微波预处理苹果原料能够有效防止苹果汁褐变.pdf

采 区域 。 而要 做 到这 一 点 ，必 须 评价 、预测 出不 同开 发 方 案导 致 的资 源 环境 累 积效 应 。但 我 国 尚 缺乏 这 方 面的 研 究 理论 准备 明 科技之声 鼍 显 不 足 ，影 响 了上 述 工作 的开 展 及 实 际效果 。 汪 云 甲 教 授 及 其 博 士 生 张 大 超 、连 达 军 、李 永 峰 、王 行 风 等 人 的 研 究 刊 登 于 科 技 导 报 2 0 1 0年 第l O期 ， 题 为 煤 炭 开 发 的 资 源 环 境 累 积 效 应 。圃 微 波 预 耀 苹 榘 原 料 能 够 有 效 待 止 苹 果 汁 褐 变 据 农 业 工 程 学 报 2 0 1 0 年 5月 3 1日报 道 微 波 预 处 理 苹果原料可以提高苹果汁 的色值 ( 表 征 苹 果 汁 的褐 变 程 度 数 值 越 大 苹 果 汁颜 色 越浅 ，褐 变越 轻 ) ，降低 多酚 氧化 酶 的活性 ， 引 起 氨基 态氮 含 量 下 降 。并 使苹 果 汁 的略微 酸度 提高 。 此 研究 报 告 刊登 于 农业 工 程 学 报 2 0 1 0年 第 5期 ，题 为 微波预处理原料对 苹果汁褐变 的影 响，第一作 者为 山西师范 大 学工 程 学 院 的张 少颖 博 士 ，通 讯作者为该校的王向东教授。 防止苹 果 汁 褐变 一 直 是果 汁 研 究 的热 点难 题 之一 。苹 果 汁褐 变 是苹 果 汁在 加 工 或储 存 过 程 中 颜 色 由诱 人 的金 黄 色逐 渐 转 变为 发 暗 的红 棕色 过 程 。其 褐 变 主要 是 酶促 褐 变 和非 酶褐 变 酶促 褐 变 是 由于 在打 浆 、取 汁等 工 序过 程 中 ，由于果 肉组织 破 碎 ，酶与 底物的细胞 区域化被打破 ，在有 氧 气 的条件 下 ，果蔬 中的 多 酚氧 化 酶( P P O)催 化 酚 类 物 质 氧 化 变 色所 致 。非 酶 褐 变是 在 果蔬 汁 的加工 和储 藏 过 程 中 引起 的 ，这 2 0 1 0 蚤 落 甓 善 孳 槲 蹦 2 嚣 洳 ， 茁 类 褐 变 主要 是 由还 原 糖 和 氨基 酸 之 间的美 拉 德 反应 引 起 的 而 还 原 糖 和氨 基 酸 都是 果 蔬 汁本 身 所 含 的成分 ， 因此较 难 控 制 。通 常 果 汁 发 生 褐 变 时 ，感 官 品 质 变 差 ，营养 价 值 降低 ，商 品价 值 也 随之 下 降 。 目前 人 们 或者 通 过 活性 炭 、树 脂 吸 附脱 色 等方 式 来 减轻 褐变 ：或 者 添加 苯 甲酸 、亚 硫 酸 氢钠 等 食 品 添加 剂 来 防止 褐 变 。这些 加 工 方式 成 本 偏 高 ，也 不 符 合 当 前 食 品 安 全 的 发 展 趋 势 。 为 了在 符 合食 品安 全 的条 件 下 经济 合 理 地 寻找 一 种 防止苹 果 汁 褐变 的方 法 ，山西 师范 大学 王 向东教 授 课题 组 应 用微 波 预处 理 苹 果原 料 首次 探 讨微 波 的处 理 功 率 和处 理 时 间对 苹果 汁 褐变 的 影 响 。 他 们 采用 藤 木 1 号 苹果 为 原 料 ，将 苹 果洗 净 ，切 成 1 厘 米 l 厘 米 的 小 方 块 分 别 以 9 O 、 2 7 0 、4 5 0 、7 2 0 、9 0 0 瓦 的 微 波 功 率 和 2 5 、 5 0 、7 5 、 1 0 0 、 l 2 5 秒 时 间梯 度进 行 组 合 ，分 别辐 照 果块 考 察微 波 处 理对 苹果 汁 褐 变 的影 响 。 