過熱蒸汽技術在食品加工中的應用研究進展

魏思凡，朱堃華，皮東楷，韓倩云，倪元穎，溫馨

(中國農業大學 食品科學與營養工程學院，國家果蔬加工工程技術研究中心，農業農村部果蔬加工重點實驗室，北京，100083)

過熱蒸汽技術是一種新型熱處理技術，是指在一定壓力下，對飽和蒸汽(saturated steam,SS)再加熱，使其溫度高于該壓力下的飽和溫度而成為過熱蒸汽(superheated steam,SHS)，并將其通入處理室與物料直接接觸進行熱處理[1]。過熱蒸汽技術最早應用于物料干燥，自20世紀50年代以來，科研人員對過熱蒸汽的理論和應用開展了深入的研究[2]。近年來，隨著過熱蒸汽理論的不斷完善與設備的不斷改進，過熱蒸汽在食品加工領域的應用也越來越廣泛，如食品干燥、烘焙、殺菌、穩定化處理、淀粉改性等(圖1)。相比其他食品熱加工技術，過熱蒸汽有以下優勢：(1)具有更高的傳熱傳質效率，能夠迅速使食品物料溫度上升，進而提高處理效率；(2)處理環境為無氧環境，可以減少處理中由于食品發生氧化反應而導致的品質下降，及溫度較高發生火災和爆炸危險等問題；(3)具有更高的能效，處理后的蒸汽可以重復利用蒸發潛熱而節約能源，同時減少廢氣排出對環境造成的污染[3]。

圖1 過熱蒸汽技術在食品加工中的應用

1 過熱蒸汽在食品加工中的應用研究進展

從熟制到殺菌，熱處理貫穿整個食品加工過程，是食品加工中一項古老而又不可或缺的基本操作，在保證食品安全、改善食品感官品質、提高食品營養價值等方面具有重要作用。不同的熱處理方式具有不同的加熱特點和能耗性質，從而對食品品質和環境帶來不同的影響。過熱蒸汽作為一項新型食品熱處理技術，已被眾多學者證明其在加熱效率、產品品質、能源消耗和環境影響等方面具有重要優勢[4]。目前過熱蒸汽技術已應用于食品干燥、烘焙、殺菌、穩定化處理、淀粉和蛋白熱改性等多個領域。

1.1 過熱蒸汽技術與食品干燥

干燥是重要的食品保存技術，過熱蒸汽技術在食品加工中研究對象最廣泛、研究程度最深入的領域是食品干燥。它是指利用過熱蒸汽直接與物料接觸，將熱量傳遞給物料使其溫度升高，從而使物料中的水分蒸發的一種干燥方式[1]。過熱蒸汽干燥技術按照設備操作壓力可以分為高壓過熱蒸汽干燥(500～2 500 kPa)、常壓過熱蒸汽干燥(約101.3 kPa)和低壓過熱蒸汽干燥(lowpressure superheated steam drying ，LPSSD)(9～20 kPa)。不同干燥壓力適用于不同的干燥物料，并且對干燥設備有一定要求。高壓過熱蒸汽干燥溫度較高，其在食品干燥領域的應用范圍較小，最常見的是在制糖廠用于甜菜漿、果汁等的干燥[5]。常壓過熱蒸汽干燥可廣泛應用于多種物料的干燥，如大米、面條、酒糟等。低壓環境下，水的沸點降低，水分的蒸發不需要很高的溫度，因此低壓過熱蒸汽干燥可以在低溫環境中干燥食品物料，更好地保留食品物料的營養成分和色澤。目前在食品干燥領域中，低壓過熱蒸汽干燥技術最常應用在果蔬類產品和其他一些熱敏性物料。

