食品業(yè)微波輔助加熱應(yīng)用
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漂燙是果蔬工業(yè)化生產(chǎn)中一個(gè)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(guò)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(shí)間較長(zhǎng)，造成產(chǎn)品營(yíng)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(qiáng)，加熱速度快、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失少、能耗低和易于控制等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究和應(yīng)用。Ponne等［3］對(duì)菠菜葉的不同漂燙方法進(jìn)行了研究。試驗(yàn)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(gè)結(jié)果與Dorantes－Alverez等的報(bào)道［4］相一致。而Devece等［5］認(rèn)為，微波漂燙整塊水果或蔬菜時(shí)，由于物料體積較大，加熱不均勻，導(dǎo)致物料表面過(guò)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(bào)道。李清明等［6］利用微波漂燙技術(shù)對(duì)甜玉米進(jìn)行保鮮研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示，通過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(jì)性，這是因?yàn)榈统杀镜乃蛘魵庥糜诋a(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(jiàn)成效，但是控制微波均勻性仍是設(shè)計(jì)大型微波漂燙設(shè)備的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，還需要大量研究以探索新方法，確保加工過(guò)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(shí)，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(shí)升溫。微波干燥具有干燥速度快、均勻加熱等優(yōu)點(diǎn)，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(guò)硬、局部過(guò)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(duì)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(shí)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(shì)獲得相關(guān)企業(yè)的大量關(guān)注，特別是在國(guó)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(guó)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(duì)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(shí)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(jī)化研究所的張曉辛等［12］分別對(duì)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(shí)間短，瞬間產(chǎn)熱量大，導(dǎo)致菊花溫度過(guò)高，無(wú)法連續(xù)作業(yè)，難以確保產(chǎn)品質(zhì)量；純氣流干燥時(shí)間為6h；而利用微波－熱風(fēng)組合干燥技術(shù)可使干燥時(shí)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(guò)程中熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn)的物料含水率、微波功率對(duì)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(duì)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(guò)程中的熱量及氧化對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。美國(guó)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(yàn)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(duì)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(guó)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(kāi)發(fā)尚需加強(qiáng)。
3微波輔助烘焙
烘焙是一個(gè)傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜過(guò)程。在食品的烘焙過(guò)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(wú)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(kāi)發(fā)是非常必要的。在20世紀(jì)90年代初期，APVBaker開(kāi)發(fā)了一種用于后烘焙的微波傳統(tǒng)烤爐，以替代無(wú)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(shí)還具有微波技術(shù)所擁有的烘焙時(shí)間短和利于過(guò)程控制的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)具有鹵光燈加熱產(chǎn)品的棕褐色及松脆的優(yōu)點(diǎn)和微波加熱節(jié)省時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)了解，這項(xiàng)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(shí)間縮短75％。試驗(yàn)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(guò)程中，可以通過(guò)保持爐內(nèi)的濕度來(lái)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(jiàn)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(duì)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(lái)并進(jìn)入溶劑，是在傳統(tǒng)萃取工藝的基礎(chǔ)上強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)的一個(gè)過(guò)程?？s短提取時(shí)間是將微波引入提取系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)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(shí)間、提取溶劑、粒徑等參數(shù)對(duì)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?jī)?yōu)于傳統(tǒng)方法，微波浸提時(shí)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(shí)間對(duì)提取效果的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)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(shí)間8min，所提產(chǎn)率達(dá)12．16％。微波萃取系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不易自動(dòng)化，缺乏與其他儀器在線聯(lián)機(jī)的可能性，如果在儀器設(shè)計(jì)方面取得突破，將微波萃取系統(tǒng)與檢測(cè)儀器聯(lián)機(jī)會(huì)獲得更強(qiáng)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間解凍過(guò)程中的汁液流失和表層污染，同時(shí)提高了場(chǎng)地和設(shè)備的利用率［22］。對(duì)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(jiǎn)化了操作，而且降低了對(duì)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(guò)熱現(xiàn)象，而大部分還處于凍結(jié)狀態(tài)，無(wú)法實(shí)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(lái)實(shí)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(shí)，從較低的溫度調(diào)到正好略低于水的冰點(diǎn)，即－4～－2℃。此時(shí)，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(shí)，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(yùn)行資金等問(wèn)題之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。在這些因素中，解凍時(shí)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(guò)程中的縮短解凍時(shí)間和避免熱失控問(wèn)題。微波動(dòng)力采用“開(kāi)”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(diǎn)和熱點(diǎn)間的預(yù)設(shè)溫度梯度。結(jié)果表明，微波解凍時(shí)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(guò)程中采用氣流或液氮冷卻。雖然試驗(yàn)上取得了成功，但成本較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
6展望
中國(guó)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(guò)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(shì)。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)?huì)擁有廣闊的前景。