同时 测 定 了经 不 同功 率 和不 同 时 间微 波 处理 后苹 果 汁 的 色值 、多 酚氧 化 酶 的活性 、氨 基 态氮 含 量 和酸 度 的变 化 并 观 察 了苹 果 汁储 存 4 5天后 的色 值 。 课 题 组 研 究 发 现 微 波 功 率 7 2 0 9 0 0瓦 和 处 理 时 间 7 5 1 2 5 秒 能 够 有 效 防 止 苹 果 汁 的 褐 变 。在 微 波处 理 功 率 9 0 0瓦 ，处 理 时 间 1 0 0秒 时 ，所 得 苹果 汁 的 色值 为 8 2 0 。且在 室 温储 存 4 5 天后 其 色值 为 6 7 8 ， 比未 经 微 波处 理 的 高 9 1 5 ，此 结 果 说 明 经微 波 处 理 的原料 所 得 苹果 汁 的 颜色稳 定性较 好 。 由试验 结果 可 推断 ，微 波 在 较 短时间( 0 2 5秒 )和较低功 率( 9 0 2 7 0瓦 )作 用下 ，促进 酶促 褐 变 。此时 的 多酚 氧化 酶 的 活性 高 于对 照 ；而微 波在 长 时问 ( 1 2 5秒 )和大功率( 9 0 0瓦)作 用 下 ，加速 非 酶褐 变( 美托 德 反 应 ) 微 波 在 较 长 时 问( 7 5 1 2 5 拓展 阅读 微波 什 么是微 波 微 波 是 指 频 率 为 3 0 0 MHz 3 0 0 GHz的 电磁 波 是 无 线 电 波 中一个有限频带的简称 ，即波长 在 1米 ( 不 合 1米 )到 1毫 米之 间 的 电 磁 波 ，是 分 米 波 、厘 米 波 、 毫 米波 和 亚 毫 米波 的 统 称 。 微 波频 率 比一般 的无 线 电波频 率 高 ，通 常 也 称 为“ 超 高 频 电磁 波 ” 。 微 波 的性 质 微 波 的基 本性 质 通常 呈现 为 穿透、反射 、吸收三个特性 。对 于玻璃 、塑料 和瓷 器 ，微 波几 乎 是 穿越 而 不被 吸 收 。对 于水 和食 物 等 就 会 吸 收 微 波 而 使 自 身发 热 。而对金 属 类 东 西 ，则会反 射 微 波 。 微 波的特点 从 电 子 学 和 物 理 学 观 点 来 看 ，微 波这段 电磁 频 谱具 有 不 同 于其他 波段 的如 下重要 特点 ： 穿透性微 波 比其他 用 于辐 射 加 热的 电磁 波 。如 红外 线 、远 红外线等波长更 长，因此具有更 好 的 穿透 性 。微 波 透入 介 质 时 由于介质 损耗 引起 的介质 温度 的 升 高 ，使 介质 材料 内部 、外部 几 乎 同时加 热升 温 ，形 成体 热 源状 科技之声 秒 )和 较 高 功 率( 7 2 0 9 0 0瓦 ) 下处理 原料 果块 ，能有 效抑 制 褐 变 。 在 中 等 强 度 微 波 作 用 条 件 下 ，既可 以迅速 钝 化酶 ，防 止 发 生 酶促褐 变 又 不 至于使 原 料果 块过 度受 到微 波作 用 ，引发 剧烈 的美拉 德反应 。 有 研究 表 明 ，在胡 萝 b 片 和 苹果片的干燥加工中 ，中等强度 态大 大缩短 了常规加 热 中的热 传 导 时 间 且在 条 件 为介 质损 耗 因数 与 介 质 温 度 呈 负相 关 关 系 时 ，物料 内外加热均 匀一 致。 选择 性加 热物 质吸 收微 波 的 能力 ，主要 由其介 质损 耗 因数 来决 定 。介 质 损耗 因数 大的物 质 对微 波 的吸 收 能 力就 强 ，相 反 ， 介 质损 耗 因数 小的 物质 吸 收微 波 的 能 力也弱 由 于各物 质 的损耗 因数 存在 差异 ，微 波加 热就表 现 出选 择 性 加 热 的 特 点 。 