应用微波技术加工果品及对其品质的影响

胡爱军 ，李靖，于作昌，王玺章，于敏燕

1.山东鲁海食品有限公司（莱阳 265224）；2.天津科技大学食品科学与工程学院（天津 300457）

果品中营养成分丰富，适量食用可对人体健康产生有益作用。我国是果品生产大国，果品种植总面积和总产量稳居全球第一。但是果品的储藏期普遍较短，极易腐烂变质，从而会产生巨大的经济损失。通过一系列处理将其加工成各种产品（如水果调制品、果汁、水果罐头、果干、果酒、果酱等），不仅可以延长果品的保质期，而且能提高其附加值，改善其营养组成，迎合市场需要。

随着科技的发展，各种新技术在果品加工领域相继应用。其中，微波作为一种绿色加工技术，在果品加工中的应用越来越普遍。微波是频率范围为300 MHz~300 GHz，相应波长范围为1 m~1 mm的电磁波。微波场的高频振动会导致极性分子和离子不断重排，并通过电磁感应与周围的分子摩擦碰撞，从而产生热能[1]。与传统加热方式相比，微波加热技术具有较强的穿透力，能够同时对物料内部和外部加热，避免物料出现内外受热不均匀的情况。微波加热速度非常快，加热效率较高，能够在短时间内迅速达到加热效果。除此之外，微波技术还具有营养成分破坏程度低、空间占用小等一系列优点。微波技术在果品的解冻、杀菌和干燥等方面具有广阔的发展潜力和应用前景[2-4]。为推动微波技术的发展、提高果品产品的质量、提升果品加工技术，综述微波技术在果品加工中的应用及微波加工对果品感官品质、理化性质和营养成分的影响，并指出这一领域现存问题和未来发展方向。

1 微波技术加工果品的原理

微波对果品的作用主要取决于2种效应，即热效应和非热效应。热效应是指进入果品的电磁能转化为热能所引起的效应，是由分子热运动产生的，表现为果品的温度逐渐上升[5]。微波是一种高频率的电磁波，具有很好的穿透性，能使果品中的极性分子随之运动。在这种环境下，分子间会产生剧烈的摩擦和碰撞，引起果品温度的升高，实现果品的解冻、脱水和灭菌等过程。微波热效应对果品的影响取决于其介电性能。介电特性通常指束缚电荷（即只能在分子线性范围内移动的电荷）对外加电场的响应，与果品的含水量密切相关[6]。果品的介电特性反映它们将微波能转化为热能的能力，介电特性的大小决定微波在果品中的穿透深度，从而可以对加工效果产生影响。除了对果品加热以外，微波对果品还有其他特殊的生理影响，这些影响在传统加热方式中不会出现。这种无法用温度变化阐释的特殊效应称为微波非热效应。非热效应也会对果品中微生物的细胞产生破坏作用，使细胞内的蛋白质、核酸等分子结构变性或失活，从而起到灭菌作用[5]。

2 微波技术在果品加工中的应用

传统加工方式往往会降低果品的抗氧化活性，并对果品的色、香、味等感官品质及营养品质造成破坏。微波技术在果品加工中的应用越来越普遍。其中，常见的几种应用包括微波解冻、微波干燥、微波杀菌和微波膨化。

2.1 微波解冻

果品在储存、运输和售卖过程中极易腐烂，这会为市场带来巨大的经济损失。冷冻一直被认为是保存果品及加工半成品的有效方法之一，它对维持果品质量和延长果品保质期非常重要。解冻是冷冻的反向过程，是冷冻果品后续食用或加工之前的重要步骤[7]。如果解冻方式不当，则会对果品的质量产生影响，如颜色、质地和口味等。因此选择合适的解冻方式对保持果品的品质至关重要。传统解冻方式（空气解冻和水解冻）具有严重的缺点，包括解冻过程缓慢、有利于微生物繁殖、汁液损失率大及解冻后果品质量差等。微波解冻是一种新型解冻方式，微波加热的高效性为实现冷冻果品的快速解冻提供支撑。另外，微波处理对果品中营养成分和生物活性化合物的影响较小，能够最大限度保持果品的新鲜度。

