射頻（RF）熱處理技術在果品貯藏中的應用

馮吉睿，鄧麗莉，曾凱芳，2，*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715;2.農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（重慶），重慶 400715）

近年來，采后熱處理得以大力發展并應用于商業化處理果實。在傳統的熱水浸泡和熱蒸汽處理的基礎上，熱處理技術的研究和應用快速發展，出現了射頻（Radio frequency，RF）等新型的熱處理方式。RF 是頻率在 3KHz～300MHz 之間的電磁波［1－2］。美國聯邦通信委員會 （FCC）允許 13.56，27.12 和40.68MHz 頻率應用于工業，科學和醫療（ISM）［3］。RF熱處理作為一種高效的介電熱處理方式應用于食品工業已有多年。由于RF熱處理具有體積加熱、加熱速率可調和能源利用率高等特點，在食品解凍和餅干烘烤后的調節等方面已經體現出它的優勢［4－5］。前人已經綜述了 RF熱處理技術在肉品加工、液體食品加熱等方面的應用，并提出RF技術用于食品加工和保存的重大工程挑戰，同時也討論了設計這類系統數學模型的潛在用途［6－7］。近些年來，已經有越來越多的工作集中在RF熱處理技術在果蔬貯藏中的應用，本論文主要從RF熱處理技術對果蔬病蟲害的控制和對貯藏品質的影響，以及RF熱處理技術的加熱不均勻性問題的研究進行了綜述。

1 RF熱處理技術對干果蟲害和病害的控制效果

蟲害是影響國內外干果（葡萄干，紅棗，杏，無花果，西梅等）貿易最重要的衛生檢疫指標［8］。一般干果的介電損耗因子ε″較害蟲的小得多，因此干果在RF熱處理下吸熱升溫的速度比害蟲慢，或者處在磁場中相同時間溫度低許多。再者害蟲比干果具有更高的含水量，害蟲將吸收比干果多的RF能量，達到比周圍的食品較高的溫度以致被殺死。由于處理時間短，RF熱處理可以保證殺滅害蟲的同時使干果品質符合合格安全的要求［9－10］。研究表明，27MHz 下RF的穿透深度可用于開發采后殺蟲的工業化RF熱處理設備［11－12］。

在27MHz RF下，核桃中害蟲升溫速度至少是核桃升溫的1.3倍，所以能夠在殺死害蟲的同時保證核桃的品質［13］。Wang 等［14－15］提出了設計和擴大核桃采后殺蟲RF處理規模的工藝流程，這種工藝流程擁有高功率（25kW）和高負載的產品量（187kg的產品在皮帶上移動）。商業化RF熱處理核桃過程受多種因素影響，如核桃方向、開放式和封閉式外殼的核桃之間的不均勻加熱，以及實際存儲能量和能源消耗等。Mitcham等［16］在處理核桃的裝置上負載一個RF施加器（27MHz，12kW），加熱核桃至55℃或更高時，發現第五齡的臍橙螟（Amyelois transitella）的死亡率為100%。

吳曉玲［17］和 Guo［18］等的研究表明在一定的溫度下，RF頻率低于100MHz時，板栗象鼻蟲的損耗因子遠遠高于板栗，即在同一磁場中，電磁波對栗實象甲有選擇性加熱。在27MHz下板栗穿透深度最小為11.6cm。選擇性加熱板栗象鼻蟲和RF的穿透深度表明，在10MHz和100MHz之間的RF熱處理比微波（MW）熱處理對控制栗子害蟲更實用。

由于害蟲如印度谷螟（Plodia interpunctella）和臍橙螟（Amyelois transitella）的介電損耗因子比干果的大26～36倍，所以RF熱處理在殺蟲中具有巨大的潛力。用含水量在15～30.2g/100g的葡萄干，紅棗，杏干，無花果和西梅做材料，其在27MHz RF下的穿透深度（28.4～103.7cm）在連續和大規模處理控制干果采后蟲害中有發展潛力［19］。用RF熱處理杏仁殺蟲時，輕微的優先加熱將提高大規模 RF處理的效率［20］。

