微波預(yù)處理蘋果原料能夠有效防止蘋果汁褐變

　　據(jù)《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年5月31日?qǐng)?bào)道，微波預(yù)處理蘋果原料可以提高蘋果汁的色值(表征蘋果汁的褐變程度，數(shù)值越大，蘋果汁顏色越淺，褐變?cè)捷p)，降低多酚氧化酶的活性，引起氨基態(tài)氮含量下降，并使蘋果汁的略微酸度提高。
　　此研究報(bào)告刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年第5期，題為《微波預(yù)處理原料對(duì)蘋果汁褐變的影響》，第一作者為山西師范大學(xué)工程學(xué)院的張少穎博士，通訊作者為該校的王向東教授。
　　防止蘋果汁褐變一直是果汁研究的熱點(diǎn)難題之一。蘋果汁褐變是蘋果汁在加工或儲(chǔ)存過(guò)程中顏色由誘人的金黃色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)暗的紅棕色過(guò)程。其褐變主要是酶促褐變和非酶褐變。酶促褐變是由于在打漿、取汁等工序過(guò)程中，由于果肉組織破碎，酶與底物的細(xì)胞區(qū)域化被打破，在有氧氣的條件下。果蔬中的多酚氧化酶(PPO)催化酚類物質(zhì)氧化變色所致。非酶褐變是在果蔬汁的加工和儲(chǔ)藏過(guò)程中引起的，這類褐變主要是由還原糖和氨基酸之間的美拉德反應(yīng)引起的，而還原糖和氨基酸都是果蔬汁本身所含的成分，因此較難控制。通常果汁發(fā)生褐變時(shí)，感官品質(zhì)變差，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，商品價(jià)值也隨之下降。目前，人們或者通過(guò)活性炭、樹脂吸附脫色等方式來(lái)減輕褐變；或者添加苯甲酸、亞硫酸氫鈉等食品添加劑來(lái)防止褐變。這些加工方式成本偏高，也不符合當(dāng)前食品安全的發(fā)展趨勢(shì)。
　　為了在符合食品安全的條件下經(jīng)濟(jì)合理地尋找一種防止蘋果汁褐變的方法，山西師范大學(xué)王向東教授課題組應(yīng)用微波預(yù)處理蘋果原料，首次探討微波的處理功率和處理時(shí)間對(duì)蘋果汁褐變的影響。
　　他們采用藤木1號(hào)蘋果為原料，將蘋果洗凈，切成1厘米×1厘米的小方塊。分別以90、270、450、720、900瓦的微波功率和25、50、75、100、125秒時(shí)間梯度進(jìn)行組合，分別輻照果塊。考察微波處理對(duì)蘋果汁褐變的影響。同時(shí)測(cè)定了經(jīng)不同功率和不同時(shí)間微波處理后蘋果汁的色值、多酚氧化酶的活性、氨基態(tài)氮含量和酸度的變化，并觀察了蘋果汁儲(chǔ)存45天后的色值。課題組研究發(fā)現(xiàn)，微波功率720-900瓦和處理時(shí)間75-125秒，能夠有效防止蘋果汁的褐變。在微波處理功率900瓦，處理時(shí)間100秒時(shí)，所得蘋果汁的色值為82.0，且在室溫儲(chǔ)存45天后，其色值為67.8，比未經(jīng)微波處理的高91.5％，此結(jié)果說(shuō)明經(jīng)微波處理的原料所得蘋果汁的顏色穩(wěn)定性較好。
　　由試驗(yàn)結(jié)果可推斷。微波在較短時(shí)間(0-25秒)和較低功率(90-270瓦)作用下，促進(jìn)酶促褐變。此時(shí)的多酚氧化酶的活性高于對(duì)照；而微波在長(zhǎng)時(shí)間(125秒)和大功率(900瓦)作用下，加速非酶褐變(美拉德反應(yīng))；微波在較長(zhǎng)時(shí)間(75～125秒)和較高功率(720～900瓦)下處理原料果塊，能有效抑制褐變。在中等強(qiáng)度微波作用條件下，既可以迅速鈍化酶，防止發(fā)生酶促褐變，又不至于使原料果塊過(guò)度受到微波作用，引發(fā)劇烈的美拉德反應(yīng)。
　　有研究表明，在胡蘿卜片和蘋果片的干燥加工中，中等強(qiáng)度微波處理可使果片的褐變程度較熱風(fēng)干燥降低。也有研究發(fā)現(xiàn)，微波處理蘋果漿可以提高出汁率，并且能改善蘋果汁的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。而對(duì)于微波處理對(duì)蘋果汁色值方面的影響還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究結(jié)果為蘋果汁的生產(chǎn)提供了一種簡(jiǎn)便安全、合理經(jīng)濟(jì)的防止褐變的方法。
　　
　　拓展閱讀——微波
　　
　　什么是微波
　　微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱。即波長(zhǎng)在1米(不合1米)到1毫米之間的電磁波。是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無(wú)線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。
　　
　　微波的性質(zhì)
　　