表1總結了文獻中過熱蒸汽干燥技術與其他干燥技術的對比研究結果。由表1可知，與其他干燥技術相比，過熱蒸汽具有干燥效率高、干燥品質好、能源消耗低等優勢。過熱蒸汽自身的熱特性，以及干燥時以液流的壓力差產生的體積流為動力因而無傳質阻力的傳質特性，使其具有更高的干燥速率，尤其在干燥產品孔隙率、復水率和收縮率等指標上較熱風干燥(hot-air drying，HAD)具有明顯優勢。過熱蒸汽干燥過程中樣品內部水分迅速蒸發和膨脹使產品形成多孔結構，從而有利于水分的擴散。ERKINBAEV等[6]利用X射線顯微CT技術研究了過熱蒸汽和熱風干燥對酒糟顆粒顯微組織的影響，結果發現，與熱風干燥相比，由于過熱蒸汽干燥而增加的孔隙率(高達55%)使干燥時間縮短了約81%。同樣，MALAIKRITSANACHALEE等[7]使用掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察熱風干燥和低壓過熱蒸汽干燥的芒果切片時發現，熱風干燥樣品的結構非常致密，孔隙率較低，并且結構坍塌，而低壓過熱蒸汽干燥樣品具有多孔和未坍塌的組織結構(圖2)，同時復水性較好。這些研究從微觀結構層面揭示了過熱蒸汽具有更高干燥效率的機理。

表1 過熱蒸汽干燥技術與其他干燥技術的對比

A-連續熱風干燥(hot-air drying，HAD)；B-連續低壓過熱蒸汽干燥(low-pressure superheated steam drying，LPSSD)；C-間歇LPSSD(加熱時間10 min)；D-間歇LPSSD(加熱時間20 min)；E-間歇LPSSD(加熱時間30 min)

過熱蒸汽干燥初期常常會出現初始冷凝現象，這是由于物料初始溫度較低，過熱蒸汽遇冷凝結，對于水分含量較高的物料來說，初始冷凝對干燥時間的影響較小，而對于干燥前水分含量較低的物料來說，初始冷凝對干燥過程有較大的影響，會延長約10%～15%的干燥時間[1]。初始冷凝除了會影響整個干燥過程的時長外，可能還會對干燥產品的品質產生影響。TAECHAPAIROJ等[8]在過熱蒸汽流化床干燥大米以獲得蒸谷米的研究中發現，過熱蒸汽的初始冷凝對大米的白度有顯著影響，其使覆蓋在大米外的糠層和色素物質溶解并滲透進入胚乳進而使大米色澤加深。提高物料初始干燥溫度可以有效降低過熱蒸汽初始冷凝程度，進而降低初始冷凝對產品的負面影響。LIU等[9]研究了蒸汽冷凝對低壓過熱蒸汽干燥青蘿卜維生素C保留率的影響，結果發現，在75～90 ℃的干燥溫度范圍內，冷凝水中維生素C的回收率為14.06%～18.50%，其中大部分轉移發生在初始冷凝期，在干燥工藝前端增加真空預熱工藝后，樣品在80 ℃和90 ℃時的維生素C保留率分別為60.9%和65.9%，而連續蒸汽加熱樣品的維生素C保留率分別為50.6%和55.3%，初始預熱工藝可降低初始冷凝對青蘿卜片中維生素保留率的影響。

過熱蒸汽干燥雖然在逆轉點溫度上具有較高的干燥速率，但其溫度過高可能會對食品品質造成一定的影響，如過熱蒸汽干燥稻谷，脫殼后大米顏色較普通蒸谷米顏色更深[14]。雖然低壓真空干燥可解決熱敏性物料干燥問題，但其干燥效率卻有所降低[10]。過熱蒸汽干燥技術與其他干燥技術的聯合應用可以起到揚長避短、相互補充的作用。目前過熱蒸汽-熱風聯合干燥、過熱蒸汽-真空聯合干燥、過熱蒸汽-低溫聯合干燥等技術已應用至蘋果渣、馬鈴薯全粉、竹筍、鮑魚等物料(表2)。

