過熱蒸汽在肉類調理食品加工中的應用研究

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摘要：對日本等發達國家肉類調理食品加工中過熱蒸汽的研究與應用現狀進行了較為系統的闡述。過熱蒸汽技術具有縮短加熱時間、提高出成率、脫油、減鹽、抑制油脂氧化、改善食品質地、表面瞬時殺菌等效果，作為一種新型加熱調理技術已被廣泛應用于肉類調理食品等食品加工領域。

關鍵詞：過熱蒸汽；肉類調理食品；油脂氧化抑制；表面殺菌

中圖分類號：TS207.3 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）07-0048-05

熱處理是食品加工過程中的一種主要調理手段。熱處理可分為直接加熱、間接加熱和物料內部加熱（自發加熱）等形式。飽和蒸汽是水在沸騰狀態下產生的水蒸汽，在常壓下為沸點溫度，是食品加工中常用的一種加熱介質。而過熱蒸汽是指飽和蒸汽繼續加熱后，常壓下溫度高于沸點的無色透明的高溫水蒸汽。

隨著過熱蒸汽技術的發展，美國、日本等國逐步生產出用于食品加工的過熱蒸汽裝置或者電器。過熱蒸汽在食品干燥、食品加工、食品烹飪等方面的應用越來越廣泛[1-10]。過熱蒸汽干燥對提高干燥效率、降低干燥能耗、減少環境污染、提高產品質量具有重要的意義，將過熱蒸汽應用于食品干燥有著廣闊的前景。使用過熱蒸汽進行烹飪和食品加工具有食品受熱均勻、加熱速度快、食物更加美味、防止維生素流失等顯著優點，同時過熱蒸汽技術還可以用于食品加工廠中輸送帶的清洗、殺菌以及食材加熱處理、食物殘渣的粉末化及除臭等。本文對日本等發達國家肉類調理食品加工中過熱蒸汽的研究與應用現狀進行了較為系統的闡述，以期在肉類調理食品加工中更好地利用過熱蒸汽。

1 過熱蒸汽技術的特點

1.1 過熱蒸汽技術介紹

過熱蒸汽具有以下優點[11-12]：1）過熱蒸汽的熱容量大，具有極好的熱傳導性；2）加熱初期在被加熱體表面發生水的凝結，之后凝結水被干燥；3）可實現低氧環境中的加熱；4）可在常壓下實現高溫加熱，安全性高；5）設備共用性高、處理對象廣泛：通過改變過熱蒸汽溫度，可對食品原料進行燒烤、熏蒸、干燥、炸制等各種不同的加工處理?？蓮V泛應用于肉類、水產類[13]、野菜類、水果類、面包類、點心類、面類以及堅果類等不同食品原料的加工。

1.2 傳熱特性

如圖1所示，普通烤箱是通過高溫空氣與被加熱體接觸，通過對流傳熱進行加熱（空氣的比熱是1.00J/（g·℃））。與之不同，過熱蒸汽除了對流傳熱（水蒸氣的比熱是2.01J/（g·℃））之外，還通過過熱蒸汽在被加熱體表面發生凝結釋放出的凝結熱來加熱物體。凝結熱為2256.7J/g，熱量很大，被加熱體在過熱蒸汽凝結的同時吸收大量的熱量，可急速升溫。另外，過熱蒸汽具有在低溫部位優先凝結的特性，因此可抑制加熱不均勻現象的發生。

1.3 凝結-干燥特性

圖2所示為過熱蒸汽加熱時，食品中的水分變化曲線，隨著加熱方式的不同而呈現不同的趨勢。過熱蒸汽與食品接觸后立即凝結為水，附著于食品表面，同時大量熱量被傳導到食品中，之后，隨著食品溫度的升高，食品中的水分開始被蒸發，經過復原過程，食品開始干燥。因此，采用過熱蒸汽加熱，食品內部的水分不會散失，所得產品內部鮮嫩多汁而表面干燥。采用高溫空氣時，由于水分一直從食品內部向外散失，食品內外的水分均會減少。普通水蒸氣加熱時，由于水蒸氣會在食品表面凝結為水且不被干燥，導致最終產品內外發黏，影響食品感官和品質。

1.4 氧氣體積分數

將過熱蒸汽充入加熱空間后，加熱室內原本存在的空氣被排除出去，氧氣體積分數降低。如圖3所示，熱空氣加熱時，加熱空間的氧氣體積分數一直保持在21%左右。而過熱蒸汽加熱時，隨著過熱蒸汽充滿加熱空間，氧氣體積分數急速減少，4min之后氧氣體積分數可降低到0.1%以下。因此，過熱蒸汽技術可實現低氧或微氧環境下的食品加熱。

