水果速凍和解凍新技術研究進展

魏思宇，陳 芳，朱雨辰

（中國農業大學食品科學與營養工程學院 國家果蔬加工工程技術研究中心 北京 100089）

我國水果資源豐富，是全球最大的水果生產國[1]。據統計，2020 年我國水果產量達28 692.4 萬t，出口額高達21.7 億美元，且呈現持續上漲的趨勢[2]。水果出口成為農民增加收入的重要途徑。水果含有豐富的水分，占鮮果質量的60%～95%[3-4]。其在運輸和貯存的過程中，極易發生萎蔫、腐爛、變質，失去食用價值。冷凍是常用的水果保存方式，能延長水果的保藏期，保留水果的汁液和可溶性營養物，可全年不間斷地為果汁、果醬、水果罐頭等水果加工產品提供原料[5-7]。

雖然冷凍可以延長保藏期，但是由于新鮮水果中自由水含量高，直接冷凍容易形成大冰晶，損傷細胞結構，造成冷凍水果的品質下降。滲透脫水預處理技術是常用的冷凍前保護措施，通過滲透壓差，除去水果中部分自由水。一方面可以減小冷凍時形成冰晶的數量和體積，起到保護細胞結構的作用[8]。另一方面，還有助于增加水果硬度，改善水果的外觀和口感，減少水果解凍時的汁液損失[9]。目前，已應用于芒果[10]、荔枝[11]、草莓[12]、獼猴桃[12]、蘋果[13]、櫻桃[8]等多種水果的冷凍保護。

水果中的自由水在細胞內的冷凍經過兩個過程：晶核形成和冰晶生長。在緩慢冷凍過程中，冰晶先在細胞外形成，同時細胞內的自由水往細胞外擴散，冰晶在細胞外生長變大[14]。大冰晶會對細胞結構造成嚴重的機械損傷[14-15]，破壞細胞壁、細胞膜的微觀結構，增加酶促褐變的發生，使水果的色澤發生不可逆的黑化或者變黃，同時還會導致解凍后水果硬度下降、質地變軟，大量營養物隨汁液流失[16]。速凍技術通過加快熱量傳遞，提高冷凍速率，減少水分遷移，使自由水在原有位置形成細小而均勻的冰晶，對細胞結構破壞小。在解凍后水果易于恢復原樣，維生素C、總酚和總花青素等營養物質損失小[17]。

解凍是冷凍的逆過程。溫度回升過程中，酶促褐變相關酶逐漸從低溫狀態恢復活性，且微生物活動也逐漸增強。目前，企業大多使用慢速解凍方法，如空氣自然解凍、靜水解凍、流水解凍等。這類解凍方法速率慢、耗時長，容易使水果在解凍過程中發生氧化褐變，增加被微生物污染的風險[18]。研究表明，溫度每升高5 ℉，大多數化學反應的速率加快20%～35%，某些惡化反應的速率甚至可能增加1～4 倍[19]。提高解凍效率，有助于減少劣變反應的發生?，F階段，已有高壓輔助解凍技術、超聲波輔助解凍技術、微波輔助解凍技術、脈沖電場解凍技術等多種新技術應用于水果解凍，旨在提升解凍效率，提高水果品質，使其盡可能恢復到凍結前的狀態。

本文從原理、應用和優、缺點3 個角度，綜述滲透脫水預處理、高壓輔助技術、超聲輔助技術、脈沖電場技術、微波輔助技術、磁場輔助技術在水果速凍和解凍中的應用，以期為水果速凍和解凍過程的優化提供新的思路。

1 滲透脫水預處理

水果冷凍及解凍過程中，冰晶對細胞結構的損傷以及褐變酶的作用，容易使水果發生褐變，引起顏色改變。漂燙[20]和護色劑[21]等預處理是果蔬中常用的預保護措施。漂燙雖能有效抑制多酚氧化酶和過氧化物酶活性，減少褐變發生，但容易使水果質地軟化[22]。二氧化硫是常用的護色劑，其護色效果雖好，但容易殘留危害消費者的健康[21]。滲透脫水技術是近年來使用較多的一種預保護措施，借助高滲溶液和水果之間的滲透壓差，使水果失去水分，增加可溶性固形物含量。利用滲透壓差，自由水從水果中流出，滲透液中的溶質進入水果。一方面，新鮮水果內部的水分含量降低，冷凍時冰晶的數量和體積隨之減小，減緩冰晶對水果結構的損傷[9]。另一方面，滲透劑的進入使水果的糖濃度增高，味道更甜，同時還能增加水果硬度、保護色澤、減少抗壞血酸和總酚等生物活性物質的損失[22-23]。