表2 過熱蒸汽聯合干燥技術應用實例

雖然過熱蒸汽干燥技術具有許多優點，但大多數應用尚處于實驗室研究階段，在食品領域的實際生產中的報道較少，這是因為過熱蒸汽干燥設備相較于其所應用的產品(常用于農副產品，附加值較低)來說，存在投資大、操作難、維護成本高等問題。并且低壓過熱蒸汽技術對設備的密封要求較高，在實際中難以實現連續性生產，因此過熱蒸汽技術在食品領域的普及應用需要進一步的探索研究以克服其存在的短處，減少其在生產應用中的局限性。

1.2 過熱蒸汽與食品烘焙

烘焙是許多食品加工中的重要操作單元，過熱蒸汽較高的傳熱傳質效率和無氧環境等優勢，使其可以作為一種新型烘焙技術取代傳統以熱空氣為介質的烘焙方法。目前已經應用至多種食品的加工生產中，如油料種籽[19-21]、咖啡豆[22-23]、可可豆[24-25]、肉類[26-27]等。在油料種籽的烘焙中發現，使用過熱蒸汽具有提高出油率、改善脂肪品質和降低不良風味等優點。比如，250 ℃下過熱蒸汽烘烤后的花生具有更高的出油率(26.84%)，且與傳統烘烤方式相比，過熱蒸汽烘烤后提取的花生油油色、酸值、過氧化氫、對茴香胺、游離脂肪酸、共軛二烯和三烯含量較低，黏度和碘值較高[19]。此外，過熱蒸汽處理(superheated steam treatment，SST)后的紫蘇籽出油率提高2.5倍，過熱蒸汽處理破壞了紫蘇籽的細胞結構，出現種皮分離現象，從而促進出油，且處理后不良氣味強度降低，出現1-戊烯-3-醇、3-糠醛、苯甲醛、5-甲基糠醛和糠醇等揮發性芳香化合物[21]?？Х榷购涂煽啥咕哂歇毺氐母泄偬卣?，過熱蒸汽烘焙技術的應用有效改善了其感官品質。如在可可豆的過熱蒸汽烘焙研究中發現，200 ℃條件下烘焙10 min，可可豆中吡嗪類特征風味物質生成量已達到合適標準，而傳統對流烘焙的條件為120～250 ℃，60～120 min，即過熱蒸汽技術烘焙可可豆可以在較短的時間內達到理想的風味特征[24]。相比熱風烘焙，咖啡豆的過熱蒸汽烘焙可有效減少2-甲基呋喃、2-[(甲硫基)甲基]呋喃、2-呋喃甲醇、1-甲基哌啶、吡啶和2-甲基吡啶等表現出辛辣、燒焦的不良氣味的揮發性化合物含量，增加2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛和2-羥基-3-甲基-2-環戊烯-1-酮等具有焦糖香氣的揮發性化合物含量[23]。肉類的烤制是一種廣受歡迎的烹飪方法，SULEMAN等[27]分析了不同烤制方式對羊肉餅品質的影響，研究發現過熱蒸汽技術具有保證肉餅質構和色澤，降低雜環胺類有害物質含量等明顯優勢。

上述研究僅對產品的品質進行了細致的分析，但均未考慮過熱蒸汽烘烤裝置的能耗，在實際生產中，設備能耗是企業選擇設備及工藝時的必要考量，作者在整理文獻時發現，上述過熱蒸汽的烘焙研究大多采用實驗室規模的過熱蒸汽烤箱如日本品牌NAOMOTO、中國品牌美的、以及實驗室自行研制的過熱蒸汽烘焙設備，均未設置尾氣回收裝置，而過熱蒸汽技術的低能耗優勢主要是通過循環利用尾氣中的剩余能量，或者將多余蒸汽用于其他的生產操作。因此，未來的研究應更多地關注過熱蒸汽烘焙設備的研制及能源節約問題。

1.3 過熱蒸汽技術與食品殺菌

過熱蒸汽技術作為一種新興殺菌技術已被應用果蔬(如櫻桃番茄和柑橘[28]、鮮切哈密瓜和鮮切西瓜[29]、大蒜等[30-31])、谷物(如大麥[31]、小麥粉[32]、全麥粉[33]等)、香料(黑胡椒[34])、干果(山核桃和杏仁[34]、干紅棗[35]等)、肉類(熟制小龍蝦[36])等的殺菌以及食品接觸面的衛生控制。

