微波技术在果蔬加工中的应用研究进展

夏光辉 王晓雅 李冰

（通化师范学院制药与食品科学学院，吉林 通化 134002）

微波技术在果蔬加工中的应用研究进展

夏光辉 王晓雅 李冰

（通化师范学院制药与食品科学学院，吉林 通化 134002）

微波技术是一种依靠微波发生设备产生的高频电磁波，在有限空间内传递给被处理物体,使其吸收后加速自身分子振动来产热或诱导微生物及其他分子发生一系列理化变化的一种技术。本文阐述了微波技术在果蔬类食品加工和检测中的应用情况，介绍了微波技术存在的问题，并概述了微波技术的发展趋势。

微波；果蔬工业；研究进展

近年来，微波技术在食品加工行业中的应用发展迅速。微波技术的兴起，改变了传统食品工业固有的加热及杀菌方式[1]，为食品工业的发展开辟了一条新的途径。随着人们生活节奏的加快，以及食品卫生标准的日益严格，人们愈加追崇天然、营养、安全的优质高档食品，微波技术不仅能够满足人们对快餐食品加工的需求，而且在保持食品天然成分、最大限度保持食品营养价值方面受到广泛关注和高度重视[2]。微波技术在国内的开发利用始于20世纪70年代，虽起步较晚，但发展和应用的速度却很快[3]。目前，已应用于食品加工、造纸行业、化工过程、陶瓷、药品、烟叶、建材、橡胶以及医疗等诸多行业[4]。随着科研人员对微波技术研究的深入，微波技术不仅能用于食品加热、杀菌过程，还可用于食品特殊成分的提取分离和部分食品的加工过程中[5]。果蔬类食品由于其成分的特殊性，传统的加工方式在某些环节会对制品的品质产生不利影响，将微波技术引入到果蔬加工过程中，能够简化果蔬加工工序，改善果蔬制品品质，提高产品的分析检测速度[6]。本文介绍了微波技术在水果蔬菜类食品加工及检测方面中的应用情况，并阐述了其发展前景。

1 微波技术

1.1 微波技术的历史

微波技术最早产生于军事通讯行业。在第二次世界大战期间，军事学家将微波应用于雷达的研制过程，主要应用微波技术进行通信、广播、电视的信号传输[7]。美国工程师在调整雷达时，经常发现苍蝇或昆虫干瘪的死在空心螺线管中，同时装在口袋里的巧克力会熔化，总结出这是微波导致的，后经试验尝试，发明了微波制作爆米花的装置，这是微波功率设备在食品工业中应用的雏形[8]。二

战后，微波技术的研究不断深入，到20世纪60年代后期，微波技术开始在食品加热、烘干和杀菌等领域应用[9]。目前，微波技术应用的相关研究在多学科领域受到高度重视，其应用范围越来越广。

1.2 微波技术的概念

微波是一系列频率在300MHz～300GHz、波长在1mm～1m间的电磁波的统称，其频率比一般的无线电波频率高，具有“超高频电磁波”的别称[10]。

微波具有波粒二重性，可穿透玻璃、塑料和陶瓷类材料，几乎不被吸收；金属质材料则会反射微波，水和食物等可吸收微波而使自身发热[11]。

1.3 微波的产生

目前，工业生产和人们日常生活中所用的微波都是由大功率的微波发生装置来产生，自然环境中的微波由于功率太小无法使用。微波设备主要由微波功率源、应用器、波导元件和应用器馈能结构、传感和控制四个部分组成[12]。微波功率源一般采用磁控管元件，在磁控管中，阴极的高压电场发射电子，电子在强磁场作用下向阳极被迫作圆周运动，电子经谐振腔减速后将其动能转变为电磁波的能量，再经累计后送入波导管中，最后经传感器传入微波设备的使用部分对物料进行微波处理[13]。磁控管的高压电流需高压变压器对设备的供电电流进行加压而获得的。微波功率的大小通过控制器调控电场电压强弱或电流大小来进行控制[14]。

2 微波技术在果蔬加工过程中的利用原理

2.1 产热效应

物体置入微波场中吸收微波后，物料中的极性分子在微波作用下发生定向高速移动，微波场的方向高频交替摆振，物料中的分子亦会随着发生剧烈震动，摩擦产生大量热量。对物品的加热从内部开始，无表面过热糊化现象的发生[15]。加热不需传导介质，且加热速度快[16]。利用微波的产热效应来对果蔬类食品进行加热或杀菌处理，易于瞬时控制，节能高效[17]。