滲透脫水效果受到脫水時間、滲透液濃度、水果和滲透劑種類等多種因素影響。研究表明，滲透失水過程主要發生在前2 h[24]，滲透液質量分數為45%時，水果硬度保持良好[13]。Marani 等[24]發現在同一滲透液中，草莓、獼猴桃、梨和蘋果的脫水速率依次增加；在相同濃度下，大分子糖的脫水效果更好，而小分子糖的增固效果更好[24]。滲透劑的選擇不僅影響脫水速率，還直接關系到水果的感官品質。在水果滲透脫水過程中，最常用的脫水劑是糖，如蔗糖、麥芽糖、果糖、蜂蜜等（表1）。Konopacka 等[8]研究不同滲透劑對水果感官評價的影響，結果顯示：蔗糖、轉化糖（等量葡萄糖和果糖的混合物）和去酸果汁處理后的水果富有甜味，消費者接受程度更高；濃縮蘋果汁處理后水果的酸度增加；低聚果糖使水果的脆度增加；半乳糖山梨醇和山梨醇等多元醇雖然能增加水果的硬度，但消費者接受程度低，不適合用于水果的滲透脫水。

表1 常用滲透劑種類及特征Table 1 Types and characteristics of commonly used osmotic solutes

相比于漂燙和護色劑處理，滲透脫水具有顯著的優勢。首先，滲透脫水過程不發生相變，對水果結構的負面影響較??；其次，水分含量減少使得冷凍時間縮短，效率提高；再者，由于重量減輕，與冷凍、包裝、配送和存儲相關的成本降低。值得注意的是，長時間的滲透處理，容易造成水果中的營養成分滲出，細胞持水能力下降，組織孔隙率變化等不利影響。因此，最近的研究轉向了將滲透脫水和超聲、脈沖電場、高壓等新技術聯合使用[25-27]，以增加滲透脫水的速率，縮短時間，保障水果品質。未來的研究應更深入探究提高滲透脫水速率的方法，如尋找更有效的滲透劑、更高效的輔助滲透措施。此外，除了顏色、硬度、脫水和傳質速率等基礎指標之外，應更全面地考察脫水過程對細胞微觀結構、組織表面孔隙率、冷凍結晶過程和營養物溶出率等方面的影響。

2 速凍新技術

現階段，應用于水果冷凍過程的新技術主要有高壓輔助冷凍技術、超聲輔助冷凍技術、脈沖電場冷凍技術和磁場輔助冷凍技術，表2 簡單概述了每種技術的原理，優、缺點和應用。與傳統的冷凍技術相比，這些新技術的優勢主要體現在：1）減小冰晶體積，提高冷凍速率；2）保留冷凍水果在硬度、風味、滋味、營養物含量等方面的理化特性；3）抑制褐變酶活性，減少氧化褐變。

表2 水果速凍新技術Table 2 New techniques of fruit freezing

2.1 高壓輔助冷凍技術

高壓輔助冷凍技術是一種通過壓力改變冰晶的形成路徑和特性，減小形成冰晶體積的速凍技術。不同壓力和溫度下形成的冰相類型如圖1 所示[34]。常壓下，水結冰生成冰相I（密度0.92 g/cm3），體積膨脹易導致細胞膜破裂。高壓環境下，冰相I 會向冰相III～VI 轉變（冰相VI 密度1.31 g/cm3），此時形成冰晶的體積較小，冰晶對細胞的傷害也較小[35]，解凍時發生滴水損失和氧化褐變的概率降低?，F有研究表明，和鼓風冷凍、浸泡冷凍等傳統冷凍技術相比，高壓輔助冷凍可以更好地保護細胞的微觀結構[36-38]。施加200 MPa 的高壓后，不僅能加速冰晶形成，提高冷凍效率，還能較好地維持水果的原有結構，最大程度保留其中的營養物質[38]。

圖1 高壓下形成的冰相類型[34]Fig. 1 Ice phase types under high pressure[34]

