微波技术在食品解冻中的研究进展

微波技术在食品解冻中的研究进展
马燕;田少君
【摘要】随着冷冻食品消费量的不断增加,快速有效的解冻方式也日益受到重视,其中微波解冻技术由于其独特优势在冷冻行业得到快速发展与应用.本文就微波解冻的基本原理与特点及其在食品解冻中的应用作一介绍,并对存在的问题及研究趋势进行了总结和展望.
【期刊名称】《粮食与食品工业》
【年(卷),期】2014(021)006
【总页数】5页(P35-38,42)
【关键词】微波解冻;食品工业;应用
【作者】马燕;田少君
【作者单位】河南工业大学粮油食品学院郑州 450001;河南工业大学粮油食品学院郑州 450001
【正文语种】中文
【中图分类】TS201
微波是指频率为300 MHz～300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1m（不含1m）到1mm 之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称，工业上常用的微波频率为915 MHz和2 450 MHz。

解冻就是利用加热使冷冻食品中的冰结晶熔化为水，并且要尽可能恢复到冻前的新鲜状
态。

微波解冻是指将冷冻品利用微波能进行穿透性迅速加热，使其内外同步解冻并升温至不滴水的状态。

不同于传统的解冻方法所需时间长、耗能大，微波解冻速度快、效率高、解冻后品质较好，因此得到了快速应用与发展，成为食品解冻的重要技术方法，也是我国食品解冻工艺的一个发展方向，因此全面了解微波解冻的原理、特点及其在食品工业中的应用具有重要的意义［1－2］。

1 微波解冻原理及特点
冷冻食品的解冻工艺可分为调温和融化：调温是指将冷冻产品冻解冻时，从较低温度调到水的冰点附近，此时物料尚处于固态，更易于切片、切丁或进行其它加工，融化是指将冻品快速解冻，原料只需放在输送带上，直接吸收热量进行解冻。

微波解冻是指利用电磁波对冷冻产品中的高、低分子极性基团起作用，尤其是冷冻产品中的水分子，它能使极性分子在电场中高速振荡，同时造成分子间剧烈摩擦，由此产生热量，将微波能转化为热能［3］。

在常规解冻法中，热传导起着主要作用，冻结食品表层的冰晶先解冻融化为水，然后逐步向内层扩展，由于水的导热系数（0.54 W／m·K）比冰（2.22 W／m·K）的小很多，即已解冻部分的导热状况
与未解冻部分的导热状况相差数倍，导致解冻速度随着解冻的进行而逐渐下降，这和冻结过程恰好相反；而在微波解冻过程中，冻结食品在微波场中从内到外同时吸收微波能量［4］，冻结食品成为整个发热体，容易形成全体均一的解冻，缩短解冻时间，迅速越过－5℃～0℃这个食品易变色变味、蛋白质易变性的温度带，保
持食品的品质不致下降［5］。

传统的解冻方法有自然解冻、空气解冻和热水喷淋解冻，自然解冻所需时间较长、食品容易受污染；空气解冻速度相对较慢，食品汁液流失较多；热水喷淋解冻虽然用时较短，但食物中的水和蛋白质以及其它可溶性物质溶于水从而导致质量损失，同时也易受污染导致品质降低［6］，而使用微波解冻能够缩短解冻时间，减少肌肉组织损伤，缩短微生物繁殖与生化反应的时间［7］，保持食品的新鲜度。

微波
解冻技术能达到和满足冻结食品解冻时的最佳条件［8］：①解冻速度快时间短；②占用空间小；③滴水少；④色泽好；④营养成分损失少；⑤耗能少无污染。

因此，微波解冻技术普及相当快，同时也为冷冻制品工业带来了极大的方便和利益。

2 微波技术在食品解冻中的应用
2.1 微波技术在冷冻肉制品解冻方面的应用
肉制品加工中需要将冷冻肉解冻，冷冻肉的品质不仅取决于冷冻技术，也取决于解冻技术。

有研究表明采用微波解冻午餐肉罐头原料可以显著改善肉的持水性，抑制微生物的生长繁殖，且由于可以带包装解冻，能避免二次污染，提升产品品质［9］；在解冻乳化香肠方面，微波解冻对香肠质构影响较大，感官评分较高，可能是因为微波会促使水分与蛋白、淀粉、胶体重新结合，同时对冷冻生成的冰晶微孔结构有一定的填充作用［10］。

靳青青等［11］对冻结猪肉采取热水解冻、冷
水解冻、空气解冻和微波解冻4种解冻方式进行实验研究，通过对解冻后猪肉的
微生物含量、表面色泽、pH 值、肉汁损失率及蛋白质含量等指标的测定，得出4种解冻方法中微波解冻能较好地保持猪肉的品质。

