微波技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

夏光輝 王曉雅 李冰

（通化師范學(xué)院制藥與食品科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134002）

微波技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

夏光輝 王曉雅 李冰

（通化師范學(xué)院制藥與食品科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134002）

微波技術(shù)是一種依靠微波發(fā)生設(shè)備產(chǎn)生的高頻電磁波，在有限空間內(nèi)傳遞給被處理物體,使其吸收后加速自身分子振動(dòng)來產(chǎn)熱或誘導(dǎo)微生物及其他分子發(fā)生一系列理化變化的一種技術(shù)。本文闡述了微波技術(shù)在果蔬類食品加工和檢測中的應(yīng)用情況，介紹了微波技術(shù)存在的問題，并概述了微波技術(shù)的發(fā)展趨勢。

微波；果蔬工業(yè)；研究進(jìn)展

近年來，微波技術(shù)在食品加工行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。微波技術(shù)的興起，改變了傳統(tǒng)食品工業(yè)固有的加熱及殺菌方式[1]，為食品工業(yè)的發(fā)展開辟了一條新的途徑。隨著人們生活節(jié)奏的加快，以及食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，人們愈加追崇天然、營養(yǎng)、安全的優(yōu)質(zhì)高檔食品，微波技術(shù)不僅能夠滿足人們對快餐食品加工的需求，而且在保持食品天然成分、最大限度保持食品營養(yǎng)價(jià)值方面受到廣泛關(guān)注和高度重視[2]。微波技術(shù)在國內(nèi)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)70年代，雖起步較晚，但發(fā)展和應(yīng)用的速度卻很快[3]。目前，已應(yīng)用于食品加工、造紙行業(yè)、化工過程、陶瓷、藥品、煙葉、建材、橡膠以及醫(yī)療等諸多行業(yè)[4]。隨著科研人員對微波技術(shù)研究的深入，微波技術(shù)不僅能用于食品加熱、殺菌過程，還可用于食品特殊成分的提取分離和部分食品的加工過程中[5]。果蔬類食品由于其成分的特殊性，傳統(tǒng)的加工方式在某些環(huán)節(jié)會(huì)對制品的品質(zhì)產(chǎn)生不利影響，將微波技術(shù)引入到果蔬加工過程中，能夠簡化果蔬加工工序，改善果蔬制品品質(zhì)，提高產(chǎn)品的分析檢測速度[6]。本文介紹了微波技術(shù)在水果蔬菜類食品加工及檢測方面中的應(yīng)用情況，并闡述了其發(fā)展前景。

1 微波技術(shù)

1.1 微波技術(shù)的歷史

微波技術(shù)最早產(chǎn)生于軍事通訊行業(yè)。在第二次世界大戰(zhàn)期間，軍事學(xué)家將微波應(yīng)用于雷達(dá)的研制過程，主要應(yīng)用微波技術(shù)進(jìn)行通信、廣播、電視的信號傳輸[7]。美國工程師在調(diào)整雷達(dá)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)蒼蠅或昆蟲干癟的死在空心螺線管中，同時(shí)裝在口袋里的巧克力會(huì)熔化，總結(jié)出這是微波導(dǎo)致的，后經(jīng)試驗(yàn)嘗試，發(fā)明了微波制作爆米花的裝置，這是微波功率設(shè)備在食品工業(yè)中應(yīng)用的雛形[8]。二

戰(zhàn)后，微波技術(shù)的研究不斷深入，到20世紀(jì)60年代后期，微波技術(shù)開始在食品加熱、烘干和殺菌等領(lǐng)域應(yīng)用[9]。目前，微波技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)研究在多學(xué)科領(lǐng)域受到高度重視，其應(yīng)用范圍越來越廣。

1.2 微波技術(shù)的概念

微波是一系列頻率在300MHz～300GHz、波長在1mm～1m間的電磁波的統(tǒng)稱，其頻率比一般的無線電波頻率高，具有“超高頻電磁波”的別稱[10]。

微波具有波粒二重性，可穿透玻璃、塑料和陶瓷類材料，幾乎不被吸收；金屬質(zhì)材料則會(huì)反射微波，水和食物等可吸收微波而使自身發(fā)熱[11]。

1.3 微波的產(chǎn)生

目前，工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫奈⒉ǘ际怯纱蠊β实奈⒉òl(fā)生裝置來產(chǎn)生，自然環(huán)境中的微波由于功率太小無法使用。微波設(shè)備主要由微波功率源、應(yīng)用器、波導(dǎo)元件和應(yīng)用器饋能結(jié)構(gòu)、傳感和控制四個(gè)部分組成[12]。微波功率源一般采用磁控管元件，在磁控管中，陰極的高壓電場發(fā)射電子，電子在強(qiáng)磁場作用下向陽極被迫作圓周運(yùn)動(dòng)，電子經(jīng)諧振腔減速后將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǖ哪芰?，再?jīng)累計(jì)后送入波導(dǎo)管中，最后經(jīng)傳感器傳入微波設(shè)備的使用部分對物料進(jìn)行微波處理[13]。磁控管的高壓電流需高壓變壓器對設(shè)備的供電電流進(jìn)行加壓而獲得的。微波功率的大小通過控制器調(diào)控電場電壓強(qiáng)弱或電流大小來進(jìn)行控制[14]。

