趙孔雙*，劉 媛

（北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，北京 100875）

人們除了關(guān)注食品質(zhì)量（對(duì)健康無危害和應(yīng)有的營養(yǎng)）外，還關(guān)注其質(zhì)地（通過咀嚼，硬度/脆度等感知的觸覺）、感官性質(zhì)（視覺、嗅覺、味覺等）和功能性等，因此食品性質(zhì)和加工性的質(zhì)量檢控非常重要[1]。目前，食品質(zhì)量分析方法主要為感官檢驗(yàn)法和化學(xué)分析法[2]，前者簡(jiǎn)單直接但不確定性較大；后者雖然可以準(zhǔn)確確定組分及含量，但是樣品前處理復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)。隨著消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量要求的不斷提高，以及近年偽劣食品乃至造假現(xiàn)象的逐年增多，一些快速、可靠、無損的物理方法不斷地被開發(fā)出來，它們大多基于聲學(xué)、核磁共振、衍射、光學(xué)和電學(xué)原理建立[1]。光學(xué)方法可提供食品顏色、形狀、大小和表面缺陷等信息[3]；聲學(xué)方法則能確定食品的硬度/脆度、味道和內(nèi)部缺陷[4-5]；核磁共振可對(duì)食物的組分進(jìn)行定量/半定量化[1]。

介電弛豫譜，簡(jiǎn)稱介電譜（dielectric spectroscopy，DS），該方法雖然得到物質(zhì)的信息和參數(shù)是宏觀的，但因其為無損檢測(cè)，且具有測(cè)量快、對(duì)樣品無苛刻要求等特點(diǎn)，很早就用到了食品和農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域[6]。近幾十年來DS技術(shù)在對(duì)固體和液體食品相關(guān)的研究非常多[7-8]。比較典型的有：水果的可溶性固形物含量和成熟度檢測(cè)[9-10]，肉類、水產(chǎn)品及奶制品的組分和鮮度檢測(cè)[11-14]及制備過程中在線監(jiān)測(cè)[15]，食用油及酒類品質(zhì)檢測(cè)和評(píng)估[16-20]等。在這些研究中，通過檢測(cè)各種材料在不同條件下的介電響應(yīng)，獲得材料受電場(chǎng)頻率、溫度、濕度、含水量以及結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分影響的介電性質(zhì)和豐富的物理化學(xué)性質(zhì)。而食品的物理/化學(xué)性質(zhì)決定其商業(yè)、營養(yǎng)、香氣和質(zhì)量?jī)r(jià)值[8,21]，因此食品的介電研究還可提供食品的分子結(jié)構(gòu)和質(zhì)量參數(shù)等有助于消費(fèi)者選擇的信息。目前，DS方法在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為介電加熱（包括射頻和微波加熱）和食品質(zhì)量檢測(cè)兩個(gè)方面。限于篇幅，本文聚焦于后者的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)給予展望。

1 介電譜方法

DS方法指的是測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)隨頻率（通常的頻率窗口從射頻（約3 kHz～300 MHz）到微波（約300 MHz～300 GHz））或溫度變化的技術(shù)，以及對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析。對(duì)物質(zhì)施加一個(gè)交變電場(chǎng)E（t），物質(zhì)在E的作用下產(chǎn)生極化，極化強(qiáng)度P（t）（P＝（ε-1）·ε*（ω））（式（1））通過測(cè)量頻率依存的復(fù)介電常數(shù)ε*（ω）（式（2））獲得。

式中：P∞包括了所有產(chǎn)生于誘導(dǎo)極化的貢獻(xiàn)；ε（t）表示時(shí)間依存的介電函數(shù)；ε*表示復(fù)介電常數(shù)；相對(duì)介電常數(shù)ε＝C/C0（C0和C分別表示真空下的電容和插入物質(zhì)后的電容），代表材料儲(chǔ)存電磁能的能力；j＝（-1）1/2；ε’’表示損耗因子（介電損失），代表電磁能以熱能被耗散和角頻率）；κ＝ωε0ε’’，其表示電導(dǎo)率／（S/m）；ε0表示真空介電常數(shù)（8.854 2×10-12F/m）。

