食品工業(yè)微波輔助研究

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1微波輔助漂燙

漂燙是果蔬工業(yè)化生產(chǎn)中一個重要的工序，其主要目的是使造成顏色、風(fēng)味和質(zhì)地變化的酶系統(tǒng)失活，如過氧化酶、多酚氧化酶、脂肪氧合酶和果膠酶［2］。傳統(tǒng)漂燙方法為熱水處理和蒸氣漂燙，這些常規(guī)漂燙方法漂燙時間較長，造成產(chǎn)品營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)大量流失。而微波漂燙具有熱穿透力強，加熱速度快、營養(yǎng)物質(zhì)損失少、能耗低和易于控制等優(yōu)點而被廣泛研究和應(yīng)用。Ponne等［3］對菠菜葉的不同漂燙方法進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明，微波－蒸氣漂燙的菜葉具有更好的質(zhì)構(gòu)，VC含量最高。與熱水和蒸氣漂燙相比，微波－蒸氣漂燙明顯改善了產(chǎn)品質(zhì)量，這個結(jié)果與Dorantes－Alverez等的報道［4］相一致。而Devece等［5］認(rèn)為，微波漂燙整塊水果或蔬菜時，由于物料體積較大，加熱不均勻，導(dǎo)致物料表面過熱，因此微波不適合于大塊物料的漂燙。微波漂燙在玉米保鮮方面也有相關(guān)報道。李清明等［6］利用微波漂燙技術(shù)對甜玉米進(jìn)行保鮮研究。試驗結(jié)果顯示，通過微波熱燙處理后玉米籽粒中的可溶性糖和VC含量顯著高于水煮和蒸氣處理的產(chǎn)品，但微波熱燙處理過程中易導(dǎo)致玉米籽粒失水，出現(xiàn)籽粒松散的現(xiàn)象。黃葦?shù)龋?］對微波－沸水結(jié)合滅菌和高溫滅菌在軟罐頭玉米穗加工中的應(yīng)用進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，采用微波－沸水結(jié)合滅菌的甜玉米軟罐頭，其色澤比經(jīng)121℃高溫滅菌效果好；在常溫貯藏過程中，其明亮度、色澤、總糖等指標(biāo)均可達(dá)到顯著水平。大量研究［2－3，7］表明，微波結(jié)合水或蒸氣漂燙預(yù)處理具有更好的經(jīng)濟性，這是因為低成本的水或蒸氣用于產(chǎn)品最初的升溫，而使用成本較高的微波能完成產(chǎn)品內(nèi)部的漂燙。目前，微波輔助漂燙在小規(guī)模生產(chǎn)中已初見成效，但是控制微波均勻性仍是設(shè)計大型微波漂燙設(shè)備的一個巨大挑戰(zhàn)，還需要大量研究以探索新方法，確保加工過程具有良好的重復(fù)性和溫度的均一性。