2.2 非热效应

微波的杀菌抑酶作用除热效应外，还具有非热效应。利用高强度的脉冲微波，可导致微生物细胞膜的通透性发生改变，蛋白质发生变性，从而导致微生物代谢障碍而死亡[18]。微波的非热杀菌效应使食品的温度升高幅度较小，属于低温杀菌范围，可最大限度地保持果蔬类食品的营养成分不被破坏[19]。

3 微波技术在果蔬加工中的应用

3.1 在果蔬干燥中的应用

微波具有较好的产热性，在果蔬干燥过程中利用微波进行加热。主要应用方式有微波-热风干燥、微波-冷冻干燥和微波-真空干燥等复合处理方式，可显著提高干燥后期的水分散失速度，缩短干燥时间，加快干燥进程。Khraisheh等[20]应用微波-热风干燥马铃薯片，发现经两者复合处理后，不但干燥时间显著缩短，而且马铃薯片的复水性较单独应用热风干燥的显著提高。Lin等[21]应用微波-真空干燥手段处理胡萝卜片，结果发现，干燥后的胡萝卜片维生素C损失较少，产品质地更佳。吴翔等[22]应用微波-冷冻干燥法制作刺梨果干，发现其天然性状变化较小，微波-冷冻干燥后的果蔬产品，维生素保存率较高。除了上述三种微波干燥方法外，Erle还发明了渗透-微波干燥法[23]。先用一定浓度的糖液对果蔬进行浸渍，去除水分，然后再用微波加热进行干燥，这种方法适合于草莓、苹果等制品，可显著提高维生素C的保留率。Sumnu等[24]还创作了微波-卤素灯联合干燥法，应用微波-卤素灯联合干燥胡萝卜，可将干燥时间缩短98%。这种方法先用热风干燥胡萝卜，待水分存留较低时，再用微波辐射和卤素灯联合干燥，产品的色泽变化很小。王俊应用微波-远红外线复合干燥手段处理黄桃，发现，干燥后的黄桃片质量更好[25]。由此可见，将微波与其他干燥技术结合应用，不但能缩短干燥时间，还能提高果蔬干制品的品质。

3.2 在果蔬食品杀菌和保鲜中的应用

微波杀菌基于食品中微生物同时受到微波热效应和非热效应的共同作用，可以在极短的时间内达到杀菌效果，不影响产品的色、香、味、形，显示出较常规杀菌的优越性。应用微波对果蔬食品进行杀菌处理，使用的微波功率越大，生热速度越快，杀菌效果就越好。钱庆银等[26]研究了微波技术在苹果罐头制作过程的应用效果，结果发现，应用微波进行加热，可减少苹果的软烂，减轻苹果的褐变，杀菌速度比普通蒸汽加热杀菌快很多，能节省三分之二的杀菌时间，且杀菌效果远优于普通热处理。

脉冲微波是将微波以脉冲的形式间断发出的一种微波，具有较好的杀菌效果。脉冲微波杀菌技术可用于果蔬的保鲜过程，主要是微波的非热效应杀菌。脉冲微波杀菌技术能在较低的温度、较少的温升条件下对果蔬制品进

行杀菌，特别适合于果蔬的保鲜过程，如再辅助紫外线或臭氧，果蔬的保鲜效果更佳[27]。

3.3 在果蔬膨化中的应用

利用微波加热能使果蔬物料中的深层水分快速蒸发，在物料内部形成较高的蒸汽压，加速物料的膨化过程，改善膨化制品的品质[28]。朱丽莉等[29]研究了应用微波膨化技术处理山药和胡萝卜片，对物料进行适当的处理后用合适的微波功率进行膨化处理，省时省力，产品口感细腻，色泽怡人，整体膨化效果较佳。

3.4 在果蔬成分提取分离中的应用

在果蔬成分提取过程中，应用微波进行辅助加热，可实现内外同时加热，减少风味成分的损失。微波辅助提取的基本原理是利用介质吸收微波能的程度差异，利用不同功率的微波能对原料进行处理，借助不同溶剂对果蔬原料中的目标成分进行选择性提取，提取分离效率显著提高。艾志录等[30]应用微波辅助提取苹果渣多酚，研究了不同微波功率、不同提取条件下的提取率问题，发现微波辅助法省时、效率高。微波辅助提取技术在国内外发展很快，现已用于诸多果蔬成分的提取过程，如果蔬中的农药残留、总黄酮、多糖、天然色素、果胶、高粘度壳聚糖等[31]。微波提取以其操作简便、热效率高、提取效率高等优点，应用越来越广泛。

