芒果浆与芒果蜜的物性表征及其在微波与传统热加工中的温度相关性研究

本研究针对芒果(Palmer品种)浆与蜜在热加工过程中物性数据缺失的问题，系统测定了其热物理、流变、电导及介电特性，建立了温度相关模型。成果为微波加热(915/2450 MHz)、欧姆加热等多物理场仿真提供了关键参数，揭示了介电损耗中离子传导与偶极转动的竞争机制，对优化液态食品连续流热加工工艺具有重要指导意义。

　　

热带水果芒果(Mangifera indica)因其独特风味广受喜爱，但季节性供应促使加工产品需求增长。传统热加工技术虽能保障食品安全，却易导致营养成分降解。微波加热作为新兴技术，具有快速体积加热优势，但存在加热不均匀的挑战。要实现精准的微波系统设计，必须掌握食品的介电特性(ε'/ε″)、热物理参数等多维度物性数据及其温度依赖性。

针对这一科学问题，来自圣保罗的研究团队在《Measurement: Food》发表了关于Palmer品种芒果浆与蜜的综合性物性研究。研究采用开放端同轴线技术(200-3000 MHz)、平行板流变仪、差示扫描量热仪(DSC)等手段，系统表征了样品在20-120°C温度区间的关键特性。

【关键技术方法】
研究团队制备了符合巴西标准的芒果浆(1.0 mm筛网均质)与蜜(40%浆+7%糖)。通过热重法测定密度(25-80°C)，同心圆筒法测导热系数(35-75°C)，DSC测比热容(5-95°C)，流变仪分析剪切稀化行为(20-80°C)，网络分析仪测定介电谱，并建立温度相关多项式模型。

【研究结果】
3.1 理化特性
实验室制备的芒果浆符合巴西NI n°37标准：总酸≥0.3g/100g(以柠檬酸计)，可溶性固形物≥11°Brix。商业蜜与实验室样品在pH(3.39-4.10)和灰分(0.06-0.28%)等方面存在显著差异(p<0.05)。

3.2 热物理性质
发现密度随温度呈二次方下降(25-80°C，R²

97%)，而导热系数(0.437-0.551 W/m·°C)与比热容(3.54-3.90 J/g·°C)呈线性增长。电导率在20-80°C区间线性上升，浆体(0.071-0.431 S/m)显著高于蜜(0.040-0.241 S/m)。

3.3 流变特性
幂律模型成功描述了两者的假塑性行为，稠度系数K服从Arrhenius关系(E_a,K
为4.52-7.14 kJ/mol)，流动指数n对温度呈线性响应(浆体n=0.24-0.31)。

3.4 介电特性
在915 MHz下，ε′从76.5(20°C)线性降至53.1(120°C)，ε″由12.3增至15.8；2450 MHz时ε″呈现先降后升趋势。穿透深度d_p
在915 MHz(20-73 mm)显著大于2450 MHz(10-25 mm)，且前者随温度升高而降低可能引发加热不均。离子传导对损耗因子的贡献在915 MHz可达60%。

【结论与意义】
该研究首次建立了Palmer芒果浆/蜜的全套物性温度模型，揭示了频率依赖的介电损耗机制转变规律。所获参数为微波连续流巴氏杀菌系统的多物理场建模(耦合电磁场、流体流动与传热)提供了关键输入，对优化芒果制品的热加工工艺、减少营养损失具有重要工程指导价值。特别值得注意的是，915 MHz频段穿透深度随温度降低的特性提示需要特别设计加热腔体结构以确保温度均匀性。这些发现不仅适用于微波加工，还可推广至脉冲电场(PEF)、欧姆加热等新兴食品加工技术的系统设计与优化。