射频技术在农产品和食品加工中的应用
潘帝
射频技术（RF）即Radio Frequency的简称，是一种新型的现代热处理技术，通过将3.0kHz-300.0kHz的高频电磁波穿透至目标物体内部，使目标物体内部带电粒子发生振荡迁移产生热能，进而完成对目标物体的加热处理。上世纪40年代就有人尝试将射频技术应用于农产品及食品加工领域，主要方向为给面包、肉制品加热以及蔬菜脱水。随着射频技术不断发展，射频技术在食品领域的应用愈发广泛。因此，针对在农产品及食品加工领域中，应用射频技术的优缺点、可行性、以及存在的问题，具有重要的现实意义。
射频加热系统基本工作原理分析
农产品及食品加工行业所使用的射频加热系统，主要以射频平行极板式加热系统为主，其主要结构可简化理解为，由两块上下平行的极板组成的电容器，如图一所示。在实际应用过程中，操作人员将目标物体放置于平行极板之间，启动设备，在极板的作用下，交变电磁场对目标物体做功，如忽略极板边缘的杂散电场，可视为目标物体受射频能量作用的方向为垂直极板方向。
目标物体在射频能量的作用下，其温度会不断上升。目标物体射频能量的吸收量，主要由其本身介电损耗因子决定。射频场中的目标物体的升温速率，可由如下公式进行计算：
（2）较之微波加热方式。射频加热技术与微波加热技术相比，其优势主要体现在设备建设投资少、能量穿透能力强两方面。
由电磁波穿透一般规律可知，电磁波的频率与其在物体中的穿透深度为反比例关系，射频的频率范围为3.0kHz-300.0kHz，微波的频率范围为300.0MHz-300.0GHz，故而射频加热的穿透能力更强。此外，使用微波对大块食物进行加热时，会产生边角集中效应，这是由于当物料厚度大于1.5倍的电磁波穿透深度时，微波能量会在食物表面下1倍穿透深度区域集中，在实际应用中就会出现食物边角焦糊但中并未熟透的现象。
射频发生器的最大功率为900Kw，相比之下微波发生器的功率普遍偏低，如2450MHz的微波发生器的最大功率为10Kw。在微波加热设备设计过程中，为满足实际使用需求，通常需设计多个微波发生器，从而导致建设成本的增加。就一般情况而言，如加热要求相同，射频加热系统的建设成本仅为微波加热系统的一半左右。
射频及时应用劣势及缺点分析
（1）热偏移现象。在射频设备实际加热过程中，目标物体的介电损耗因子会随着温度不断升高而不断增大，从而导致目标物体吸收的射频能量不断增多。在这一过程中，如目标物体内部出现局部温度较高的现象，就会使射频能量在该区域内集中，从而导致目标物体出现局部过热问题，即热偏移现象。因此，在射频技术实际应用过程中，应严格控制电磁场分布及初始温度均匀情况，以满足系统均匀加热实际需求。随着现代计算机技术不断发展，通过计算机模拟优化电磁场做功模式，即可有效解决热偏移问题。
（2）尖角效应。尖角效应具体是指，如使用射频加热技术对不规则形状的物体进行加热，射频能量易在物体最厚的部位集中，导致物体受热不均，局部出现过热现象。由于这一特性，射频加热在实际应用中，对于目标物体的外形要求较为严格，只有形状简单、规则的物体才能得到均匀的加热。这就导致射频技术在民用领域发展困难，更适用于工业标准化生产使用。
射频技术的应用现状分析
杀菌。根据相关科研人员对于炒鸡蛋、袋装切片面包、火腿、乳酪通心粉等食物的射频杀菌实验可得，射频对于食品中微生物孢子的杀除效果明显，可有效提高食物品质、延长保质期。使用射频及热风联合对袋装切片面包进行处理，加热速率约是传统单一热风处理模式的30倍。当面包冷点温度逐渐升高至58.0℃时，袋装切片面包中含有的桔青霉孢子数明显降低，平均可降低四个数量级左右。如使用传统加热方式进行杀菌处理，需将面包加热至68.0-70.0摄氏度，并保持20.0min左右，才能满足实际杀菌需求；如使用传统杀菌工艺对乳酪通心粉进行杀菌处理需持续90.0min，使用射频技术可将时间缩短60min左右，从而提高食物质量。
通过热风和射频联合处理的袋装切片白面包可延长35d±3d的保存期，使用高阻隔材料进行包装且经过射频处理后的火腿，其保质期可延长到28d左右。
干燥。干燥是射频加热技术应用于食品领域最早的试验项目之一。随着射频技术的发展，食品射频干燥技术也随之不断发展，并取得了相应的成绩。其中饼干类焙烤制品加工中射频干燥技术应用广泛，并已经形成商业化的生产模式。