物 质 不 同，产 生的热 效 果也 不 同。 水分 子 属 极 性 分 子 ，介 电 常数 较 大 其 介质损 耗 因数 也很 大 对微 波 具 有强吸 收 能 力。 而蛋 白质 、碳 水 化 合 物 等 的 介 电 常数 相 对 较 小 其对微 波的 吸收 能 力 比水 小 得 多。 因此 ，对 于食 品 来说 ，含 水 量 的 多少对微 波加 热效 果影 响 很 大 热 惯 性小微 波 对介 质材 料 是 瞬 时加 热升 温 ，能耗 也 很 低 另一 方 面 ，微 波 的输 出功 率 随 时 可调 ，介 质温 升 可无惰 性 的随 之 改 变，不存 在 “ 余 热 ”现 象 ，极 有利 于 自动控 制 和连 续化 生 产 的 需要 。 似 光性 和似 声 性微 波 波长 微波处理可使果片的褐变程度较 热风干燥降低 。也有研究发现 ， 微波 处理 苹果 浆可 以提高 出汁 率 ，并 且能 改善 苹果 汁 的营养 品 质 而对于微波处理对苹果汁色 值方 面 的影 响还 未见 报道 。本试 验研究结果 为苹果汁的生产提供 了一种 简便 安 全 、合 理 经济 的 防 止褐 变 的方法 。圃 很 短 比地球 上 的一般 物体( 如 飞机、舰船 、汽车建筑物等 )尺 寸相 对要 小得 多或在 同一 量级 上 使得 微 波 的特 点与 几何 光 学 相似 ，即所 谓 的似 光性 。 因此使 用微 波 工作 能使 电路 元件 尺 寸 减 小 ，使 系统 更加 紧凑 ，可 以制 成体 积 小 、 波束 窄方 向性 很 强 、 增 益很 高的天 线 系统 。接 受来 自 地 面或 空 间各种 物 体反射 回来 的 微 弱信 号 从 而确 定物体 方位 和 距 离 分析 目标特 征 。 由 于微 波波 长与物 体( 实验 室中无线设备)的尺寸有相同的 量 级 使得 微 波 的特点 又 与声 波 相似 ，即所谓 的似 声性 。例如 微 波波导类似于声学中的传声 筒： 喇叭天线和缝 隙天线类似与声学 喇叭 。萧与笛：微波谐振腔类似 于声 学共鸣腔 非 电离性微 波 的量 子 能量 还 不够 大 ，不足 与改 变物 质分 子 的 内部 结 构 或 破 坏 分 子 之 间 的 键 。原子核在外加 电磁场的周期 力作 用下 所呈 现 的许 多共振 现 象 都发 生在 微 渡 范 围 因而微 波 为 探 索物质 的 内部 结构 和基 本特 性 提供 了有效的研究手段 。另一方 面 ，利 用这一 特性 还 可 以制 作 许 多微 波 器件 信 息 性 由 于 微 波 频 率 很 高 ，所 以在 不 大 的 相 对 带 宽 下 其 可 用 的 频 带 很 宽 ， 可 达 数 百 甚 至 上 千 兆 赫 兹 这 是 低 频 无 线 电 波 无 法 比 拟 的 。 这 意 味 着 微 波 的 信 息 容 量 大 ， 所 以 现 代 多路 通 信 系统 包括 卫 星 通 信 系 统 ， 几 乎 无 例 外 都 是 工 作 在 微 波 波 段 。 另 外 微 波 信 号 还 可 以提 供 相 位 信 息 极 化 信 息 多普 勒 频 率信 息 这在 目标 检 测 ，遥 感 目标 特 征 分 析 等 应 用 中十分 重要 。 微波 的产 生 微 波 能 通 常 由 直 流 电 或 5 0 Hz交 流 电 通 过 一 个 特 殊 的 器 件 来获得 。 可 以产 生微 波 的 器件 有许 多种 ，但主要 分为两大类 ： 半 导体 器件 和 电真 空 器件 。 电真 空 器件是 利 用 电子在 真 空 中运 动 来 完成 能量 变换 的 器件 ，或 称 之 为 电子 管。 