微波烘焙

    微波烘焙具有節省時間、能量和空間及保護營養成分的優點，然而，由于品質問題，微波烘焙產品尚未完全被消費者所接受。質地堅韌，老化快，干燥且缺乏色澤和風味以及不易形成表殼是微波烘焙產品普遍存在的品質問題。微波加熱的機理和速度(與傳統方法的不同)是影響微波烘焙產品品質的主要原因。為獲得與傳統烘焙產品具有同等質量的微波烘焙產品，輔助產品的開發是必要的。近年來，人們對通過改變產品構成和微波爐設計的方法來提高微波烘焙產品的品質進行了研究。本文首先介紹微波加熱的基本原理;其次，討論微波加熱的優缺點;然后，介紹微波對主要烘焙成分的影響;最后，概括總結具體烘焙產品，如面包、蛋糕和餅干品質改善的最新動態。

1、微波烘焙原理

    烘焙是一個同時具有傳熱和傳質的復雜過程。在食品烘焙過程中，發生了大量的物理、化學及生化變化，它們包括淀粉凝膠化，蛋白質變性，二氧化碳從發酵物中釋放，體積膨脹，水分蒸發，外殼形成以及褐變反應等。

    在傳統烘焙中，熱量主要是通過熱媒對流和爐壁輻射傳送到產品表面進而到達中心。熱量利用速度和利用率、烤爐內的濕度水平和烘焙時間是影響烘焙產品最終品質的重要烘焙條件（Therdthai and Zhou, 2003）。與傳統烘焙不同的是，微波烘焙中食品周圍的空氣是室溫，并沒有被微波加熱，熱量是由于微波對食品中帶電荷的粒子以及極性分子的交互作用而產生的，產生的熱量通過食品材料傳導。由于熱量在食品內部迅速產生，微波爐內的加熱速度就非常快，所以就可能沒有足夠的時間保證烘焙反應充分完成，如在微波烘倍過程中，淀粉的凝膠化，淀粉的酶促變性，面團或面糊足夠的膨脹度，外殼形成，褐變以及面團或面糊最終形成堅硬的表殼結構等。動力反應，諸如淀粉凝膠化和褐變反應不僅取決于溫度，還取決于烘焙時間，因此，當烘焙時間減少時，確保凝膠和褐變反應充分完成是必要的，否則烘焙產品的品質就會降低。

    對于生面團的微波加熱，已經建立了傳熱傳質與熱量變化，以及傳濕特性與內部產生的熱量之間的一維數學模型。在采用對流烘焙時，傳質是伴隨著蒸發和濃縮同時進行的。水分在外殼和內屑中的運動可以用菲克原理來描述。在微波烘焙中，水分傳輸的驅動力是壓力梯度和壓縮作用。許多研究者的研究結果都表明微波加熱高含水量的食品時會產生很高的壓力。微波烘焙與傳統烘焙之間最大的不同在于微波爐不能形成棕褐色表面及外殼，這是由于微波爐內的空氣是環境溫度而不同于傳統烤箱中的空氣是被加熱的，因此，在微波爐中烘焙的食品表面達不到褐變反應所需要的溫度。

    介電特性和熱特性是影響食品微波加熱的物理性質。介電恃睦是指介電常數和損耗因數，而熱特性是指熱傳導率和比熱容。介電常數是衡量材料貯存微波能能力大小的尺度，而介電損耗因數是衡量材料將微波能轉化為熱能的能力大小的尺度。食品的介電特性取決于食品成分、溫度和頻率(Calay et al.，1995 )。對烘焙產品以及烘焙產品主要成分的介電特性及熱特性加以研究，將有助于更好地了解食品微波烘焙過程的加熱模式。

2、微波烘焙工藝與設備

    微波烘焙在工業中的應用是有限的。DCA食品企業開發了一種商業用面團醒發成型工序。在這套工序中，傳統的面團貯存器被直線微波輸送裝置所取代。這套醒發系統的優點是：縮短了醒發時間，便于過程控制，產品質量高，醒發均勻和設備衛生。該系統在2450MHZ頻率下運行，曾在美國、英國以及歐洲大陸使用，但現在已經沒有這種醒發系統了。

    在20世紀90年代初期，APV Baker開發了一種用于后烘焙的微波傳統烤爐，以替代無線電射頻（ RF）加熱（Bengtsson,  2001 ）。雖然P.F加熱具有降低水分活度的優點，但微波設備是更緊湊、更靈活、更先進的技術。因此，在烘焙及后烘焙加工領域，有微波和其他加熱方法結合代替RF加熱的趨勢。有報道稱在英國已有896 MHz頻率下工作的微波爐，用于烘焙生產面包屑。

    APV使用多媒爐，包括微波選項，作為加熱方法烘焙餅干，這種多媒聯合烘焙在烤箱內聯合使用傳統加熱和微波，它不僅有助于獲得傳統烘焙方法的高產品質量，同時還具有微波技術所擁有的烘焙時間短和利于過程控制的優點。在烘焙的初始階段，利用微波能夠較準確地控制餅干的組織結構，并可以及時調整最終的包裝堆棧高度。這項技術的優點是:烘焙加工中對風味、顏色和質地有突出的保持力，生產能力高，有效地解決了檢驗和控制系統中應對瞬時變化的問題。 

    1999年，通用電器公司（Louisville,KT,USA）生產了一種聯合利用微波加熱和鹵光燈加熱的Advantium'}"'烤爐，鹵光燈分別設置在爐的頂部和底部（圖7.I）。鹵光燈一微波聯合爐兼有鹵光燈加熱所產生的棕褐芭及松脆的優點和微波加熱節省時間的優點。鹵光燈所產生的近紅外輻射用來獲得產品表面的棕褐色并防止表面戮濕。