2 肉類調理食品加工中的過熱蒸汽技術研究現狀

日本各大研究機構、大學以及企業的研究人員致力于應用過熱蒸汽技術開發肉類調理食品的調理技術與裝備。大量研究報告顯示，過熱蒸汽調理技術應用于肉類調理食品加工中，具有縮短加熱時間、提高出成率、脫油、減鹽、抑制油脂氧化、改善食品質地、表面瞬時殺菌等效果，可顯著提高肉類調理食品的保質期與安全性。

2.1 加熱時間短縮與出成率增加

原料肉在煮制、燒烤等加熱調理過程中會產生一系列的物理化學變化，其中最明顯的是肉汁流失，質量減輕。如何在保持調理肉制品品質的前提下提高出成率，是降低生產成本、提高效益的有效途徑之一。大量數據表明，使用過熱蒸汽技術代替傳統的煮制、烤制等加工方式，可減少被加熱食品原料的干燥，大幅提高出成率。其中，Kadoma等[14]以牛肋排、豬肉、雞翅等原料為研究對象，比較了熱風烤爐和過熱蒸汽等不同加熱調理條件下的出成率，結果發現過熱蒸汽可提高出成率5%左右。另外，Kawahara等[15]將瘦豬肉絞碎后加入1.5%的食鹽在乳缽中混合均勻制得肉糜，然后將肉糜制成厚度15～17mm，質量約50g的肉餅。然后用過熱蒸汽（180、220、260℃）、烤箱（180℃）以及水煮（98℃）3種不同的加熱調理方式將肉餅中心溫度加熱到90℃。表1是各種加熱調理方式下豬肉餅的平均加熱時間及出成率，結果表明過熱蒸汽加熱可大幅縮短加熱時間及提高出成率，特別是與電烤箱相比，過熱蒸汽加熱可縮短加熱時間60%，提高出成率約18.5%。

2.2 脫油效果

日本研究人員以牛肉、雞腿、牛肋排、豬肉餅等為研究對象，采用熱空氣和過熱蒸汽對其進行加熱調理，比較兩種不同加熱調理方式對脫油率的影響[14-15]。結果表明，在150℃和200℃兩種加熱溫度下，過熱蒸汽加熱的脫油率都是熱空氣加熱的2倍左右（圖4）。Kadoma等[12，14]認為過熱蒸汽加熱時脫油效果是由以下原因所致：食品置入過熱蒸汽中之后，過熱蒸汽與食品接觸而導致溫度下降，凝結為凝結水附著在食品表面。同時由于凝結熱很大，食品的溫度迅速上升，食品中的油脂開始融化，繼續加熱后，油脂的黏度降低，流動性變大而從食品中流出，另一方面食品的收縮也會促使油脂滲出。在食品表面積聚的油脂自然滴落或被凝結水洗脫下來。而高溫空氣是依靠對流傳熱來加熱食品的，食品升溫慢，食品表面不形成凝結水，所以食品表面積聚的油脂滴落所需的時間較長，從而脫油量比過熱蒸汽加熱時少。

另外，應用過熱蒸汽對油炸食品進行脫油處理，可從油炸食品的外衣中脫掉大約80%的油脂，產品的形狀保持不變，而且冷凍以后再用微波爐解凍，仍可保持和剛炸好時的口感一樣。近年，日本研究人員為了減少油炸肉制品中油脂含量，成功開發出一種過熱蒸汽技術與油脂霧化技術相結合的新型炸制技術[16]。該技術采用高溫過熱蒸汽先將食品加熱到100℃以上，然后將經特殊裝置霧化后的少量霧狀油脂噴射到食品表面，再經短時間高溫加熱后即可達到油炸效果。所得產品既有傳統油炸食品的香酥風味與口感，又大大降低脂肪含量。同時，由于炸制過程中只使用少量油脂，所以產生的廢油量大幅減少，可提高油脂的利用率，節約廢棄物處理費用，降低生產成本。

