紅外技術在食品工業中的應用

紅外（波長0.72~1000μm之間的電磁波）技術已逐漸應用于航天、航空、遙感、工業檢測、食品、醫藥、化工、石油工業等軍民研究領域。人們根據紅外光譜的不同波段合理的選擇應用到其他所關心的領域，因為對紅外波譜并沒有一個明確的劃分，在不同的研究領域有不同的劃分，我們引入到食品工業中，習慣上將近紅外（0.72~3μm）用來進行快速檢測，例如含水量檢測和蛋白質含量的檢測；中紅外（3~40μm）已經被廣泛用來進行摻假檢測；遠紅外（40~1000μm）更多的用來加熱和干燥，例如烤煙、果蔬的脫水處理；高紅外（0.76~3）一般用來加熱，現在流行的光波爐就是高紅外應用的典型例子。

一、原理

2.1 近紅外檢測原理

近紅外光譜屬于分子振動光譜的倍頻和主頻吸收光譜，主要是對含氫基團的吸收，其中包含了大多數類型有機化合物的組成和分子結構的信息。由于不同的有機化合物含有不同的基因，不同的基團有不同的能級。不同的基團和同一基團在不同的化學環境中對近紅外光的吸收波長都有明顯的差別，且吸收系數小，發熱少，因此近紅外光譜可作為獲取信息的一種有效載體。近紅外光照射時，頻率相同的光線和基團將發生共振現象，光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子；而近紅外光的頻率和樣品的振動頻率不同，該頻率的紅外光就不會被吸收。因此，選用連續改變頻率的近紅外關照射某樣品時，由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內會變弱，另外一些波長范圍內會變強，透射出來的紅外光線就攜帶有機物組分和結構的信息。通過檢測器分析透射或反射光線的光密度，就可以確定該組分的含量。這種通過透射光攜帶信息進行檢測的方法，稱為近紅外透射檢測法。

由于近紅外技術能夠及時快捷的對樣品進行檢測，在生產中可以在生產流水線上裝配近紅外裝置，對原料和成品及半成品進行連續在線檢測，有利于及時發現原料及產品品質的變化，便于及時調控，維持產品質量的穩定。

2.2 遠紅外干燥殺菌原理

由于紅外線的譜帶位于可見光和微光之間，具有光和波的性質，以光速在空間直線傳播。它輻射到物體表面上能反射、透射和吸收，無介質熱損失，隨著波長的變化有質的變化，突出表現為它的穿透力和熱效應。水和含水物質的分子或基團的固有運動（振動或轉動）頻率，換成波長表示大致在2.5~200μm波帶，遠紅外線頻率相匹配。遠紅外線能穿入食物內部粒子之間的微小間隙，激起分子內能級變化，迫使分子運動加劇而內部發熱，使其溫度急劇升高。同時視頻內部的液態水分在溫度梯度的作用方向由內向外和濕度梯度方向一致，食品內部的水分熱擴散以及表面水汽的蒸發都處于正向的最佳狀態，從而大大加速了干燥過程，縮短了干燥時間。同時濕食品中含有的細菌體接受了紅外輻射后，變化凝固、代謝障礙、活性消失以至殺死。上述作用的綜合疊加，實現了高效、節能、殺菌的干燥過程。

2.3 高紅外加熱原理

近來在國內外，紅外輻射加熱技術又向短波長延伸，在雜志上也可見到“高紅外”的名詞，即“高密度紅外輻射加熱（High Density Infrared）”俗稱高紅外。

我們可以這樣來描述高紅外技術：

1.采用了高頻率（短波）的紅外輻射加熱燈管；

2.采用了高密度的加熱布局；

3.采用高輻射強度的加熱方式。

紅外波長越短，越容易被緊密排列分子吸收而產生熱量。在對有機涂料的干燥固化過程中，金屬最容易吸收短波紅外輻射，而有機涂料對短波紅外輻射則是透明的。因此高紅外管0.76~3μm波段能量透射空氣與涂料，直接向金屬工件加熱，涂層內表面首先膠化固化，同時里層的水分和空氣被趕出涂層外表面。雖然金屬溫度高達400℃，但有機涂料表面并不先形成皮膜，這樣保證了加熱的有效性。