相比傳統的熱水和熱蒸汽殺菌處理，過熱蒸汽技術具有高效、節能、環保等特點[37]。BAN等[28]比較了飽和蒸汽和過熱蒸汽對櫻桃番茄和柑橘表面大腸桿菌O157∶H7、鼠傷寒沙門氏菌和單增李斯特菌的滅活效果，結果發現與飽和蒸汽相比，過熱蒸汽處理可使櫻桃番茄和柑橘表面3種病原菌數量減少3.39 lg～3.80 lg和2.15 lg～2.72 lg。飽和蒸汽與過熱蒸汽對微生物滅活效果有顯著區別的主要原因是飽和蒸汽在物料表面上冷凝時，會形成一層連續的冷凝液薄膜且由于處理室內濕度飽和，形成的冷凝液薄膜幾乎不會蒸發，成為微生物的保護膜，增加微生物的耐熱性，而過熱蒸汽處理時，處理室內濕度低，凝結液薄膜會很快被過熱蒸汽帶走[28]。

影響過熱蒸汽的滅菌效果的因素除溫度、流量、作用時間外，還存在一些其他因素。有學者基于花生醬中屎腸球菌的滅活動力學研究結果對過熱蒸汽的滅菌機理進行了更加深入的探討，提出了過熱蒸汽在微生物的滅活過程中存在與過熱蒸汽干燥中相似的“逆轉點”，當溫度低于該逆轉點時，微生物對溫度變化高度敏感，當溫度高于該逆轉點時，微生物對溫度變化敏感度降低[38]。另外，食品表面粗糙度對過熱蒸汽滅菌效果影響較大。KWON等[29]研究過熱蒸汽滅活哈密瓜和西瓜表面食源性病原菌時發現，200 ℃過熱蒸汽處理西瓜表面10 s就可以減少微生物數量5.00 lg(圖3)，而相同條件下哈密瓜表面微生物數量僅減少1.92 lg～2.23 lg，哈密瓜表面的平均粗糙度為12.30，而西瓜表面的平均粗糙度僅為0.64，且哈密瓜的表面有大小不一的縫隙，而西瓜表面更平坦、光滑，幾乎沒有縫隙。對谷物粉如小麥粉進行滅菌時，谷物粉的水分含量對滅菌效果也有較大影響。HUANG等[32]通過模型預測和方差分析得出，影響過熱蒸汽處理條件對小麥粉滅菌效果影響大小的順序為：處理時間>含水率>處理溫度。相比處理溫度，含水率對滅菌效果的影響更大，這是因為微生物細胞內蛋白質的變性與其水分含量有關，水分含量越高，越容易變性。除此之外，過熱蒸汽殺菌操作在產品加工流程中的位置順序對微生物的滅活效果也具有重要影響，HU等[39]進行了過熱蒸汽對非潤麥和潤麥工藝后的小麥籽粒微生物的滅活研究，結果發現，潤麥工藝會提高小麥籽粒初始微生物載量，但同時促進了微生物的滅活，因此作者建議將過熱蒸汽殺菌處理放在潤麥工藝后磨粉工藝前，以得到潔凈小麥粉。

SST10%-過熱蒸汽處理(SST)含水量為10%的葛根粉； SST20%-過熱蒸汽處理含水率為20%的葛根粉；SST30%-過熱蒸汽處理含水率為30%的葛根粉

在滅活食品表面的微生物時，雖然過熱蒸汽的處理時間很短，但由于其溫度過高，依然有可能會對食品品質產生負面影響，因此過熱蒸汽聯合其它滅菌技術就顯現出其優越性。KWON等[40]證明2%乳酸和200 ℃過熱蒸汽聯合作用20 s后，哈密瓜果塊上大腸桿菌O157∶H7、鼠傷寒沙門氏菌和單增李斯特菌3種病原菌的數量均降至檢測下限(1.0 lgCFU/cm2)以下，而單獨使用200 ℃過熱蒸汽處理30 s后3種病原菌的數量也會降至檢測線下，但該處理條件對哈密瓜果塊表面的色澤產生負面影響。JO等[30]發現過熱蒸汽聯合萌發化合物(50 mmol/LL-丙氨酸和5 mmol/L肌苷酸二鈉)對蠟樣芽孢桿菌ATCC 14579芽孢的滅活效果較單獨使用過熱蒸汽好，且不會造成亞致死性損傷。

