微波模組應用於麵體乾燥
協助食品產業節能
文／智慧化設備發展處-綠色技術部 楊俊賢
麵體乾燥為麵食加工製程中極為重要的一個環節，其乾燥效率與品質將直接影響產品口感。傳統麵體乾燥方式大多使用熱風乾燥，透過熱空氣與麵體表面接觸進行熱傳導，使麵體水分由表面逐漸向內乾燥。然而此種乾燥方式通常需要較長的乾燥時間，且容易因為表面乾燥速度過快而產生表面硬化現象，造成內部水分不易排出，進而影響乾燥均勻度與產品品質。隨著食品加工技術的進步，微波加熱技術逐漸被應用於食品乾燥領域。微波加熱具有快速加熱之特性，可直接對於物料內部水分子進行除水，使電磁場中產生振動並轉換為熱能，進而加速水分蒸發。相較於傳統熱風乾燥，微波乾燥加熱速度快、乾燥時間短等優點。本研究將微波模組導入麵體乾燥之可行性，透過模組配置與實際乾燥測試，在食品產業中之應用潛力與效益，以提供產業界在乾燥製程改善與設備升級。
研究背景與動機
民以食為天，食物生產朝著快速、標準化發展的同時，也因應消費者生活習慣、口味喜好、健康需求，以及氣候變遷產生的糧食不確定性、智慧科技快速發展等，各種消費與產業的需求不斷的變化的情況下，臺灣的食品包裝與加工機械產業需要快速反應，以面對未來挑戰。
台灣積極推動節能減碳，並且制定明確的減碳目標，例如 2050 年達成淨零碳排放，要求各行業，包括設備製造產業減少能源消耗和碳排放。另一方面，消費者環保意識提高及國際市場要求，帶動市場需求變化。不但消費者越來越關注環保問題，更願意購買環保產品，而且國際市場對環保要求越來越高，許多國家和地區對進口產品有嚴格的環保標準。台灣食品製麵設備企業需要符合這些標準才能在國際市場上競爭。因此，台灣製麵設備產業在面對節能減碳潮流時，越來越需要採用節能技術來提高效能和降低能源消耗，才能積極應對政府政策、市場需求等方面的挑戰。
台灣食品機械設備產業在面對工業4.0產業趨勢時，需要克服技術整合、資本投入、人才培養、數據管理、標準化、管理變革和供應鏈協同等多方面的挑戰。企業需要制定全面的戰略和計劃，積極應對這些挑戰，才能在工業4.0的浪潮中脫穎而出，提升競爭力和可持續發展能力。
台灣食品機械設備產業可以通過設備的高效運行、數據整合串連、可視化管理、節能減碳措施等多方面的改善，來應對市場的高產能要求、節能減碳、工業4.0等產業趨勢，提升企業的競爭力和可持續發展能力。微波乾燥機主要對於高效能、低能耗與減少占地面積需求的提升。傳統熱風乾燥設備往往受限於占地大、熱傳效率低、乾燥時間長，難以滿足現代產業的快速生產需求。因此，微波乾燥技術結合微波能量穿透，實現由內而外加熱，大幅縮短乾燥時間，提高能源利用效率。
產業問題
目前麵體乾燥製程主要仍以熱風乾燥設備為主，雖然設備技術成熟且操作方式簡單，但在實際生產過程中仍存在多項問題。傳統熱風乾燥依賴長時間持續加熱，大量消耗電能，導致生產成本上升。此外，乾燥時間長且效率較低，麵條水分去除需循序漸進，以避免內外層水分差異過大，熱風乾燥容易導致麵條品質不穩定，由於熱風傳熱均勻性不足，可能造成麵條局部過度乾燥或含水率不均，影響口感。
隨著食品產業不斷擴大，生產效率與產品品質要求亦逐漸提高，傳統乾燥方式逐漸面臨效率與能耗方面的限制。因此，產業界亟需導入更高效率的乾燥技術，以提升乾燥效率並降低能源消耗。
圖一、傳統熱風機
加熱原理比較
（1）熱風乾燥原理
熱風乾燥是一種利用加熱後的空氣，在密閉或半密閉空間內對物料進行乾燥處理的技術。其設備通常由加熱系統、鼓風裝置、乾燥室以及溫度控制單元所組成運行的乾燥系統。熱風乾燥原理啟動加熱裝置將熱空氣到達所需溫度，再藉由鼓風機將熱空氣送入腔體內，使熱空氣與物料表面進行熱交換，屬於間接加熱，從而達到乾燥效果。
圖二、熱風乾燥原理示意圖
（2）微波乾燥原理
微波乾燥技術主要是利用微波電磁場作用於物料中的極性分子，特別是水分子，使其在電磁場中產生高速振動，進而產生摩擦轉換為熱能。與傳統熱風乾燥不同的是，微波加熱方式，直接對於物料內部進行除水，加快乾燥效率。
