杨化宇，张宇皓，闫博文，范大明*，高文华，赵建新，张 灏，陈 卫

    (1江南大学食品科学与技术国家重点实验室 江苏无锡 214122 2江南大学食品学院 江苏无锡 214122 3南京先欧仪器制造有限公司 南京 210046)

    乳饮料、果汁饮料、茶饮料等液态食品是我国食品工业的重要组成部分，其中热处理过程是液态食品加工中的关键环节之一，对液态食品的安全性及货架期具有重要影响[1]。目前，液态食品热加工过程中主要使用高温蒸汽或高温热水作为热源，通过热传导的方式将热量自外至内传递给物料，这一过程不仅热效率低[2]，还会使管壁附近物料被过度加热，在影响物料品质的同时，导致管壁出现结焦、结垢现象[3]，这不仅增加了设备就地清洗难度及强酸、强碱的消耗量，也为实现能源节约、环境友好型食品加工过程带来了重重阻碍。

    微波加热作为新型物理场热加工方式之一，是解决上述问题的有效方法，微波的体积加热特性在避免产生高温热表面的同时，也能够使能量靶向作用于目标液体，极大地提升能量利用效率[4]。相关研究已证明微波加热能够使牛奶[5-6]、苹果汁[7]、花生饮料[8]等液态食品达到与传热热加工方式相近的热处理效果。然而，在现有改善措施中，使用微波加热替代这一过程的研究却鲜有报道，其主要原因是在微波系统中，包括谐振腔尺寸、食品几何形状及放置方式、辅助零配件的使用在内的多个因素都对电磁场分布产生显著影响[9]，不仅会直接影响物料的加热效果，还会导致磁控管击穿等问题。此外，通过常规实验手段很难监测微波场分布与液态食品介电特性之间的关系[10]，从而无法准确预估不同液态食品的微波加热效果，加之微波设备制造成本较高，众多不确定因素极大地限制了微波技术在液态食品加工领域的应用与推广。

    计算机仿真模拟技术的进步为微波设备的发展提供了新的动力。在目前已报道的众多新型微波加工设备中，计算机仿真模拟技术已成为其开发过程中的重要辅助工具。Jayson 等[11]使用Microwave Studio 软件设计和开发了用于低水分食品干燥过程的间歇式微波真空干燥机，通过仿真计算优化微波腔尺寸、微波端口位置及负载设置，良好的验证结果证明数值建模能够有效解决微波谐振器设计过程的相关问题。Kurniawan 等[12]研究了在带有传送带的多模式微波谐振器中添加模式搅拌器的效果，使用COMSOL Multiphysics 软件构建三维仿真模型，并通过求解物料温度分布判断模式搅拌器的作用效果。在连续化食品加工过程中，仿真模拟技术同样是不可或缺的工具之一。华盛顿州立大学的研究人员使用计算机模拟技术作为指导他们设计和开发915 MHz 单模连续微波杀菌系统的工具之一 ......