2微波輔助干燥

微波干燥時，微波能透射到物料內(nèi)部被水分吸收，將微波能轉(zhuǎn)化為熱能，使得物料內(nèi)外同時升溫。微波干燥具有干燥速度快、均勻加熱等優(yōu)點，但成本較高，因而還要結(jié)合其它干燥方法。微波輔助干燥是將微波能應(yīng)用于不同干燥階段，為其它干燥方法提供熱量。微波輔助干燥可以較好地阻止熱量散失，充分干燥物料，因而可以有效節(jié)約能源；進(jìn)而避免單純微波干燥造成的表面過硬、局部過熱等現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代中期，首次提出微波輔助干燥技術(shù)。利用微波與空氣對流干燥物料，不僅可以獲得較好的產(chǎn)品質(zhì)量，且干燥耗能和加工時間也大大減少［8］。目前，微波輔助干燥技術(shù)憑借其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢獲得相關(guān)企業(yè)的大量關(guān)注，特別是在國外，微波輔助干燥在食品、藥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應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。目前，中國關(guān)于微波輔助干燥技術(shù)的研究也日益增加。微波可以和多種干燥方法聯(lián)合使用，微波－熱風(fēng)干燥和微波真空干燥應(yīng)用較普遍［9］。在工業(yè)化生產(chǎn)中，隧道式微波－熱風(fēng)干燥主要用于意大利面食、餅干及油煎土豆片的終端去濕處理［10］。Altan等［11］對微波輔助氣流干燥意大利通心粉進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，微波與熱風(fēng)干燥相結(jié)合不僅縮短了干燥時間，而且改善了通心粉的質(zhì)構(gòu)特性及烹飪特性。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)機化研究所的張曉辛等［12］分別對菊花的微波干燥、熱風(fēng)干燥及微波－熱風(fēng)組合干燥的方法、工藝、結(jié)果進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，純微波干燥由于干燥時間短，瞬間產(chǎn)熱量大，導(dǎo)致菊花溫度過高，無法連續(xù)作業(yè)，難以確保產(chǎn)品質(zhì)量；純氣流干燥時間為6h；而利用微波－熱風(fēng)組合干燥技術(shù)可使干燥時間縮短至4h內(nèi)，且干燥后的菊花花朵整齊，色、味、形基本不變。章斌等［13］應(yīng)用微波－熱風(fēng)聯(lián)合干燥方式探討香蕉片聯(lián)合干燥過程中熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、干燥轉(zhuǎn)換點的物料含水率、微波功率對干燥速率的影響；并以成品色差L值、復(fù)水率、VC含量、質(zhì)構(gòu)和復(fù)水率為指標(biāo)，對聯(lián)合干燥、熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥的產(chǎn)品進(jìn)行比較。結(jié)果表明，熱風(fēng)－微波聯(lián)合干燥方式的干燥速率快，能耗低，產(chǎn)品品質(zhì)與真空冷凍干燥的產(chǎn)品相近。微波真空干燥產(chǎn)品可以降低加工過程中的熱量及氧化對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。美國加州州立大學(xué)［14］將微波真空干燥技術(shù)用于生產(chǎn)脫水葡萄。試驗發(fā)現(xiàn)，微波真空干燥技術(shù)能很好地保持新鮮葡萄的風(fēng)味和色澤，且葡萄外形也不萎縮，新鮮葡萄的折干率為25％。Lin等［2］比較了微波真空干燥、熱風(fēng)干燥對胡蘿卜片的脫水效果。與熱風(fēng)干燥相比，微波真空干燥產(chǎn)品有較高的復(fù)水性，較高的α胡蘿卜素和Vc含量，密度低，質(zhì)地松軟。Yongsawatdigal等［15］也證明了微波真空干燥的越橘比氣流干燥的顏色和質(zhì)地都好。綜上所述，中國在微波干燥技術(shù)的研究方面雖然取得了不少成果，但微波干燥技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用研究領(lǐng)域較窄，微波復(fù)合干燥技術(shù)的研究有待于拓展，與微波干燥技術(shù)配套的設(shè)備開發(fā)尚需加強。

3微波輔助烘焙

烘焙是一個傳熱和傳質(zhì)同時進(jìn)行的復(fù)雜過程。在食品的烘焙過程中，發(fā)生了一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，包括淀粉凝膠化，蛋白質(zhì)變性，二氧化碳從發(fā)酵物中釋放，體積膨脹，水分蒸發(fā)，外殼形成以及褐變反應(yīng)等。而微波加熱速度快，烘焙反應(yīng)不能充分完成，無法形成棕褐色表面及外殼。為獲得與傳統(tǒng)烘焙相同質(zhì)量的產(chǎn)品，微波輔助產(chǎn)品的開發(fā)是非常必要的。在20世紀(jì)90年代初期，APVBaker開發(fā)了一種用于后烘焙的微波傳統(tǒng)烤爐，以替代無線電射頻加熱［16］。這種多媒爐不僅可以獲得傳統(tǒng)烘焙方法的高質(zhì)量產(chǎn)品，同時還具有微波技術(shù)所擁有的烘焙時間短和利于過程控制的優(yōu)點。微波加熱與鹵光燈加熱相結(jié)合也是一種常用的微波輔助烘焙方法。鹵光燈－微波聯(lián)合爐同時具有鹵光燈加熱產(chǎn)品的棕褐色及松脆的優(yōu)點和微波加熱節(jié)省時間的優(yōu)點。據(jù)了解，這項技術(shù)已成功用于面包的烘焙領(lǐng)域，而且與傳統(tǒng)烘焙方法相比，烘焙時間縮短75％。試驗表明，微波條件是影響產(chǎn)品硬度和重量損失的主要原因［17］。Demirekler等［18］認(rèn)為，在使用鹵光燈－微波聯(lián)合爐烘焙面包的過程中，可以通過保持爐內(nèi)的濕度來降低烘焙面包的硬度。鹵光燈功率為50％～75％和微波功率20％的條件下，烘焙5min的面包可以獲得與傳統(tǒng)烘焙面包（顏色、質(zhì)構(gòu)特性、體積和孔隙度等方面）相近的質(zhì)量。目前，利用鹵光燈－微波聯(lián)合爐烘焙面包已初見成效，但這種爐應(yīng)用于其他烘焙產(chǎn)品的工藝還有待于進(jìn)一步研究。另外，微波輔助烘焙產(chǎn)品的質(zhì)地仍需改善，因此對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，這將為改善微波烘焙產(chǎn)品的品質(zhì)提供依據(jù)。