生杏仁很容易遭受致病細菌如沙門氏菌的污染。流行病學和環境調查確認杏仁遭受致病菌污染主要發生在收獲后倒在地上和干燥過程中的機械搖動［21］。杏仁殼是多孔的，使用傳統的熱處理方法（如強制熱風）熱傳導效果不佳，MW和RF處理可解決這一問題。Gao等［22］發現杏仁水分活度降低提高了沙門氏菌熱阻性，故在RF處理之前增加浸泡過程可以降低沙門氏菌的侵染率。含水量在23%左右的杏仁在75℃以上的高溫下RF熱處理2～4min，能夠殺滅沙門氏菌并不影響產品的品質。此外，另一研究表明在每一個相應的溫度和濕度，RF（27MHz和40MHz）的穿透深度約是微波頻率（915MHz和1800MHz）的6～24倍，故RF熱處理是一種能夠加熱均勻、處理規模大且有效控制沙門氏菌污染的干燥生杏仁的方法［23］。

綜上所述，RF加熱技術可以在保證核桃、板栗、生杏仁等干果品質的前提下殺滅害蟲。說明RF加熱技術是殺滅干果害蟲有效的方法之一。

2 RF熱處理技術對鮮果蟲害及貯藏品質的影響

由于RF熱處理具有快速和體積加熱特性，其用于水果滅蟲有利于克服傳統熱處理方法引起的水果品質變化。Birla等［24］對RF熱處理滅蟲后的柑橘的品質（包括失重、硬度、顏色變化、可溶性總固形物、酸及揮發物的變化等）進行了檢測，在4℃貯藏10d后，發現除了揮發性物質有顯著的變化外，其他指標均無顯著變化（p＜0.05）。在鹽水中 RF熱處理果實，溫度從19℃升至48℃，然后在48℃保持15min，這樣處理不僅符合檢疫安全還不損害處理后柑橘的品質。櫻桃果實采用熱水預熱處理至38℃再用RF熱處理到 53℃ 保持 1.5min或 54℃ 保持 1min能100%的殺死內蠹蛾（Cydiapomonella［L.］）幼蟲，即使在52℃保持4min也能保證檢疫安全，處理后在模擬空運（5℃，24 h）貯運時，仍能保持櫻桃的色澤，不會引起果皮皺縮和腐爛，僅對果肉褐變有輕微的影響［25］。

Wang等［26］發現將新鮮蘋果放在45℃熱水中預熱處理30min，再利用12kW、27.12MHz RF熱處理至48℃保持15min能殺滅蘋果上的內蠹蛾，處理過的果實在4℃下貯藏30d后還能很好的保持果實的硬度、色澤可溶性固形物和可滴定酸。Sosa－Morales等［27－28］利用熱處理和RF熱處理相結合的方法對未成熟芒果和其害蟲墨西哥果蠅（Anastrepha ludens）進行了處理，結果發現利用熱水（45℃）熱處理50min，然后在27.12MHz，12kW RF 設備下處理 1min，直到整個果實的溫度達到48℃后，在該溫度的熱水中分別保持4、6、8min，三齡幼蟲可達到100%的死亡率。該處理方法與美國農業部動物衛生檢驗局（USDAAPHIS）采用的傳統熱處理（46.1℃熱水處理90min）相比，兩者都在21℃，濕度90%的條件下貯藏12d后，前者處理后的芒果果實更加堅硬，可以說明與傳統熱處理法相比RF處理后可以改進水果的質地結構。RF處理后使水果在48℃下保持6、8min，可達到規定的檢疫安全，而不會造成果實品質受損。

由于不同水果的介電性質都不同，對RF的反應也明顯不同。水輔助RF熱處理是一個替代化學熏蒸的潛在方法，可用于殺死墨西哥果蠅（Anastrepha ludens）保證‘Fuyu’柿子檢疫安全。Tiwari等［29］用熱水預熱處理‘Fuyu’柿子至40℃，在經過RF處理加熱至48℃保持8min能殺死果實上的墨西哥果蠅（Anastrepha ludens），貯藏7d（室溫和4℃）對果實的失重率、硬度、可溶性固形物和可滴定酸度沒有顯著的影響，只是花萼有輕微的褐變。Monzon等［30］評估RF熱處理用于控制‘Fuyu’柿子的墨西哥果蠅幼蟲的影響，發現處理方法（48～52℃保持 0.5～18min）沒有顯著影響果實的硬度、可溶性固形物含量，可滴定酸和失重，與對照相比RF處理后果實的果皮橙紅色更深。Hansen等［31］發現在RF下處理29min再用脈沖在50℃下處理5min，能控制蘋果內蠹蛾幼蟲并增強水果的熱處理均勻性，但是嚴重影響了蘋果的貯藏品質。