肉制品蒸煮。Tang等研究人员针对射频加热在热制品蒸煮领域的应用进行了探究，他们分别使用火鸡胸肉和牛腱子肉进行了蒸煮实验。首先，将肉进行定型包装；其次，将肉制品放入循环水中，控制循环水温度80.0℃左右；最后，使用射频对肉制品进行加热，使其冷点温度逐渐升至73.0℃，维持2min左右的循环水、射频加热时间。新型加热方法与传统加热方法相比，可节约69.0%-77.0%左右的时间。通过感官评定可知，两种加热处理后的肉制品在感官上并无明显差异。通过质构仪测量结果可知，通过射频加热的牛肉韧性降低明显。通过射频加热处理的火鸡肉，红度较低，并且在冷藏过程中，脂肪氧化速率降低明显。
杀虫
（1）鲜果杀虫。由Wang、Hansen等人的射频鲜果杀虫研究可知，通过脉冲处理或热水、射频联合处理，均能对苹果中含有的第五龄苹果小卷蛾进行有效杀除，但经射频处理后的苹果并不能保障其品质不发生变化。
针对射频杀虫技术进行优化调整后，先使用热水对鲜果进行预热处理，随后使用热水、射频联合处理，可在清除苹果内部第三龄墨西哥果蝇以及第五龄苹果小卷蛾的基础上，较好地控制苹果的品质，该方法应用于樱桃、柿子同样可保障鲜果的品质。经过射频处理后的柿子、苹果，外观上颜色有所加深、硬度增加，水果含水量有所下降，总体对于鲜果的食用品质影响不大，且可有效延长贮存期。通过射频杀虫处理的樱桃，仅能再5℃温度条件下，贮藏24h左右，但其品质普遍优于溴化钾熏蒸杀虫处理后的樱桃。
鲜果品质较难保障的原因在于，鲜果与害虫的介电特性差异性较小。在实际射频处理过程中，二者常被一起加热，从而影响鲜果的品质。通过技术优化改良后，可在杀虫的同时，控制鲜果品质。
（2）核桃杀虫。核桃常见虫害包括脐橙蠕虫、苹果小卷蛾以及玉米粉蛾三种。相关研究表明，通过射频加热将核桃升至53℃，维持加热时间3min左右，即可将苹果小卷蛾全部杀死；升温至55℃，并维持加热时间5min左右，即可将第五龄脐橙蠕虫全部杀死。经过射频杀虫处理的核桃，其感官品质、外壳质量以及气味均无明显影响。
综上所述，射频技术在食品加热领域，与传统加热方式及微波加热方式相比优势明显，但同样存在热偏移和尖角效应缺陷，故而不适用于在民用领域推广，更适用于食品加工及农产品工业生产使用。射频技术在食品杀菌、杀虫、干燥、蒸煮等方面，均有较好的表现。相关部门应重视射频技术的实际应用价值，加大推广力度，提高农产品及食品加工品质，提高人们生活质量。
（作者单位：武昌工学院）
射频技术（RF）即Radio Frequency的简称，是一种新型的现代热处理技术，通过将3.0kHz-300.0kHz的高频电磁波穿透至目标物体内部，使目标物体内部带电粒子发生振荡迁移产生热能，进而完成对目标物体的加热处理。上世纪40年代就有人尝试将射频技术应用于农产品及食品加工领域，主要方向为给面包、肉制品加热以及蔬菜脱水。随着射频技术不断发展，射频技术在食品领域的应用愈发广泛。因此，针对在农产品及食品加工领域中，应用射频技术的优缺点、可行性、以及存在的问题，具有重要的现实意义。
射频加热系统基本工作原理分析
农产品及食品加工行业所使用的射频加热系统，主要以射频平行极板式加热系统为主，其主要结构可简化理解为，由两块上下平行的极板组成的电容器，如图一所示。在实际应用过程中，操作人员将目标物体放置于平行极板之间，启动设备，在极板的作用下，交变电磁场对目标物体做功，如忽略极板边缘的杂散电场，可视为目标物体受射频能量作用的方向为垂直极板方向。
目标物体在射频能量的作用下，其温度会不断上升。目标物体射频能量的吸收量，主要由其本身介电损耗因子决定。射频场中的目标物体的升温速率，可由如下公式进行计算：
（2）较之微波加热方式。射频加热技术与微波加热技术相比，其优势主要体现在设备建设投资少、能量穿透能力强两方面。
由电磁波穿透一般规律可知，电磁波的频率与其在物体中的穿透深度为反比例关系，射频的频率范围为3.0kHz-300.0kHz，微波的频率范围为300.0MHz-300.0GHz，故而射频加热的穿透能力更强。此外，使用微波对大块食物进行加热时，会产生边角集中效应，这是由于当物料厚度大于1.5倍的电磁波穿透深度时，微波能量会在食物表面下1倍穿透深度区域集中，在实际应用中就会出现食物边角焦糊但中并未熟透的现象。
射频发生器的最大功率为900Kw，相比之下微波发生器的功率普遍偏低，如2450MHz的微波发生器的最大功率为10Kw。在微波加热设备设计过程中，为满足实际使用需求，通常需设计多个微波发生器，从而导致建设成本的增加。就一般情况而言，如加热要求相同，射频加热系统的建设成本仅为微波加热系统的一半左右。
射频及时应用劣势及缺点分析