4微波輔助萃取

微波萃取又叫微波輔助萃取，是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦洼腿〖夹g(shù)，即利用微波能加熱與樣品相接觸的溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離出來并進(jìn)入溶劑，是在傳統(tǒng)萃取工藝的基礎(chǔ)上強化傳熱、傳質(zhì)的一個過程。縮短提取時間是將微波引入提取系統(tǒng)的優(yōu)點之一。BrachetA［19］從可可葉中提取可卡因和苯甲酰芽子堿，考察了微波功率、照射時間、提取溶劑、粒徑等參數(shù)對提取率的影響。結(jié)果表明，所得提取率與傳統(tǒng)方法相當(dāng)，且提取物的質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)方法，微波浸提時間僅為30s。彭應(yīng)兵等［20］以乙醇溶液為提取劑，采用微波輔助法提取茶籽殼中的茶皂素，分別考察了乙醇濃度、微波功率、固液比、提取時間對提取效果的影響，并通過正交試驗優(yōu)化了工藝參數(shù)：乙醇濃度50％、微波功率400W、固液體積比1∶3（m∶V）、反應(yīng)時間8min，所提產(chǎn)率達(dá)12．16％。微波萃取系統(tǒng)的缺點是不易自動化，缺乏與其他儀器在線聯(lián)機的可能性，如果在儀器設(shè)計方面取得突破，將微波萃取系統(tǒng)與檢測儀器聯(lián)機會獲得更強大的生命力［21］。

5微波輔助解凍

微波解凍是利用電磁波通過波導(dǎo)直接處理產(chǎn)品。微波解凍可以避免傳統(tǒng)方法在長時間解凍過程中的汁液流失和表層污染，同時提高了場地和設(shè)備的利用率［22］。對于有包裝的物料，微波調(diào)溫可以在不拆除包裝的條件下進(jìn)行，不僅簡化了操作，而且降低了對環(huán)境衛(wèi)生的要求。若采用微波技術(shù)將整塊凍物料完全解凍，物料表層吸收了大量的微波能，部分冰迅速融化成水，導(dǎo)致表面溫度迅速升高，出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，而大部分還處于凍結(jié)狀態(tài)，無法實現(xiàn)均勻解凍。所以，要進(jìn)行完全解凍，應(yīng)結(jié)合其它工藝來實現(xiàn)［2］。微波應(yīng)用于冷凍食品的解凍工藝可分為調(diào)溫和融化兩種。調(diào)溫一般是指冷藏的食品解凍時，從較低的溫度調(diào)到正好略低于水的冰點，即－4～－2℃。此時，物料處于固態(tài)，易于切片、切丁或進(jìn)行其它加工。在選擇工業(yè)化解凍和回溫系統(tǒng)時，必須在解凍溫度、產(chǎn)品表面和微生物控制以及諸如廢棄物的排放和各系統(tǒng)的運行資金等問題之間尋求一個平衡點。在這些因素中，解凍時間是主要標(biāo)準(zhǔn)，它常常決定了系統(tǒng)的最終選擇［2］。Virtanen等［23］聯(lián)合利用微波能和不同環(huán)境溫度的冷空氣解決微波輔助解凍過程中的縮短解凍時間和避免熱失控問題。微波動力采用“開”和“關(guān)”循環(huán)進(jìn)行，利用兩種溫度控制方案維持基于冷點和熱點間的預(yù)設(shè)溫度梯度。結(jié)果表明，微波解凍時間比空氣解凍縮短了7倍。盡管利用微波加熱冷凍食品是一種快速的解凍方法，但其因熱不穩(wěn)定性而受到限制。這種熱不穩(wěn)定性主要發(fā)生在產(chǎn)品表面，已經(jīng)有人嘗試解凍過程中采用氣流或液氮冷卻。雖然試驗上取得了成功，但成本較高，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

6展望

中國微波技術(shù)在食品中的研究起步較晚，尚存在許多難題未能解決。諸如，在微波處理過程中微波泄漏、微波的均勻性和微波的穩(wěn)定性等仍然是棘手的難題。但隨著研究的進(jìn)一步深化，微波輔助食品生產(chǎn)的工藝也將逐漸得以改善。另外，在完善微波自身技術(shù)方法和設(shè)備的基礎(chǔ)上，不斷與其它先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮其生產(chǎn)優(yōu)勢。因此，微波輔助技術(shù)作為一種順應(yīng)潮流的高新技術(shù)必將得到迅速發(fā)展，特別在食品生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)碛袕V闊的前景。