2.3 減鹽效果

日本研究人員將雞胸肉絞碎后加入10%的食鹽混合攪拌均勻做成圓柱形肉餅（直徑33mm，高23mm，約45g），分別采用150℃的過熱蒸汽和高溫空氣對其進行加熱調理對比實驗。結果發現，高溫空氣加熱時，雞肉餅中的鹽分基本上沒有減少，而過熱蒸汽加熱時，雞肉餅的鹽分含量降低了10%以上[12]。由此可見，過熱蒸汽加熱具有減鹽效果。另外，過熱蒸汽加熱10min后，減鹽率就達到10%，之后基本不再增加，說明減鹽效果是發生在加熱初期，而加熱后期則無此效果（圖5）。另外，為了研究減鹽效果的機理，日本研究人員用過熱蒸汽對表面用水清洗干凈的和未經清洗的鹽鮭魚進行了同樣的加熱調理實驗，結果發現兩者的減鹽率幾乎一樣。這說明鹽分在過熱蒸汽加熱過程中會從食品內部遷移到食品表面。由此推測減鹽效果的機理如下：由于離子具有從濃度高的部位往濃度低的方向移動的特性（擴散作用），加熱初期，食品表面食鹽中的鈉離子溶解于食品表面凝結水中而被洗脫下來。隨著食品表面食鹽鈉離子不斷溶解于凝結水中，食品內部和表面的鹽分產生一定的濃度差，食鹽內部的食鹽鈉離子因擴散作用遷移到食品表面，而進一步被凝結水洗脫，從而達到降低食品中鹽分的效果。

2.4 油脂氧化抑制作用

以鲹魚為樣品分別采用280℃的過熱蒸汽和電加熱燒烤對其加熱11min后，為防止加熱后的油脂氧化，加熱結束5min后用液氮對樣品進行急速冷卻并對產品的過氧化值進行了檢測。如圖6所示，電加熱燒烤后鲹魚的過氧化值為26.9mmol/kg，而過熱蒸汽加熱時過氧化值（peroxide value，POV）僅為14.8mmol/kg，降低了大約一半。由此可見，低氧環境下的過熱蒸汽加熱可有效抑制油脂的氧化。另外，其他研究人員以豬肉、雞肉、魚油為原料進行了同樣的實驗，結果都表明，與傳統的烤制、炸制等調理方式相比，過熱蒸汽加熱均可顯著抑制油脂的氧化。同時，由于過熱蒸汽加熱調理是在低氧或者微氧環境下進行，幾乎不形成苯并芘等致癌物質（生成量是傳統燒烤方式的1/30以下），可提高食品安全性。

2.5 質地改善效果

近年來，許多研究表明，過熱蒸汽加熱技術可最大限度保持被加熱食品的質地不受破壞，實現高品質調理加工[17-19]。最近，日本大阪府立大學通過采用熱空氣和過熱蒸汽兩種不同的加熱方式對雞腿肉進行了調理對比實驗，研究其對雞肉質地的影響。研究人員將加熱調理后的雞腿肉中距離表面5mm的內部組織切片取樣并電子顯微鏡下觀察雞肉組織質地變化。結果如圖7所示，加熱前的雞腿肉組織結構完整，經過熱蒸汽加熱調理之后，雞肉組織中肌原纖維被部分分解，但仍保持完整的組織結構。而經熱空氣加熱后，雞肉組織中肌原纖維發生分解、凝集，組織結構完全被破壞。這是由于過熱蒸汽加熱調理過程中，被加熱食品表在在和幾百度高溫過熱蒸汽接觸的瞬間急速升溫，同時過熱蒸汽在食品表面凝結為水，可保證食品在快速升溫過程中不發生水分散失，雞肉組織不易發生干燥斷裂，肉汁流失少，可保持雞肉內部鮮嫩多汁，降低營養損失。采用過熱蒸汽加熱調理的雞肉即使冷卻以后，也不易變硬，保持良好的口感。而熱空氣加熱調理時，水分散失嚴重，雞肉組織細胞易發生干燥斷裂，導致肉汁流失，營養成分損失，口感變硬。

