食品工业微波辅助研究

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1微波辅助漂烫

漂烫是果蔬工业化生产中一个重要的工序，其主要目的是使造成颜色、风味和质地变化的酶系统失活，如过氧化酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶和果胶酶［2］。传统漂烫方法为热水处理和蒸气漂烫，这些常规漂烫方法漂烫时间较长，造成产品营养成分和风味物质大量流失。而微波漂烫具有热穿透力强，加热速度快、营养物质损失少、能耗低和易于控制等优点而被广泛研究和应用。Ponne等［3］对菠菜叶的不同漂烫方法进行了研究。试验结果表明，微波－蒸气漂烫的菜叶具有更好的质构，VC含量最高。与热水和蒸气漂烫相比，微波－蒸气漂烫明显改善了产品质量，这个结果与Dorantes－Alverez等的报道［4］相一致。而Devece等［5］认为，微波漂烫整块水果或蔬菜时，由于物料体积较大，加热不均匀，导致物料表面过热，因此微波不适合于大块物料的漂烫。微波漂烫在玉米保鲜方面也有相关报道。李清明等［6］利用微波漂烫技术对甜玉米进行保鲜研究。试验结果显示，通过微波热烫处理后玉米籽粒中的可溶性糖和VC含量显著高于水煮和蒸气处理的产品，但微波热烫处理过程中易导致玉米籽粒失水，出现籽粒松散的现象。黄苇等［7］对微波－沸水结合灭菌和高温灭菌在软罐头玉米穗加工中的应用进行了比较。结果表明，采用微波－沸水结合灭菌的甜玉米软罐头，其色泽比经121℃高温灭菌效果好；在常温贮藏过程中，其明亮度、色泽、总糖等指标均可达到显著水平。大量研究［2－3，7］表明，微波结合水或蒸气漂烫预处理具有更好的经济性，这是因为低成本的水或蒸气用于产品最初的升温，而使用成本较高的微波能完成产品内部的漂烫。目前，微波辅助漂烫在小规模生产中已初见成效，但是控制微波均匀性仍是设计大型微波漂烫设备的一个巨大挑战，还需要大量研究以探索新方法，确保加工过程具有良好的重复性和温度的均一性。

2微波辅助干燥

微波干燥时，微波能透射到物料内部被水分吸收，将微波能转化为热能，使得物料内外同时升温。微波干燥具有干燥速度快、均匀加热等优点，但成本较高，因而还要结合其它干燥方法。微波辅助干燥是将微波能应用于不同干燥阶段，为其它干燥方法提供热量。微波辅助干燥可以较好地阻止热量散失，充分干燥物料，因而可以有效节约能源；进而避免单纯微波干燥造成的表面过硬、局部过热等现象。20世纪60年代中期，首次提出微波辅助干燥技术。利用微波与空气对流干燥物料，不仅可以获得较好的产品质量，且干燥耗能和加工时间也大大减少［8］。目前，微波辅助干燥技术凭借其产品质量稳定的优势获得相关企业的大量关注，特别是在国外，微波辅助干燥在食品、药品的干燥研究上已取得了一定的成果，且一些成果已成功的应用于工业化生产中。目前，中国关于微波辅助干燥技术的研究也日益增加。微波可以和多种干燥方法联合使用，微波－热风干燥和微波真空干燥应用较普遍［9］。在工业化生产中，隧道式微波－热风干燥主要用于意大利面食、饼干及油煎土豆片的终端去湿处理［10］。Altan等［11］对微波辅助气流干燥意大利通心粉进行了研究。结果表明，微波与热风干燥相结合不仅缩短了干燥时间，而且改善了通心粉的质构特性及烹饪特性。农业部南京农机化研究所的张晓辛等［12］分别对菊花的微波干燥、热风干燥及微波－热风组合干燥的方法、工艺、结果进行了研究。结果发现，纯微波干燥由于干燥时间短，瞬间产热量大，导致菊花温度过高，无法连续作业，难以确保产品质量；纯气流干燥时间为6h；而利用微波－热风组合干燥技术可使干燥时间缩短至4h内，且干燥后的菊花花朵整齐，色、味、形基本不变。章斌等［13］应用微波－热风联合干燥方式探讨香蕉片联合干燥过程中热风温度、风速、干燥转换点的物料含水率、微波功率对干燥速率的影响；并以成品色差L值、复水率、VC含量、质构和复水率为指标，对联合干燥、热风干燥和真空冷冻干燥的产品进行比较。结果表明，热风－微波联合干燥方式的干燥速率快，能耗低，产品品质与真空冷冻干燥的产品相近。微波真空干燥产品可以降低加工过程中的热量及氧化对产品品质的影响。美国加州州立大学［14］将微波真空干燥技术用于生产脱水葡萄。试验发现，微波真空干燥技术能很好地保持新鲜葡萄的风味和色泽，且葡萄外形也不萎缩，新鲜葡萄的折干率为25％。Lin等［2］比较了微波真空干燥、热风干燥对胡萝卜片的脱水效果。与热风干燥相比，微波真空干燥产品有较高的复水性，较高的α胡萝卜素和Vc含量，密度低，质地松软。Yongsawatdigal等［15］也证明了微波真空干燥的越橘比气流干燥的颜色和质地都好。综上所述，中国在微波干燥技术的研究方面虽然取得了不少成果，但微波干燥技术在食品工业的应用研究领域较窄，微波复合干燥技术的研究有待于拓展，与微波干燥技术配套的设备开发尚需加强。