高壓不僅會改變冷凍時形成冰晶的大小，還會改變酶活性。多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）是常見的與水果品質密切相關的內源性酶，PPO 會導致水果中的多酚發生氧化褐變，影響水果的感官品質[39]。高壓對酶活的改變，存在增強和抑制2 種狀態。300 MPa 是活化PPO 的關鍵轉折點，0.1～200 MPa 的低壓條件，不會顯著改變PPO的活性；當壓力達到300 MPa 時，高壓會誘導PPO活性增強，-20 ℃的低溫條件可以減緩高壓誘導的PPO 活性增強[40]。不 過，在Sulaiman 等[39]的報道中，600 MPa 的高壓處理5 min 可以使草莓中PPO失活率達35%，持續處理15 min 后失活率高達82%。高壓輔助冷凍時，除壓力和低溫條件會影響PPO 的活性外，水果的狀態也是重要的影響因素。在相同條件下冷凍30 d，果泥中PPO 活性增加為冷凍前的2 倍，而整果中PPO 活性下降為冷凍前的73%[39]。

目前，高壓輔助冷凍技術通常是先用高壓處理再速凍，借助壓力抑制樣品中微生物的活動和褐變酶的活性，延長水果的保質期?，F階段還較難實現高壓和冷凍的同步。首先，在0 ℃以下運行高壓設備，需要使用特殊鋼材和合適的壓力傳輸流體[41]。其次，還需要精確的監控，提高設備運行的質量和穩定性。此外，超高壓要求完全密封的環境，目前只能實現壓力實時監測，難以監測樣品中心的溫度數據，高壓過程中的傳熱、傳質研究成為一大難題。因此，后續研究的重點應放在超高壓設備的研制，降低設備成本和能耗，以及其輔助冷凍的動力學研究上。

2.2 超聲輔助冷凍技術

超聲波一般指頻率高于20 kHz 的聲波。超聲輔助冷凍是一種利用低頻超聲波，產生空化效應，促進冰核形成的速凍技術。超聲波傳播的過程中會形成空化氣泡，氣泡破裂時會產生極端高壓，達100 MPa[42]。這種壓力不僅可以誘導沒有形成晶核的溶液初步成核，還能將已成核的冰晶打碎為更細小的部分[43]（如圖2）。沒有破裂的空化氣泡，則會形成一股連續的微流，加速水果和外界環境之間的熱量交換，提高冷凍速率[44]。研究發現，0.078 W/cm2的超聲處理后，蘋果、梨和哈密瓜的冷凍相變時間分別縮短至21.67，21.33 s 和16.67 s，冷凍總時間分別縮短了21.72%，29.15%和44.39%[45]。在草莓中也發現了類似的結果，相比于直接冷凍的方法，超聲輔助冷凍所需時間更短[46]。在超聲處理的過程中注入二氧化碳，可以顯著降低冷凍時間和冰晶尺寸。二氧化碳和超聲聯合處理的樣品失水量顯著低于僅超聲處理的樣品，且聯合處理后樣品的質地性能也更高[47]。除了促進冰核形成，提高冷凍速率外，相比于傳統的冷凍方法，超聲處理能更好地保留速凍水果的理化特性[48-49]。Fan 等[50]采用滲透脫水和240 W 的超聲聯合處理獼猴桃，發現不僅能節約60%以上的冷凍時間，還能使獼猴桃的滴水損失減少近50%，硬度增加近1.5 倍，抗壞血酸含量和風味的保留效果好。不僅如此，獼猴桃的口感也得到顯著改善，酸味減弱，甜味增加。另外有研究發現超聲輔助冷凍還具有抑制多酚氧化酶和過氧化物酶活性的潛力[51]，不過在水果中的研究還較為少見。超聲的參數條件對冷凍效率有顯著影響。一般來說，超聲強度越高，冷凍效率越高。然而，隨著超聲強度的增加，引起的熱效應也增加，不利于冷凍。此外，超聲波的特性使得該技術更適用于結構致密的水果，因為樣品組織中的空洞會減弱超聲波在傳播過程中的有效性[52]。因此，未來的工作應該考慮對不同類型的水果進行工藝優化，以達到超聲強度和產生的熱效應之間的平衡。

圖2 超聲輔助冷凍的原理[43]Fig. 2 Principle of ultrasound assisted freezing[43]