過熱蒸汽殺菌技術的特點在于高溫短時，但需要與殺菌物料表面直接接觸，利用高溫破壞微生物細胞結構，因此適用于短時間內可完成的殺菌過程及短時高溫不會造成品質劣化的食品物料。另外，由于過熱蒸汽的氣態流動性，使其可充滿食品接觸表面及難以清理的縫隙，因此可滿足食品工廠中的衛生控制，如對食品管道、食品容器、食品耐熱包裝等的有效殺菌。與其他物理殺菌技術相同，過熱蒸汽技術既有其優勢，也存在其局限性，如過熱蒸汽技術不宜用于體積較大的食品的內部殺菌，因為高溫長時會嚴重破壞食品品質。但沒有一種技術可以做到完美，因此，在實際應用中，應結合過熱殺菌技術優勢與食品特性，單獨或聯合其他技術使用以發揮其最大優勢。

1.4 過熱蒸汽技術與食品穩定化處理

近年來，過熱蒸汽在食品穩定化處理上的應用研究主要集中在谷物類食物及其副產物的貯藏上，包括小麥[41]、大米[42]、蕎麥[43-44]、青稞[45]、燕麥[46]、麥麩[47]、稻糠[48]、小麥胚芽[49]等，主要利用過熱蒸汽的熱特性鈍化食品物料中脂肪酶、脂肪氧化酶等酶的活性，使食品物料在貯藏過程中減少氧化酸敗，品質保持在相對穩定的狀態。在鈍酶效果方面，過熱蒸汽的短時處理可以顯著降低谷物中脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶等酶的活性。WANG等[44]發現，過熱蒸汽170 ℃處理5 min可將蕎麥中脂肪酶活性降低至50%以上，但更高溫度(200 ℃)的過熱蒸汽處理條件對蕎麥品質影響較大，會出現失水嚴重，甚至燒焦等現象。此外，不同谷物中脂肪酶對溫度的敏感度不同。CHANG等[50]發現過熱蒸汽160 ℃處理2 min，燕麥中脂肪酶的活性降低78%，且170 ℃處理5 min可完全滅活燕麥中的脂肪酶。WANG等[45]研究發現，160 ℃和2～8 min的過熱蒸汽處理條件下，青稞籽粒中脂肪酶活性的下降幅度在9.04%～39.13%。不同作物中脂肪酶對溫度的敏感度差異較大的現象可能與作物的習性和生長環境相關。除了酶自身的性質外，水分在谷物中的分布也會影響過熱蒸汽處理后谷物的酶活性降低率。WANG等[45]探究了過熱蒸汽結合調質處理對青稞貯藏過程中脂質氧化的影響，通過低場核磁共振技術測定了調質過程中的水分分布，揭示了調質過程中自由水從籽粒外部向內遷移，與分布在籽粒外層的脂肪酶和過氧化物酶結合，從而提高了過熱蒸汽處理后青稞籽粒的酶活性降低率(圖4)。

A-脂肪酶活性降低率；B-過氧化物酶活性降低率；C-調質時間對青稞T2弛豫時間分布；D-調質時間對青稞T2峰比的影響；E-不同調質時間和過熱蒸汽處理時間后青稞的水分含量