　　微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個(gè)特性。對(duì)于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對(duì)于水和食物等就會(huì)吸收微波而使自身發(fā)熱。而對(duì)金屬類東西，則會(huì)反射微波。
　　
　　微波的特點(diǎn)
　　
　　從電子學(xué)和物理學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，微波這段電磁頻譜具有不同于其他波段的如下重要特點(diǎn)：
　　穿透性微波比其他用于輻射加熱的電磁波。如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高。使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致。
　　選擇性加熱物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來(lái)決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反。介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異。微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比水小得多。因此，對(duì)于食品來(lái)說(shuō)，含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大。
　　熱慣性小微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無(wú)惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。
　　似光性和似聲性微波波長(zhǎng)很短，比地球上的一般物體(如飛機(jī)、艦船、汽車建筑物等)尺寸相對(duì)要小得多，或在同一量級(jí)上，使得微波的特點(diǎn)與幾何光學(xué)相似，即所謂的似光性。因此使用微波工作，能使電路元件尺寸減小，使系統(tǒng)更加緊湊，可以制成體積小、波束窄方向性很強(qiáng)、增益很高的天線系統(tǒng)，接受來(lái)自地面或空間各種物體反射回來(lái)的微弱信號(hào)，從而確定物體方位和距離，分析目標(biāo)特征。
　　由于微波波長(zhǎng)與物體(實(shí)驗(yàn)室中無(wú)線設(shè)備)的尺寸有相同的量級(jí)，使得微波的特點(diǎn)又與聲波相似，即所謂的似聲性。例如微波波導(dǎo)類似于聲學(xué)中的傳聲筒：喇叭天線和縫隙天線類似與聲學(xué)喇叭，蕭與笛：微波諧振腔類似于聲學(xué)共鳴腔。
　　非電離性微波的量子能量還不夠大。不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵。原子核在外加電磁場(chǎng)的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用這一特性，還可以制作許多微波器件。
　　信息性 由于微波頻率很高，所以在不大的相對(duì)帶寬下，其可用的頻帶很寬。可達(dá)數(shù)百甚至上千兆赫茲。這是低頻無(wú)線電波無(wú)法比擬的。這意味著微波的信息容量大，所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)，幾乎無(wú)例外都是工作在微波波段。另外，微波信號(hào)還可以提供相位信息，極化信息。多普勒頻率信息。這在目標(biāo)檢測(cè)。遙感目標(biāo)特征分析等應(yīng)用中十分重要。
　　
　　微波的產(chǎn)生
　　
　　微波能通常由直流電或50Hz交流電通過(guò)一個(gè)特殊的器件來(lái)獲得?？梢援a(chǎn)生微波的器件有許多種，但主要分為兩大類：半導(dǎo)體器件和電真空器件。電真空器件是利用電子在真空中運(yùn)動(dòng)來(lái)完成能量變換的器件，或稱之為電子管。在電真空器件中能產(chǎn)生大功率微波能量的有磁控管、多腔速調(diào)管、微波三／四極管、行波管等。在目前微波加熱領(lǐng)域特別是工業(yè)應(yīng)用中使用的主要是磁控管及速調(diào)管。
　　
　　微波的熱效應(yīng)
　　
　　微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對(duì)生物體產(chǎn)生的生理影響。熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場(chǎng)的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱：體內(nèi)離子在微波作用下振動(dòng)也會(huì)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量：一般分子也會(huì)吸收微波能量后使熱運(yùn)動(dòng)能量增加。如果生物體組織吸收的微波能量較少，它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)血循環(huán)將吸收的微波能量(熱量)散發(fā)至全身或體外。