收的微波就越少。当食物块的直径超过5cm时，它的中心就要靠热传递来完成烹调。

2.食物块的形状

食物的几何形状对烹调效果也有一定影响，形状规则的食物块在微波炉里可以均匀受热，而几何形状不规则的食物在较薄或较窄小处易出现过熟现象。

3.食物量

每个微波灶都有一个最佳加工量，食物在这个量之下，就会浪费能源，严重的会影响磁控管寿命。例如用一最佳工作量为1kg微波炉烧2次0.5kg的肉块只需3.6min。而单独烧一块0.5kg的肉块却需要2.2min。

4.食物的密度

一般来说，密度大的食物较密度小的食物烹调时间长一些。如果烧带骨肉时，由于骨头吸收的微波很少，又是热的不良导体，因此骨头附近的肉就可能熟得慢一些。

5.食物的比热容

不同的食物升温相同时，它们吸收的热量不同。例如，比热容为4.186kJ/（kg·℃）的水和比热容为2.09kJ/（kg·℃）的脂肪升高同样的温度，水需要的热量就为脂肪的2倍。比热容是确定食物烹调时间的一个重要因素。

【提示】

比热容是物质的一种物理性质，即单位质量的热容量。

6.食物的介电性质

食物的介电性质可影响对微波的吸收。这一部分在前面已述及，这里不再多说。一般加热食物所需的烹调时间可用下式求得：

上式中：t——烹调时间，单位：min；

　　m——食物原料质量，单位：kg；

　　c——食物比热容，单位：kJ/（kg·℃）；

　　T——需要升高的温度，单位：℃；

　　P——微波炉功率，单位：kW；

　　12.2——热量系数，1kW、1min可使食物产生的热量系数。

（七）微波炉的性能和特点

1.加热均匀，控制方便

微波具有较强的穿透能力，能到物体内部，使其受热均匀，不会发生外焦里生的情况。微波发生器在接通电源后便能立即产生交变电场并进行加热，一断电就立即停止加热，因此能方便地进行瞬时控制。

2.营养破坏少

能最大限度地保留食物中的维生素，保持食品原来的颜色和水分。如煮青豌豆可保持100%的维生素C，而一般炉灶仅能保持36.7%左右。此外，微波还具有低温杀菌作用。

3.加热快，热效率高

由于食品的热传导性通常都比较低，采用一般加热方法使物体内、外温度趋于一致需较长时间。采用微波加热则能使物体表、里皆直接受热，所以加热速度快、效率高。

4.清洁、方便

用微波炉烹调食品过程中，没有汁水流出，不会使厨房气温升高，而且对放在餐具内的食物直接加热，省去了一般加热方法转装食物的麻烦。

5.微波加热缺点

缺点是食物表面不能形成一种金黄色焦层，缺乏烧烤风味。另外，由于热处理时间短，缺乏高温长时间下生成的风味成分，在风味上难以跟传统烹器做出的菜肴相比。但带有烤制功能的新型微波炉，在一定程度上解决食品色泽问题，并拓宽了微波食品范围。