姜欣 李阿敏 陳東坡

杭州老板電器股份有限公司 浙江杭州 311100

0 引言

射頻（Radio Frequency，RF）是一種頻率范圍為3 kHz～300 MHz的電磁波，可用于加熱物料，是一種極具應(yīng)用前景的新型物理加熱技術(shù)。其頻率遠(yuǎn)低于微波（Microwave，MW，300 MHz～300 GHz）。為避免對通訊產(chǎn)生干擾，國際電信聯(lián)盟（ITU）和美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）規(guī)定在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)行業(yè)（ISM）準(zhǔn)許使用的射頻頻率為40.68 MHz、27.12 MHz和13.56 MHz[1]。

射頻的加熱原理如圖1所示，正常情況下，食品及農(nóng)產(chǎn)品物料顯電中性，此時其中分子、離子、離子團(tuán)、偶極子等進(jìn)行無規(guī)則的旋轉(zhuǎn)和移動。而當(dāng)其處于高頻電磁場中時，食品、農(nóng)產(chǎn)品中的極性分子（如水、蛋白質(zhì)等）、帶電離子、離子團(tuán)和偶極子受到電場力的作用，以電磁波的頻率有規(guī)律的往復(fù)移動、旋轉(zhuǎn)，從而將分子動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，最終將電磁波攜帶的能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致物料溫度升高，達(dá)到加熱的目的[3]。

圖1 射頻加熱機(jī)制、其在食品加工中的應(yīng)用及質(zhì)構(gòu)變化機(jī)理示意圖[2]

射頻加熱的效果取決于內(nèi)部和外部因素。內(nèi)因是經(jīng)射頻加熱的物料的介電特性、大小和形狀等；外因包括：樣品的位置、電極板的形狀、間距和電壓等[2]。其中介電特性是物料的固有特性，描述了交變電場與物料之間的相互作用程度，量化了物料反射、儲存和傳輸電磁能的能力[2]。介電特性包括介電常數(shù)（ε'）和介電損耗因子（ε''）。其中，介電常數(shù)是量化加熱材料存儲電場能量的能力；介電損耗主要用于量化加熱材料消耗電場能量的能力。介電特性與射頻加熱過程中的加熱特性（如加熱速率、電場分布、溫度分布）有著十分密切的聯(lián)系[3]。

基于上述射頻加熱的概念、原理和影響因素，可得到射頻加熱特點(diǎn)為加熱速度快、穿透深度大（如圖2）和選擇性加熱。在食品工業(yè)中的應(yīng)用如圖1所示，包括：干燥、殺菌、滅酶、解凍、殺蟲，伴隨著過程中細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、水分損失、蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化以及冰晶導(dǎo)致的肌肉纖維組織破壞等變化[2]。

圖2 射頻和微波加熱未冷凍肉及肉制品的穿透深度[4]

早在20世紀(jì)40年代Moyer和Kinn等[5]采用射頻技術(shù)加熱肉制品、面包及脫水蔬菜，這一研究推動了少量成本高的商業(yè)化射頻設(shè)備的發(fā)展；60年代Jason等開展解凍冷凍食品的研究，建立了一些商業(yè)化射頻產(chǎn)線；在80年代末，Anon、Rice和Mermelstein等將射頻加熱技術(shù)應(yīng)用于曲奇和零食的后端烘焙中，結(jié)果表明相比傳統(tǒng)烤箱，采用射頻加熱可以降低能耗和提高產(chǎn)品品質(zhì)。90年代由于對食品安全的重視，人們開展了大量關(guān)于射頻技術(shù)對肉制品消毒、殺菌的研究[6]。近些年，射頻加熱技術(shù)開始逐步應(yīng)用在食品加工領(lǐng)域，它被認(rèn)為是一種傳統(tǒng)加熱的替代性解決方案，具有加熱速率快、保留食物原態(tài)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于烹飪、殺菌、解凍、漂燙等領(lǐng)域。