過熱蒸汽處理后，谷物類物料的綜合品質可以保持在較高的水平。BOONMAWAT等[48]發現在過熱蒸汽溫度275 ℃、325 ℃、375 ℃，處理時間5 s、10 s、15 s、20 s的所有處理條件下均能降低米糠的含水量、過氧化值和游離脂肪酸含量，保持總酚含量不變，提高其抗氧化活性，但總色差存在一定波動。HU等[47]對比了過熱蒸汽和熱空氣處理對麥麩品質的影響，結果表明，過熱蒸汽處理麥麩的亮度、可提取酚類化合物含量、抗氧化活性、不飽和脂肪酸含量、感官評分均高于熱空氣處理麥麩。過熱蒸汽處理小麥粉可有效抑制鮮面條在貯藏過程中的褐變、酸敗等現象，盡管降低了面條的初始硬度和彈性等物性指標，但延緩了面條貯藏過程質構品質的劣變[41]。

除谷物外，過熱蒸汽技術也應用于豆類物料的穩定化。CHONG等[51]采用響應面分析法優化了過熱蒸汽處理大豆豆漿工藝，發現在119 ℃、9.3 min的過熱蒸汽處理條件下，脂氧合酶活性最低，粗蛋白含量最高，豆腥風味顯著減弱(P<0.05)。YANG等[52]發現過熱蒸汽處理(160～190 ℃，40 s)可有效滅活黑豆中脂肪酶、脂氧合酶和過氧化物酶活性，同時，過熱蒸汽處理(190 ℃，40 s)對黑大豆面條[m(小麥粉)∶m(大豆粉)=8∶3]中脂質的穩定效果最好，有效抑制了貯藏中揮發性異味化合物的產生。

在對食品將進行穩定化處理時，應以產品的最終品質為目標，如在谷物的穩定化工藝研究中應考慮谷物的研磨特性，谷物粉品質特性等，完善穩定化工藝對谷物加工影響的研究。同時，研制更加完善的設備，在節約能耗，降低設備成本、產業化應用等方面做出努力。

1.5 熱蒸汽技術與淀粉、蛋白質改性

近年來，研究人員也嘗試將過熱蒸汽技術作為一種新型、高效、節能的熱改性技術，來代替傳統的濕熱改性方法。對于淀粉改性來說，傳統的濕熱改性方法是在相對濕度低于35%，溫度高于玻璃質轉化溫度但低于糊化溫度的條件下處理淀粉進而達到改變其理化特性的目的[53]，但這種物理改性方法較為耗時耗能。除此之外，在蛋白改性方面，傳統的熱處理不僅會降低蛋白的溶解度，并且由于其加熱不夠劇烈，不足以改變蛋白所需要修飾的特定序列和構像。相比之下，過熱蒸汽處理可以在節能節時的同時，達到淀粉、蛋白改性的目的。

過熱蒸汽處理通過改變淀粉的微觀結構，進而影響其理化性質和消化特性。小麥面粉經過熱蒸汽處理后，粒度分布呈單峰分布，平均粒徑增大[54]，相對結晶度降低，在2θ=20°形成V型結晶峰，這些變化與淀粉-淀粉、淀粉-蛋白質、淀粉-脂質復合物的形成有關，且在一定溫度范圍內，熱蒸汽處理不會改變淀粉的雙折射性質，即不會對淀粉內部微觀結構造成影響，但溫度過高雙折射強度變弱，分子取向有序度降低[55-56]。在淀粉顆粒形態方面，過熱蒸汽處理會導致淀粉顆粒表面出現凹陷、粗糙、黏連、變形等現象，這可能與高溫使淀粉顆粒致密、表面膨化、糊化有關[56-57]。

結構的變化進而引起其性質發生相應的改變。過熱蒸汽處理會破壞支鏈淀粉晶體和雙螺旋，淀粉顆粒穩定性降低，淀粉分子重排，支鏈長度增加，同時由于蛋白質、脂質與淀粉的相互作用阻止水分進入淀粉顆粒等原因，造成過熱蒸汽處理后淀粉分子的膨脹勢和溶解度降低[55-56]，進而導致其糊化溫度升高和峰值黏度降低[56]。改性的目的在于實現更好的應用特性，WU等[58]發現，適宜含水率(20%)的葛根淀粉經過熱蒸汽處理(120 ℃、1 h)后，膨脹勢顯著降低，糊化溫度顯著升高，延遲了起始糊化時間和黏性凝膠的形成，這些變化可以使淀粉顆粒在被凝膠包裹之前吸收足夠的水分，從而降低了葛根淀粉在熱水中的結塊率(從42.2%降低至3.0%)，且不會破壞葛根淀粉自然微結構的情況，可以有效防止淀粉摻假現象的發生(圖5)。