當麵體受到微波照射時，麵體內部的水分子會吸收微波能量並轉換為熱能，使內部水分迅速蒸發並向外移動。由於水分蒸發由內部開始，因此可有效避免傳統乾燥方式所產生的表面硬化問題。此外，微波加熱速度快，可在較短時間內使物料達到乾燥所需溫度，從而大幅縮短乾燥時間。
微波乾燥技術具有加熱效率高、乾燥時間短等優點，因此在食品加工產業中逐漸受到重視。
圖三、微波乾燥原理示意圖
（3）熱風乾燥與微波乾燥差異比較
熱風乾燥與微波乾燥在加熱方式與乾燥機制上存在明顯差異。熱風乾燥主要依靠外部熱空氣與物料表面進行熱交換，熱能由表面逐漸傳導至內部，因此乾燥速度相對較慢，且容易產生表面乾燥過快而內部含水率較高的情況。
相較之下，微波乾燥則是利用電磁波直接作用於物料內部水分子，使其產生振動並轉換為熱能，因此可從物料內部開始加熱並使水分蒸發。此種加熱方式不僅可縮短乾燥時間，也能提高乾燥效率。此外，由於微波能量主要被水分子吸收，因此能源利用效率通常高於傳統熱風乾燥。整體而言，微波乾燥在乾燥效率、能源利用率以及產品品質方面均具有一定優勢。
表一、乾燥原理差異比較
| 比較項目 |
微波乾燥 |
熱風乾燥 |
| 乾燥原理 |
微波直接穿透物料，使水分子振動生熱，由內向外蒸發 |
透過熱空氣傳導，從外部加熱物料，水分逐步蒸發 |
| 加熱方式 |
內部直接加熱，水分吸收微波能量產生熱 |
由外部向內加熱，依靠傳導與對流 |
| 乾燥速度 |
快速乾燥，時間較短 |
乾燥時間較長 |
微波模組配置
本模組主要由微波發射器、波導管、驅動電源、微波控制所組成，並整合至加熱腔體上，各模組之配置需經整體設計與優化，以確保系統穩定運行，如圖四。
首先，微波發射器負責將電能轉換為微波能量，常見配置為多組模組化設計，以提升系統輸出功率並增加運作之彈性。微波能量經由波導管傳輸至加熱腔體內部，並考量每組微波模組輸出及散熱，以避免局部能量集中造成加熱不均。
此外，在設備上的輸送系統的配置亦相當重要，透過控制輸送速度，可確保麵體於微波場中受熱時間一致，提升乾燥均勻性。另一方面，由於微波乾燥過程中會產生大量水蒸氣，因此排濕系統需妥善設計，透過強制排風將水氣排出，以維持腔體內乾燥環境並避免影響微波加熱效率。
圖四、微波模組配置圖
乾燥麵體測試
透過微波模組應用於麵體乾燥製程之可行性與實際效益，本研究進行乾燥麵體測試，相關設備與測試物如圖五、圖六、圖七。測試過程中，選用含水率約39%之麵體作為試驗樣品，並置於微波乾燥設備中進行乾燥處理，透過調整微波輸出功率、輸送速度及乾燥時間等參數，觀察其乾燥效果。在測試過程中，每間隔一段時間量測麵體之重量變化，以觀察含水率下降情形，並同步記錄乾燥時間。
實驗設備包括磅秤、含水率計、計時器，將麵體放入乾燥機內進行乾燥，單組功率設定約800w，共16組，乾燥至10%左右之含水率，並觀察含水率對於時間變化，由圖八之量測含水率結果至10%左右，時間花費約63分鐘。
整體而言，透過本次乾燥測試可確認微波模組於麵體乾燥製程中具備提升乾燥效率與縮短時間之效果，未來可進一步透過參數優化與設備調整，以達到更佳之乾燥性能與節能效益。
圖五、設備測試照片
圖六、測試麵體照片
圖七、初始含水率
圖八、乾燥後含水率
圖九、成品
結 論
本研究探討微波模組應用於麵體乾燥之可行性，透過模組配置與實際乾燥測試，驗證微波技術於麵體乾燥之應用效果。研究結果顯示，相較於傳統熱風乾燥方式，微波乾燥具備良好加熱之特性，可使麵體內部快速升溫並促進水分由內向外，有效縮短乾燥時間並提升乾燥效率。綜合測試結果，微波模組導入麵體乾燥製程具有良好之應用價值，不僅可提升生產效率，亦有助於降低能源消耗。未來可進一步，擴大應用範圍並提升整體效能，促進食品產業或是其他產業上之技術升級與永續發展。
永續發展之功整體效能促進食品業或是其他產業上之技術升級與永續發展，亦有助於降低能源消耗未來可進一步擴大，食品產業之技術能及與永續發展藉此於本案。
資料來源
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