3.5 在果蔬微量元素测定中的应用

微波技术在微量元素测定的应用主要体现在样品的前处理上，应用于样品的消化降解过程。应用微波进行样品消解，速度快，处理后的样品溶解能力强，可减少消解过程的试剂用量，劳动强度大大降低，并可实现智能化消解。在果蔬微量元素砷、硒、儿茶素、表儿茶素、表没食子酸儿茶素、抗坏血酸等的检测方面，可用微波进行样品的消解处理[32]。

4 微波技术存在的问题

微波技术可在多领域内应用，但目前缺少专用设备，尤其是大功率的专用设备。现有的微波设备，精确控制方法需要改进，加工温度控制难以实现精确控制，微波的均匀分散性也有待于提高。微波设备一般都是大功率的，节能问题、微波泄露及保护措施还不完善[33]。同时，实验室加工技术种类较多，但中试加工和规模化生产的相应技术却严重不足，另外，食品的微波加工技术开发严重滞后。这些问题目前影响了微波技术的广泛应用，甚至致使人们对微波技术产生疑虑，需要逐步解决[34]。

5 微波设备及微波技术的发展趋势

5.1 微波设备的智能化发展趋势

将现代的微电脑控制技术和传感器感测技术整合到微波设备中，可实现微波设备的自动化控制和智能化控制，大大提高微波设备适应性，简化微波设备的使用操作。国外已出现微波设备的条形码识别技术。微波设备的读码器可自动识别条形码，并存储相应的程序，再次放入同类物品后可自动控制[35]。更先进的微波设备可实现网络远程控制，甚至可自动下载相应的操作程序，实现无人操作[36]。

5.2 微波设备的多功能趋势

单一功能的微波设备已不符合现代人们的需求。目前已有将电烤箱的烧烤功能元件加入微波炉，制造出微波烧烤组合微波炉。日本已推出带有热风对流加热功能的微波炉[37]。美国已生产出带有视听装置的微波炉，操作者在加工操作的同时，利用微波炉上装有的微型电视机和收音机，可以收看电视节目或收听电台广播，使枯燥的工作变得丰富多彩[38]。随着科学技术的发展，微波设备的多功能性会更加丰富多样。

5.3 微波设备的节能趋势

微波设备消耗的功率较大，环保和节能是今后微波技术发展的重要趋势。将变频技术应用到微波设备中，把普通生活用电的频率（50Hz）根据需要转换成20000～45000Hz的高频电源，然后再供给微波产生元件，这样可显著节能[39]。日本松下公司已生产出这样的节能微波设备，不仅耗电量减少了四分之一左右，而且使微波能量产生电路的供电系统的体积和重量大大减小[40]。

5.4 微波设备的操作简便化趋势

简化操作程序，实现一键式操作是当今食品加工设备的发展趋势。目前，夏普公司已推出一种采用“液晶触摸式控制面板”的一键控制式微波加热设备[38]，直接点击控制面板上的图形或文字键，设备即可开始工作，使微波设备的操作控制变得更加容易，这样的易控设备是当今微波设备发展的必然趋势。

5.5 微波设备及技术的健康化趋势

现代人对健康的意识越来越强，对食品中热量的控制越来越重视。微波设备的发展和微波加工技术的革新，

使之能够制作出低热量的食品。日本三菱公司现已开发出新型的微波炉设备，可依据科研人员设计的特殊食谱，自动对食品进行处理，其制作出的食品相比传统油炸方式节省50%～70%的油脂用量，大大减少成品的含油量[38]。消费者食用这样的食品，既可享受美味，又可减少脂肪的摄入，有利于身体健康。

5.6 微波技术与其他技术协同发展

未来将会有更多的微波复合技术问世，这会使微波和其他技术相互取长补短，发挥组合使用的优势，改变传统的果蔬及其他食品的加工处理方式[41]。

6 微波技术应用前景展望

随着对微波应用技术的开发和深入研究，微波产热的快速方便性及容易控制的优势会得到更多人的认可，加之机械设备的快速更新，先进的电子数控、传感技术的应用，会使微波技术逐步完善，发挥微波和其他技术的协同作用，使微波技术向广阔的应用领域发展。微波技术的理论创新会不断深入，微波设备在不断完善自身功能的同时，也会不断地向自动化、方便化、节能化方向发展。微波技术的应用前景会越来越广。

总之，微波技术在果蔬加工过程中可应用到多个技术环节中，从原料的保鲜到成品的灭菌及质量检验，都可选择性应用。我国虽然微波技术起步较晚，但近年来发展较快。随着微波技术的不断发展，其在果蔬加工中的应用会逐步向纵深方向发展。

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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

夏光辉（1978—），男，吉林通化人，主要从事农产品加工与贮藏方面的研究工作