在 电真 空 器件 中能 产 生大功率微 波能量 的有磁控 管 、 多 腔 速 调 管 、微 波 三 四 极 管 、 行 波 管等 。 在 目前 微 波加 热领 域 特 别是 工 业 应 用 中使 用 的 主要 是 磁控 管及 速 调 管 微 波 的热效应 微 波 对 生物 体 的 热效 应 是指 由微 波 引起 的 生物 组 织 或 系统 受 热 而 对 生 物 体 产 生 的 生理 影 响 热 效应 主要 是 生物体 内有 极 分子 在微 波 高 频 电场 的作 用 下反 复快 速 取 向转 动 而摩 擦 生 热 ：体 内 离 子 在微 波 作 用 下振 动也 会 将振 动 能 量转 化 为 热量 ：一般 分 子 也会 吸 收微 波 能 量后 使 热运 动 能 量增 加 如 果 生 物 体 组 织 吸 收 的 微 波 能量较 少它可借助 自身的热调 节 系统 通 过血 循 环将 吸 收 的微 波 技 之声| 。 | 能 量( 热 量 ) 散 发 至 全 身 或 体 外 。如 果微 波 功 率很 强 ，生物 组 织吸 收 的微 波 能 量 多于 生物 体 所 能散 发 的 能 量 ，则 引起 该 部 位体 温升 高 。局 部 组 织温 度 升 高将 产 生一 系列生 理反 应 ，如使 局 部 血 管 扩 张 并 通过 热 调 节 系统使 血 循 环 加 速 组 织代谢 增 强 ， 白细 胞 吞 噬作 用增 强 促 进 病 理 产物 的 吸收 和 消散 等 微波 的 非热效 应 微 波 的非 热 效应 是 指 除 热效 应 以外 的 其 他 效 应 。如 电效 应 、 磁 效 应 及 化 学 效 应 等 。 在 微 波 电 磁 场 的 作 用 下 生 物 体 内 的 一 些 分 子 将 会 产 生 变形 和 振 动 使 细 胞 膜 功 能 受 到 影 响 使 细 胞 膜 内外 液 体 的 电状 况 发 生 变 化 引 起 生 物 作 用 的 改 变 。 进 而 可 影 响 中 枢 神 经 系统 等 。 微 波 干扰 生 物 电( 如 心 电、 脑 电 、 肌 电 、 神 经 传 导 电位 、 细 胞 活 动膜 电位 等 )的 节律 ，会 导 致 心 脏 活 动 、 脑 神 经 活 动 及 内 分 泌 活 动 等 一 系列 障 碍 。 对 微 波 的 非 热 效 应 人 们 还 了 解 的 不 很 多 当 生 物 体 受 强 功 率 微 波 照 射 时 。 热 效 应 是 主 要 的( 一 般 认 为 功 率 密 度 在 在 1 0 mW c m 者 多产 生微 热 效 应 ，且 频 率 越 高 产 生 热 效 应 的 阂 强 度 越 低 ) ；长 期 的 低 功 率 密 度( 1 m W c m 以 下 )微 波 辐 射 主 要 引 起 非热 效 应 微 波加 热 的原 理 微 波 是 频 率 在 3 0 0兆 赫 到 3 0 0千 兆赫 的 电 波 被 加 热介 质 物料 中的 水 分子 是 极 性 分子 。 它 在 快 速 变 化 的 高 频 点 磁 场 作 用 下 其 极 性取 向将 随 着 外 电场 的 变化而变化 。造成分子 的运动秀 相 互摩 擦 效 应 此 时微 波 场 的 场 能 转化 为介 质 内的 热 能 使物 料 温度 升 高 ，产 生热 化和 膨 化等 一 系列物 化过 程 而 达 到微 波 加热 干 燥 的 目的。 微 波杀菌 的原 理 微 波 杀 菌是 利 用 了 电磁 场 的 热效 应 和 生物 效应 的共 同作 用的 结果 。微 波对 细 菌 的热 效应 是使 蛋 白质 变化 ，使 细菌失去营养 ， 繁 殖和 生存 的