微波处理对食品风味及营养成分影响的研究进展

崔亚鹏，张国治，张康逸

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001；2.河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002）

随着各大城市中食品生产、运输及贮藏的冷链系统初步形成，微波食品的消费量呈现逐年上升的趋势。由于食品传统的煮、炖等烹饪方式费时费力；食品煎和炸虽然改善了食品风味，但易产生有害物质并面临着油脂摄入过多等危害[1]，多方面因素促使近年来微波技术飞速发展，其应用范围也更加广泛，常见的有以下几种：微波烘烤技术、微波解冻技术、微波干燥技术、微波杀菌技术、微波灭酶技术、微波提取技术。

微波是频率在300 MHz～300 GHz 之间的高频电磁波，家用微波及工业微波主要使用的频率为915 MHz 和2 450 MHz[2]，它通过透射到食品内部并使极性分子振动摩擦而产生热量并使食品中的水分子受热汽化，对食品细胞产生一定的破坏作用。微波加热具有穿透力强、热效率高、热惯性小、易于控制等优点，在农产品干燥灭酶和畜产品杀菌烹饪等需要热处理的工艺中显著优于其它处理方式[3]，使其在食品加工中发挥着不可或缺的作用。

此外，微波能改变食品自身的结构和密度从而影响食品的营养成分，因而在一定程度上增强某种营养成分，亦会产生有害物质对人体健康造成不利影响。其中营养成分和挥发性风味的变化也成为国内外研究的热点，并用来评判微波加热的安全性和可接受性。本文对微波处理食品时内部成分的变化做出总结，以期对微波加工各类食品提供参考，提高被加工食品的质量。

1 微波处理对食品风味及营养的影响

1.1 果蔬及其制品

果蔬因自身碳水化合物含量高，刚摘的果实呼吸作用较强并且各种酶活性较高而难以保存，经加工后其本身的风味和香气成分也极易发生变化，所以在果蔬加工中风味的变化问题不容小觑。

果蔬类食品含有多种维生素、碳水化合物、类胡萝卜素和类黄酮物质。用传统烹饪的方式处理果蔬时，往往需要添加水，会导致多种水溶性的维生素严重流失；而微波烹饪对维生素C、类黄酮物质和可溶性糖的影响较小，但较强的微波功率仍会使小分子糖发生焦糖化反应或美拉德反应，造成营养成分的损失[4-5]。Ye 等[6]在对比不同条件烹饪马铃薯的实验中发现，微波使原材料中的水分含量迅速降低，此条件可能有利于丙烯酰胺的形成[7]。有研究表明，草莓、猕猴桃等果浆在微波处理时能很好地保留其中的叶绿素、花青素和胡萝卜素，从而减少果浆的色泽变化。周笑犁等[8]在对比不同杀菌方式对猕猴桃汁品质影响的实验中发现:微波处理不仅灭菌效果更好，能抑制猕猴桃汁的褐变，减少其中茶多酚的损失，还有效避免灌装过程中的二次污染。在对灭菌后的猕猴桃汁理化性质的分析时，发现微波处理使总糖、总酸和可溶性固形物的含量增加。在风味分析中，微波通过减缓多酚类物质酶促褐变的进程而降低了猕猴桃汁中黄色加深的程度。

果蔬中的维生素C 含量在微波处理时会呈现降低的趋势，在对此类食材进行处理时应调节加热时间和加热功率以减少维生素C 损失。余秀丽等[9]在对比微波杀菌和巴氏杀菌对番木瓜营养成分的实验中发现微波处理后果浆中的维生素C 的保留率可达86.5%，类胡萝卜素的保留率为91.6%，总黄酮的保留率为67.9%[10]，表明微波杀菌在保留营养成分方面优于巴氏杀菌。

