射頻技術在農產品和食品加工中的應用

潘帝

射頻技術（RF）即Radio Frequency的簡稱，是一種新型的現代熱處理技術，通過將3.0kHz-300.0kHz的高頻電磁波穿透至目標物體內部，使目標物體內部帶電粒子發生振蕩遷移產生熱能，進而完成對目標物體的加熱處理。上世紀40年代就有人嘗試將射頻技術應用于農產品及食品加工領域，主要方向為給面包、肉制品加熱以及蔬菜脫水。隨著射頻技術不斷發展，射頻技術在食品領域的應用愈發廣泛。因此，針對在農產品及食品加工領域中，應用射頻技術的優缺點、可行性、以及存在的問題，具有重要的現實意義。

射頻加熱系統基本工作原理分析

農產品及食品加工行業所使用的射頻加熱系統，主要以射頻平行極板式加熱系統為主，其主要結構可簡化理解為，由兩塊上下平行的極板組成的電容器，如圖一所示。在實際應用過程中，操作人員將目標物體放置于平行極板之間，啟動設備，在極板的作用下，交變電磁場對目標物體做功，如忽略極板邊緣的雜散電場，可視為目標物體受射頻能量作用的方向為垂直極板方向。

目標物體在射頻能量的作用下，其溫度會不斷上升。目標物體射頻能量的吸收量，主要由其本身介電損耗因子決定。射頻場中的目標物體的升溫速率，可由如下公式進行計算：

（2）較之微波加熱方式。射頻加熱技術與微波加熱技術相比，其優勢主要體現在設備建設投資少、能量穿透能力強兩方面。

由電磁波穿透一般規律可知，電磁波的頻率與其在物體中的穿透深度為反比例關系，射頻的頻率范圍為3.0kHz-300.0kHz，微波的頻率范圍為300.0MHz-300.0GHz，故而射頻加熱的穿透能力更強。此外，使用微波對大塊食物進行加熱時，會產生邊角集中效應，這是由于當物料厚度大于1.5倍的電磁波穿透深度時，微波能量會在食物表面下1倍穿透深度區域集中，在實際應用中就會出現食物邊角焦糊但中并未熟透的現象。

射頻發生器的最大功率為900Kw，相比之下微波發生器的功率普遍偏低，如2450MHz的微波發生器的最大功率為10Kw。在微波加熱設備設計過程中，為滿足實際使用需求，通常需設計多個微波發生器，從而導致建設成本的增加。就一般情況而言，如加熱要求相同，射頻加熱系統的建設成本僅為微波加熱系統的一半左右。

射頻及時應用劣勢及缺點分析

（1）熱偏移現象。在射頻設備實際加熱過程中，目標物體的介電損耗因子會隨著溫度不斷升高而不斷增大，從而導致目標物體吸收的射頻能量不斷增多。在這一過程中，如目標物體內部出現局部溫度較高的現象，就會使射頻能量在該區域內集中，從而導致目標物體出現局部過熱問題，即熱偏移現象。因此，在射頻技術實際應用過程中，應嚴格控制電磁場分布及初始溫度均勻情況，以滿足系統均勻加熱實際需求。隨著現代計算機技術不斷發展，通過計算機模擬優化電磁場做功模式，即可有效解決熱偏移問題。

（2）尖角效應。尖角效應具體是指，如使用射頻加熱技術對不規則形狀的物體進行加熱，射頻能量易在物體最厚的部位集中，導致物體受熱不均，局部出現過熱現象。由于這一特性，射頻加熱在實際應用中，對于目標物體的外形要求較為嚴格，只有形狀簡單、規則的物體才能得到均勻的加熱。這就導致射頻技術在民用領域發展困難，更適用于工業標準化生產使用。