2.3 脈沖電場冷凍技術

脈沖電場是一種使細胞膜發生電穿孔，增加其通透性，從而加速冷凍過程的技術。Wiktor 等[53]發現脈沖電場處理可以使蘋果冷凍的相變過程縮短33%，總凍結時間減少3.5%～17.2%。脈沖電場增加細胞膜通透性，縮短冷凍時間的同時，也會伴隨水果硬度下降、顏色改變等問題。對此，有學者提出加入冷凍保護劑，可以緩解細胞膜在冷凍過程中的損傷，提高冷凍效率的同時，保護水果的質地和顏色。Parniakov 等[54]發現，蘋果經800 V/cm的脈沖電場處理后，再浸入冷凍保護液（甘油溶液，20%），可以顯著改善蘋果的凍融過程，提升蘋果硬度。在另一項研究中發現，經過850 V/cm 的脈沖電場處理后，浸入冷凍保護劑（12%海藻糖和0.2%含抗凍蛋白的冬小麥提取物），草莓表皮層細胞的存活率升高，且顏色（紅色）保留率提高了30%[55]。這可能是因為脈沖電場處理增加了細胞膜的通透性，促進了冷凍保護劑的滲透，提高了冷凍保護效果。不過，脈沖電場技術對細胞膜的損傷是不可忽視的問題。不可逆性電穿孔會導致細胞膜永久性損傷，造成細胞死亡。有研究報道，在200 V/cm 的脈沖電場作用下，草莓會發生不可逆電穿孔，導致細胞活力完全喪失[12]。隨著脈沖電場處理強度的增加，細胞解體指數從0.2 提高到0.6，多酚和花青素的釋放量分別增加至8.0%和8.3%[56]。因此，要選擇合適的電場強度和持續時間，盡量減小脈沖電場對細胞結構的破壞。此外，在選擇冷凍保護劑時，除了考慮水果的安全性，還應充分考察其對水果風味和滋味產生的影響。

2.4 磁場輔助冷凍技術

磁場輔助冷凍技術是一種通過磁場作用于水分子，使其核外電子和原子核的自旋沿外部磁場方向排列，實現水果快速冷凍的技術。施加磁場后，水的導熱系數增加，冷空氣迅速從表面傳至食品內部。同時，氫核的振動消除了水結冰過程中的潛熱釋放，增加了水果的過冷程度（最低不結晶溫度），縮短了水結冰的相變區間[57]（如圖3），讓水果在短時間內實現快速且均勻的冷卻。此外，水分子的化學鍵會受到磁場影響，發生斷裂，變成體積更小的冰晶[57-59]。食品加工中普遍使用電磁線圈制造磁場，并根據冷凍要求調節電流大小改變磁場強度。磁場對冰晶的作用具有兩面性：抑制成核和加速結晶。研究發現，在-11 ℃的過冷水中，50 mT 的低強度振蕩磁場抑制冰成核，超過100 mT 的磁場強度則會導致結冰[60]。低強度磁場可以提高水果的過冷程度，抑制冰的成核，從根本上避免冰晶對細胞結構的破壞。韓馨儀等[61]發現，磁場處理可以有效降低葡萄的相變潛熱和結晶溫度，經磁感應強度4 mT，頻率80 Hz 的磁場處理后，葡萄的過冷度提高4.8 ℃，減緩凍害的發生。經過磁場處理的鮮切菠蘿，在-7 ℃左右的過冷狀態下，保質期可延長至14 d，且在微觀結構、質量損失和顏色變化等方面與新鮮菠蘿差異不大[62]。當環境溫度降低時，由于自由水長期處于過冷狀態，溫度均勻性高，冰晶的形成速率加快[63]。磁場類型和磁場強度是影響冰晶形成的兩大重要因素。對于磁場類型而言，研究發現施加交變磁場后，冷凍相變時間增加，總凍結時間延長；而永磁磁場相變時間的變化和磁場強度有關，在10 mT 的磁場下，相變時間最短[64]。對于磁場強度而言，當交變磁場強度為1.26 mT時，冰晶的平均尺寸可減小78%，磁場強度增加時，冰晶存在變大的趨勢[64]。除影響冰晶形成外，磁場還會影響水果的成熟度。在一項研究中發現，磁場的應用會降低番茄在成熟過程中的呼吸速率，減少番茄中的酸含量，增加還原糖和胡蘿卜素含量[65]。

圖3 磁場輔助冷凍原理[56]Fig. 3 Principle of magnetic field assisted freezing[56]