在已有綜述文獻(xiàn)和著作中，有大量篇幅對射頻加熱技術(shù)的基本原理、加熱設(shè)備及在食品工業(yè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行介紹[1,7-10]，但在基于消費(fèi)者家庭日常需求的食物解凍和制熟品質(zhì)方面的研究現(xiàn)狀介紹較少，而廚電領(lǐng)域正逐步發(fā)展射頻加熱等新型加熱方式用于家用電器產(chǎn)品中，從而改善用戶家庭烹飪速度慢、不均勻、感官不佳、營養(yǎng)流失等痛點(diǎn)。本文旨在介紹射頻加熱技術(shù)在食物解凍和制熟品質(zhì)的研究進(jìn)展，以及分析其主要存在問題及解決措施，系統(tǒng)挖掘射頻加熱技術(shù)在烹飪領(lǐng)域的應(yīng)用前景，為家電產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用提供技術(shù)參考和研發(fā)思路。

1 射頻加熱對食物解凍品質(zhì)的影響

作為烹飪制熟的前處理步驟，解凍功能重點(diǎn)在于速率、均勻性以及食物品質(zhì)的劣變。在家庭中，冷凍食品主要通過空氣或水進(jìn)行傳熱解凍，例如水解凍、自然室溫解凍、強(qiáng)制對流解凍以及目前應(yīng)用比較廣泛的微波解凍，國內(nèi)外學(xué)者對比了常用的解凍方法與射頻解凍的效果，結(jié)果顯示射頻解凍具有速率快、均勻性好以及食材品質(zhì)劣變小的優(yōu)勢，具有廣大的應(yīng)用前景，研究匯總?cè)绫?所示。

表1 射頻加熱在水產(chǎn)和肉類解凍中的研究與應(yīng)用

1.1 射頻加熱在水產(chǎn)解凍中的研究與應(yīng)用

冷凍水產(chǎn)是常見的需要解凍的食物之一，要求解凍速度快和品質(zhì)優(yōu)。但是傳統(tǒng)解凍方法耗時長、能耗高、易造成品質(zhì)劣化，微波解凍容易出現(xiàn)均勻性差的情況，為克服上述問題，射頻技術(shù)逐漸用于冷凍水產(chǎn)的解凍[4]，在解凍速率、保持質(zhì)量和保留營養(yǎng)方面具有顯著的優(yōu)勢。

與室溫解凍和浸水解凍相比，射頻解凍能夠大大縮短解凍時間并保持高品質(zhì)。Llave等[11]對金槍魚的低功率射頻解凍（20 W，13.56 MHz）和室溫解凍效果進(jìn)行了對比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，金槍魚的尺寸為60 mm×60 mm×50 mm時，通過射頻解凍和室溫自然解凍將其中心溫度從-40℃恢復(fù)至-3℃后，射頻解凍時間比室溫自然解凍減少3倍。李雙[12]對比了射頻解凍和水解凍兩種方式解凍魚肉的效果，前者解凍后樣品的質(zhì)量損失率更小，TBARS（硫代巴比妥酸值）較低，樣品表面溫度分布更均勻，能夠較好地保持魚肉品質(zhì)。劉富康等[13]比較了空氣解凍（25℃）和射頻解凍（27.12 MHz，4 kW）對冷凍魚糜的解凍特性的影響，以解凍后失水率、鹽溶蛋白質(zhì)的含量以及Ca2+ATPase酶活力作為品質(zhì)評價指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)空氣解凍耗時極長（5 h），遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于射頻解凍（10 min）。射頻解凍效率高，且魚糜品質(zhì)與空氣解凍無顯著性差異（其解凍失水率、鹽溶蛋白含量和Ca2+ATPase酶活力均與空氣解凍無顯著差異）。

與微波相比，射頻解凍可顯著提升均勻性和保持高品質(zhì)。Koray等[14]以1.75 kg冷凍蝦樣品作為研究對象，對比了射頻和微波兩種模式的解凍效果。結(jié)果顯示冷凍蝦樣品中心溫度由-22℃恢復(fù)至-5～-3℃時，微波解凍所需時間（功率為500 W和1 kW時，所需時間分別為10 min和4 min）短于射頻解凍（功率為2 kW，射頻的電極間隙為160 mm和150 mm時，所需時間分別為11 min和7 min），但是如圖3所示，微波解凍時產(chǎn)生局部表面過熱（1 kW兩次測試表面最高溫度分別達(dá)到11.4℃和18.6℃），而射頻處理整體溫度分布均勻，表面無局部過熱（整個表面溫度低于0℃）。此外，微波解凍（915 MHz，5 kW）較射頻解凍（27.12 MHz，4 kW）魚糜的解凍失水率、鹽溶蛋白含量和Ca2+ATPase酶活力等品質(zhì)指標(biāo)均顯著下降，說明微波解凍導(dǎo)致了魚糜品質(zhì)的明顯劣化[13]。