2.6 表面瞬時殺菌效果

通常牛肉、豬肉等原料肉表面沾有大量的微生物，其中包括大腸桿菌O-157等致命微生物。如果不在加工成肉制品之前將原料肉進行減菌化處理，原料肉表面的致病微生物會在分割、絞碎、混勻等前處理工序中混入原料肉內部，增加殺菌難度，大大增大食物中毒發生的概率。因此，對原料肉進行表面殺菌對保證食品安全極其重要。目前，原料肉表面殺菌通常采用臭氧水、酸性電解水等化學殺菌方式，存在有害物殘留、變色、品質下降等問題。另外，在日本也有采用火焰殺菌方式對生肉表面進行殺菌的實例，但由于生鮮肉表面一般凹凸不平，導致殺菌不均勻。過熱蒸汽作為一種高效的表面瞬時殺菌方式，已被廣大食品加工技術研究人員用于黃瓜、土豆、生菜、西蘭花以及水產制品的表面殺菌[20-28]。最近，日本富士電機公司獨立開發出一種新型過熱蒸汽殺菌裝置并應用于牛肉等原料肉的表面殺菌。該殺菌裝置采用電磁誘導加熱方式產生高溫過熱蒸汽（最高溫度可達450℃），溫度波動范圍小于1℃，可對溫度進行精密控制。采用該裝置對大塊牛肉進行表面殺菌，結果顯示由于過熱蒸汽的滲透力強，牛肉表面的縫隙處都可實現高效殺菌，而整個殺菌過程只需數十秒，牛肉表面僅有0.1～0.2mm厚度的肉會因受熱而發生變性。目前，該裝置在日本已被應用于對各種刺身等生食用原料的表面瞬時殺菌。

3 過熱蒸汽調理裝置研發現狀

通常，過熱蒸汽的發生方式通常分為燃油、燃氣等間接加熱法和電阻加熱、誘導加熱等直接（電器）加熱方式。間接加熱法是采用燃燒煤、油、汽等燃料的加熱器對水進行加熱產生飽和蒸汽，飽和蒸汽繼續加熱后成為過熱蒸汽，這種加熱方式熱能轉換率低，升溫速度慢，單位時間產生的過熱蒸汽量較少，能耗高，不能滿足大量加熱調理的需求。而電磁誘導加熱采用內加熱方式，加熱體內部分子直接感應磁能而生熱；熱啟動非?？欤骄A熱時間比電阻圈加熱方式縮短60%以上；熱效率高達90%以上，可在短時間內產生大量高溫過熱蒸汽。同時，由于熱阻滯小、熱慣性低，可實現實時準確的溫度控制。目前，常見的電磁誘導過熱蒸汽發生裝置是先采用燃油、燃氣等間接加熱法將水加熱成飽和水蒸汽，再采用電磁誘導加熱方式將飽和蒸汽進一步加熱產生過熱蒸汽[29]。日本研究人員為提高過熱蒸汽的產生效率，不斷對加熱方式進行技術革新。最近，日本富士電機公司成功開發出一種完全采用電磁誘導加熱產生過熱蒸汽的發生裝置[30]。該發生裝置在電磁誘導加熱體的下方設有溫水槽，常溫的水進入發生裝置后通過冷卻電磁誘導線圈獲得熱量而升溫產生溫水回流到溫水槽中，溫水在循環泵的作用下再次通過傳熱面積很大的電磁誘導加熱體而被加熱生成飽和蒸汽。飽和蒸汽通過加熱體上部的汽水分離槽，再次進入電磁誘導加熱體構造中，在磁場封閉的環境下，被繼續加熱生成溫度提高到450℃的過熱蒸汽。由于整個過程中基本不發生熱量散失，熱效率高達93%。另外，由于高溫過熱蒸汽會對電磁誘導加熱體本身產生侵蝕作用，因此如何改善加熱體的耐侵蝕性能也成為過熱蒸汽發生裝置的技術難題。近年，研究人員將加熱體成分組成調整為Al2O3（70%）、MgO（30%），采用溶射加工方式制得電磁誘導加熱體，其耐久性提高了5～10倍。

隨著過熱蒸汽發生技術的不斷進步，日本食品機械生產企業陸續開發出了各種不同加工用途的過熱蒸汽調理設備，既有滿足廚房、小型企業需求的批量式調理裝置，也有可實現大量生產的連續化、自動化過熱蒸汽調理裝備。夏普、東芝、松下等日本著名家用電器制造公司先后開發出多系列家庭用過熱蒸汽調理器，同時為客戶提供與之相對應的豐富的菜肴制作方法，深得日本消費者的喜愛，廣泛應用于家庭日常飲食調理制作中。

4 結 語

過熱蒸汽技術作為一種新型的健康調理技術在日本等發達國家已得到廣泛的研究與應用，而我國在這一食品加工技術領域鮮有研究。隨著我國居民對健康、美味、安全、方便的食品需求的不斷增長，通過借鑒日本等發達國家在過熱蒸汽調理技術方面的成功經驗，開發適合我國肉類調理食品加工的過蒸汽技術將會成為未來食品加工技術研究的重要方向之一。

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