現階段，磁場輔助冷凍技術在葡萄[61]、菠蘿[62]、櫻桃[64]、藍莓[66]、芒果[67]、哈密瓜[68]等多種水果中有廣泛應用。該技術具有對細胞結構破壞小、對水果原有特性保護好、成本較低等優點。然而，電磁線圈與交變磁場產生的熱效應，會不利于水果的凍結[66]。因此，需要謹慎選擇磁場強度，并保證外加磁場清潔無污染。另外，離開外磁場后，水果中的磁場效應是否保留，是否需要在冷凍儲存過程中繼續施加磁場，還需要更多的研究驗證，以保證該技術在水果冷凍保鮮中的應用效果。

3 解凍新技術

目前，應用于水果解凍過程的新技術主要有高壓輔助解凍技術、超聲輔助解凍技術、脈沖電場解凍技術和微波輔助解凍技術，表3 簡單概述了每種技術提高解凍速率的原理，優、缺點和應用的水果類型。和傳統的解凍技術相比，這些新技術的優勢主要體現在：1）提高解凍速率，減少解凍時間；2）改善水果解凍過程中硬度下降，滴水損失嚴重，風味惡化，營養物含量減少等品質問題；3）抑制褐變酶活性，減少顏色劣變；4）抑制微生物活動，杜絕微生物污染。

表3 水果解凍新技術Table 3 New techniques of fruit thawing

3.1 高壓輔助解凍技術

高壓輔助解凍是一種通過降低自由水的相變溫度，加快熱量傳遞的快速解凍技術。在210 MPa的高壓下，水的相變溫度降至-21 ℃，樣品和熱源之間的溫度差增大，熱量傳遞速率加快，解凍過程加速完成[69]（圖4）。早在1996 年高壓輔助解凍技術就被應用于草莓的解凍[70]。和傳統的解凍方法相比，該技術在節約解凍時間上具有顯著優勢。Ben Haj Said 等[71]發現對蘋果施加0.2 MPa 的壓力后，解凍時間從588 min 減少到42 min，汁液損失率從12%減少至1.6%。Peng 等[72]對比室溫空氣解凍和高壓輔助解凍時，發現施加100 MPa 的壓力后，芒果的解凍時間由28 min 減少至不到1 min。除提高解凍效率外，高壓處理還能有效阻止微生物污染。在300 MPa/15 min、400 MPa/5 min、500 MPa/2.5 min 和600 MPa/1 min 的高壓處理條件下，可以完全殺滅芒果漿中的酵母、霉菌和需氧細菌[73]。在400 MPa 的壓力下持續處理5 min，柿子的酵母和霉菌數量減少，貨架期延長[74]。然而，高壓處理對酶的抑制作用還需要進一步探究。有研究指出，在600 MPa 的壓力下保持5 min，當草莓中心溫度從34 ℃升高到71 ℃時，PPO 殘余活性降低到9%[40]；在常壓下直接70 ℃處理5 min，草莓中PPO 殘余活性幾乎為0。在高壓處理伴隨溫度升高的過程中，究竟是壓力因素還是熱處理因素，對PPO 酶活性影響更大，還需要更多的試驗驗證。若熱處理因素占主導，那么采用溫和熱處理代替高壓，抑制水果中褐變酶的活性，是一種更高效且經濟的手段。

圖4 高壓輔助解凍的原理[69]Fig. 4 Principle of high pressure assisted thawing[69]

圖5 超聲輔助解凍的原理[77]Fig. 5 Principle of ultrasound assisted thawing[77]

研究發現，高壓輔助解凍技術不適用于孔隙度高、結構易被破壞的水果，如草莓[9]、藍莓[75]等。在高壓解凍草莓[9]、芒果[72]和哈密瓜[76]等水果的報道中均發現，直接輔以高壓容易破壞細胞結構，引起嚴重的滴水損失，且伴隨維生素C 等營養物含量下降和水果顏色劣變。對此，有研究指出在冷凍之前增加滲透脫水前處理，可以有效改善水果硬度下降的問題。Konyole 等[77]在冷凍前用果膠甲酯酶和氯化鈣溶液浸泡草莓，再采用200 MPa 的高壓輔助解凍后，草莓的硬度比常規解凍組高1/3。另外，該技術的設備成本和能源成本較高，使其在應用時受限于高附加值的水果，難以在多種水果中推廣。