微波作用导致果品中极性分子的高频运动，使分子间不断摩擦碰撞，将微波能转化成热能，从而释放热量。在微波解冻过程中，冷冻果品及其加工半成品的内部和外部能够同时吸收微波能量，从而均一受热，实现高效解冻。在-5~0 ℃温度范围内，果品极易变色变味，造成品质劣变[8]。而微波解冻能够使果品迅速穿过这个温度带，因此对果品品质的影响较小，甚至没有影响。

近年来，微波解冻在果品加工中的应用广泛。总结国内外学者对微波解冻技术的研究情况，如表1所示。这些研究集中探讨微波解冻技术对果品感官品质、理化性质、生物活性化合物、酶活性和抗氧化能力的影响。吴新怡等[9]利用热水、微波、超声波、超高压和常温5种方式对西梅进行解冻，并探讨这5种解冻方式对西梅的营养成分、微观结构、酶活性等品质的影响。通过比较发现，经微波解冻后，西梅的汁液流失率最低，并且细胞结构得到较完整的保持。Peng等[10]比较传统解冻方法（空气解冻和水解冻）和微波解冻对芒果感官品质的影响，结果发现微波解冻减少了汁液流失率、颜色变化和硬度损失，感官评分最高。Lu等[11]研究发现用微波对树莓进行解冻只需要0.57 min。解冻后的树莓味道较好，消费者容易接受。Watanabe等[3]探究不同解冻方法（空气、微波和真空微波解冻）对冷冻苹果物理特性的影响。研究发现微波和真空微波解冻处理造成的苹果褐变水平显著低于空气解冻的褐变程度，并且与单独使用微波技术相比，微波和真空联用解冻效果更好。这些研究表明微波解冻能够保持果品感官品质，能在最大程度上减少果品营养成分的损失，从而保证果品的质量。

表1 微波解冻技术在果品中的应用

2.2 微波杀菌

果品在加工过程中容易受微生物污染而腐烂变质，杀菌是保持产品品质稳定和延长其货架期的必要工艺。传统的巴氏杀菌方法往往会导致果品中热敏性营养素的损失，同时也会对果品的颜色、风味等感官品质产生不利影响。因此，选择合适的杀菌方法对于保证果品质量至关重要。微波杀菌是一种新型杀菌方式，在微波辐射产生的热效应和非热效应的共同作用下，果品中存在的大多数有害微生物都能够快速被消灭。微波升温速度快，可以在较短的时间内达到与传统杀菌方式相同的效果，从而有效减少果品中营养和风味物质的损失，提高加工产品的质量。微波杀菌技术在果品中的应用有很多，如表2所示。李根等[23]对微波杀菌和传统巴氏杀菌后的苹果汁在不同贮藏温度下菌落总数的变化进行分析。结果表明，与传统巴氏杀菌相比，微波杀菌后苹果汁中菌落总数的上升速率降低。María等[24]研究常规加热和微波加热对猕猴桃果泥中单核细胞增生李斯特菌的灭活作用，结果发现：微波加热对李斯特菌的灭活效果比常规加热更好；微波功率与灭活率有一定关系，即微波功率越高，李斯特菌的失活速度越快。另有学者对微波杀菌后果品的品质变化进行探究。Amaro等[25]研究微波处理后橙汁中抗坏血酸的降解情况，结果发现在所研究的工艺条件下抗坏血酸的保留率可达85%。Érica等[26]通过分析微波杀菌后混浊苹果汁的风味和营养特性的变化发现，微波处理能够更好保持果品的新鲜品质。