如果微波功率很強(qiáng)，生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量，則引起該部位體溫升高。局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，如使局部血管擴(kuò)張。并通過(guò)熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速，組織代謝增強(qiáng)。白細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)，促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收和消散等。
　　
　　微波的非熱效應(yīng)
　　
　　微波的非熱效應(yīng)是指除熱效應(yīng)以外的其他效應(yīng)，如電效應(yīng)、磁效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)等。在微波電磁場(chǎng)的作用下，生物體內(nèi)的一些分子將會(huì)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，使細(xì)胞膜功能受到影響，使細(xì)胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用的改變，進(jìn)而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經(jīng)傳導(dǎo)電位、細(xì)胞活動(dòng)膜電位等)的節(jié)律，會(huì)導(dǎo)致心臟活動(dòng)、腦神經(jīng)活動(dòng)及內(nèi)分泌活動(dòng)等一系列障礙。對(duì)微波的非熱效應(yīng)，人們還了解的不很多。當(dāng)生物體受強(qiáng)功率微波照射時(shí)，熱效應(yīng)是主要的(一般認(rèn)為，功率密度在在10mw／cm²者多產(chǎn)生微熱效應(yīng)，且頻率越高產(chǎn)生熱效應(yīng)的閽強(qiáng)度越低)；長(zhǎng)期的低功率密度(1mW／cm²以下)微波輻射主要引起非熱效應(yīng)。
　　
　　微波加熱的原理
　　
　　微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電波，被加熱介質(zhì)物料中的水分子是極性分子。它在快速變化的高頻點(diǎn)磁場(chǎng)作用下。其極性取向?qū)㈦S著外電場(chǎng)的變化而變化。造成分子的運(yùn)動(dòng)秀相互摩擦效應(yīng)，此時(shí)微波場(chǎng)的場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使物料溫度升高，產(chǎn)生熱化和膨化等一系列物化過(guò)程而達(dá)到微波加熱干燥的目的。
　　
　　微波殺菌的原理
　　
　　微波殺菌是利用了電磁場(chǎng)的熱效應(yīng)和生物效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。微波對(duì)細(xì)菌的熱效應(yīng)是使蛋白質(zhì)變化，使細(xì)菌失去營(yíng)養(yǎng)，繁殖和生存的條件而死亡。微波對(duì)細(xì)菌的生物效應(yīng)是微波電場(chǎng)改變細(xì)胞膜斷面的電位分布，影響細(xì)胞膜周圍電子和離子濃度。從而改變細(xì)胞膜的通透性能，細(xì)菌因此營(yíng)養(yǎng)不良。不能正常新陳代謝，細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制而死亡。此外，微波能使細(xì)茵正常生長(zhǎng)和穩(wěn)定遺傳繁殖的核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)，是由若干氫鍵松弛。斷裂和重組，從而誘發(fā)遺傳基因突變。或染色體畸變甚至斷裂。
　　
　　微波萃取的原理
　　
　　利用微波能來(lái)提高萃取率的一種最新發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。它的原理是在微波場(chǎng)中，吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使得被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進(jìn)入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對(duì)差的萃取劑中：微波萃取具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、萃取效率高、重現(xiàn)性好、節(jié)省時(shí)間、節(jié)省試劑、污染小等特點(diǎn)。目前，除主要用于環(huán)境樣品預(yù)處理外，還用于生化、食品、工業(yè)分析和天然產(chǎn)物提取等領(lǐng)