3.2 超聲輔助解凍技術

超聲輔助解凍是一種通過縮短冰點的相變時間，實現快速解凍的技術。通過調節超聲波的頻率與強度，可以將超聲波衰減產生的熱效應穩定在冰點附近，避免解凍組織內部產生局部高溫，實現快速而穩定的解凍[78]。對于含有蠟涂層的水果，如藍莓[79]，超聲處理可以增加細胞膜表面的孔隙率，促進熱量傳遞，且不會破壞細胞膜的完整性。研究顯示，超聲輔助解凍技術的相變時間僅為浸水解凍的一半，總解凍時間約是浸水解凍的55%[80]。在營養成分保留上，超聲輔助解凍也具有顯著優勢。比較微波解凍、水浴解凍、空氣解凍和超聲波解凍4 種方法，結果發現超聲波解凍對草莓中的花色苷破壞作用最小[81]。不僅如此，超聲處理還能增強芒果汁的抗氧化活性，在感官評價中更受青睞[82]。超聲解凍時將水果浸漬在糖溶液中，能更好地保留水果中的營養成分。以花青素和總固體含量為評價指標，對比超聲輔助水浸解凍和超聲輔助糖浸解凍藍莓中的營養成分，發現糖浸組的藍莓花青素含量和總固體含量更高，且在感官評價中消費者接受度呈現增加趨勢。超聲強度是超聲輔助解凍技術的關鍵參數。Liu 等[83]研究了不同超聲強度下解凍芒果的感官和營養特性，發現隨著超聲強度從0.074 W/mL 增加到0.123 W/mL，解凍時間比靜水解凍減少了16%～64%，且超聲處理使沒食子酸、羥基苯甲酸和咖啡酸等酚酸含量增加。然而，過高的超聲強度（0.123 W/mL）容易使芒果的黏度增加，茴香醇、壬醛、葎烯、二甲基硫和甲苯等不利于芒果風味的揮發性成分含量增加，導致芒果發生質地劣變和香氣惡化。這可能是因為超聲過程容易產生溶解氧和自由基，再加上產生的熱效應，容易使水果中的營養物氧化劣變。因此，在應用超聲輔助解凍水果時，應針對不同種類的水果優化超聲波的強度和頻率。一方面可以避免水果品質發生劣變，另一方面也能防止超聲波強度較高，頻率較低（<100 kHz），難以通過水果傳輸[84]。

3.3 脈沖電場解凍技術

脈沖電場解凍技術是一種利用電場增加細胞膜通透性，從而加快熱量傳遞的快速解凍技術。脈沖電場處理可以使蘋果的總解凍時間縮短71.5%，且經過10 次3 000 V/cm 脈沖處理后蘋果的汁液損失率僅1.6%，顯著低于空氣自然解凍的樣品[53]。不僅如此，脈沖電場技術還能有效殺滅水果中的微生物，滅菌所需時間僅0.75 ms[85]。高強度脈沖電場（35 kV/cm，1.7 ms）與抗菌劑聯合作用，能使西瓜中大腸埃希菌O157：H7、腸炎沙門氏菌和單核細胞增生李斯特菌均減少5 個以上的對數循環[86]。此外，脈沖電場處理還有改變酶活性的潛力。在電場強度30 kV/cm、脈沖頻率600 Hz 的條件下處理5 ms，葡萄汁中PPO 失活率可達100%[87]。PPO 活性受電場強度、脈沖頻率、脈沖寬度和處理時間等因素影響，其中，處理時間影響最大，脈沖寬度影響最小[87]。脈沖電場技術對細胞膜的破壞，決定了該技術不適合用于整果解凍，更適合用于果汁、果醬等液體樣品的解凍。雖然脈沖電場技術在提高解凍效率、減少微生物數量和抑制酶活性方面具有優勢，但要確保施加的電場強度和持續時間不會過度，對細胞造成不可逆損傷。