圖3 微波和射頻解凍蝦的熱成像圖[14]

總體而言，射頻加熱用于解凍冷凍水產(chǎn)時，一方面與家庭常用的傳統(tǒng)空氣解凍和浸水解凍途徑相比，利用物料介電特性的介電加熱方式能夠很好地改善傳統(tǒng)基于對流和傳導(dǎo)等加熱原理自外而內(nèi)的加熱方式，能夠大幅縮短解凍時間，并且從樣品的失水率、鹽溶蛋白質(zhì)的含量、Ca2+ATPase酶活力以及TBARS值等表征水產(chǎn)樣品解凍品質(zhì)的指標(biāo)來看，均能夠有效防止水產(chǎn)解凍后的品質(zhì)劣化；另一方面，與微波解凍技術(shù)相比，射頻解凍穿透深度大，結(jié)構(gòu)上電場均勻分布，因而可以使表面局部過熱現(xiàn)象顯著改善，大大提高水產(chǎn)解凍的均勻性。因此，射頻解凍能夠快速、均勻且高品質(zhì)地解凍冷凍水產(chǎn)。

1.2 射頻加熱在肉類解凍中的研究與應(yīng)用

冷凍肉類是家庭烹飪中的常用原料，常規(guī)的解凍方法是基于外部媒介（水和空氣）的對流；射頻加熱作為一種新型加熱技術(shù)，被認(rèn)為是一種解凍的良好解決方案，其在肉類解凍中能夠大幅減少處理時間，同時能夠保持肉類的品質(zhì)[4]。

與室溫解凍、水解凍相比，射頻解凍在速率和品質(zhì)方面均具有顯著優(yōu)勢。Farag等[15]采用中試規(guī)模的射頻加熱系統(tǒng)（27.12 MHz，600 W）解凍牛肉。與傳統(tǒng)熱風(fēng)解凍相比，射頻解凍所需時間縮短了30倍，解凍的功耗降低了9倍，并且射頻解凍具有更佳的溫度均勻性。此外，射頻解凍可顯著降低牛肉水分損失和微量營養(yǎng)素（Na、Mg、K、Ca和Fe）的損失[16]。Choi等[17]開展了解凍圓柱形豬里脊的相關(guān)研究，對比射頻解凍和常規(guī)解凍方式（包括水解凍、強(qiáng)制空氣對流解凍）。解凍速率結(jié)果如圖4所示，射頻解凍耗時最短，射頻（27.12 MHz，400 W）的解凍速度分別是浸水和強(qiáng)制空氣對流的5倍和94倍。同時，與空氣對流相比，射頻解凍具有更高的蛋白質(zhì)溶解度。相似地，朱亞莉研究表明，射頻解凍溫度較均勻，僅存在小面積的過熱區(qū)域，解凍時間較空氣解凍和水解凍大幅減少，且品質(zhì)較好[18]。由此可得出，射頻技術(shù)可快速解凍冷凍肉制品，同時減少品質(zhì)劣變。

圖4 冷凍豬里脊樣品在6種解凍條件下的解凍曲線[17]

與微波解凍相比，射頻解凍能夠有效防止品質(zhì)劣化。Choi等[17]對比了微波解凍和射頻解凍豬里脊的品質(zhì)指標(biāo)，微波導(dǎo)致樣品汁液流失、持水力下降、水分含量降低、顏色和微觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)劣化，而射頻對這些指標(biāo)影響較小，能夠保持較好的持水力、較優(yōu)的外觀，并且減少了肌肉纖維之間空泡的產(chǎn)生（如圖5所示），維持良好的結(jié)構(gòu)。

圖5 豬里脊樣品經(jīng)不同解凍方式后橫截面的光學(xué)顯微鏡圖[17]（放大倍數(shù)為20倍，比例尺為100 μm）

此外，該研究團(tuán)隊(duì)為進(jìn)一步優(yōu)化射頻解凍的效果，將平行電極板改成了彎曲電極板，探究解凍豬里脊的效果，研究發(fā)現(xiàn)射頻（彎曲電極板）解凍使樣品的汁液流失、微觀結(jié)構(gòu)、顏色和微生物變化最小，且內(nèi)部樣品溫度分布相對均勻，優(yōu)于平行板電極板[19]。