表2 微波杀菌技术在果品加工中的应用

2.3 微波干燥

将新鲜果品进行脱水干燥可有效抑制微生物的繁殖，延长果品货架期。微波干燥可使果品内外部同时加热，从而实现快速干燥[34]。郑先哲等[35]采用不同的微波强度对浆果进行干燥，结果发现随着微波强度的提高，浆果的水分蒸发速率呈现上升趋势。这是因为微波强度越大，浆果吸收的微波能越多，水分的蒸发就会越迅速，在6 W/g微波强度下浆果的干燥速率较快，花青素保留率也较高。Pham等[4]探究微波对流干燥对木瓜质量的影响。结果表明，在合适的处理条件下，木瓜中抗坏血酸的保留率达64%，且总多酚含量比新鲜木瓜高4%。事实上，微波干燥也存在一些缺点，如由于果品形状等特性引起的不均匀加热可能会导致产品烧焦。研究表明，将微波与其他干燥技术联用可以成功避免这一影响，并更好地提高加工果品的品质。Botha等[36]采用微波辅助空气干燥法对菠萝进行干燥，结果发现使用可变微波功率结合低空气温度可以实现快速干燥，并且不会显著烧焦菠萝片。Ozcelik等[34]比较微波辅助冷冻干燥和常规冷冻干燥对树莓果泥特性的影响。结果发现微波和冷冻干燥联用能够缩短干燥时间，降低能源消耗，同时提高果泥中抗坏血酸和花青素的保留率。任茹娜等[37]也发现热风-微波联合干燥可以综合单一干燥的优点，提高干燥果品品质。

2.4 微波膨化

膨化是指将食品放入密闭容器中，对其加热加压后突然减压，食品中的水分会迅速汽化膨胀，使食品内部和表面出现许多小孔，且口感变得松脆的加工方法。微波膨化常用于加工膨化果品。在果品加工过程中，微波膨化技术主要利用果品中的水、碳水化合物等电解质吸收微波能，分子由原来的无序状态变为有序分布，在此过程中，果品中的极性分子间通过相互碰撞和摩擦产生的热量，能够使产品内部水分迅速蒸发进而达到膨化目的[38]。近年来，许多学者对微波膨化技术在果品加工中的应用进行研究。Ma等[39]采用微波膨化法加工树莓零食，结果发现树莓零食硬度和脆度的形成取决于微波膨化参数。在微波强度7.5 W/g、膨化时间6 min的条件下，可以获得具有内部孔隙均匀、形状规则的树莓零食。研究表明，通过控制微波膨化的加热速度，可以获得高质量的树莓小吃。Zhang等[40]的研究也发现微波强度和膨化时间对浆果零食的质构影响较大，通过优化膨化技术参数可以获得具有理想质构的产品。这些研究证明，膨化果品的质构与产品内部孔隙的结构和分布有关，而产品的质构特性又取决于膨化技术参数。因此，在使用微波膨化技术时，要对技术参数进行适当优化，以获得符合质量要求的产品。

3 微波处理对果品感官品质的影响

色泽、香气和质地是果品重要的感官特性，直接影响消费者对产品质量的接受度。果品的感官特性在加工过程中会发生一系列变化。一些传统加工方式由于加热速度较慢、温度过高会对果品的质地造成破坏并使果品中的色素发生降解，从而降低产品的感官评分。而微波处理能在短时间内快速加热，减少果品在高温环境中的滞留时间，因此对果品感官特性的影响较小。Peng等[10]发现，与空气解冻、水解冻和超高压解冻相比，微波解冻后芒果的L*值（L*反映果品颜色的明亮度，L*=100表示白色，L*=0表示黑色）最高，微波处理对芒果色泽的影响较小。这可能是因为微波的快速解冻速率减少对芒果细胞膜的机械损伤，从而减少解冻后的颜色变化。另外，微波解冻的芒果其硬度损失也最小。陈宏运等[14]研究发现微波处理后的荔枝仅在表皮色泽上有轻微褐变，其口感仍饱满多汁、酸甜可口，并且保留荔枝特有的香气，感官评分高于其他处理方法。沈海亮等[41]探究传统巴氏杀菌和微波杀菌对橙汁中挥发性香气成分的影响，结果显示，与没有经过杀菌处理的橙汁相比，传统巴氏杀菌后产生2种新的挥发性成分，但有10种挥发性成分消失，而微波杀菌后则产生5种新挥发性成分，同时有3种挥发性成分消失，这表明微波处理更有利于橙汁中香气物质的保留。