SST10%-過熱蒸汽處理(SST)含水量為10%的葛根粉；SST20%-過熱蒸汽處理含水率為20%的葛根粉；SST30%-過熱蒸汽處理含水率為30%的葛根粉

淀粉顆粒的消化特性與淀粉顆粒的形態和分子結構有關，因此，過熱蒸汽處理也會影響淀粉的消化特性。過熱蒸汽處理小麥面粉后，淀粉顆粒與面筋蛋白或脂質之間的相互作用形成穩定的分子間聚集體可能會限制淀粉顆粒對酶反應的物理可及性，造成抗性淀粉和慢消化淀粉含量的增加，而快消化淀粉含量降低，在一定溫度范圍內(110～190 ℃，4 min)，慢消化淀粉和抗性淀粉的含量隨著溫度的升高而增加[58]。在過熱蒸汽對馬鈴薯淀粉的改性研究中，溫度過高(140～160 ℃)對抗性淀粉的含量無顯著影響，這是因為溫度過高引起淀粉分子較大的鏈遷移率從而不利于消化過程中重新形成有序區域[56]。與天然面粉相比，水分含量較高的面粉經過熱蒸汽處理后(140～170 ℃，4 min)，抗性淀粉和慢消化淀粉含量顯著提高,快消化淀粉含量顯著降低，這是由于水分含量較高，其淀粉分子之間及其與蛋白質和脂質之間的相互作用更強，降低了水解酶的可及性，此外，水分含量較高的面粉其淀粉顆粒的部分糊化冷卻后的老化和重結晶也促進了抗性淀粉和慢消化淀粉的形成[55]。除利用過熱蒸汽直接處理淀粉以提高抗性淀粉含量的方法外，ZHONG等[59]通過過熱蒸汽結合檸檬酸處理的方法制了備一種淀粉顆粒相對完整的抗性淀粉-大米淀粉檸檬酸酯，結果表明，與傳統化學改性方法相比，過熱蒸汽結合檸檬酸處理在不改變淀粉顆粒結構的前提下，提高了抗性淀粉的含量。

過熱蒸汽處理不僅可以進行淀粉改性，也可以作為一種蛋白質的熱改性方法。MA等[60]發現，采用過熱蒸汽處理后小麥粉制成的蛋糕的硬度從1 465 g(天然面粉)降至377 g(150 ℃，1 min)，同時蛋糕的比容從3.1 mL/g(天然面粉)增加到3.9 mL/g(150 ℃，1 min)，這些變化與過熱蒸汽處理削弱了面團中的面筋強度有關。除此之外，卵類黏蛋白是雞蛋過敏源的主要成分，也是一種耐熱蛋白，100 ℃、60 min的加熱條件都難以使其變性，WEN等[61]探究了以過熱蒸汽作為一種高效安全的熱改性技術以降低卵類黏蛋白的過敏性，結果表明過熱蒸汽處理后卵類粘蛋白產生了聚集體形成、官能團和氨基酸修飾以及初級結構的改變，使其過敏性降低，消化率增加。

雖然過熱蒸汽相比于傳統的熱改性技術具有一定的優勢，但目前對于過熱蒸汽的改性理論研究仍然不完善，未來應集中關注改性后淀粉、蛋白微觀結構與宏觀結構發生變化之間的聯系，不同強度熱處理對淀粉、蛋白所產生的不同影響，完善改性后淀粉蛋白的體內消化研究等。