2 微波技術(shù)在果蔬加工過程中的利用原理

2.1 產(chǎn)熱效應(yīng)

物體置入微波場中吸收微波后，物料中的極性分子在微波作用下發(fā)生定向高速移動(dòng)，微波場的方向高頻交替擺振，物料中的分子亦會(huì)隨著發(fā)生劇烈震動(dòng)，摩擦產(chǎn)生大量熱量。對物品的加熱從內(nèi)部開始，無表面過熱糊化現(xiàn)象的發(fā)生[15]。加熱不需傳導(dǎo)介質(zhì)，且加熱速度快[16]。利用微波的產(chǎn)熱效應(yīng)來對果蔬類食品進(jìn)行加熱或殺菌處理，易于瞬時(shí)控制，節(jié)能高效[17]。

2.2 非熱效應(yīng)

微波的殺菌抑酶作用除熱效應(yīng)外，還具有非熱效應(yīng)。利用高強(qiáng)度的脈沖微波，可導(dǎo)致微生物細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而導(dǎo)致微生物代謝障礙而死亡[18]。微波的非熱殺菌效應(yīng)使食品的溫度升高幅度較小，屬于低溫殺菌范圍，可最大限度地保持果蔬類食品的營養(yǎng)成分不被破壞[19]。

3 微波技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用

3.1 在果蔬干燥中的應(yīng)用

微波具有較好的產(chǎn)熱性，在果蔬干燥過程中利用微波進(jìn)行加熱。主要應(yīng)用方式有微波-熱風(fēng)干燥、微波-冷凍干燥和微波-真空干燥等復(fù)合處理方式，可顯著提高干燥后期的水分散失速度，縮短干燥時(shí)間，加快干燥進(jìn)程。Khraisheh等[20]應(yīng)用微波-熱風(fēng)干燥馬鈴薯片，發(fā)現(xiàn)經(jīng)兩者復(fù)合處理后，不但干燥時(shí)間顯著縮短，而且馬鈴薯片的復(fù)水性較單獨(dú)應(yīng)用熱風(fēng)干燥的顯著提高。Lin等[21]應(yīng)用微波-真空干燥手段處理胡蘿卜片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干燥后的胡蘿卜片維生素C損失較少，產(chǎn)品質(zhì)地更佳。吳翔等[22]應(yīng)用微波-冷凍干燥法制作刺梨果干，發(fā)現(xiàn)其天然性狀變化較小，微波-冷凍干燥后的果蔬產(chǎn)品，維生素保存率較高。除了上述三種微波干燥方法外，Erle還發(fā)明了滲透-微波干燥法[23]。先用一定濃度的糖液對果蔬進(jìn)行浸漬，去除水分，然后再用微波加熱進(jìn)行干燥，這種方法適合于草莓、蘋果等制品，可顯著提高維生素C的保留率。Sumnu等[24]還創(chuàng)作了微波-鹵素?zé)袈?lián)合干燥法，應(yīng)用微波-鹵素?zé)袈?lián)合干燥胡蘿卜，可將干燥時(shí)間縮短98%。這種方法先用熱風(fēng)干燥胡蘿卜，待水分存留較低時(shí)，再用微波輻射和鹵素?zé)袈?lián)合干燥，產(chǎn)品的色澤變化很小。王俊應(yīng)用微波-遠(yuǎn)紅外線復(fù)合干燥手段處理黃桃，發(fā)現(xiàn)，干燥后的黃桃片質(zhì)量更好[25]。由此可見，將微波與其他干燥技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，不但能縮短干燥時(shí)間，還能提高果蔬干制品的品質(zhì)。

3.2 在果蔬食品殺菌和保鮮中的應(yīng)用

微波殺菌基于食品中微生物同時(shí)受到微波熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的共同作用，可以在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到殺菌效果，不影響產(chǎn)品的色、香、味、形，顯示出較常規(guī)殺菌的優(yōu)越性。應(yīng)用微波對果蔬食品進(jìn)行殺菌處理，使用的微波功率越大，生熱速度越快，殺菌效果就越好。錢慶銀等[26]研究了微波技術(shù)在蘋果罐頭制作過程的應(yīng)用效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用微波進(jìn)行加熱，可減少蘋果的軟爛，減輕蘋果的褐變，殺菌速度比普通蒸汽加熱殺菌快很多，能節(jié)省三分之二的殺菌時(shí)間，且殺菌效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通熱處理。