（1）热偏移现象。在射频设备实际加热过程中，目标物体的介电损耗因子会随着温度不断升高而不断增大，从而导致目标物体吸收的射频能量不断增多。在这一过程中，如目标物体内部出现局部温度较高的现象，就会使射频能量在该区域内集中，从而导致目标物体出现局部过热问题，即热偏移现象。因此，在射频技术实际应用过程中，应严格控制电磁场分布及初始温度均匀情况，以满足系统均匀加热实际需求。随着现代计算机技术不断发展，通过计算机模拟优化电磁场做功模式，即可有效解决热偏移问题。
（2）尖角效应。尖角效应具体是指，如使用射频加热技术对不规则形状的物体进行加热，射频能量易在物体最厚的部位集中，导致物体受热不均，局部出现过热现象。由于这一特性，射频加热在实际应用中，对于目标物体的外形要求较为严格，只有形状简单、规则的物体才能得到均匀的加热。这就导致射频技术在民用领域发展困难，更适用于工业标准化生产使用。
射频技术的应用现状分析
杀菌。根据相关科研人员对于炒鸡蛋、袋装切片面包、火腿、乳酪通心粉等食物的射频杀菌实验可得，射频对于食品中微生物孢子的杀除效果明显，可有效提高食物品质、延长保质期。使用射频及热风联合对袋装切片面包进行处理，加热速率约是传统单一热风处理模式的30倍。当面包冷点温度逐渐升高至58.0℃时，袋装切片面包中含有的桔青霉孢子数明显降低，平均可降低四个数量级左右。如使用传统加热方式进行杀菌处理，需将面包加热至68.0-70.0摄氏度，并保持20.0min左右，才能满足实际杀菌需求；如使用传统杀菌工艺对乳酪通心粉进行杀菌处理需持续90.0min，使用射频技术可将时间缩短60min左右，从而提高食物质量。
通过热风和射频联合处理的袋装切片白面包可延长35d±3d的保存期，使用高阻隔材料进行包装且经过射频处理后的火腿，其保质期可延长到28d左右。
干燥。干燥是射频加热技术应用于食品领域最早的试验项目之一。随着射频技术的发展，食品射频干燥技术也随之不断发展，并取得了相应的成绩。其中饼干类焙烤制品加工中射频干燥技术应用广泛，并已经形成商业化的生产模式。
肉制品蒸煮。Tang等研究人员针对射频加热在热制品蒸煮领域的应用进行了探究，他们分别使用火鸡胸肉和牛腱子肉进行了蒸煮实验。首先，将肉进行定型包装；其次，将肉制品放入循环水中，控制循环水温度80.0℃左右；最后，使用射频对肉制品进行加热，使其冷点温度逐渐升至73.0℃，维持2min左右的循环水、射频加热时间。新型加热方法与传统加热方法相比，可节约69.0%-77.0%左右的时间。通过感官评定可知，两种加热处理后的肉制品在感官上并无明显差异。通过质构仪测量结果可知，通过射频加热的牛肉韧性降低明显。通过射频加热处理的火鸡肉，红度较低，并且在冷藏过程中，脂肪氧化速率降低明显。
杀虫
（1）鲜果杀虫。由Wang、Hansen等人的射频鲜果杀虫研究可知，通过脉冲处理或热水、射频联合处理，均能对苹果中含有的第五龄苹果小卷蛾进行有效杀除，但经射频处理后的苹果并不能保障其品质不发生变化。
针对射频杀虫技术进行优化调整后，先使用热水对鲜果进行预热处理，随后使用热水、射频联合处理，可在清除苹果内部第三龄墨西哥果蝇以及第五龄苹果小卷蛾的基础上，较好地控制苹果的品质，该方法应用于樱桃、柿子同样可保障鲜果的品质。经过射频处理后的柿子、苹果，外观上颜色有所加深、硬度增加，水果含水量有所下降，总体对于鲜果的食用品质影响不大，且可有效延长贮存期。通过射频杀虫处理的樱桃，仅能再5℃温度条件下，贮藏24h左右，但其品质普遍优于溴化钾熏蒸杀虫处理后的樱桃。
鲜果品质较难保障的原因在于，鲜果与害虫的介电特性差异性较小。在实际射频处理过程中，二者常被一起加热，从而影响鲜果的品质。通过技术优化改良后，可在杀虫的同时，控制鲜果品质。
（2）核桃杀虫。核桃常见虫害包括脐橙蠕虫、苹果小卷蛾以及玉米粉蛾三种。相关研究表明，通过射频加热将核桃升至53℃，维持加热时间3min左右，即可将苹果小卷蛾全部杀死；升温至55℃，并维持加热时间5min左右，即可将第五龄脐橙蠕虫全部杀死。经过射频杀虫处理的核桃，其感官品质、外壳质量以及气味均无明显影响。
综上所述，射频技术在食品加热领域，与传统加热方式及微波加热方式相比优势明显，但同样存在热偏移和尖角效应缺陷，故而不适用于在民用领域推广，更适用于食品加工及农产品工业生产使用。射频技术在食品杀菌、杀虫、干燥、蒸煮等方面，均有较好的表现。相关部门应重视射频技术的实际应用价值，加大推广力度，提高农产品及食品加工品质，提高人们生活质量。
（作者单位：武昌工学院）