3微波辅助烘焙

烘焙是一个传热和传质同时进行的复杂过程。在食品的烘焙过程中，发生了一系列的物理和化学反应，包括淀粉凝胶化，蛋白质变性，二氧化碳从发酵物中释放，体积膨胀，水分蒸发，外壳形成以及褐变反应等。而微波加热速度快，烘焙反应不能充分完成，无法形成棕褐色表面及外壳。为获得与传统烘焙相同质量的产品，微波辅助产品的开发是非常必要的。在20世纪90年代初期，APVBaker开发了一种用于后烘焙的微波传统烤炉，以替代无线电射频加热［16］。这种多媒炉不仅可以获得传统烘焙方法的高质量产品，同时还具有微波技术所拥有的烘焙时间短和利于过程控制的优点。微波加热与卤光灯加热相结合也是一种常用的微波辅助烘焙方法。卤光灯－微波联合炉同时具有卤光灯加热产品的棕褐色及松脆的优点和微波加热节省时间的优点。据了解，这项技术已成功用于面包的烘焙领域，而且与传统烘焙方法相比，烘焙时间缩短75％。试验表明，微波条件是影响产品硬度和重量损失的主要原因［17］。Demirekler等［18］认为，在使用卤光灯－微波联合炉烘焙面包的过程中，可以通过保持炉内的湿度来降低烘焙面包的硬度。卤光灯功率为50％～75％和微波功率20％的条件下，烘焙5min的面包可以获得与传统烘焙面包（颜色、质构特性、体积和孔隙度等方面）相近的质量。目前，利用卤光灯－微波联合炉烘焙面包已初见成效，但这种炉应用于其他烘焙产品的工艺还有待于进一步研究。另外，微波辅助烘焙产品的质地仍需改善，因此对微波作用下食品不同成分的相互作用的研究是十分必要的，这将为改善微波烘焙产品的品质提供依据。

4微波辅助萃取

微波萃取又叫微波辅助萃取，是一种非常具有发展潜力的新型萃取技术，即利用微波能加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离出来并进入溶剂，是在传统萃取工艺的基础上强化传热、传质的一个过程。缩短提取时间是将微波引入提取系统的优点之一。BrachetA［19］从可可叶中提取可卡因和苯甲酰芽子碱，考察了微波功率、照射时间、提取溶剂、粒径等参数对提取率的影响。结果表明，所得提取率与传统方法相当，且提取物的质量优于传统方法，微波浸提时间仅为30s。彭应兵等［20］以乙醇溶液为提取剂，采用微波辅助法提取茶籽壳中的茶皂素，分别考察了乙醇浓度、微波功率、固液比、提取时间对提取效果的影响，并通过正交试验优化了工艺参数：乙醇浓度50％、微波功率400W、固液体积比1∶3（m∶V）、反应时间8min，所提产率达12．16％。微波萃取系统的缺点是不易自动化，缺乏与其他仪器在线联机的可能性，如果在仪器设计方面取得突破，将微波萃取系统与检测仪器联机会获得更强大的生命力［21］。

5微波辅助解冻

微波解冻是利用电磁波通过波导直接处理产品。微波解冻可以避免传统方法在长时间解冻过程中的汁液流失和表层污染，同时提高了场地和设备的利用率［22］。对于有包装的物料，微波调温可以在不拆除包装的条件下进行，不仅简化了操作，而且降低了对环境卫生的要求。若采用微波技术将整块冻物料完全解冻，物料表层吸收了大量的微波能，部分冰迅速融化成水，导致表面温度迅速升高，出现局部过热现象，而大部分还处于冻结状态，无法实现均匀解冻。所以，要进行完全解冻，应结合其它工艺来实现［2］。微波应用于冷冻食品的解冻工艺可分为调温和融化两种。调温一般是指冷藏的食品解冻时，从较低的温度调到正好略低于水的冰点，即－4～－2℃。此时，物料处于固态，易于切片、切丁或进行其它加工。在选择工业化解冻和回温系统时，必须在解冻温度、产品表面和微生物控制以及诸如废弃物的排放和各系统的运行资金等问题之间寻求一个平衡点。在这些因素中，解冻时间是主要标准，它常常决定了系统的最终选择［2］。Virtanen等［23］联合利用微波能和不同环境温度的冷空气解决微波辅助解冻过程中的缩短解冻时间和避免热失控问题。微波动力采用“开”和“关”循环进行，利用两种温度控制方案维持基于冷点和热点间的预设温度梯度。结果表明，微波解冻时间比空气解冻缩短了7倍。尽管利用微波加热冷冻食品是一种快速的解冻方法，但其因热不稳定性而受到限制。这种热不稳定性主要发生在产品表面，已经有人尝试解冻过程中采用气流或液氮冷却。虽然试验上取得了成功，但成本较高，无法实现工业化生产。

6展望

中国微波技术在食品中的研究起步较晚，尚存在许多难题未能解决。诸如，在微波处理过程中微波泄漏、微波的均匀性和微波的稳定性等仍然是棘手的难题。但随着研究的进一步深化，微波辅助食品生产的工艺也将逐渐得以改善。另外，在完善微波自身技术方法和设备的基础上，不断与其它先进技术相结合，充分发挥其生产优势。因此，微波辅助技术作为一种顺应潮流的高新技术必将得到迅速发展，特别在食品生产领域将会拥有广阔的前景。