微波技術在果蔬加工中的應用研究進展

夏光輝 王曉雅 李冰

（通化師范學院制藥與食品科學學院，吉林 通化 134002）

微波技術在果蔬加工中的應用研究進展

夏光輝 王曉雅 李冰

（通化師范學院制藥與食品科學學院，吉林 通化 134002）

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

微波；果蔬工業；研究進展

近年來，微波技術在食品加工行業中的應用發展迅速。微波技術的興起，改變了傳統食品工業固有的加熱及殺菌方式[1]，為食品工業的發展開辟了一條新的途徑。隨著人們生活節奏的加快，以及食品衛生標準的日益嚴格，人們愈加追崇天然、營養、安全的優質高檔食品，微波技術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價值方面受到廣泛關注和高度重視[2]。微波技術在國內的開發利用始于20世紀70年代，雖起步較晚，但發展和應用的速度卻很快[3]。目前，已應用于食品加工、造紙行業、化工過程、陶瓷、藥品、煙葉、建材、橡膠以及醫療等諸多行業[4]。隨著科研人員對微波技術研究的深入，微波技術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，傳統的加工方式在某些環節會對制品的品質產生不利影響，將微波技術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，提高產品的分析檢測速度[6]。本文介紹了微波技術在水果蔬菜類食品加工及檢測方面中的應用情況，并闡述了其發展前景。

1 微波技術

1.1 微波技術的歷史

微波技術最早產生于軍事通訊行業。在第二次世界大戰期間，軍事學家將微波應用于雷達的研制過程，主要應用微波技術進行通信、廣播、電視的信號傳輸[7]。美國工程師在調整雷達時，經常發現蒼蠅或昆蟲干癟的死在空心螺線管中，同時裝在口袋里的巧克力會熔化，總結出這是微波導致的，后經試驗嘗試，發明了微波制作爆米花的裝置，這是微波功率設備在食品工業中應用的雛形[8]。二

戰后，微波技術的研究不斷深入，到20世紀60年代后期，微波技術開始在食品加熱、烘干和殺菌等領域應用[9]。目前，微波技術應用的相關研究在多學科領域受到高度重視，其應用范圍越來越廣。

1.2 微波技術的概念

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；金屬質材料則會反射微波，水和食物等可吸收微波而使自身發熱[11]。

1.3 微波的產生

目前，工業生產和人們日常生活中所用的微波都是由大功率的微波發生裝置來產生，自然環境中的微波由于功率太小無法使用。微波設備主要由微波功率源、應用器、波導元件和應用器饋能結構、傳感和控制四個部分組成[12]。微波功率源一般采用磁控管元件，在磁控管中，陰極的高壓電場發射電子，電子在強磁場作用下向陽極被迫作圓周運動，電子經諧振腔減速后將其動能轉變為電磁波的能量，再經累計后送入波導管中，最后經傳感器傳入微波設備的使用部分對物料進行微波處理[13]。磁控管的高壓電流需高壓變壓器對設備的供電電流進行加壓而獲得的。微波功率的大小通過控制器調控電場電壓強弱或電流大小來進行控制[14]。

2 微波技術在果蔬加工過程中的利用原理

2.1 產熱效應

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生定向高速移動，微波場的方向高頻交替擺振，物料中的分子亦會隨著發生劇烈震動，摩擦產生大量熱量。對物品的加熱從內部開始，無表面過熱糊化現象的發生[15]。加熱不需傳導介質，且加熱速度快[16]。利用微波的產熱效應來對果蔬類食品進行加熱或殺菌處理，易于瞬時控制，節能高效[17]。

2.2 非熱效應

微波的殺菌抑酶作用除熱效應外，還具有非熱效應。利用高強度的脈沖微波，可導致微生物細胞膜的通透性發生改變，蛋白質發生變性，從而導致微生物代謝障礙而死亡[18]。微波的非熱殺菌效應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成分不被破壞[19]。

3 微波技術在果蔬加工中的應用

3.1 在果蔬干燥中的應用

微波具有較好的產熱性，在果蔬干燥過程中利用微波進行加熱。主要應用方式有微波-熱風干燥、微波-冷凍干燥和微波-真空干燥等復合處理方式，可顯著提高干燥后期的水分散失速度，縮短干燥時間，加快干燥進程。Khraisheh等[20]應用微波-熱風干燥馬鈴薯片，發現經兩者復合處理后，不但干燥時間顯著縮短，而且馬鈴薯片的復水性較單獨應用熱風干燥的顯著提高。Lin等[21]應用微波-真空干燥手段處理胡蘿卜片，結果發現，干燥后的胡蘿卜片維生素C損失較少，產品質地更佳。吳翔等[22]應用微波-冷凍干燥法制作刺梨果干，發現其天然性狀變化較小，微波-冷凍干燥后的果蔬產品，維生素保存率較高。除了上述三種微波干燥方法外，Erle還發明了滲透-微波干燥法[23]。先用一定濃度的糖液對果蔬進行浸漬，去除水分，然后再用微波加熱進行干燥，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]還創作了微波-鹵素燈聯合干燥法，應用微波-鹵素燈聯合干燥胡蘿卜，可將干燥時間縮短98%。這種方法先用熱風干燥胡蘿卜，待水分存留較低時，再用微波輻射和鹵素燈聯合干燥，產品的色澤變化很小。王俊應用微波-遠紅外線復合干燥手段處理黃桃，發現，干燥后的黃桃片質量更好[25]。由此可見，將微波與其他干燥技術結合應用，不但能縮短干燥時間，還能提高果蔬干制品的品質。