射頻技術的應用現狀分析

殺菌。根據相關科研人員對于炒雞蛋、袋裝切片面包、火腿、乳酪通心粉等食物的射頻殺菌實驗可得，射頻對于食品中微生物孢子的殺除效果明顯，可有效提高食物品質、延長保質期。使用射頻及熱風聯合對袋裝切片面包進行處理，加熱速率約是傳統單一熱風處理模式的30倍。當面包冷點溫度逐漸升高至58.0℃時，袋裝切片面包中含有的桔青霉孢子數明顯降低，平均可降低四個數量級左右。如使用傳統加熱方式進行殺菌處理，需將面包加熱至68.0-70.0攝氏度，并保持20.0min左右，才能滿足實際殺菌需求；如使用傳統殺菌工藝對乳酪通心粉進行殺菌處理需持續90.0min，使用射頻技術可將時間縮短60min左右，從而提高食物質量。

通過熱風和射頻聯合處理的袋裝切片白面包可延長35d±3d的保存期，使用高阻隔材料進行包裝且經過射頻處理后的火腿，其保質期可延長到28d左右。

干燥。干燥是射頻加熱技術應用于食品領域最早的試驗項目之一。隨著射頻技術的發展，食品射頻干燥技術也隨之不斷發展，并取得了相應的成績。其中餅干類焙烤制品加工中射頻干燥技術應用廣泛，并已經形成商業化的生產模式。

肉制品蒸煮。Tang等研究人員針對射頻加熱在熱制品蒸煮領域的應用進行了探究，他們分別使用火雞胸肉和牛腱子肉進行了蒸煮實驗。首先，將肉進行定型包裝；其次，將肉制品放入循環水中，控制循環水溫度80.0℃左右；最后，使用射頻對肉制品進行加熱，使其冷點溫度逐漸升至73.0℃，維持2min左右的循環水、射頻加熱時間。新型加熱方法與傳統加熱方法相比，可節約69.0%-77.0%左右的時間。通過感官評定可知，兩種加熱處理后的肉制品在感官上并無明顯差異。通過質構儀測量結果可知，通過射頻加熱的牛肉韌性降低明顯。通過射頻加熱處理的火雞肉，紅度較低，并且在冷藏過程中，脂肪氧化速率降低明顯。

殺蟲

（1）鮮果殺蟲。由Wang、Hansen等人的射頻鮮果殺蟲研究可知，通過脈沖處理或熱水、射頻聯合處理，均能對蘋果中含有的第五齡蘋果小卷蛾進行有效殺除，但經射頻處理后的蘋果并不能保障其品質不發生變化。

針對射頻殺蟲技術進行優化調整后，先使用熱水對鮮果進行預熱處理，隨后使用熱水、射頻聯合處理，可在清除蘋果內部第三齡墨西哥果蠅以及第五齡蘋果小卷蛾的基礎上，較好地控制蘋果的品質，該方法應用于櫻桃、柿子同樣可保障鮮果的品質。經過射頻處理后的柿子、蘋果，外觀上顏色有所加深、硬度增加，水果含水量有所下降，總體對于鮮果的食用品質影響不大，且可有效延長貯存期。通過射頻殺蟲處理的櫻桃，僅能再5℃溫度條件下，貯藏24h左右，但其品質普遍優于溴化鉀熏蒸殺蟲處理后的櫻桃。

鮮果品質較難保障的原因在于，鮮果與害蟲的介電特性差異性較小。在實際射頻處理過程中，二者常被一起加熱，從而影響鮮果的品質。通過技術優化改良后，可在殺蟲的同時，控制鮮果品質。

（2）核桃殺蟲。核桃常見蟲害包括臍橙蠕蟲、蘋果小卷蛾以及玉米粉蛾三種。相關研究表明，通過射頻加熱將核桃升至53℃，維持加熱時間3min左右，即可將蘋果小卷蛾全部殺死；升溫至55℃，并維持加熱時間5min左右，即可將第五齡臍橙蠕蟲全部殺死。經過射頻殺蟲處理的核桃，其感官品質、外殼質量以及氣味均無明顯影響。

綜上所述，射頻技術在食品加熱領域，與傳統加熱方式及微波加熱方式相比優勢明顯，但同樣存在熱偏移和尖角效應缺陷，故而不適用于在民用領域推廣，更適用于食品加工及農產品工業生產使用。射頻技術在食品殺菌、殺蟲、干燥、蒸煮等方面，均有較好的表現。相關部門應重視射頻技術的實際應用價值，加大推廣力度，提高農產品及食品加工品質，提高人們生活質量。

（作者單位：武昌工學院）