脈沖微波是將微波以脈沖的形式間斷發(fā)出的一種微波，具有較好的殺菌效果。脈沖微波殺菌技術(shù)可用于果蔬的保鮮過程，主要是微波的非熱效應(yīng)殺菌。脈沖微波殺菌技術(shù)能在較低的溫度、較少的溫升條件下對果蔬制品進(jìn)

行殺菌，特別適合于果蔬的保鮮過程，如再輔助紫外線或臭氧，果蔬的保鮮效果更佳[27]。

3.3 在果蔬膨化中的應(yīng)用

利用微波加熱能使果蔬物料中的深層水分快速蒸發(fā)，在物料內(nèi)部形成較高的蒸汽壓，加速物料的膨化過程，改善膨化制品的品質(zhì)[28]。朱麗莉等[29]研究了應(yīng)用微波膨化技術(shù)處理山藥和胡蘿卜片，對物料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗笥煤线m的微波功率進(jìn)行膨化處理，省時(shí)省力，產(chǎn)品口感細(xì)膩，色澤怡人，整體膨化效果較佳。

3.4 在果蔬成分提取分離中的應(yīng)用

在果蔬成分提取過程中，應(yīng)用微波進(jìn)行輔助加熱，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外同時(shí)加熱，減少風(fēng)味成分的損失。微波輔助提取的基本原理是利用介質(zhì)吸收微波能的程度差異，利用不同功率的微波能對原料進(jìn)行處理，借助不同溶劑對果蔬原料中的目標(biāo)成分進(jìn)行選擇性提取，提取分離效率顯著提高。艾志錄等[30]應(yīng)用微波輔助提取蘋果渣多酚，研究了不同微波功率、不同提取條件下的提取率問題，發(fā)現(xiàn)微波輔助法省時(shí)、效率高。微波輔助提取技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，現(xiàn)已用于諸多果蔬成分的提取過程，如果蔬中的農(nóng)藥殘留、總黃酮、多糖、天然色素、果膠、高粘度殼聚糖等[31]。微波提取以其操作簡便、熱效率高、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。

3.5 在果蔬微量元素測定中的應(yīng)用

微波技術(shù)在微量元素測定的應(yīng)用主要體現(xiàn)在樣品的前處理上，應(yīng)用于樣品的消化降解過程。應(yīng)用微波進(jìn)行樣品消解，速度快，處理后的樣品溶解能力強(qiáng)，可減少消解過程的試劑用量，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，并可實(shí)現(xiàn)智能化消解。在果蔬微量元素砷、硒、兒茶素、表兒茶素、表沒食子酸兒茶素、抗壞血酸等的檢測方面，可用微波進(jìn)行樣品的消解處理[32]。

4 微波技術(shù)存在的問題

微波技術(shù)可在多領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，但目前缺少專用設(shè)備，尤其是大功率的專用設(shè)備?，F(xiàn)有的微波設(shè)備，精確控制方法需要改進(jìn)，加工溫度控制難以實(shí)現(xiàn)精確控制，微波的均勻分散性也有待于提高。微波設(shè)備一般都是大功率的，節(jié)能問題、微波泄露及保護(hù)措施還不完善[33]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室加工技術(shù)種類較多，但中試加工和規(guī)?；a(chǎn)的相應(yīng)技術(shù)卻嚴(yán)重不足，另外，食品的微波加工技術(shù)開發(fā)嚴(yán)重滯后。這些問題目前影響了微波技術(shù)的廣泛應(yīng)用，甚至致使人們對微波技術(shù)產(chǎn)生疑慮，需要逐步解決[34]。

5 微波設(shè)備及微波技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 微波設(shè)備的智能化發(fā)展趨勢

將現(xiàn)代的微電腦控制技術(shù)和傳感器感測技術(shù)整合到微波設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)微波設(shè)備的自動(dòng)化控制和智能化控制，大大提高微波設(shè)備適應(yīng)性，簡化微波設(shè)備的使用操作。國外已出現(xiàn)微波設(shè)備的條形碼識別技術(shù)。微波設(shè)備的讀碼器可自動(dòng)識別條形碼，并存儲相應(yīng)的程序，再次放入同類物品后可自動(dòng)控制[35]。更先進(jìn)的微波設(shè)備可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，甚至可自動(dòng)下載相應(yīng)的操作程序，實(shí)現(xiàn)無人操作[36]。