由于RF處理對果實的品質影響好壞參半，因此在應用RF熱處理殺蟲時首先要保證果實的基本品質和屏蔽水果組織中的有害熱效應。

3 RF熱處理技術對鮮果貯藏病害的防治

鮮有資料報道RF熱處理技術用于鮮果采后病害的控制。與熱水處理和熱空氣處理相比，RF熱處理能夠直接使果實內部升溫，殺滅潛伏在果實內部的病原菌，更容易控制采后潛伏性侵染性病害。Casals等［32］用RF處理桃和油桃18min來控制褐腐病，結果表明RF能有效控制桃褐腐病的發生，但不適合用于油桃褐腐病控制。此外，在以往的研究中發現果實大小影響RF處理的效果。因此，實驗需要解決處理油桃的時間和加熱的不均勻這兩大問題。

Sisquella 等［33］利用27.12MHz的 RF 熱處理設備在熱水和空氣中處理桃子和油桃來控制褐腐菌（Monilinia spp.）引起的褐腐病。結果發現果實在20℃的水中用RF處理9min顯著降低了果實褐腐病的發病率;在空氣中用RF處理果實18min，桃的發病率顯著低于油桃的。最后研究了不同處理時間和不同水溫對發病率的影響，結果表明利用27.12MHz的RF熱處理設備在35℃的熱水中處理6min和40℃處理4.5min能抑制褐腐病的發生且不影響果實的品質。然而，更多的研究需要探討在其他的條件下的RF處理效果，因為病原體對熱的反應受多種因素的影響如病菌感染時間，接種量，孢子含水率和果實成熟度等［34］。

4 展望

介電常數影響電磁波的在材料界面的反射和材料內能量的衰減。復雜材料的相對介電常數 ε*=ε′－jε″（j=（－1）0.5）包括介電常數 ε′（其表示當材料暴露于電場中的能量存儲）和介電損耗因子ε″（影響對能量吸收和衰減）。RF加熱農產品時，RF能量的吸收與損耗因子成正比，因此，不同的農產品接觸到RF場時其加熱也不盡相同［35］。頻率，溫度，鹽含量，水分含量、水分的狀態（凍結，束縛或自由）和食品內容物（比如脂肪）是影響農產品和生物材料介電性能的主要因素［3，36－37］。在射頻范圍內，介電損耗因子主要由離子導電性影響［38］。在水中加鹽增加了離子導電率和介質的損耗因子。在RF加熱下，通過添加食鹽可以克服水果在水中不均勻加熱，鹽的添加量取決于水果的介電常數［39］。因此，水果的介電常數是設計射頻加熱過程中必不可少的信息。

加熱不均勻性是影響開發RF熱處理控制蟲害和其他應用過程中最主要的問題之一。熱處理不均勻會造成角，邊緣和中心部分過熱，在中高含水量的食物中尤為明顯［40－41］。這種溫度變化降低了處理的效率，也可能對產品造成嚴重的熱損傷，影響產品的品質。Birla等［42］用 FEMLAB 研究了在 12kW，27.12MHz的 RF系統中鮮果的熱處理不均勻性，發現鮮果果實的尺寸，幾何形狀和介電性質是引起鮮果RF熱處理不均勻的主要因素，果皮和果肉的介電常數不同也能極大地影響水果的RF熱處理效果。Wang等［43］研究RF處理防治農產品病蟲害時發現小尺寸的農產品比大尺寸的熱處理均勻性好。由于不同的水果對RF有明顯不同的反應，所以應用RF對水果的滅蟲應該依據不同的產品來進行設計處理方法。

目前，已經有很多研究證實可以幫助解決加熱不均勻的問題，如利用計算機和商業的數據處理軟件（如COMSOL，FEMLAB等軟件）來模擬RF處理食品，分析在食品材料中RF能量的分布，解釋復雜的RF熱處理過程，預測干燥食品材料中的溫度分布［44］。RF熱處理還可以應用于水果采后侵染性病害的防治，可以將RF熱處理和熱鹽水處理、生物防治結合應用，研發一種更好的病害防治方法。并且鑒于RF熱處理技術有高效無污染，安全，易操作等優勢，該技術仍然值得深入探索。隨著技術的進步和深入研究的開展，RF熱處理技術在果品貯藏具有廣闊的應用前景。

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