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微波干燥殺菌技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用起始于六十年代。國外用微波來測量糧食、木材和土壤的含水率,隨后開始了用微波處理糧食等范圍非常廣泛的研究。我國在1965年也制成了X波段微波濕度計,用來測量糧食的含水率,南京電子管廠自1973年開始試驗用915兆赫連續(xù)波來干燥茶葉、中草藥、煙草和糧食等。上海輕工業(yè)研究所自1974年開始用2450兆赫連續(xù)波來干燥皮革、蔬菜和奶糕等。1974年11月在南京召開的全國微波能推廣應(yīng)用技術(shù)座談會,為我國微波能應(yīng)用技術(shù)的研究和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。十多年來,尤其是近幾年來,微波在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用在國內(nèi)外都有很大進展,成為微波技術(shù)推廣應(yīng)用中的一個重要領(lǐng)域?,F(xiàn)從四個方面介紹微波在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用,包括潛在的應(yīng)用。
一、 殺蟲、殺菌和酶的滅活
根據(jù)微波介質(zhì)加熱原理,微波加熱具有熱量從材料內(nèi)部產(chǎn)生、加熱速度快、穿透深度深、能選擇性加熱、操作控制方便等特點,因此在農(nóng)副產(chǎn)品的干燥、殺蟲、殺菌等方面顯示了其它加熱方法難以競爭的優(yōu)點,得到較廣泛的應(yīng)用。實驗證明:利用微波可以在較短的時間內(nèi),或在較低的溫度下,在物料的內(nèi)部和表面同時得到常規(guī)方法難以達到的殺蟲或殺菌效果。
1、 殺蟲
日本東芝公司首先利用微波對塌塌米(一種草墊)進行工業(yè)化殺蟲處理獲得成功。至1971年已有34臺,總微波功率容量為550千瓦的設(shè)備投入生產(chǎn)。實驗證明,當(dāng)塌塌米溫度上升到60℃左右時,其內(nèi)部的害蟲和蟲卵均已殺滅。
對木材的殺蟲效果,國外也進行大量的研究。實驗證明:當(dāng)木材本身溫度為50時,木材內(nèi)的蛀蟲已全部殺死。這種方法不僅可用來處理板材,還能對建筑物中木結(jié)構(gòu)部份殺蟲防蛀。據(jù)分析,成本并不比化學(xué)方法高,但不存在污染問題。浙江黃巖幾家工藝品廠幾年來的實踐也證實,在采用微波加熱工藝干燥木制品的同時,還取得殺滅蛀蟲、防止霉變的良好效果。
早在六十年代后期,加拿大和美國已開始研究用射頻和微波控制儲藏谷物中的昆蟲。采用化學(xué)殺蟲劑雖是一種有效的殺滅庫存糧食害蟲的方法,但并非對所有害蟲都有效,而且化學(xué)殘留物對人體健康有害。采用射頻和微波處理的突出優(yōu)點是,可對糧食中的害蟲選擇性地加熱殺滅,選擇性的效果與谷物和昆蟲二者的介電常數(shù),它們的形狀大小,以及波源的工作頻率有密切關(guān)系。介質(zhì)測量已經(jīng)證實,特別是在頻率10~100兆赫范圍內(nèi),昆蟲的介質(zhì)損耗比糧食大得多,理論預(yù)計昆蟲所吸收的功率密度為糧食的3~3.5倍,可達到選擇性加熱的目的。但當(dāng)頻率高于1千兆赫時,昆蟲和糧食的損耗因子相差不多,選擇性加熱效果不太明顯。上述結(jié)論已被實驗證實。美國農(nóng)業(yè)部在室溫24℃時,用頻率39兆赫的射頻照射含水率為13.3%的冬小麥3秒鐘,處理后麥子溫度不到40℃,但一星期后檢查,麥中的米象已100%死亡。但用2450兆赫的微波照射,要得到同樣的殺滅效果,麥子溫度會高得多。這說明在殺滅糧食中害蟲方面,采用射頻或頻率較低的微波比較合適。為了推廣應(yīng)用這一技術(shù),需要研究如何把處理的成本降低到能夠與化學(xué)熏蒸法相競爭的水平上,以及進一步研究在不同溫度下,各種昆蟲和糧食的介質(zhì)電參數(shù)。
我國在七十年代中期,南京電子管廠、中國農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物研究所等單位,利用微波對粳稻、秈稻、小麥、綠豆中的米象、鋦谷盜、擬谷盜、咖啡豆象、玉米象等害蟲,用不同功率、處理時間和處理工藝進行試驗、并進行培養(yǎng)檢驗,分析了對成蟲幼蟲、蛹、卵的殺滅效果。915兆赫試驗證明,當(dāng)糧食溫度上升到50℃以上時,殺蟲效果良好,而且對糧食上附有的酵母、霉菌有一定的殺滅效果,同時又能使糧食脫水干燥。
沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)對微波快速殺滅庫儲林木種子害蟲進行了研究。當(dāng)前林木種子蟲害嚴(yán)重,如紫穗槐種子豆象、刺槐種子小蜂,寄生率一般為20~80%。這不但直接影響林木種子的質(zhì)量,也嚴(yán)重威脅我國林業(yè)生產(chǎn)。采用常規(guī)的氯化物、溴甲烷劇毒農(nóng)藥熏蒸,不僅成本昂貴,防治效果差,而且嚴(yán)重污染環(huán)境。采用適當(dāng)?shù)奈⒉üβ屎洼椪諘r間,不僅可將林木種子中害蟲和幼蟲全部殺滅,而且保證種子的發(fā)芽率接近或高于對照組。
日本東芝公司曾對煙草和卷煙中的兩種害蟲——煙甲蟲和煙蠹(蛀蟲)做過微波殺蟲實驗。這些害蟲,特別是幼蟲要蛀食大批庫存煙葉,每年造成數(shù)億日元的損失。采用熏蒸,撒藥等方法,花費很多人力,還不能完全根絕,而且對食品衛(wèi)生及卷煙質(zhì)量也不利。利用微波將煙草溫度加熱到55~60℃,處理時間10~39秒,就可以完全殺滅煙葉中成蟲、幼蟲、蛹和蟲卵,比常規(guī)方法好得多。
安徽商業(yè)科技研究所于1985年,利用微波商品養(yǎng)護機處理了一批庫存棉布和紡織品,及時撲滅了即將在布匹中蔓延的害蟲,避免了一起可能的經(jīng)濟損失。
江蘇淡水水產(chǎn)研究所曾對水產(chǎn)干制品進行了微波殺蟲的試驗。由于水產(chǎn)干制品富有蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成份,在儲藏過程中常常受到蟲害的侵襲。用微波對蝦干、蝦米和魚翅內(nèi)部隱藏的鰹節(jié)蟲成蟲和幼蟲的殺滅試驗證明,微波快速殺蟲效果明顯比傳統(tǒng)的陽光翻曬法好得多。