3.4 微波輔助解凍技術

微波輔助解凍技術是一種利用微波的穿透性，使水果中的水分子劇烈運動產生大量熱能的快速解凍技術[88]。在藍莓[89]、芒果[90]、荔枝[91]、哈密瓜[92]、樹莓[93]、桑葚[94]、草莓[95]、蘋果[96]等多種水果中有廣泛應用，是現階段應用最多的水果解凍新技術（表4）。500 W 是微波輔助解凍最常用的功率[89，92，97]。Liu 等[98]的研究表明，和傳統的解凍方法相比，微波解凍的速率更快、所需時間更短。比較室溫解凍、流水解凍、微波解凍和高壓解凍4 種解凍方式，發現微波和高壓解凍時間比傳統解凍方法短，而高壓解凍水果容易造成嚴重的滴水損失，微波解凍對水果質地、顏色和營養成分的影響與功率有關。Wen 等[92]研究了微波解凍功率對哈密瓜的影響，結果顯示，當微波解凍功率為500 W時，抗壞血酸的保留效果最好；增加到700 W 時，雖可以減少水果在解凍時發生的滴水損失、組織損傷和氧化褐變，但抗壞血酸損失嚴重。微波解凍藍莓的pH 值、可溶性固形物和可滴定酸含量與新鮮藍莓差異不顯著，且對花色苷的保留效果好，單體花色苷檢出數量多、總花色苷含量高[89]。簡言之，該技術所需的設備成本相對較低，操作簡單方便，解凍速率快，對水果的質地、顏色、營養成分保留好，可推廣性強。不過，水比冰更易吸收微波能，在解凍時容易出現局部過熱[88]，導致水果糊化。因此，要控制微波的頻率、功率、流量和加熱時間等，避免局部過熱現象發生。此外，水果自身特性也會影響微波輔助解凍的效果，體積較大且耐熱性差的水果不適用于微波解凍。

表4 微波輔助解凍技術在水果中的應用Table 4 Application of microwave assisted thawing techniques in fruits

4 討論與展望

速凍和解凍新技術的應用，有助于減小冷凍對水果細胞結構的損傷，減少解凍過程的滴水損失、酶促褐變和微生物污染，從而起到保持水果硬度、色澤、風味和營養成分的作用。雖然新技術的應用已取得較大進展，但仍然存在幾點不足。

其一，基礎理論研究還有待完善。在冷凍過程中，冷凍傳熱和冰晶成核生長的模型還未建立。冰晶除了會影響細胞結構外，還會對微生物種類和數量、酶空間構象和生物活性、水果的質構和組織纖維化等產生影響。其次，新技術作用的持續性還有待考量，在撤除外力作用（高壓、磁場、脈沖電場等）后，對冰晶產生的作用效果是否依然存在，還需進一步研究。另外，在復雜的食品體系中，水是以不同形式存在的，如生物大分子中的結合水，細胞膜上的吸附水，離子周圍的集聚水等。這些束縛水的性質與自由水區別很大，在冷凍和解凍過程中的變化規律也與自由水存在差異。就目前工作而言，束縛水的熱物理性質還不能直接測出，也很難通過模型計算獲得，因而也制約了水傳熱過程的研究。再者，新技術帶來的熱效應也是不容忽視的問題。然而，如何評估這個熱效應，并且綜合考量其對冷凍和解凍過程的影響，目前還尚未發現相關的報道。

其二，不同技術協同組合的研究還有待開展。每種新技術雖都具備不可替代的優勢，但同時也有難以避免的缺陷。對于水分含量過高，且硬度較低的水果，如漿果類，單獨使用高壓輔助技術，會導致水果硬度明顯下降。在結合滲透脫水技術后，二者協同作用，不僅能除去水果中部分自由水，提高速凍和解凍效率，還能有效增加水果的硬度和耐壓性，保持水果結構的完整性。單獨使用脈沖電場技術容易使細胞發生電穿孔，引起不可逆損傷。在加入冷凍保護劑后，脈沖電場能促進保護劑的均勻分布和細胞吸收，增強保護劑對水果的保護作用。此外，現階段的研究存在一定的割裂性，單獨研究滲透脫水、速凍和解凍新技術，而實際上冷凍前處理-冷凍-解凍是一個連續的過程，不同處理會協同影響水果的品質。要獲得適合工業化生產的最優水果品質，需要開展全過程研究。

其三，冷凍產業鏈還處于斷鏈階段，尚未發展形成完整閉環。冷凍食品的質量優化并不局限于冷凍技術這一環節，冷凍保護劑的選擇與使用、設備的研制與改進、與設備或冷凍條件配套的包裝材料、冷鏈運輸與儲存、解凍過程的品質控制等，均是影響冷凍食品品質的關鍵因素。此外，新技術的設備成本普遍較高，限制了其在實際生產過程中的應用。冷凍工業是食品行業的重要支柱，在水果、蔬菜、肉類、水產品等食品中均有涉及。優化冷鏈的每一環節，保證冷凍食品的安全性和營養價值，降低冷凍投入的成本，是實際應用的重要前提。