微波不仅具有热效应，其生物学效应也值得加以利用。它可以对绿豆的萌发起到一定的促进作用，其作用机理为：适当功率的微波会可逆性地增加绿豆种子细胞膜和细胞壁的通透性，使种子内部的多种酶受到激发，通过加快细胞内外物质交换而达到促进种子萌发的作用。在赵萌萌等[11]的实验中发现绿豆经微波处理后能促进糖类物质分解，在萌发过程中淀粉酶和蛋白酶活力也得到提升，以达到加快种子萌发的作用。与传统的试剂法促进萌发相比，微波处理不仅可以增加种子的萌发率，而且能最大程度地降低试剂残留。

1.2 谷物及其制品

随着微波技术的逐渐普及和发展，市场上可微波加工食用的面制品种类层出不穷，主要分为速冻食品和速冻半成品两大类，如：速冻饺子、汤圆、春卷、包子、油条、手抓饼等。

微波处理使食品中的水快速震动产生加热效果，所以淀粉类食品的水分含量越高[12]，微波处理的灭菌效果越好。由于淀粉吸收微波能力很弱，在微波干燥或灭菌时应保持适当的湿度[13]。

食品的风味是由醇、醛、酸、酯以及其它低沸点的芳香族化合物在高温条件下发生化学反应产生挥发性的特征风味化合物所呈现的[14]。与常规加热相比，微波加热使食品表面温度较低且加热时间较短而不利于美拉德反应的进行，制约了风味物质的形成。由于食品中的水分挥发较快，对其中的水溶性风味分子也会造成较大散失[15]。为提高可微波面制品的品质，可添加适当的保水剂和乳化剂来限制冻藏过程中水分的迁移和微波加工过程中水分的蒸发，提高了面制品的可塑性[16]。

此外，微波可提高谷物的保藏稳定性，孙军等[17]在微波处理米糠时发现，处理时间为4 min 时，其中的绝大部分脂解酶失活，脂肪氧化酶完全失活，与对照样品相比显著降低了储藏过程中的游离脂肪酸增长速度[18]，延长了谷物的储藏期。王春辉[19]在微波处理甜玉米的保鲜实验中发现：甜玉米经微波处理后，储藏期间的还原糖含量和可溶性糖含量分别比对照组高23.2%、43.9%，但可溶性蛋白质的含量却降低了40.7%。在对甜玉米质构特性的分析实验中发现。果胶酸酶和原果胶酶的活力会在微波处理后降低，从而使甜玉米在储藏期间仍能保持硬度[20]。

另有实验表明微波处理能使面筋蛋白中的亲水基团产生交联现象，使面筋蛋白的亲水作用降低，在加工过程中保持稳定的结构[21]。

1.3 肉类及其加工制品

肉质品在我们的日常生活中是必不可少的食品，它含有的营养成分十分丰富，可以满足人们对蛋白质、必须脂肪酸、维生素和矿物质的需求。当前我国的猪肉消费以热鲜肉为主，由于肉质品消费量巨大以及人们饮食习惯的改变，未来的加工冷鲜肉将占据广阔的市场[22]，为家用微波炉的发展提供机遇。

在肉质品的工业加工和日常食用时，高温条件下易产生苯并芘等对人体有害的物质，不仅会造成油烟污染，还会威胁到人体健康。所以，微波低温烹饪应运而生。

微波低温烹饪的条件为50～80 ℃，它可以保持肉质品的水分，使肉质品完美地保持色泽并呈现鲜嫩的口感。王君翠[23]在关于低温烹饪的安全性问题中描述到，可以通过严格控制微波烹饪的温度区间并严格把控肉质品原料的新鲜度来保障低温加工肉质品的安全性[24]。罗嫚[25]在微波低温加工猪肉的实验中发现：微波处理在杀菌的过程中显著优于水浴处理，并且可以在保证食品安全性的前提下最大程度地保持肉质品的营养成分。吴永清等[26]在分析微波加热对猪肝中维生素A 的保留率实验中发现，微波烹饪和传统烹饪后猪肝的维生素A 保留率分别为84%和58%，为微波处理猪肝提供了指引。

应用微波技术处理肉质品时，其中的蛋白质会发生改性，加热时间越长改性程度越高。此外，微波功率、蛋白质种类及自身特性也会影响微波变性，需控制微波处理时间以避免食品本身性质被破坏[27]。