然而需要注意的是，在解冻过程中微波功率影响微波加热不均匀性［12］，Kim
等［13］研究了不同微波功率对解冻鸡胸肉理化性质的影响，得出低功率（250 W）下解冻鸡胸肉效果最好，过高功率导致品质不佳。

另外，微波解冻的频率和
时间也会影响食品质量，Lee等［14］发现915MHz微波解冻与传统解冻相比，微波解冻后食品的汁液损失率减小，但用2 450 MHz微波解冻后汁液损失率高达17%，有研究表明随着微波时间的延长，肉类的质量损失率会随之增加［15］，
鉴于此，在实际应用中要选择合适的功率和频率并严格控制解冻时间。

2.2 微波技术在冷冻水产品解冻方面的应用
近些年随着微波技术的普及，其在各种鱼虾贝类水产品解冻方面的应用也受到研究和推广。

崔瑾［16］等以冻藏黄花鱼为研究对象，结果表明在一定厚度内的冻鱼
微波解冻效果较好，微波频率915 MHz比2 450 MHz更适合解冻厚一些的样品，因为频率越高，其穿透深度越小。

由于贝类中有许多极性分子组成物如水、蛋白质和糖元等都对微波能有很大的吸收能力，故解冻很快速，且解冻后样品的挥发性盐基氮（TVB－N）值较低，样品的鲜度和质量要高于空气解冻，这是由于微波解冻具有一定的杀菌效果，促进酶失活，阻止贻贝中的蛋白质分解为一些低级小分子，如氨、甲胺、二甲胺等［17］，李念文等［18］在对大目金枪鱼块的解冻研究中
也发现微波解冻后鱼肉的菌落总数仅为3.011cfu／g，解冻后的鱼肉适合用于直接生食。

但是有研究表明微波解冻鲈鱼后样品TVB－N 值显著增加，这说明微波解
冻适合解冻鱼片（块），不适用于解冻体积较大，肉质肥厚的整鱼。

微波解冻在时间上占尽优势，美中不足的是微波解冻对于鱼虾的硫代巴比妥酸值（TBA）影响较大，这可能是由于解冻过程中微波的高能量加速了油脂氧化［19
－20］。

另外，微波解冻对持水力和pH 也有一定影响，在微波加热过程中样品
受热不均易导致蛋白质变性以及鱼肉冻结过程会引起中性蛋白质的变性而释放出氢离子，微波加热时鱼块的内部和表面同时进行解冻，其内部的水分很快受热膨胀和汽化，向鱼块表面扩散并蒸发，水分的流失使氢离子的浓度增加，从而导致pH 的降低［21］，而且随着加热的进行，鱼肉会脱水、变硬，鱼肉持水力显著下降。

这说明微波解冻技术还需要进一步改进，但其在水产品解冻方面的发展前景不可小觑。

2.3 微波技术在果蔬产品解冻方面的应用
微波解冻技术在果蔬产品上也有研究和应用。

李堡杰［22］在对水果速冻速解保
鲜技术的研究中，选取鲜荔枝、葡萄、李子和菇娘4种水果，于－18℃下冷冻
10min后采用微波解冻，发现水果的颜色、形状、鲜度、风味与冻结前相比，基
本无变化，优于以往的自然或者水解冻方法等常规解冻方法。

微波解冻时间短，不需要接触水，避免了细菌污染及营养物质流失，这在解冻夏季配菜，速冻玉米，速
冻怀山药等食品中得到很好体现［23－25］，袁春新等［26］在对冷藏部分玻璃态西兰花解冻的研究中发现，微波解冻后产品复水性好，汁液流失少，Vc损失较少，解冻效果与高静水压解冻相当。

2.4 微波技术在面制品解冻方面的应用
冷冻面团法是一种极为方便实用的食品工艺技术，用于面包、馒头等的生产，冷冻面团在熟制之前要进行解冻，通常采用空气解冻。

近年来有研究采用微波解冻，速度快，效果和空气解冻相似［27］。

微波还可用于速冻油条、冷冻馒头和包子，冷冻熟面、春卷、烧麦等食品的解冻复热，美味营养，方便快捷。

2.5 微波技术在乳状液破乳方面的应用
在水酶法提油过程中，由于油料细胞中有蛋白质和复杂碳水化合物存在，常会形成一个稳定的乳状液体系，致使油脂很难从体系中分离出来［28］。

冷冻解冻是一种常用的破乳方法，具有较好效果，解冻是冷冻解冻破乳的重要环节，常用水浴加热解冻，近年来有学者进行微波解冻破乳研究，发现微波解冻破乳后乳状液中的脂肪球粒径明显增大，油脂更易释放，可取得较高破乳率［29－30］，这是由于微波具有热效应和电磁效应，利用微波解冻不仅可以使乳状液在融解过程中液滴的黏度降低、界面张力降低、油水密度差增加，而且能使乳状液内部液滴不断沿着电磁场方向发生聚集、破裂，油水界面膜变薄，从而实现破乳［31］。

