自热食品加工技术研究进展

◎ 田红梅

（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100160）

自热食品是指不依靠电、火等加热方式，利用内置加热袋加热的预包装食品，因具有操作简便、安全无毒、快速卫生等优点，备受外出旅游、野营户外运动、野外工作和救援以及加班人员的青睐。自热食品良好的市场反响及巨大的市场潜力，进一步促进了自热食品加工技术研究领域的蓬勃发展。研究人员在自热食品加工技术、自热装置研发、自热食品质量安全风险分析等方面进行了深入研究[1-2]。本文基于自发热食品的研究文献，围绕自热食品发展历史及现状、自热食品原材料加工技术及自热食品发热剂加工技术等方面进行论述，总结自热食品目前存在的问题，以期为自热食品的开发、加工技术的提升及产业化应用提供支撑。

1 自热食品发展历史及现状

自热食品最初属于军用食品，20 世纪70 年代美军开始研究食品自热技术，为军队野战训练和作战提供食品保障。姜炜等[3]将美军对自热食品的研究按时间顺序和技术水平大致分为3 个阶段。第一阶段为“短回路电化学电池反应”自热食品（1970ü 1983 年），该阶段自热食品的自热装置加工、储存难度大，外观灵活性差，不能完全满足食品自热的需要。第二阶段为“镁水反应”自加热食品（1983 年起），该阶段使用的无焰自加热器初步克服了第一代自加热器的许多缺陷，已在自热食品上得到应用。但该自加热器在加热反应过程中会产生氢气，有安全隐患，因此进行了改进：在加热板上加入清除剂，去除反应中产生氢气的一些物质，用多层铝箔包装镁热水器，增强其防潮防水性能，从而防止在潮湿环境中运输和储存产生氢气。第三阶段为“酸碱酸酐”自热食品（1991 年起），该阶段使用的是一种安全、高效的新型自加热器，具有产热量高、用水少、安全性高、成本低等优势。我国自热食品的开发研究起步稍晚，从20 世纪80 年代中期开始，目前具有较为成熟的食品自热技术。

随着人们生活节奏的加快，消费水平的提升和旅游业的快速发展，自热食品开始应用于民用食品，成为方便食品的新成员。例如，2016 年自热火锅横空出世，2017 年被贴上“网红”标签，2018 年成为“双11”等购物节疯抢的对象。虽然自热食品起步较晚，但发展迅猛，增长率远高于方便食品行业平均增长率。相关数据显示，2015ü 2019 年间自热食品市场规模从20 亿元持续增长至35 亿元[4]。中国食品工业协会数据显示，2021 年中国自热食品市场规模达45 亿元，同比增长7.14%，目前仍处于快速增长期。在自热食品品牌方面，既有统一、三全、康师傅等传统知名品牌的积极参与，也造就了自嗨锅、宏绿、皓康、辣味客、蜀道难等一大批新晋知名品牌，同时还有以海底捞、小肥羊为代表的餐饮企业的实力加盟。自热食品产品种类日益丰富，自热火锅、自热米饭类产品不胜枚举，还有自热面条、自热烧烤[5]、羊肉泡馍[6]等多种自热食品陆续进入市场。

2 自热食品食料加工技术

食品本身的营养、风味及外观均影响消费者的选择。自热食品的用料搭配以及加工方法通常基于传统菜肴，不仅易于消费者接受，而且也降低了研发成本。如何使食品加工后在一定的储存期内维持品质稳定，再次加热时达到或接近现场制作的口感是自热食品开发面临的一项难题。

淀粉老化是含淀粉类食品普遍面临的技术问题。自热米饭、面条保质期较长，在储存过程中会出现淀粉老化，弹性、黏性受到严重影响，导致硬度升高，口感变差，同时消化吸收率也会因此下降[7-8]。目前，研究人员对于淀粉老化的发生机理和影响因素已有较为深入的认识，已开发出众多抑制淀粉老化的手段，如控制pH 值，添加乳化剂、增稠剂、植物多糖、酶制剂和海藻糖等抗老化成分[9-10]。因此，自热食品可参考借鉴现有的抗淀粉老化手段。蔡华珍等[11]开发了一种自热型牛肉营养炒饭，选用食味值较高的珍珠大米或粳米类，浸泡后加入0.40%～0.45%海藻糖、0.40%～0.45%可溶性大豆多糖以及0.26%～0.30%食用油，进行蒸制后用冷风冷却，再与辅料一同炒制，该产品很好地控制了米饭回生，置于4 ℃放置20 d 老化焓值仍低于1 200 J·g-1。李永富等[12]提出通过大米品种的复配解决自热米饭回生问题，经过筛选，确定以一种米质较软且回生值较低的大米（南粳9108）与米质较硬且回生值较高的大米（淮稻5 号、稻花香、秋田小町）按5 ∶5 复配能够显著提升自热米饭抗回生效果，4 ℃储藏14 d 后，硬度显著低于单一的米饭，其相对结晶度接近于南粳9108，回生焓比南粳9108降低了20.3%。