1.6 過熱蒸汽在其他方面的應用

過熱蒸汽技術在食品領域的應用除干燥、烘焙、殺菌、穩定化處理和改性外，還可以通過調整工藝參數以降解食品中毒素和抑制有害化合物的生成，如在小麥干燥過程中降解小麥脫氧雪腐鐮刀菌烯醇[62]，在花生烘焙過程中降解黃曲霉毒素[63]，在咖啡烘焙過程中減少丙烯酰胺和多環芳烴含量[22]等。此外，過熱蒸汽技術還可以提高食品副產物中功能活性化合物的提取率，如茶渣經過熱蒸汽預處理后茶多酚提取率從15.84%提高至21.19%[64]。另外，過熱蒸汽技術也逐漸應用至烹飪領域，如過熱蒸汽處理可以減少大麥食用時的不良風味[65]，改善豬肉口感[66]等，過熱蒸汽蒸烤箱在市場上的出現也更加說明過熱蒸汽是一種具有前景的烹飪方法。

2 結論與展望

本文總結了近年來過熱蒸汽技術在食品加工不同領域的主要應用及研究進展，不難看出過熱蒸汽技術在食品加工領域應用廣泛，前景廣闊。但其目前在食品加工領域存在的問題不容忽視：(1)在食品干燥領域，過熱蒸汽干燥技術發展時間長但產業化應用較少，其主要在于過熱蒸汽干燥動力學理論基礎薄弱、進行深入研究的產品種類單一、干燥設備造價昂貴與農產品附加值過低相矛盾、缺少先進高效的干燥設備、低壓過熱蒸汽干燥設備難以實現連續性作業、過熱蒸汽干燥設備尾氣回收率低不能充分發揮過熱蒸汽的節能優勢等。(2)在食品烘焙領域中關于過熱蒸汽烘焙設備的性能與能耗研究較少，缺少先進節能高效的過熱蒸汽烘焙設備，市面上僅少數廠商生產過熱蒸汽烘焙設備且價格昂貴。如何實現過熱蒸汽烘焙設備尾氣回收、清潔和重復利用以發揮過熱蒸汽技術節能和環境友好的優勢是設備生產商需要關注的問題。(3)在食品殺菌領域，雖然過熱蒸汽具有高效的殺菌效果，但其限制性因素較多，如產品品質高度依賴過熱蒸汽處理的溫度與時間，僅適合短時表面殺菌，安全范圍較小，這就造成過熱蒸汽殺菌對產品種類的局限性較高，適用殺菌物料的范圍較窄。且目前關于過熱蒸汽技術聯合殺菌的研究及多技術一體化設備較少，如何提高過熱蒸汽殺菌的安全性及拓展過熱蒸汽殺菌應用范圍是未來研究需要關注的問題。(4)在食品穩定化處理領域，大多集中在谷物物料的穩定化處理，對需要進行穩定化處理的其他食品種類，如豆類、油料等物料研究較少。(5)在淀粉與蛋白質的改性方面的應用，對改性機理研究不夠深入，改性后淀粉、蛋白質微觀結構與宏觀結構、性質發生變化之間的聯系闡釋不夠清晰，未涉及改性后產品的體內消化研究。目前應用僅停留在實驗室研究階段，對產業化相關問題的關注過少。因此未來，過熱蒸汽技術可從以下方面開展更加深入的研究：

(1)加強學科交叉研究，結合食品不同應用領域，開發高效先進多功能可落地的過熱蒸汽處理設備，完善尾氣循環利用環節，加強能耗基礎研究，充分發揮過熱蒸汽的節能環保優勢；

(2)加強理論研究，如干燥動力學、殺菌動力學、鈍酶動力學、淀粉和蛋白改性機理探究等，為過熱蒸汽的產業化應用奠定理論基礎；

(3)開展更加深入的多技術聯合應用基礎研究，如過熱蒸汽-微波聯合技術，研制和完善多技術一體化裝備；

(4)結合食品特性拓展過熱蒸汽技術在食品加工領域的應用范圍，探索如過熱蒸汽技術在果蔬保鮮，面制食品烘焙等方面的應用可能，充分發揮過熱蒸汽優勢。