3、微波烘焙的優缺點

    與傳統的烘焙加工方法相比，微波烘焙產品的溫度上升速度快得多，因此，總的烘焙時間縮短，因而也就節省了能量。微波烘焙的另一個優點是，終端產品比傳統烘焙方法加工的產品含有更高的營養價值。除此之外，微波可以穿透面團，使a一淀粉酶失活，這導致了面包屑有豁性（Chamberlain,1973）。而且微波設備占據空間小。然而，微波烘焙產品有多方面的質量問題。烘焙時間短是產生許多問題的主要原因，因為整個烘焙反應需要較長的時間完成。在傳統烘焙中，較長的烘焙時間可以保證正常的理化變化順利完成，而短時的微波烘焙卻不總能使這些反應全部完成（Hegen-bert,1992）。微波烘焙產品品質較差的其他原因是：傳統加熱與微波加熱機理的不同以及產品內部各組分之間在微波能作用下特殊的相互作用（Goebel et al.1984）。據報道，微波烘焙面包品質較差的原因是：微波導致了面筋變化，并迅速產生了氣體和蒸汽，從而使淀粉沒有充分的凝膠化而造成的，（Yin and Walker,1995）?？捎^察到的微波烘焙產品的品質缺陷主要是:堅實而又粗糙的質地，老化快，產品表面顏色差而又無表殼，產品干燥（Sumnu, 20Q1）。質地堅實且粗糙是由于微波導致面筋變化，高直鏈淀粉在供焙過程中析出以及淀粉凝膠化不足造成的。在微波加熱過程中，特別是在像烘烤產品那樣低水分含量的媒介中，可以觀察到因翻拍不均而導致的與傳統方法截然不同的淀粉轉化模式。結果就形成了粗糙的質地及垂翻拍碎屑（allie ,1988）。至于微波烘焙產品為什么快速老化目前尚不清楚。與傳統供緒方法相比，在微波烘焙過程中，高直鏈淀粉的析出可能是微波再加熱面包（Hig}o }-`, ehi, 1987）和微波烘焙蛋糕（Seyhun, 2002）迅速老化的原因。大量的水分流失導致徽波供焙產品比傳統烘焙產品更干燥，研究表明微波烘焙面包和蛋糕比傳統烘焙方法供烤的失水更多（Sumnu et al.，1999;Seyhun et al.，2003;Keskin et al.，2004a）?；毡藘炔考訜嵩诋a品內部產生了很大的壓力梯度，這加速了水分從食品內部向表面移動（}tta, 1990）。

   烘焙產品的褐變反應是由于產品中含氮或蛋白質的糖類物質形成類似蛋白黑素類化合物的結果，褐變反應大約在i60℃開始（Matz,1960）。當果糖、麥芽糖和葡萄糖被加熱到171℃時，分子結合成一種被稱作怡糖的有色物質。在微波烘焙中，食品相當低的表面溫度和環境溫度無法使褐變反應發生。此外，在微波爐中，從食物中蒸發的水分子直接和產品周圍的冷空氣作用而冷凝，這阻止了褐變和脆化反應（Schiffmann ,1994）。在此情況下，面制品經過烘焙后，并非烤制成我們所期望的松脆而具有褐色的產品，而是戮濕的產品。當經過長時間加熱時，它們變得干燥易碎卻沒有褐色。褐色表面是通過高溫脫水過程而導致的美拉德反應和糖的焦化而獲得的（Burea et aL，1987 ）。此外，處理時間對于這些褐變反應完成也是必要的。褐變反應的動力學速度常數隨著溫度的升高（Ibarz et al.，2000）和水分含量的降低（Moyano et al.，2002）而增加。微波烘焙產品同樣也缺乏褐變反應所產生的香味。微波烘焙蛋糕的香味分布圖表明，其香味與奶油面糊相似，缺乏傳統烘焙產品所具有的堅果、褐變及怡糖等許多類型的香氣成分（Whorton and Reineccius , 1990）。在微波烘焙過程中，個別香味成分通過蒸餾而損失掉，有些香味成分被淀粉和蛋白質束縛或化學降解。外殼也對香味的流失有屏障作用（Elasson and L.arsson , 1993），由于微波烘焙產品沒有外殼，香味很容易從產品中釋放出來。通過改變配方設計可以降低混合物的揮發性，從而在微波烘焙過程中將香味損失降到最低。這可以通過添加油相或增加含油量來實現（Yaylayan and Roberts ,2001）。香味物質可膠囊化以降低香氣成分的揮發（Whorton and Reineecius ,  1990）。在微波烘焙蛋糕的過程中，不希望保留的風味，像面粉和雞蛋味，卻得到強化?？梢酝ㄟ^添加香味劑來掩蓋這些不良風味，以獲得和傳統烘焙蛋糕相似的風味。

    由于用微波爐烘焙的產品具有較差的品質，提高其產品質量則成為了食品工藝師們的一個挑戰。因此，充分了解微波對烘焙產品主要成分，如淀粉、面筋等的影響，將對改善這些產品的質量起到非常重要的作用。

4、微波與烘焙食品主要成分的交互作用

    微波與食品材料的交互作用很大程度上取決于食品材料的介電性。為了正確理解微波烘焙過程中的加熱模式，了解食品材料的介電性是咔分必要的。水是最重要的偶極子組分，而鹽、脂肪和蛋白質也充當介電成分（Decerean and Petersen, 1986; Mudgett,986）。

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