除淀粉老化问题外，产品质地、风味都对产品感官品质有重要影响，面条弹性和延展性差、断条率高，米饭咀嚼性和风味欠佳，凉面弹性和韧性不佳等，都是阻碍自热食品品质提升的常见问题。纵伟等[13]提出利用氮气作为介质对面条进行流态化炒制，可以防止炒面断裂，同时通过氮气隔绝氧气，还可以防止油脂高温氧化。赵萌等[14]研究了预制条件和干燥方式对自热米饭品质的影响，预制米饭的黏性、硬度、回弹性和咀嚼性随水添加量的增加而下降；随着蒸煮时间的增加，预制米饭的硬度先降低后增加，咀嚼性降低；在不同干燥方式下，冷冻干燥法制备的米饭复水后质地性能最好，而鼓风干燥法获得的米饭风味更为浓郁。赵志峰等[15]研究了原料和处理方式对米凉面质地的影响，将大米浸泡后再制粉，可以改变淀粉分子结构，使吸水速度提升3～5 倍，同时利于加热熟化成型；将米粉与豌豆淀粉按1 ∶2 混合比仅以大米为原料制得的米凉面，更接近传统米凉面的质感。

3 自热食品发热剂加工技术

发热剂不仅影响自热食品的加热效果，进而影响食用感受，还影响使用的便利性、安全性以及加工成本。酸稀释、酸碱中和、碱溶解、无机盐水化等过程都会释放能量，目前利用这些过程已开发出丰富的发热剂种类。衡量发热剂发热效果的因素主要包括产热速度、持续时间、放热量等，另外还要考虑使用安全性，也不能有令人不愉快的气味产生。常见的发热剂主要包括以下几种。①用化学纯级氯化铝、硫酸镁、氧化钙、氯化钙、硫酸铝和氯化镁制备的发热剂，该类发热剂成本高。②以生石灰粉和铝粉为原料制备的加热剂，此类发热剂存在发热速度慢、产热持续时间较短的不足。③使用刚玉、赤铁矿、金属铝、石英和莫来石制备的发热剂，此类产品起热温度高、成分复杂，基本不适合用于加热食品。④用铁粉、食盐、木屑（用作水的载体）和催化剂制备的发热剂，此类发热剂发热温度低，通常无法满足加热食品和饮品的需要。

不同的应用场合对发热剂的性能要求不同，例如用于身体保暖的发热剂温度不能过高，但期望持续时间长，而用于食品加热的发热剂通常期望更快的加热速度和更高的加热温度。不同食品的适宜食用温度可能存在一定差异，因此有必要根据自热食品的具体类型选择最佳的加热剂。为制备性能不同、更加优异的发热剂，研究人员主要从加热剂组分的选择及配比方面进行了研究。章明洪等[16]以氧化钙为发热剂研发出一种自热食品发热包，第一加热包由无纺布和吸水性致密材料包装粉状氧化钙和碳酸氢钠制成，第二加热包由带微孔的塑料薄膜包装颗粒状氧化钙制成。粉末状加热剂与易渗透的无纺布结合，接触水时可以迅速释放热量，颗粒状加热剂与透水性可调的塑料薄膜结合，可以减缓化学反应，延长加热时间，从而满足加热速度和加热时间的要求。汪宝忠等[17]研究比较了单独使用硫酸镁、氯化钙、氯化镁、硫酸铝、氯化铝作为加热剂的加热效果，发现氯化铝的效果显著好于其他无机盐，将10 g 氯化铝、7.5 g 硫酸铝与10 g 氧化钙复配可以解决氧化钙水合生成的氢氧化钙具有腐蚀性的问题，所得加热剂放热量大、放热速度适中，安全无毒。该研究同时指出容器体积的限制使发热剂稀释度很小，导致发热剂实际放出的热量远低于理论值。张良等[18]针对铝基发热剂在低温环境下（<10 ℃）难启动，极端低温下（-30 ℃）不启动的问题，将铝基发热剂和有独立包装的防冻碱液、低温发热剂结合在一起制成了极端低温下自热装置。该装置中，低温发热剂中的金属与防冻碱液中的氢氧根在低温下发生反应迅速产热，可以达到200 ℃的瞬时高温，会将铝基加热包的整体温度提高到50 ℃以上，在加入外部水一段时间后，中心温度达到120 ℃以上，该技术适于极端环境。