傳統(tǒng)的空氣解凍易出現(xiàn)食物表面發(fā)干、失重較大；水解凍造成微生物侵入導(dǎo)致食物污染、品質(zhì)下降；而射頻解凍能夠大幅縮短解凍時間，減少汁液流失和微生物繁殖，降低了食用安全風(fēng)險，并且減少了肌肉纖維間空泡的產(chǎn)生，保證了良好的解凍品質(zhì)。微波解凍加熱不均勻、穿透深度小，而射頻加熱的頻率更低，穿透深度大約是微波的5～14倍，分子運(yùn)動較微波稍緩慢，解凍均勻性優(yōu)于微波，局部過熱現(xiàn)象較微波更少[20]，因此相對于微波，射頻解凍具有均勻性更好[14]、食物品質(zhì)更佳、能耗更低的優(yōu)勢[21]。

2 射頻加熱對食物制熟品質(zhì)的影響

在傳統(tǒng)的食物制熟方式中，熱量通過傳導(dǎo)、對流等方式從表面緩慢傳遞到食物的中心，例如熱空氣、水、蒸汽、烘烤和煎炸等，食物表面可能會過度烹飪，導(dǎo)致發(fā)生食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值下降。與傳統(tǒng)的加熱烹飪方法不同，射頻加熱進(jìn)行內(nèi)外同步加熱，不僅能夠節(jié)省時間和能源，而且可以保持食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值，研究匯總?cè)绫?所示。

表2 射頻加熱在食物制熟中的研究與應(yīng)用

2.1 射頻加熱在蒸煮方面的研究與應(yīng)用

采用射頻加熱制熟食材時，與蒸煮這類溫和的烹飪方式相比，當(dāng)達(dá)到相同的烹飪終點(diǎn)時，烹飪耗時、食物的營養(yǎng)品質(zhì)和食用品質(zhì)上具有明顯優(yōu)勢。

在肉類食材蒸煮制熟方面，Mu?oz等[22]對比了先射頻后蒸汽烹飪（RF-ST，15 kW，27.120 MHz±0.163 MHz）與傳統(tǒng)蒸制（ST，72℃±1℃，100%RH）烹飪豬火腿的效果，研究其理化特性、烹飪損失以及感官評價。當(dāng)達(dá)到火腿中心溫度68℃時，RF-ST（180 min）烹飪時間較ST（360 min）減少50%，感官品質(zhì)無差異。Zhang等[23]和Brunton等[24]均對肉糜制品進(jìn)行了射頻與循環(huán)水組合烹飪和常規(guī)蒸制烹飪方式的對比。在達(dá)到一致的烹飪終點(diǎn)時，射頻加熱所需時間相對于等效的蒸制樣品減少了79%和77%，射頻加熱的肉糜樣品在質(zhì)構(gòu)性質(zhì)上優(yōu)于或與常規(guī)烹飪方式無顯著差異。

Tang等[25]以火雞胸肉卷作為研究對象，對比了射頻烹飪與蒸制烹飪后理化性質(zhì)和感官指標(biāo)的影響。以火雞胸肉卷的中心溫度達(dá)73℃為烹飪終點(diǎn)，射頻烹飪（食材置于80℃循環(huán)恒溫水浴中，同時進(jìn)行射頻烹飪）所需時間為40 min，而蒸箱80℃蒸制則需要150 min，耗時是射頻烹飪的3.75倍。同時，兩種烹飪方式的樣品成分顯示B族維生素和質(zhì)構(gòu)分析（TPA）無顯著差異。并且，在5℃冷藏條件下，射頻烹飪后的肉卷的脂質(zhì)氧化速率顯著低于蒸制烹飪（TBARS值）。這是由于蒸制過程中產(chǎn)生的蒸汽使肌原纖維蛋白變性以及膜磷脂破壞，使得蒸制樣品在冷藏時脂質(zhì)氧化更迅速、氧化程度更高。相似地，Laycock等[26]比對了射頻和水浴烹飪牛肉制品的烹飪品質(zhì)，當(dāng)均達(dá)到烹飪終點(diǎn)（中心溫度為72℃）后，射頻加熱可顯著減少牛肉的烹飪時間（射頻加熱為5.83 min，水浴為151 min），此外射頻加熱具有更好的汁液保留（汁液損失較水煮少8%）、可接受的顏色（與水浴無顯著差異）和更佳的質(zhì)構(gòu)特性（硬度下降32%左右）。此外，對于水產(chǎn)品，Wang等[27]發(fā)現(xiàn)射頻加熱配合水浴加熱能夠使魚糜凝膠的彈性和持水能力，這是由于射頻加熱有助于蛋白質(zhì)的α-螺旋變成無規(guī)卷曲并通過疏水相互作用和二硫鍵形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰的光滑凝膠。

