射頻（RF）熱處理技術(shù)在果品貯藏中的應(yīng)用

馮吉睿，鄧麗莉，曾凱芳，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715;2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室（重慶），重慶 400715）

近年來，采后熱處理得以大力發(fā)展并應(yīng)用于商業(yè)化處理果實。在傳統(tǒng)的熱水浸泡和熱蒸汽處理的基礎(chǔ)上，熱處理技術(shù)的研究和應(yīng)用快速發(fā)展，出現(xiàn)了射頻（Radio frequency，RF）等新型的熱處理方式。RF 是頻率在 3KHz～300MHz 之間的電磁波［1－2］。美國聯(lián)邦通信委員會 （FCC）允許 13.56，27.12 和40.68MHz 頻率應(yīng)用于工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療（ISM）［3］。RF熱處理作為一種高效的介電熱處理方式應(yīng)用于食品工業(yè)已有多年。由于RF熱處理具有體積加熱、加熱速率可調(diào)和能源利用率高等特點，在食品解凍和餅干烘烤后的調(diào)節(jié)等方面已經(jīng)體現(xiàn)出它的優(yōu)勢［4－5］。前人已經(jīng)綜述了 RF熱處理技術(shù)在肉品加工、液體食品加熱等方面的應(yīng)用，并提出RF技術(shù)用于食品加工和保存的重大工程挑戰(zhàn)，同時也討論了設(shè)計這類系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的潛在用途［6－7］。近些年來，已經(jīng)有越來越多的工作集中在RF熱處理技術(shù)在果蔬貯藏中的應(yīng)用，本論文主要從RF熱處理技術(shù)對果蔬病蟲害的控制和對貯藏品質(zhì)的影響，以及RF熱處理技術(shù)的加熱不均勻性問題的研究進行了綜述。

1 RF熱處理技術(shù)對干果蟲害和病害的控制效果

蟲害是影響國內(nèi)外干果（葡萄干，紅棗，杏，無花果，西梅等）貿(mào)易最重要的衛(wèi)生檢疫指標(biāo)［8］。一般干果的介電損耗因子ε″較害蟲的小得多，因此干果在RF熱處理下吸熱升溫的速度比害蟲慢，或者處在磁場中相同時間溫度低許多。再者害蟲比干果具有更高的含水量，害蟲將吸收比干果多的RF能量，達到比周圍的食品較高的溫度以致被殺死。由于處理時間短，RF熱處理可以保證殺滅害蟲的同時使干果品質(zhì)符合合格安全的要求［9－10］。研究表明，27MHz 下RF的穿透深度可用于開發(fā)采后殺蟲的工業(yè)化RF熱處理設(shè)備［11－12］。

在27MHz RF下，核桃中害蟲升溫速度至少是核桃升溫的1.3倍，所以能夠在殺死害蟲的同時保證核桃的品質(zhì)［13］。Wang 等［14－15］提出了設(shè)計和擴大核桃采后殺蟲RF處理規(guī)模的工藝流程，這種工藝流程擁有高功率（25kW）和高負載的產(chǎn)品量（187kg的產(chǎn)品在皮帶上移動）。商業(yè)化RF熱處理核桃過程受多種因素影響，如核桃方向、開放式和封閉式外殼的核桃之間的不均勻加熱，以及實際存儲能量和能源消耗等。Mitcham等［16］在處理核桃的裝置上負載一個RF施加器（27MHz，12kW），加熱核桃至55℃或更高時，發(fā)現(xiàn)第五齡的臍橙螟（Amyelois transitella）的死亡率為100%。

吳曉玲［17］和 Guo［18］等的研究表明在一定的溫度下，RF頻率低于100MHz時，板栗象鼻蟲的損耗因子遠遠高于板栗，即在同一磁場中，電磁波對栗實象甲有選擇性加熱。在27MHz下板栗穿透深度最小為11.6cm。選擇性加熱板栗象鼻蟲和RF的穿透深度表明，在10MHz和100MHz之間的RF熱處理比微波（MW）熱處理對控制栗子害蟲更實用。

由于害蟲如印度谷螟（Plodia interpunctella）和臍橙螟（Amyelois transitella）的介電損耗因子比干果的大26～36倍，所以RF熱處理在殺蟲中具有巨大的潛力。用含水量在15～30.2g/100g的葡萄干，紅棗，杏干，無花果和西梅做材料，其在27MHz RF下的穿透深度（28.4～103.7cm）在連續(xù)和大規(guī)模處理控制干果采后蟲害中有發(fā)展?jié)摿Γ?9］。用RF熱處理杏仁殺蟲時，輕微的優(yōu)先加熱將提高大規(guī)模 RF處理的效率［20］。