4 微波处理对果品理化性质的影响

可溶性固形物含量和pH是果品重要的理化指标，与果品的口感和质量密切相关。陈晓维等[19]研究发现微波解冻后蓝莓中的可溶性固形物含量和pH与未处理的蓝莓差异不显著。曾小峰等[42]发现微波处理后的橙汁在贮藏过程中可溶性固形物含量的变化较小。pH在贮藏第1周时下降比较明显，这可能是由于橙汁中的还原糖与氨基化合物发生美拉德反应而形成还原性醛酮，它们极易氧化成酸性物质，从而造成pH的下降。从第2周开始，橙汁的pH开始保持稳定，变化较小。Ergün等[43]分析微波处理对杏和无花果pH的影响，结果发现在微波处理后杏的pH升高，而无花果的pH则有所降低，该结果表明微波处理对果品pH的影响可能与果品的种类有关。

5 微波处理对果品中营养成分的影响

果品中含有丰富的营养成分，其中一些营养成分，如维生素C、花色素、总酚等，具有抗氧化、延缓细胞衰老和凋亡、预防心血管疾病等多种功能，对人体健康十分有益，但是它们在加工过程中极易受到影响而发生改变。多项研究证明微波处理对果品中营养成分的破坏作用较小，能够显著减少营养损失。Amaro等[25]测定经微波处理后橙汁中的维生素C含量，结果显示，在所研究的工艺条件下观察到维生素C的最低保留率达到85%。Zhou等[44]研究发现微波处理没有显著改变桃泥中的总酚含量，并发现这可能是因为微波处理会使果品中的多酚氧化酶失活，从而减少总酚的消耗。还有一些研究表明在微波作用下一些生物活性化合物能够更好地被提取，从而提高果品的营养价值。Brenda等[45]的研究显示微波处理的黑莓果汁中检测出更高水平的总酚含量。另外，黑莓果泥用微波加热60 s时，果汁中的花青素含量显著增加，这可能是因为微波处理会导致细胞壁的膨胀，从而使更多的花青素和总酚等化合物从细胞中游离出来。张婷婷等[46]发现在微波功率800 W、时间140 s条件下，微波预处理能够显著提高苹果汁中的总酚含量。

6 结语与展望

微波技术由于处理效率高、操作方便且能最大程度保持果品的感官品质、理化性质和营养价值，在果品加工中的应用广泛。但微波技术在果品加工应用中仍存在一些有待解决的问题，包括微波对果品品质和果品中微生物的影响规律和机制未完全阐明；微波技术影响因素的多样性及其在一些工业化场景下处理的不均匀性限制其应用；微波工业化装备的先进性不足，阻碍微波技术的进一步应用。因此，今后的研究重点应主要聚焦在几个方向：探究微波加工过程中果品介电特性和品质的变化规律，揭示微波技术对果品特性和品质及其微生物的影响机理，为微波技术在果品中的应用奠定理论基础；揭示微波技术各因素对果品品质和化学成分的影响规律，优化微波技术参数和工艺过程；加强微波装备研发，融合互联网、传感器、计算机和信息技术等，实现微波装备自动化、智能化和信息化。相信随着微波技术理论的不断发展及微波装备研发的不断深入，微波技术在果品加工中的应用前景将会更加广阔。