2.6 微波技术在其它食品解冻方面的应用
微波技术的热特性使得其在许多食品中别有优势，如在解冻淀粉基果酱中，一方面解冻快速能抑制额外的直链淀粉回生，另一方面微波的高温有助于已回生的直链淀粉融化，因而解冻效果较好［32］。

Tuta等［33］用微波预解冻马铃薯条后经180℃和190℃油炸，发现其丙烯酰胺水平比未处理的马铃薯条显著降低，这是由于微波解冻速度快能有效避免水分在煎炸完成之前由中心扩散到表面，减少了油炸时间。

微波还可用于冰蛋的解冻，该法能保持食品的色、香、味，保证产品的质量
［34］。

3 微波解冻技术存在的问题及研究趋势
微波解冻技术由于方便快捷等优点已广泛用于肉、肉制品、水产品、水果和水果制品等的加热解冻，随着微波技术的成熟，其应用必将深入食品领域的各个角落，但是微波解冻在实际应用中存在的问题应引起足够重视：
（1）微波解冻易加热不均匀，部分出现过热现象，部分还处于冻结状态，无法实现均匀解冻。

这一方面可能与食品本身有关：食品中蛋白质、脂肪及水分含量不同，以及物料形状的不同，吸收的热量也不相同［35－36］，这就需要采用间歇式微
波处理或与传统热处理方式相结合的方法来解决，已经有人尝试解冻过程中采用气流或液氮冷却，并在实验上取得了成功，Virtanen等［37］利用不同环境温度的
冷空气辅助微波解冻，缩短了解冻时间，避免了热失控问题；另一方面可能与微波设备的设计有关：腔体内的微波通过折射、反射、穿透、吸收后多重叠加的结果可能会影响到冻品各部分的受热情况，要获得尽可能均匀的加热效果，就需要解决微波设备谐振腔模式、腔体形状、尺寸设计和耦合问题，还要在物料的铺放形式、输送方式设计等方面给予充分考虑［38］。

（2）微波场中食品的温度难以测量，不利于把握解冻时间，控制食品品质。

目前人们已开发出了热电偶、热电阻温度传感器，光纤温度传感器，热敏电阻－高阻导线温度传感器，红外测温仪等多种测温方法，但它们各自在稳定性，精确度及抗干扰性等方面存在弊端，合理的微波场测温方法仍需进一步探索，抗强电磁场干扰、稳定性好、造价低的温度传感器将是今后研究的主要方向。

4 结语
本文分析了微波技术解冻的原理及特点，并对其在冷冻肉制品、水产品、果蔬类、面制品、乳状液破乳及其它方面的应用进行了总结与概括，微波解冻方便、快捷、卫生，但目前主要存在加热不均匀、温度难控制等问题。

随着社会的进步和科技的
发展，人们更加关注高效节能的食品新技术，如果能完善微波加工理论，开发新型微波加工设备，解决上述问题，微波解冻技术在食品工业中的应用前景将更加广阔。

