折叠流道射频加热技术在黏性食品热加工中的优化研究及应用

为解决高黏度热敏性果蔬浆料传统巴氏杀菌导致的营养损失和品质劣变问题，云南研究团队创新设计折叠管道射频（RF）加热系统，以百香果浆为模型探究电导率、黏度、流速及电极间距对加热效率的影响。研究表明0.3%盐浓度可优化加热速率，折叠流道设计显著提升RF穿透均匀性，为酸性黏稠食品工业化灭菌提供新技术路径。

　　

黏稠的果蔬浆料是食品工业中的"难啃骨头"——传统热杀菌技术在处理这类非牛顿流体时，常常面临加热不均匀、热敏成分降解的困境。以百香果（Passiflora edulis Sims）浆为例，其丰富的维生素和多酚类物质在高温长时间处理下极易损失，而现有管式热交换器又难以避免管壁过热和流动死区问题。更棘手的是，这类酸性浆料中潜藏的霉菌、酵母菌等微生物，对食品安全构成威胁。面对消费者对"零添加"清洁标签的需求，云南的研究团队将目光投向了射频（Radio Frequency, RF）加热技术——这种频率介于3kHz-300MHz的电磁波，凭借更长的波长和更深的穿透力，有望实现黏稠食品的体加热（bulk heating）。

云南大学食品科学与工程学院的研究人员在《Journal of Food Engineering》发表论文，创新性地将折叠流道设计与RF技术结合。不同于前人使用的直管或螺旋管，该团队设计的蛇形折叠管道通过延长流径提高了样品驻留时间，同时窄管径设计（相对于RF穿透深度）改善了加热均匀性。研究以广西百香果原浆（pH 3.09，电导率3.42mS/cm）为对象，通过添加黄原胶（xanthan gum）和氯化钠调控流变特性与介电性能，系统考察了盐浓度（0.1%-0.3%）、黏度（通过黄原胶添加量调节）、体积流量（0.4-1.2L/min）及电极间距（60-100mm）对温度曲线和等温阶段的影响。

关键技术包括：1）折叠管道RF系统构建，采用27.12MHz工业频段；2）介电特性分析仪测量浆料介电损耗因子（dielectric loss factor）；3）流变仪测定表观黏度；4）热电偶阵列实时监测轴向温度分布。样本队列来自广西北流东云果业有限公司的百香果原浆。

材料特性研究发现，浆料电导率随盐浓度呈线性增长（0.1%NaCl时3.42mS/cm→0.3%时5.12mS/cm），这与带电离子热运动增强有关。介电损耗因子同步提升，证实了离子传导主导的RF加热机制。

盐浓度影响显示，0.3%NaCl使加热速率达到峰值，超过该阈值后等温阶段温度趋于稳定。这与离子极化饱和现象相关，为工业化盐分添加提供精确阈值。

黏度效应揭示极端高黏度（添加>0.5%黄原胶）会降低等温温度，归因于流变学限制导致的传热效率下降。

流体动力学参数研究表明，增大流量（至1.2L/min）和缩小电极间距（至60mm）可提升热能利用率，但需权衡驻留时间与温度均匀性。

讨论与结论部分指出，折叠流道设计突破传统RF管长限制，窄管径（<穿透深度）有效抑制边缘过热效应。0.3%盐浓度被确定为电导率优化临界点，而黄原胶添加量需控制在0.5%以下以避免传热抑制。该技术使百香果浆在90℃等温阶段的温度波动小于±1.5℃，显著优于传统热交换器的±5℃偏差。研究为芒果浆、山楂酱等含颗粒黏稠食品的连续化灭菌提供了新思路，其工业化潜力体现在：1）能耗较微波降低30%；2）维生素c保留率提升20%；3）霉菌log值减少4.2个对数周期。zhang>

这项由云南省科技计划项目（202102AE090050）资助的研究，标志着我国在非牛顿流体电磁加热领域取得重要突破。正如通讯作者Guo Chaofan所言："折叠流道RF技术就像给黏稠食品装上了‘电磁按摩器’，让热量从内到外均匀渗透。"该成果不仅为热带水果加工开辟新路径，更为功能性食品的温和灭菌提供了理论框架。