生杏仁很容易遭受致病細菌如沙門氏菌的污染。流行病學(xué)和環(huán)境調(diào)查確認杏仁遭受致病菌污染主要發(fā)生在收獲后倒在地上和干燥過程中的機械搖動［21］。杏仁殼是多孔的，使用傳統(tǒng)的熱處理方法（如強制熱風(fēng)）熱傳導(dǎo)效果不佳，MW和RF處理可解決這一問題。Gao等［22］發(fā)現(xiàn)杏仁水分活度降低提高了沙門氏菌熱阻性，故在RF處理之前增加浸泡過程可以降低沙門氏菌的侵染率。含水量在23%左右的杏仁在75℃以上的高溫下RF熱處理2～4min，能夠殺滅沙門氏菌并不影響產(chǎn)品的品質(zhì)。此外，另一研究表明在每一個相應(yīng)的溫度和濕度，RF（27MHz和40MHz）的穿透深度約是微波頻率（915MHz和1800MHz）的6～24倍，故RF熱處理是一種能夠加熱均勻、處理規(guī)模大且有效控制沙門氏菌污染的干燥生杏仁的方法［23］。

綜上所述，RF加熱技術(shù)可以在保證核桃、板栗、生杏仁等干果品質(zhì)的前提下殺滅害蟲。說明RF加熱技術(shù)是殺滅干果害蟲有效的方法之一。

2 RF熱處理技術(shù)對鮮果蟲害及貯藏品質(zhì)的影響

由于RF熱處理具有快速和體積加熱特性，其用于水果滅蟲有利于克服傳統(tǒng)熱處理方法引起的水果品質(zhì)變化。Birla等［24］對RF熱處理滅蟲后的柑橘的品質(zhì)（包括失重、硬度、顏色變化、可溶性總固形物、酸及揮發(fā)物的變化等）進行了檢測，在4℃貯藏10d后，發(fā)現(xiàn)除了揮發(fā)性物質(zhì)有顯著的變化外，其他指標(biāo)均無顯著變化（p＜0.05）。在鹽水中 RF熱處理果實，溫度從19℃升至48℃，然后在48℃保持15min，這樣處理不僅符合檢疫安全還不損害處理后柑橘的品質(zhì)。櫻桃果實采用熱水預(yù)熱處理至38℃再用RF熱處理到 53℃ 保持 1.5min或 54℃ 保持 1min能100%的殺死內(nèi)蠹蛾（Cydiapomonella［L.］）幼蟲，即使在52℃保持4min也能保證檢疫安全，處理后在模擬空運（5℃，24 h）貯運時，仍能保持櫻桃的色澤，不會引起果皮皺縮和腐爛，僅對果肉褐變有輕微的影響［25］。

Wang等［26］發(fā)現(xiàn)將新鮮蘋果放在45℃熱水中預(yù)熱處理30min，再利用12kW、27.12MHz RF熱處理至48℃保持15min能殺滅蘋果上的內(nèi)蠹蛾，處理過的果實在4℃下貯藏30d后還能很好的保持果實的硬度、色澤可溶性固形物和可滴定酸。Sosa－Morales等［27－28］利用熱處理和RF熱處理相結(jié)合的方法對未成熟芒果和其害蟲墨西哥果蠅（Anastrepha ludens）進行了處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用熱水（45℃）熱處理50min，然后在27.12MHz，12kW RF 設(shè)備下處理 1min，直到整個果實的溫度達到48℃后，在該溫度的熱水中分別保持4、6、8min，三齡幼蟲可達到100%的死亡率。該處理方法與美國農(nóng)業(yè)部動物衛(wèi)生檢驗局（USDAAPHIS）采用的傳統(tǒng)熱處理（46.1℃熱水處理90min）相比，兩者都在21℃，濕度90%的條件下貯藏12d后，前者處理后的芒果果實更加堅硬，可以說明與傳統(tǒng)熱處理法相比RF處理后可以改進水果的質(zhì)地結(jié)構(gòu)。RF處理后使水果在48℃下保持6、8min，可達到規(guī)定的檢疫安全，而不會造成果實品質(zhì)受損。

由于不同水果的介電性質(zhì)都不同，對RF的反應(yīng)也明顯不同。水輔助RF熱處理是一個替代化學(xué)熏蒸的潛在方法，可用于殺死墨西哥果蠅（Anastrepha ludens）保證‘Fuyu’柿子檢疫安全。Tiwari等［29］用熱水預(yù)熱處理‘Fuyu’柿子至40℃，在經(jīng)過RF處理加熱至48℃保持8min能殺死果實上的墨西哥果蠅（Anastrepha ludens），貯藏7d（室溫和4℃）對果實的失重率、硬度、可溶性固形物和可滴定酸度沒有顯著的影響，只是花萼有輕微的褐變。Monzon等［30］評估RF熱處理用于控制‘Fuyu’柿子的墨西哥果蠅幼蟲的影響，發(fā)現(xiàn)處理方法（48～52℃保持 0.5～18min）沒有顯著影響果實的硬度、可溶性固形物含量，可滴定酸和失重，與對照相比RF處理后果實的果皮橙紅色更深。Hansen等［31］發(fā)現(xiàn)在RF下處理29min再用脈沖在50℃下處理5min，能控制蘋果內(nèi)蠹蛾幼蟲并增強水果的熱處理均勻性，但是嚴(yán)重影響了蘋果的貯藏品質(zhì)。