5.2 微波設(shè)備的多功能趨勢

單一功能的微波設(shè)備已不符合現(xiàn)代人們的需求。目前已有將電烤箱的燒烤功能元件加入微波爐，制造出微波燒烤組合微波爐。日本已推出帶有熱風(fēng)對流加熱功能的微波爐[37]。美國已生產(chǎn)出帶有視聽裝置的微波爐，操作者在加工操作的同時(shí)，利用微波爐上裝有的微型電視機(jī)和收音機(jī)，可以收看電視節(jié)目或收聽電臺廣播，使枯燥的工作變得豐富多彩[38]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微波設(shè)備的多功能性會(huì)更加豐富多樣。

5.3 微波設(shè)備的節(jié)能趨勢

微波設(shè)備消耗的功率較大，環(huán)保和節(jié)能是今后微波技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。將變頻技術(shù)應(yīng)用到微波設(shè)備中，把普通生活用電的頻率（50Hz）根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成20000～45000Hz的高頻電源，然后再供給微波產(chǎn)生元件，這樣可顯著節(jié)能[39]。日本松下公司已生產(chǎn)出這樣的節(jié)能微波設(shè)備，不僅耗電量減少了四分之一左右，而且使微波能量產(chǎn)生電路的供電系統(tǒng)的體積和重量大大減小[40]。

5.4 微波設(shè)備的操作簡便化趨勢

簡化操作程序，實(shí)現(xiàn)一鍵式操作是當(dāng)今食品加工設(shè)備的發(fā)展趨勢。目前，夏普公司已推出一種采用“液晶觸摸式控制面板”的一鍵控制式微波加熱設(shè)備[38]，直接點(diǎn)擊控制面板上的圖形或文字鍵，設(shè)備即可開始工作，使微波設(shè)備的操作控制變得更加容易，這樣的易控設(shè)備是當(dāng)今微波設(shè)備發(fā)展的必然趨勢。

5.5 微波設(shè)備及技術(shù)的健康化趨勢

現(xiàn)代人對健康的意識越來越強(qiáng)，對食品中熱量的控制越來越重視。微波設(shè)備的發(fā)展和微波加工技術(shù)的革新，

使之能夠制作出低熱量的食品。日本三菱公司現(xiàn)已開發(fā)出新型的微波爐設(shè)備，可依據(jù)科研人員設(shè)計(jì)的特殊食譜，自動(dòng)對食品進(jìn)行處理，其制作出的食品相比傳統(tǒng)油炸方式節(jié)省50%～70%的油脂用量，大大減少成品的含油量[38]。消費(fèi)者食用這樣的食品，既可享受美味，又可減少脂肪的攝入，有利于身體健康。

5.6 微波技術(shù)與其他技術(shù)協(xié)同發(fā)展

未來將會(huì)有更多的微波復(fù)合技術(shù)問世，這會(huì)使微波和其他技術(shù)相互取長補(bǔ)短，發(fā)揮組合使用的優(yōu)勢，改變傳統(tǒng)的果蔬及其他食品的加工處理方式[41]。

6 微波技術(shù)應(yīng)用前景展望

隨著對微波應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)和深入研究，微波產(chǎn)熱的快速方便性及容易控制的優(yōu)勢會(huì)得到更多人的認(rèn)可，加之機(jī)械設(shè)備的快速更新，先進(jìn)的電子數(shù)控、傳感技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)使微波技術(shù)逐步完善，發(fā)揮微波和其他技術(shù)的協(xié)同作用，使微波技術(shù)向廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。微波技術(shù)的理論創(chuàng)新會(huì)不斷深入，微波設(shè)備在不斷完善自身功能的同時(shí)，也會(huì)不斷地向自動(dòng)化、方便化、節(jié)能化方向發(fā)展。微波技術(shù)的應(yīng)用前景會(huì)越來越廣。

總之，微波技術(shù)在果蔬加工過程中可應(yīng)用到多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)中，從原料的保鮮到成品的滅菌及質(zhì)量檢驗(yàn)，都可選擇性應(yīng)用。我國雖然微波技術(shù)起步較晚，但近年來發(fā)展較快。隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展，其在果蔬加工中的應(yīng)用會(huì)逐步向縱深方向發(fā)展。

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Research Progress on Application of Microwave Technology in Fruit and Vegetable Processing

XIA Guang-hui WANG Xiao-ya LI Bing
(College of Pharmaceutical and Food Science,Tonghua Normal University,Tonghua 134002,China)

Microwave technology is a kind of high frequency electromagnetic wave that produced by microwave generating equipment,it can be passed to the processed object within the limited space,After the absorption,it would accelerate its molecular vibration to generate heat or induce a series of physical and chemical changes in microorganism and other molecules.In this paper,the author expounded the application of microwave technology in fruit and vegetable food processing and testing,the existing problems were introduced,and the development trend was summarized.

Microwave；fruit and vegetable industry；research progress

S205

A

1008-1038(2016)07-0004-05

2016-05-12

夏光輝（1978—），男，吉林通化人，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方面的研究工作