参考文献
［1］高福成.现代食品工程高新技术［M］.北京：中国轻工业出版社，1997. ［2］牛广财，周丽萍，李春花，等.微波技术在食品工业中的应用［J］.延边大学
农学报，2003，25（4）：295－297.
［3］谢晶，华泽钊.非热技术在食品解冻中的应用［J］.制冷学报，1999（3）：36－40.
［4］Tong C H，Lentz R R，Lund D B.A microwave oven with variable continuous power and a feedback temperature controller
［J］.Biotechnology progress，1993，9（5）：488－496.
［5］康健.微波加热技术及其在农副产品加工中的应用［J］.西北农业学报，1999，8（4）：110－112.
［6］杨宏伟.冻结肉解冻技术的探讨［J］.肉类研究，2005（7）：43－44.
［7］Deatherage F E.Influence of freezing and thawing on hydration and changes of the muscle proteins［J］.Journal of Food Science，1960，25（5）：623－629.
［8］Rosenberg U，Bögl W.Microwave thawing，drying，and baking in
the food industry［J］.Food Technology，1987，41（6）：85－91.
［9］邱澄宇，翁记泉.微波解冻与午餐肉罐头的生产［J］.农产品加工·学刊，2005（2）：45－47.
［10］乔亮，张坤生，任云霞.食用胶和解冻方式对速冻乳化香肠品质的影响［J］.肉类研究，2013，27（1）：17－20.
［11］靳青青，马兆立，李温静，等.解冻方法及解冻时间对冻结猪肉品质的影响
［J］.肉类工业，2013（11）：7－11.
［12］Chamchong M，Datta A K.Thawing of foods in a microwave oven：I.Effect of power levels and power cycling［J］.Journal of microwave power and electromagnetic energy，1999，34（1）：8－21.
［13］Kim T H，Choi J H，Choi Y S，et al.Physicochemical properties of thawed chicken breast as affected by microwave power levels［J］.Food Science and Biotechnology，2011，20（4）：971－977.
［14］Lee J K，Park J.Rapid thawing of frozen pork by 915 MHz microwave ［J］.Korean Journal of Food Science and Technology，1999，31（1）：54－61.
［15］焦艳芬，李正英，刘敏，等.冷冻羊腿几种解冻方法比较［J］.农产品加工·学刊，2007（12）：51－54.
［16］崔瑾，农绍庄，谷小慧，等.冻藏黄花鱼微波解冻条件的研究［J］.食品科技，2012（3）：69－72.
［17］刘年生，徐跃，黄渊.空气、红外线、微波解冻法的探讨［J］.冷藏技术，1997（1）：22－24.
［18］李念文，谢晶，周然.大目金枪鱼外部与内部解冻法的品质变化［J］.食品工业科技，2013，34（16）：84－87.
［19］Boonsomrej S，Chaiwanichsiri S，Tantratian S，et al.Effects of freezing and thawing on the quality changes of tiger shrimp （Penaeusmonodon）frozen by air－blast and cryogenic freezing
［J］.Journal of Food Engineering，2007（80）：292－299.
［20］Ersoy B，Aksan E，Ozeren A.The effect of thawing methods on the quality of eels（Anguilla anguilla）［J］.Food Chemistry，2008（111）：
377－380.
［21］李汴生，俞裕明，朱志伟，等.QIM 和理化指标综合评价南方鲇鱼片冷藏新鲜度［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2007，35（12）：126－131. ［22］李堡杰.水果速冻速解保鲜技术的实验研究［J］.制冷，1996（4）：65－66.
［23］沈万兴.典型方便配菜速冻、微波均匀解冻及熟化特性研究［D］.无锡：江南大学，2011.
［24］张海霞.速冻玉米解冻工艺的研究［D］.长春：吉林农业大学，2012. ［25］郑磊.怀山药速冻工艺及货架期预测的研究［D］.郑州：河南农业大学，2012.
［26］袁春新，唐明霞，王彪，等.解冻方法对冷藏部分玻璃态西兰花品质的影响［J］.江苏农业学报，2009，25（3）：660－664.
［27］赵学伟，李素真，姜春鹏.解冻方式对小麦面团双轴拉伸黏度的影响［J］.食品科技，2009（4）：132－135.
［28］Chen B K，Diosady L L.Enzymatic aqueous processing of coconuts ［J］.Int J Appl Sci Eng，2003，1（1）：55－61.
［29］刘彬球，陈朝银，葛锋.普洱茶籽乳状液的冷冻微波解冻破乳工艺优化［J］.中国油脂，2013，38（1）：12－15.
［30］齐宝坤，江连洲，李杨，等.响应面优化大豆乳状液冷冻微波解冻破乳工艺研究［J］.中国油脂，2013，38（1）：8－11.
［31］王文睿，江连洲，郑环宇，等.大豆乳状液的微波破乳工艺优化［J］.食品科学，2011，32（18）：11－14.
［32］Arocas A，Sanz T，Henando M I，et paring microwave－and water bath－thawed starch－based sauces：Infrared thermography，
rheology and microstructure［J］.Food Hydrocolloids，2011，25：1554－1562.
［33］Tuta S，Palazoglu T K，Gökmen V.Effect of microwave pre－thawing of frozen potato strips on acrylamide level and quality of French fries［J］.Journal of Food Engineering，2010，97：261－266.
［34］王友.冰蛋的制作及解冻［N］.河南科技报，2006－03－28（007）. ［35］Chamchong M，Datta A K.Thawing of foods in a microwave oven：Ⅱ.Effect of load geometry an d dielectric properties［J］.Journal of microwave power and electromagnetic energy，1999，34（1）：22－32. ［36］Zhang H，Datta A K.Heating concentrations of microwaves in spherical and cylindrical foods：part two：in acavity［J］.Food and bioproducts processing，2005，83（1）：14－24.
［37］Virtanen A，Goedeken D L，Tong C H.Microwave assisted thawing of model frozen foods using feed－back temperature control and surface cooling［J］.Journal of food Science，1997，62（1）：150－154. ［38］刘锋，芮汉明.微波技术应用于食品工业中存在的关键问题分析［J］.食品与发酵工业，2006，32（7）：83－86.。