在蔬菜食材蒸煮制熟方面，F(xiàn)iore等[28]采用ITW公司生產(chǎn)的IBEX射頻烤箱，與傳統(tǒng)蒸制烹飪西蘭花的對比，并對其化學(xué)性質(zhì)和感官特性進(jìn)行了研究。以西蘭花達(dá)到相同的質(zhì)構(gòu)為烹飪終點(diǎn)，評估烹飪西蘭花的硫代葡萄糖苷和維生素C的含量。結(jié)果顯示，射頻烹飪后西蘭花中硫代葡萄糖苷的總量比蒸制高81%；射頻烹飪后維生素C的保留率達(dá)101%，比蒸制高約10%。相似地，Jiang等和姚益順研究得到射頻結(jié)合熱水浴和射頻結(jié)合蒸汽分別烹飪紅薯和萵筍時，可達(dá)到更好的外觀色澤、質(zhì)構(gòu)，并且過氧化物酶失活水平更佳[29,30]。以上結(jié)果表明，射頻烹飪蔬菜較常規(guī)蒸制、煮制可以有效保留硫代葡萄糖苷和維生素C等營養(yǎng)素，且提高其可提取性，并在食用品質(zhì)上具有明顯優(yōu)勢，說明射頻烹飪有助于保留蔬菜營養(yǎng)素和提高其食用品質(zhì)。

在多組分食物蒸煮制熟方面，Wang等[31]對肉醬千層面的射頻加熱烹飪技術(shù)進(jìn)行研究。經(jīng)射頻加熱烹飪30 min后，肉醬千層面的牛肉丸、馬蘇里拉奶酪、面條和沙司等組分之間的最大溫度差不超過2℃。盡管不同食物組分的電場強(qiáng)度具有很大差異，但是充足的熱傳遞減少了差溫加熱，使得肉醬千層面這類食物組分復(fù)雜的食品經(jīng)過射頻加熱可達(dá)到優(yōu)質(zhì)的烹飪效果。

綜上，射頻加熱在實(shí)現(xiàn)蒸煮效果的前提下，在烹飪畜禽肉、水產(chǎn)、蔬菜以及復(fù)雜組分食品時，均表現(xiàn)出具有較蒸制更快的烹飪速率、更優(yōu)的營養(yǎng)健康品質(zhì)，且均勻性佳，食品品質(zhì)優(yōu)于或相當(dāng)于蒸制食品。

2.2 射頻加熱在烤制方面的研究與應(yīng)用

烤制是家庭廚房中最常用的制熟方法之一，在烤制的過程中，食物內(nèi)部組分、食物與空氣在高溫條件下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)如蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化、美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)和氧化反應(yīng)等，不僅能讓食物熟化，還賦予食物獨(dú)特的風(fēng)味和誘人的外觀，而備受用戶的青睞。但是，傳統(tǒng)烤制由于其溫度高、加熱時間長，容易破壞食物內(nèi)部的營養(yǎng)素，同時導(dǎo)致雜環(huán)胺、丙烯酰胺和多環(huán)芳烴等有害物質(zhì)的產(chǎn)生。采用射頻加熱技術(shù)對食材進(jìn)行烹飪，并與電烤箱烤制食物進(jìn)行對比，從烹飪速率、食用品質(zhì)和營養(yǎng)性質(zhì)上，射頻加熱技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，可為家庭廚房提供一個速度快、口感佳、營養(yǎng)好的烹飪解決方案。

