《Journal of Food Engineering》：Scale-dependent microwave heating of comminuted meat: Roles of pore structure and component interactions
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•斩拌重塑了颗粒大小、形状、孔隙和成分分布。•大颗粒多孔系统降低了有效 ε′′ 和微波吸收。•减小颗粒尺寸提高了介电连续性和加热均匀性。•蛋白质溶解促进了细颗粒的均匀性和吸收能力。•主导微波加热机制随结构尺度而变化。引言微波被广泛认为是食品工业中一种高效的热处理技术，因其加热
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斩拌重塑了颗粒大小、形状、孔隙和成分分布。
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大颗粒多孔系统降低了有效 ε′′ 和微波吸收。
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减小颗粒尺寸提高了介电连续性和加热均匀性。
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蛋白质溶解促进了细颗粒的均匀性和吸收能力。
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主导微波加热机制随结构尺度而变化。
引言
微波被广泛认为是食品工业中一种高效的热处理技术，因其加热速率快、能源效率高以及加热过程易于控制 (Vadivambal and Jayas, 2010; Yang et al., 2026)。这些优势促进了其在干燥、巴氏杀菌和再加热等各种操作中的应用 (Gezahegn et al., 2021; Tang, 2015)。然而，受电场分布影响，不均匀加热现象经常在微波辐照下的食品材料中发生，例如形成热点和冷点、边缘和角落局部过热，甚至热失控 (Auksornsri et al., 2018)。这种不均匀加热不仅导致最终产品的质量异质性，还引起了微生物安全方面的担忧。因此，这些限制阻碍了微波加热在烹饪过程中的更广泛应用，特别是在从生食到全熟食品的转变过程中 (Jiang et al., 2018)。
肉制品是全球最重要的富含蛋白质的食品之一，形式多样 (Oppen et al., 2022)。加工肉制品包括整块肉切制，如牛排和鱼排，以及斩拌制品，包括汉堡、香肠、肉糊和肉 loaf，被消费者广泛接受 (Giménez-Ribes et al., 2024)。通常，肌肉肉是一种非均质和各向异性的多相系统，主要由水、具有取向结构的肌原纤维蛋白、结缔组织和脂肪组成 (Oppen et al., 2024)。在加工过程中，研磨、剪切和斩切等操作逐渐破坏天然肌肉结构，将具有连续纤维网络的整块肉转化为由不同大小和形状的颗粒以堆叠形式组成的颗粒系统 (Oppen et al., 2022)。因此，这些过程伴随着多孔基质内部空间组织的显著变化，由颗粒大小、形态、堆叠包装行为和剪切强度等因素驱动 (Oppen et al., 2022)。同时，机械力诱导的肌肉纤维裂解和蛋白质释放可能重新分配和重新排列水、蛋白质和脂肪相，从而改变持水状态和其他组分间的相互作用 (Tyszkiewicz et al., 1997)。总的来说，这些结构和成分的演变可能显著增加加工肉制品中微波加热行为的复杂性。
从微波加热的角度来看，这些演变值得注意，因为它们可能改变电磁特性，如介电特性、穿透深度、反射损耗和阻抗匹配，从而影响材料内的微波吸收和能量转换 (Llave et al., 2016; Renshaw et al., 2021)。多孔食品和材料系统的证据表明，孔隙结构、颗粒几何形状、结构尺度和成分分布可能显著影响电磁响应和微波加热行为 (Shen et al., 2022; Yang et al., 2022; Yin et al., 2026)。首先，填充颗粒内的孔隙结构在加热均匀性中起着至关重要的作用 (Yang et al., 2022)。Shen 等人 (2022) 报告称，堆叠发芽糙米的较低床层孔隙率提高了微波加热均匀性。此外，颗粒的形态结构被认为与微波场的分布有关。Ye 等人 (2021) 总结了固体样品形状对加热均匀性的影响，得出结论认为在形状上接近各向同性的圆形样品表现出最好的加热均匀性。Abea 等人 (2025) 建议，结合各向异性和孔隙率的经验拓扑相关参数对于准确模拟多孔水稻系统中的微波行为至关重要。此外，食品和材料系统之前的研究表明，从厘米到微米尺度的结构演变可能显著影响微波吸收和能量转换效率 (Ellison et al., 2026; Li et al., 2023; Yin et al., 2026)。同时，由于水、脂肪和空气的介电特性存在巨大差异，过程中成分的释放和重新排列可能会影响非均质系统的整体介电响应 (Bhattacharya and Basak, 2017; Rakesh et al., 2009; Ryyn?nen et al., 2004)。然而，在复杂的孔隙食品系统中，如斩拌肉制品，识别控制不同斩拌程度下微波加热的主导因素极具挑战性。尽管如此，阐明加工强度与微波能量匹配之间的关系将加深人们对微波与非均质肉系统之间相互作用的理解。
在本研究中，选择鸡胸肉作为模型系统，系统研究斩拌程度对微波加热行为的影响。应用不同孔径的绞肉机进行粗磨和不同剪切时间的细斩，以产生具有不同结构尺度的肉系统。表征了微波加热性能和电磁响应，并进一步评估了由斩拌引起的结构和成分变化。本研究旨在识别不同尺度下控制微波 - 材料相互作用的主导因素，从而为优化肉制品中的微波加热过程提供理论依据。
章节摘要
绞肉样品的制备
选择鸡胸肉作为原料，因为其脂肪和结缔组织含量低。新鲜鸡胸肉来自肉鸡 (2.5-3.0 kg, 42 日龄)，并从当地供应商 (Sushi 食品公司，江苏，中国) 在购买死后 48 小时内获得。加工前，从鸡胸肉中仔细修剪所有可见的结缔组织和多余脂肪，并沿肌肉纤维的主方向切割厚部分以供使用。不同
颗粒大小和形态特征
分析了制备的绞肉样品的颗粒大小和形态特征，结果和原始数据分别显示在图 1 和补充表 1 中。对于粗斩拌组，随着绞肉机孔径的减小，颗粒大小减小，d90 从 5.91 降至 3.12 mm，d50 从 1.68 降至 1.26 mm。同时，颗粒大小分布的跨度 (z) 对于 G1 (3.29) 比其它组 (2.28-2.49) 更宽，
结论
在本研究中，系统研究了鸡胸肉系统中斩拌引起的结构和成分演变、电磁响应和微波加热行为之间的关系。结果表明，斩拌程度显著影响微波加热性能，控制加热行为的主导因素随颗粒特性而变化。在粗斩拌系统中，加热速率和温度均匀性强烈
CRediT 作者贡献声明
陶远: 写作 - 审阅和编辑，方法论。 龚文金: 写作 - 原始草稿，可视化，概念化。 陈兴: 写作 - 审阅和编辑，可视化，监督，项目管理。 Paulo Cezar Bastianello Campagnol: 写作 - 审阅和编辑。 樊大铭: 写作 - 审阅和编辑，监督，项目管理，概念化。 张娜娜: 写作 - 审阅和编辑。 陈威: 监督，项目管理。 焦西栋: 写作 - 审阅和
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。
致谢
这项工作得到了《国家“十四五”重点研发计划项目》[2023YFD2100800]、《国家自然科学基金》 (32572604) 和《中央高校基本科研业务费》 (JUSRP202603015) 的支持。
龚文金 | 陈兴 | 陶远 | 王思佳 | 胡健 | 焦西栋 | 严博文 | 张娜娜 | 陈威 | Paulo Cezar Bastianello Campagnol | 樊大铭
