微波幹燥殺菌技術在農業方面的應用起始于六十年代。國外用微波來測量糧食、木材和土壤的含水率,随後開始了用微波處理糧食等範圍非常廣泛的研究。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915兆赫連續波來幹燥茶葉、中草藥、煙草和糧食等。上海輕工業研究所自1974年開始用2450兆赫連續波來幹燥皮革、蔬菜和奶糕等。1974年11月在南京召開的全國微波能推廣應用技術座談會,為我國微波能應用技術的研究和發展打下了基礎。十多年來,尤其是近幾年來,微波在農業方面的應用在國内外都有很大進展,成為微波技術推廣應用中的一個重要領域。現從四個方面介紹微波在農業方面的應用,包括潛在的應用。
一、 殺蟲、殺菌和酶的滅活
根據微波介質加熱原理,微波加熱具有熱量從材料内部産生、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,因此在農副産品的幹燥、殺蟲、殺菌等方面顯示了其它加熱方法難以競争的優點,得到較廣泛的應用。實驗證明:利用微波可以在較短的時間内,或在較低的溫度下,在物料的内部和表面同時得到常規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)進行工業化殺蟲處理獲得成功。至1971年已有34台,總微波功率容量為550千瓦的設備投入生産。實驗證明,當塌塌米溫度上升到60℃左右時,其内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:當木材本身溫度為50時,木材内的蛀蟲已全部殺死。這種方法不僅可用來處理闆材,還能對建築物中木結構部份殺蟲防蛀。據分析,成本并不比化學方法高,但不存在污染問題。浙江黃岩幾家工藝品廠幾年來的實踐也證實,在采用微波加熱工藝幹燥木制品的同時,還取得殺滅蛀蟲、防止黴變的良好效果。
早在六十年代後期,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,而且化學殘留物對人體健康有害。采用射頻和微波處理的突出優點是,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,它們的形狀大小,以及波源的工作頻率有密切關系。介質測量已經證實,特别是在頻率10~100兆赫範圍内,昆蟲的介質損耗比糧食大得多,理論預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。上述結論已被實驗證實。美國農業部在室溫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,處理後麥子溫度不到40℃,但一星期後檢查,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适。為了推廣應用這一技術,需要研究如何把處理的成本降低到能夠與化學熏蒸法相競争的水平上,以及進一步研究在不同溫度下,各種昆蟲和糧食的介質電參數。
我國在七十年代中期,南京電子管廠、中國農林科學院農業生物研究所等單位,利用微波對粳稻、籼稻、小麥、綠豆中的米象、锔谷盜、拟谷盜、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、黴菌有一定的殺滅效果,同時又能使糧食脫水幹燥。
沈陽農業大學對微波快速殺滅庫儲林木種子害蟲進行了研究。當前林木種子蟲害嚴重,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量,也嚴重威脅我國林業生産。采用常規的氯化物、溴甲烷劇毒農藥熏蒸,不僅成本昂貴,防治效果差,而且嚴重污染環境。采用适當的微波功率和輻照時間,不僅可将林木種子中害蟲和幼蟲全部殺滅,而且保證種子的發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,特别是幼蟲要蛀食大批庫存煙葉,每年造成數億日元的損失。采用熏蒸,撒藥等方法,花費很多人力,還不能完全根絕,而且對食品衛生及卷煙質量也不利。利用微波将煙草溫度加熱到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,比常規方法好得多。
安徽商業科技研究所于1985年,利用微波商品養護機處理了一批庫存棉布和紡織品,及時撲滅了即将在布匹中蔓延的害蟲,避免了一起可能的經濟損失。
江蘇淡水水産研究所曾對水産幹制品進行了微波殺蟲的試驗。由于水産幹制品富有蛋白質等營養成份,在儲藏過程中常常受到蟲害的侵襲。用微波對蝦幹、蝦米和魚翅内部隐藏的鲣節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的陽光翻曬法好得多。