在肉類烤制方面，F(xiàn)iore等[28]進(jìn)行了射頻烤箱和普通電烤箱烤制鮭魚的對比研究，控制鮭魚的烹飪終點(diǎn)分別為中心溫度55℃和75℃，射頻烹飪時間相對于傳統(tǒng)烤箱均減少了50%，并且，射頻加熱烹飪后維生素B分別比傳統(tǒng)烤箱高30%和50%。此外，射頻烹飪后鮭魚的水分含量為66.3%，顯著高于傳統(tǒng)烤箱的57.1%，在口感上表現(xiàn)為多汁性更佳。Rincon等[32]研究射頻烹飪不同厚度牛排（1.2 cm、1.9 cm和2.5 cm）和不同終點(diǎn)溫度（55℃、65℃和75℃）對烹飪品質(zhì)的影響，為牛排的射頻烹飪提供了參數(shù)指導(dǎo)。射頻烹飪牛排具有更快的加熱速度（節(jié)能）、減少預(yù)處理污染和后處理污染，總體上可以提供更好的烹飪質(zhì)量。相似地，韓照華等[33]利用智控射頻加熱從內(nèi)而外同時加熱，烹飪的烤肉肉質(zhì)松嫩有彈性、水分損失少，有效改善了普通烤箱水分流失嚴(yán)重、肉質(zhì)干柴的現(xiàn)狀。

在蔬菜食材烤制方面，對于土豆，F(xiàn)iore等[28]控制其達(dá)到相同的質(zhì)構(gòu)為烹飪終點(diǎn)，傳統(tǒng)烤制的薯?xiàng)l中的丙烯酰胺含量是射頻烹飪的2倍，相似地，以甘薯薯?xiàng)l為研究食材時，達(dá)到了2.5倍。

在蛋糕食材烤制方面，F(xiàn)iore等[28]進(jìn)行了射頻烤箱與普通電烤箱的對比。以可可蛋糕為研究對象，達(dá)到相同的烹飪終點(diǎn)后（即蛋糕面團(tuán)完全糊化），烹飪結(jié)果顯示，射頻烹飪的蛋糕柔軟度更好，食用品質(zhì)更佳[28]。韓照華等[33]進(jìn)行了射頻烤箱和普通烤箱的IEC標(biāo)準(zhǔn)蛋糕測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)射頻烤箱烘焙蛋糕比普通烤箱快31%，且外觀形狀更佳。

在多組分食物烤制方面，蘭軟格[3]使用射頻、微波以及烤箱對由多組分組成的披薩進(jìn)行加熱，對比三種加熱方式在加熱過程中各組分的加熱速率、表面溫度分布與品質(zhì)等加熱特性，結(jié)果表明，射頻、微波及烤箱加熱將披薩加熱至烹飪終點(diǎn)（即披薩底餅邊緣2 cm處升溫至85℃）所需時間分別為5.75 min、4.16 min、9.67 min，三者的均勻性指數(shù)分別是0.158、0.214和0.104，加熱均勻性呈現(xiàn)烤箱＞射頻＞微波的規(guī)律。披薩底餅的硬度呈現(xiàn)射頻＞微波＞烤箱。對于披薩表面溫度分布情況，射頻加熱出現(xiàn)了明顯的邊角效應(yīng)[34]，如圖6 a)所示。微波加熱的邊緣部分出現(xiàn)低溫區(qū)域，且加熱均勻性明顯比射頻加熱差，如圖6 b)所示。這是由于微波加熱的速率比射頻技術(shù)快，導(dǎo)致披薩各物料間熱傳導(dǎo)不足，導(dǎo)致溫差較大，并且烤箱加熱的披薩表面溫度分布均勻性最好[35]，如圖6 c)所示。

圖6 射頻、微波和傳統(tǒng)烤制加熱后披薩的表面溫度分布圖[34]

以上結(jié)果表明，射頻烹飪在實(shí)現(xiàn)肉類、蔬菜和蛋糕等食材烤制效果的同時，利用其介電加熱的特性、較大的穿透深度等特點(diǎn)，可以有效提升烹飪速率、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組分食物的均勻加熱，同時保留維生素等營養(yǎng)素，減少丙烯酰胺有害物的生成，以及達(dá)到良好的食用品質(zhì)。

3 射頻加熱技術(shù)主要問題及改善措施

盡管射頻加熱具有較微波更好的熱均勻性，但是邊角過熱、不均勻加熱依舊是其相比于傳統(tǒng)加熱方法的最大問題。為改善射頻加熱的均勻性，可以從以下幾個角度進(jìn)行參考（研究匯總?cè)绫?所示）。