1.4 乳制品

在乳制品的加工工业中，微波加热能最大程度地保留其中维生素及蛋白质等营养成分，但加热时间会显著影响牛乳的品质。徐煜等[28]实验发现牛乳在微波功率800 W 的条件下，加热时间超过31.8s时，其中的脂肪和蛋白质含量、乳糖浓度等会显著地下降[29]。其中，煮沸条件下乳清蛋白的含量急剧下降，而微波加热可以很好保留其营养成分并使脂肪球的直径变小，使脂肪分离的程度显著降低。此外，Takahashi 等[30]在对牛乳过敏原的分析中发现，微波预处理可以降低过敏人群的过敏反应。

1.5 油脂加工制品

在油脂加工过程中，微波的干燥作用可以选择性加热，油料内部的水分发生汽化使其细胞膜破裂，从而提高出油率。在适当的微波功率下，油料细胞和组织会被破坏，内部的油易流出而提高出油率；过高的微波功率则会改变油料的结构，局部过热时可能会导致油料出现焦糊现象，使出油率下降且易产生有害物质[31]。Uquiche 等[32]研究微波对榛子油出油率的影响时发现，经微波处理后的榛子油中酸值和过氧化值有一定升高，而碘值和皂化值下降。

此外，微波处理后的油脂稳定性提高。其它植物油在微波处理后发现油脂的抗氧化能力有下降的现象[33]。究其原因，是因为微波将油脂所含的维生素E降解，其中的不饱和脂肪酸发生氧化，饱和脂肪酸受热降解，使油脂中过氧化物和自由基的含量增加，维生素E 与其发生反应后会降低甚至失去其抗氧化能力[34]。

1.6 食用菌类及其他制品

食用菌类具有呼吸作用强且含水量较高的特点，所以难以长时间保鲜，可采用干燥的方式进行长时间保藏[35]。但其中营养成分以及风味物质易在干燥过程中受到损失，从而间接影响食用菌类的品质。唐秋实等[36]在干燥菌类的实验中发现：杏鲍菇经真空微波处理后的样品中总糖含量比其他样品低，这是由于微波产生的辐射使糖分解的进程加快，同时减少了褐变反应程度而保护了杏鲍菇的色泽。

可食用昆虫所含的营养成分十分丰富，并且对生产的环境影响相对较小，在亚洲、非洲和拉丁美洲的热带地区，它被当作人们日常饮食的一部分。常见的有黄粉虫，蚱蜢，蝗虫，蟋蟀等等，它们含有大量的单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。但是加工储藏过程中易受微生物和多种氧化酶的影响，为探寻烹饪方式对其营养成分的影响，S.Lenaertsab 等[37]在对比冷冻干燥与微波干燥对黄粉虫的成分影响时发现，微波处理后的维生素B12含量显著降低，可能是由于转化成无生物活性的维生素B12降解产物导致的。Minhee Baek 等[38]在分析众多烹饪方式对黄粉虫幼虫的营养成分分析后也得出一致结论。

2 微波处理的发展前景

在微波发挥杀菌作用时，虽然杀菌率可达99%，但可能只是对细胞产生损伤，并没有完全杀死细菌，所以需要对储藏过程中菌种的变化进行深入研究[39]。

此外，微波的应用受到以下缺点的限制：首先，其腔内电磁场的分布也不均匀以及干燥速度过快产生膨化会使被加热食品的质地变得不均匀。其次，微波加热时内外同时被加热，使水分迁移速度快，难以形成酥脆的外皮。最后食品受到微波电场叠加的效应会出现“热点”和“冷点”，会导致内部的淀粉糊化程度不同而使内部结构变得粗糙。虽然微波的热效应在杀菌灭酶等工艺中发挥巨大作用，但是其生物学效应还有待探究[40]，有必要分析微波处理时内部水分迁移的机制，同时注重对微波处理后食品的成分分析，为改善微波食品的风味并提高安全性提供实验依据。

微波加工食品具有诸多优点，但也存在一些不足之处。在工业化的生产中可以与其它工艺协同作用，以达到效益最大化。