3.2 在果蔬食品殺菌和保鮮中的應用

微波殺菌基于食品中微生物同時受到微波熱效應和非熱效應的共同作用，可以在極短的時間內達到殺菌效果，不影響產品的色、香、味、形，顯示出較常規殺菌的優越性。應用微波對果蔬食品進行殺菌處理，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]研究了微波技術在蘋果罐頭制作過程的應用效果，結果發現，應用微波進行加熱，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，能節省三分之二的殺菌時間，且殺菌效果遠優于普通熱處理。

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

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 在果蔬膨化中的應用

利用微波加熱能使果蔬物料中的深層水分快速蒸發，在物料內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[28]。朱麗莉等[29]研究了應用微波膨化技術處理山藥和胡蘿卜片，對物料進行適當的處理后用合適的微波功率進行膨化處理，省時省力，產品口感細膩，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用

在果蔬成分提取過程中，應用微波進行輔助加熱，可實現內外同時加熱，減少風味成分的損失。微波輔助提取的基本原理是利用介質吸收微波能的程度差異，利用不同功率的微波能對原料進行處理，借助不同溶劑對果蔬原料中的目標成分進行選擇性提取，提取分離效率顯著提高。艾志錄等[30]應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，發現微波輔助法省時、效率高。微波輔助提取技術在國內外發展很快，現已用于諸多果蔬成分的提取過程，如果蔬中的農藥殘留、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、提取效率高等優點，應用越來越廣泛。

3.5 在果蔬微量元素測定中的應用

微波技術在微量元素測定的應用主要體現在樣品的前處理上，應用于樣品的消化降解過程。應用微波進行樣品消解，速度快，處理后的樣品溶解能力強，可減少消解過程的試劑用量，勞動強度大大降低，并可實現智能化消解。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，可用微波進行樣品的消解處理[32]。

4 微波技術存在的問題

微波技術可在多領域內應用，但目前缺少專用設備，尤其是大功率的專用設備。現有的微波設備，精確控制方法需要改進，加工溫度控制難以實現精確控制，微波的均勻分散性也有待于提高。微波設備一般都是大功率的，節能問題、微波泄露及保護措施還不完善[33]。同時，實驗室加工技術種類較多，但中試加工和規模化生產的相應技術卻嚴重不足，另外，食品的微波加工技術開發嚴重滯后。這些問題目前影響了微波技術的廣泛應用，甚至致使人們對微波技術產生疑慮，需要逐步解決[34]。

5 微波設備及微波技術的發展趨勢

5.1 微波設備的智能化發展趨勢

將現代的微電腦控制技術和傳感器感測技術整合到微波設備中，可實現微波設備的自動化控制和智能化控制，大大提高微波設備適應性，簡化微波設備的使用操作。國外已出現微波設備的條形碼識別技術。微波設備的讀碼器可自動識別條形碼，并存儲相應的程序，再次放入同類物品后可自動控制[35]。更先進的微波設備可實現網絡遠程控制，甚至可自動下載相應的操作程序，實現無人操作[36]。

5.2 微波設備的多功能趨勢

單一功能的微波設備已不符合現代人們的需求。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對流加熱功能的微波爐[37]。美國已生產出帶有視聽裝置的微波爐，操作者在加工操作的同時，利用微波爐上裝有的微型電視機和收音機，可以收看電視節目或收聽電臺廣播，使枯燥的工作變得豐富多彩[38]。隨著科學技術的發展，微波設備的多功能性會更加豐富多樣。

5.3 微波設備的節能趨勢

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

5.4 微波設備的操作簡便化趨勢

簡化操作程序，實現一鍵式操作是當今食品加工設備的發展趨勢。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備[38]，直接點擊控制面板上的圖形或文字鍵，設備即可開始工作，使微波設備的操作控制變得更加容易，這樣的易控設備是當今微波設備發展的必然趨勢。

5.5 微波設備及技術的健康化趨勢

現代人對健康的意識越來越強，對食品中熱量的控制越來越重視。微波設備的發展和微波加工技術的革新，

使之能夠制作出低熱量的食品。日本三菱公司現已開發出新型的微波爐設備，可依據科研人員設計的特殊食譜，自動對食品進行處理，其制作出的食品相比傳統油炸方式節省50%～70%的油脂用量，大大減少成品的含油量[38]。消費者食用這樣的食品，既可享受美味，又可減少脂肪的攝入，有利于身體健康。

5.6 微波技術與其他技術協同發展

未來將會有更多的微波復合技術問世，這會使微波和其他技術相互取長補短，發揮組合使用的優勢，改變傳統的果蔬及其他食品的加工處理方式[41]。

6 微波技術應用前景展望

隨著對微波應用技術的開發和深入研究，微波產熱的快速方便性及容易控制的優勢會得到更多人的認可，加之機械設備的快速更新，先進的電子數控、傳感技術的應用，會使微波技術逐步完善，發揮微波和其他技術的協同作用，使微波技術向廣闊的應用領域發展。微波技術的理論創新會不斷深入，微波設備在不斷完善自身功能的同時，也會不斷地向自動化、方便化、節能化方向發展。微波技術的應用前景會越來越廣。

總之，微波技術在果蔬加工過程中可應用到多個技術環節中，從原料的保鮮到成品的滅菌及質量檢驗，都可選擇性應用。我國雖然微波技術起步較晚，但近年來發展較快。隨著微波技術的不斷發展，其在果蔬加工中的應用會逐步向縱深方向發展。

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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，主要從事農產品加工與貯藏方面的研究工作