表3 射頻加熱技術(shù)均勻性改善的研究匯總

（1）與傳統(tǒng)加熱方式結(jié)合

采用射頻加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱技術(shù)（蒸汽、熱水、熱風(fēng)等）相結(jié)合，使得食物與蒸汽、水、熱空氣等介質(zhì)一同在射頻加熱的腔體中加熱，以達(dá)到良好的加熱效果[22-24,36,37]。

因此，射頻技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方式相結(jié)合，使食物優(yōu)于或達(dá)到常規(guī)烹飪方式的感官、質(zhì)構(gòu)以及烹飪均勻性的同時，能夠大幅縮短其加熱時間。

（2）改善電極形狀

射頻加熱的電磁場分布不均勻是導(dǎo)致其加熱不均勻的主要因素。電磁場需要在食物內(nèi)均勻分布，才能確保均勻加熱。Choi等[19]將底部的電極板改為彎曲電極板，從而使得解凍圓柱形的豬里脊時，食物的品質(zhì)劣化最小，溫度分布均勻（如圖7所示），明顯優(yōu)于平行板電極。

圖7 圓柱形豬里脊在彎曲電極板（上）和平行電極板（下）射頻解凍的比較[19]

（3）改變物料的介電性能

食品的介電特性是影響射頻加熱的主要因素，它會隨電磁場分布和溫度的變化而變化，進(jìn)而影響電磁波和物料的相互作用。當(dāng)周圍材料介電常數(shù)在樣品的可比較范圍內(nèi)時，可以改善射頻加熱均勻性[21]。添加鹽可以改變水的介電特性，可以減小物料和水之間的不同加熱時間之間的差異。另外，使用具有與食品材料相似的介電特性的包裝和容器作為周圍材料是提高射頻加熱均勻性的有效方法。

（4）改變樣品的形狀

通過建立計(jì)算模型（結(jié)合三維掃描和有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics等途徑）來預(yù)測加熱過程中食物的溫度分布，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該模型[38,39]。將土豆、胡蘿卜、肉塊等食物材料放置在電極的中間，以避免電磁場集中在接觸表面，并修改形狀和體積以實(shí)現(xiàn)食物內(nèi)電磁場的均勻分布，從而提高加熱均勻性[40-43]。另外，Tesfaye等[44]通過制備不同形狀（圓柱體、立方體和球體）的食物模擬樣品，探究射頻加熱對其溫度分布的影響，最后得出垂直方向的圓柱體和立方體樣品具有更好的溫度均勻性，而球體溫度均勻性較差，其底部存在最熱點(diǎn)。

（5）改變樣品位置

Bedane等[45]和Erdogdu等[46]發(fā)現(xiàn)樣品的移動和旋轉(zhuǎn)具有重新分配食品內(nèi)電磁場和熱量的能力，從而提高了射頻加熱的均勻性。朱亞莉[18]研究了豬肉樣品間距對射頻解凍溫度均勻性的影響，間距越小對溫度的影響越小，適宜間距為1～2 cm，此時溫度分布均勻。

4 總結(jié)與展望

本文介紹了射頻加熱技術(shù)在食物解凍和制熟品質(zhì)方面的研究應(yīng)用進(jìn)展，對食物的前處理步驟——解凍以及制熟工藝——蒸煮、烤制烹飪，從烹飪效率、均勻性、食物營養(yǎng)健康品質(zhì)和食用品質(zhì)等方面綜合評述射頻加熱的影響。最后可得出射頻加熱是一種快速、均勻的加熱方式，可為食物提供優(yōu)質(zhì)的烹飪效果和食用品質(zhì)，以及滿足人們的營養(yǎng)健康需求。

但是，射頻加熱技術(shù)在廚電領(lǐng)域的應(yīng)用仍舊充滿了挑戰(zhàn)。例如，食物相關(guān)特性（如介電特性、形狀大小、與射頻電極之間的距離）對于分析溫度分布和設(shè)計(jì)更高效的射頻加熱系統(tǒng)具有重大意義；介電擊穿導(dǎo)致包裝破損或產(chǎn)品損壞；利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，模擬和預(yù)測加熱過程中食物和烹飪腔環(huán)境的變化，可為射頻加熱技術(shù)在家電行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用提供高效的分析支持。