除发热材料外，辅料的使用也有助于改善发热剂的使用性能。余家友[19]研制的发热包中除发热剂外，还添加了包埋剂、缓释均布剂、除湿剂，包埋剂能帮助水浸透组织内部，使发热剂发热均匀，避免局部温度过高，在包埋剂的作用下，水可以与发热剂充分接触，延长加热时间，减少发热剂的包裹现象；缓释均布剂能有效使水在发热剂中均匀分散，提高发热剂的发热效率，延长发热的持续时间；除湿剂可吸收发热剂放热过程中产生的水蒸气，消除大量水蒸气堆积滞后反应带来的安全隐患，提高发热的安全性。除大量水蒸气带来的安全隐患外，金属与水反应产生的氢气同样带来了安全性问题[20]。高文中[21]研制了一种由钯粉、铝粉及活性炭粉组成的无氢发热剂，将钯粉作为氢气吸收剂，充分混合后可以吸收铝粉和水反应产生的氢气。李群等[22]也研发了一种无氢发热剂，由Fe-KMnO4-MnO2体系、具有络合作用的缓冲体系、活性炭-无水硫酸镁体系三元体系组成。以Fe-KMnO4-MnO2代替Fe-H2O 和CaO-H2O 体系，利用KMnO4对Fe 的氧化还原反应释放化学能，无氢气释放，更为安全；MnO2起催化作用，可延长放热时间；缓冲体系维持pH 值，利于反应平稳进行，能借助对金属离子的络合作用使反应平衡向右进行；活性炭具有吸附稳定作用，硫酸镁溶液有储能作用，可延长持续加热时间。刘崇歆等[23]提出了一种通用、快捷测定食品自发热剂产氢量的方法，对自热食品相关行业标准的建立与生产质量的控制具有重要意义。该研究对10 种市售主流产品发热包产氢气的量进行了测定，结果表明不同品牌产品的产氢量均处于较高水平，产氢能力差异显著，其中镁铁系自发热剂产氢量为539.95～567.06 mL·g-1，铝系自发热剂产氢量为225.32～510.95 mL·g-1。

4 自热食品目前存在的问题

4.1 营养风味存在改进空间

淀粉老化、油脂氧化、过度加热灭菌等导致自热食品与现加工菜肴的口感存在一定差距。随着自热食品产业的日渐成熟，消费者对产品品质提出了更高的要求，未来应注重研究适应自热食品长期储存、后期二次加热的加工方法，使自热食品具有更佳的口感。另外，自热食品水分含量高，适合微生物繁殖，对产品杀菌技术提出了较高的要求。在保证产品储存要求的基础上，尽量降低杀菌处理对产品口感风味的影响，针对不同食材（如主食、肉类、蔬菜）选择最佳的杀菌方式还有待进一步研究。营养也是衡量食品质量的一个重要因素，市售自热米饭主要包括咖喱牛肉、宫保鸡丁、风味什锦、鱼香肉丝和土豆牛肉等，虽然口味多样，但蔬菜类原料多以根茎类为主，营养较为单一。因此，新鲜蔬菜类的加工储存还需要进一步研究。

4.2 加热效率有待提升

自热食品加热处理过程中存在热量损失严重的问题。影响自加热效果的因素复杂，除改进发热剂组成外，还应关注充分释放热能的方法，以提高食品内容物的传热效率[24-25]。火锅类产品由于食材浸在水中，水具有较好的流动性和导热性，使容器中的内容物易于加热，而米饭等固体类食品则存在传热困难的问题。因此，发热剂的选择、分布设计需要考虑内容物的特点。

4.3 包装材料存在隐患

自热食品在加热过程中，包装温度可达到80 ℃以上，存在增塑剂和挥发性有机化合物从包装材料中迁移释放的风险。商用加热袋的包装主要采用PP 复合无纺布材料，无纺布可防止加热剂泄漏，并具有一定的亲水性，水可以迅速迁移到加热包内部，激活放热反应。如果加热袋的无纺布包装被污染，在食品加热过程中，污染物可能会随产生的水蒸气污染食品。另外，加热包在使用过程中会产生大量的蒸汽，对于需要开放式加热的产品，如自热火锅，产生的水蒸气会与食品接触并凝结到被加热的食品中，导致非食源性物质迁移到食品中。

4.4 环境污染问题不容忽视

自热食品大量使用的塑料包装和自热包会带来环境污染问题。自热食品垃圾中存在高酸性、高碱性物质，可视为“有害废物”，如果长期作为一般垃圾扔掉，可能会造成土壤酸碱度失衡。此外，金属元素和大量碱性化合物可能反应不完全，有二次放热的危险[26]。

4.5 安全标准体系尚需完善

自热食品涉及组件多，成分复杂，标准体系建设尚且不能满足行业发展需要的问题。目前还没有自热食品相关国家标准出台，由中国质量万里行促进会批准的团体标准《自热方便食品标准》（T/CAQP 012ü 2020）于2020 年4 月15 日开始实施。发热包方面，2020 年8 月重庆标准化协会发布了团体标准《食品用发热包》（T/CST 3ü 2020），2021 年9 月，中国食品科学技术学会发布了团体标准《食品用加热包（铝基）》（T/CIFST 005ü 2021），这两个标准为提高自热食品的安全性发挥了重要的促进作用。另外，国家行业主管部门高度重视自热食品的标准化工作，我国自热食品的首项工业行业标准制定项目《自热食品通用技术要求》（计划编号：2020－1309T－QB），已获工业和信息化部批复立项，正在紧锣密鼓地制定过程中[27]。

5 结语

自热食品不同于传统的方便食品，它更加接近人们的日常餐食，更加符合人们的饮食习惯。自热食品满足了人们对食物营养、风味以及方便性的多方面需求，其市场的火热绝不是昙花一现，而是有着庞大市场需求作为坚实的基础，加上该类产品尤其受到青年一代的青睐，消费人群范围会越来越广，未来自热食品的消费持续性、消费规模都非常乐观。