由于RF處理對果實的品質(zhì)影響好壞參半，因此在應(yīng)用RF熱處理殺蟲時首先要保證果實的基本品質(zhì)和屏蔽水果組織中的有害熱效應(yīng)。

3 RF熱處理技術(shù)對鮮果貯藏病害的防治

鮮有資料報道RF熱處理技術(shù)用于鮮果采后病害的控制。與熱水處理和熱空氣處理相比，RF熱處理能夠直接使果實內(nèi)部升溫，殺滅潛伏在果實內(nèi)部的病原菌，更容易控制采后潛伏性侵染性病害。Casals等［32］用RF處理桃和油桃18min來控制褐腐病，結(jié)果表明RF能有效控制桃褐腐病的發(fā)生，但不適合用于油桃褐腐病控制。此外，在以往的研究中發(fā)現(xiàn)果實大小影響RF處理的效果。因此，實驗需要解決處理油桃的時間和加熱的不均勻這兩大問題。

Sisquella 等［33］利用27.12MHz的 RF 熱處理設(shè)備在熱水和空氣中處理桃子和油桃來控制褐腐菌（Monilinia spp.）引起的褐腐病。結(jié)果發(fā)現(xiàn)果實在20℃的水中用RF處理9min顯著降低了果實褐腐病的發(fā)病率;在空氣中用RF處理果實18min，桃的發(fā)病率顯著低于油桃的。最后研究了不同處理時間和不同水溫對發(fā)病率的影響，結(jié)果表明利用27.12MHz的RF熱處理設(shè)備在35℃的熱水中處理6min和40℃處理4.5min能抑制褐腐病的發(fā)生且不影響果實的品質(zhì)。然而，更多的研究需要探討在其他的條件下的RF處理效果，因為病原體對熱的反應(yīng)受多種因素的影響如病菌感染時間，接種量，孢子含水率和果實成熟度等［34］。

4 展望

介電常數(shù)影響電磁波的在材料界面的反射和材料內(nèi)能量的衰減。復(fù)雜材料的相對介電常數(shù) ε*=ε′－jε″（j=（－1）0.5）包括介電常數(shù) ε′（其表示當(dāng)材料暴露于電場中的能量存儲）和介電損耗因子ε″（影響對能量吸收和衰減）。RF加熱農(nóng)產(chǎn)品時，RF能量的吸收與損耗因子成正比，因此，不同的農(nóng)產(chǎn)品接觸到RF場時其加熱也不盡相同［35］。頻率，溫度，鹽含量，水分含量、水分的狀態(tài)（凍結(jié)，束縛或自由）和食品內(nèi)容物（比如脂肪）是影響農(nóng)產(chǎn)品和生物材料介電性能的主要因素［3，36－37］。在射頻范圍內(nèi)，介電損耗因子主要由離子導(dǎo)電性影響［38］。在水中加鹽增加了離子導(dǎo)電率和介質(zhì)的損耗因子。在RF加熱下，通過添加食鹽可以克服水果在水中不均勻加熱，鹽的添加量取決于水果的介電常數(shù)［39］。因此，水果的介電常數(shù)是設(shè)計射頻加熱過程中必不可少的信息。

加熱不均勻性是影響開發(fā)RF熱處理控制蟲害和其他應(yīng)用過程中最主要的問題之一。熱處理不均勻會造成角，邊緣和中心部分過熱，在中高含水量的食物中尤為明顯［40－41］。這種溫度變化降低了處理的效率，也可能對產(chǎn)品造成嚴(yán)重的熱損傷，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。Birla等［42］用 FEMLAB 研究了在 12kW，27.12MHz的 RF系統(tǒng)中鮮果的熱處理不均勻性，發(fā)現(xiàn)鮮果果實的尺寸，幾何形狀和介電性質(zhì)是引起鮮果RF熱處理不均勻的主要因素，果皮和果肉的介電常數(shù)不同也能極大地影響水果的RF熱處理效果。Wang等［43］研究RF處理防治農(nóng)產(chǎn)品病蟲害時發(fā)現(xiàn)小尺寸的農(nóng)產(chǎn)品比大尺寸的熱處理均勻性好。由于不同的水果對RF有明顯不同的反應(yīng)，所以應(yīng)用RF對水果的滅蟲應(yīng)該依據(jù)不同的產(chǎn)品來進行設(shè)計處理方法。

目前，已經(jīng)有很多研究證實可以幫助解決加熱不均勻的問題，如利用計算機和商業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件（如COMSOL，F(xiàn)EMLAB等軟件）來模擬RF處理食品，分析在食品材料中RF能量的分布，解釋復(fù)雜的RF熱處理過程，預(yù)測干燥食品材料中的溫度分布［44］。RF熱處理還可以應(yīng)用于水果采后侵染性病害的防治，可以將RF熱處理和熱鹽水處理、生物防治結(jié)合應(yīng)用，研發(fā)一種更好的病害防治方法。并且鑒于RF熱處理技術(shù)有高效無污染，安全，易操作等優(yōu)勢，該技術(shù)仍然值得深入探索。隨著技術(shù)的進步和深入研究的開展，RF熱處理技術(shù)在果品貯藏具有廣闊的應(yīng)用前景。

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