圖1示意的是寬頻DS的頻率范圍和相應(yīng)頻率段的主要弛豫機(jī)制，結(jié)合弛豫機(jī)制和介電參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解析，可摘取研究物質(zhì)內(nèi)部的各種信息[22]。

圖1 寬頻DS頻率范圍內(nèi)主要的弛豫機(jī)制[23]Fig. 1 Major relaxation mechanisms in the frequency range of broadband dielectric spectroscopy[23]

1.1 介電加熱

介電加熱（射頻加熱和微波加熱）是將材料放置在射頻或微波段的交變電場(chǎng)中，材料中離子遷移或偶極子取向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”，致使材料溫度升高。在電場(chǎng)強(qiáng)度E/（V/m）下，食品中轉(zhuǎn)換的熱能與介電損失ε’’成正比，溫度增加ΔT/（℃）產(chǎn)生的熱能P/（W/m3）可以用式（3）計(jì)算。

式中：ρ和Cp分別表示食品材料的密度/（kg/m3）和比熱容/（J/（kg·℃））；t表示加熱時(shí)間/s。介電損失ε’’包含偶極極化（εd”）和離子電導(dǎo)的貢獻(xiàn)（εδ”），具體計(jì)算見式（4）。

此外，在介電加熱中還有一個(gè)表示電磁能對(duì)材料穿透能力的參數(shù)——穿透深度/（Dp/m），它表示進(jìn)入材料內(nèi)部的某頻率的電磁能強(qiáng)度（振幅）減弱到它在表層值的1/e時(shí)的距離，是評(píng)估加熱均勻性和設(shè)計(jì)電磁加熱設(shè)備的重要參數(shù)，Dp作為電場(chǎng)頻率和材料介電性質(zhì)的函數(shù)，可由式（5）表示[24]。

式中：c0表示真空中的光速（3.0×108m/s）。

1.2 介電性質(zhì)測(cè)定

圖2 不同測(cè)量技術(shù)對(duì)各類食品的適用頻率范圍[22,27]Fig. 2 Frequency range of different measurement techniques for various foods[22,27]

材料的介電性質(zhì)可以通過不同的方法測(cè)定，如平行板電容法、同軸探針法、傳輸線法、諧振法等，每種方法/技術(shù)都有其特有的優(yōu)勢(shì)也有其局限，其選擇取決于材料的本質(zhì)、頻率范圍以及設(shè)備的成本等。圖2表示目前測(cè)量各類食品所主要采用的測(cè)量技術(shù)及其頻率范圍[25-26]，其中比較常用到的是同軸探針法、平行板電容法和諧振法。一般情況下，對(duì)特定材料的測(cè)量只需一個(gè)較小的頻率范圍（幾個(gè)數(shù)量級(jí)）就足夠了。

2 介電性質(zhì)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 介電加熱

介電加熱因具有快速整體加熱、降低表面溫度等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中達(dá)數(shù)十年之久[28-29]。食品的射頻和微波加熱主要集中應(yīng)用在開發(fā)先進(jìn)的烹飪、殺菌、解凍、滅蟲、干燥等技術(shù)，以及為食品加工確定適合的物料厚度（與穿透深度Dp有關(guān)）上[30-31]，還有很多研究則側(cè)重于含水量、滲透脫水、頻率、密度、溫度等對(duì)各種食品在介電加熱過程中的介電性質(zhì)及穿透深度的影響。表1總結(jié)了近十幾年來介電加熱在各類主要食品中的研究，結(jié)果顯示射頻段的穿透深度比微波段的大。在加熱機(jī)制上，射頻段的加熱主要是離子電導(dǎo)，而微波段的則是偶極極化（圖1）[32]，但無論哪種機(jī)制，溫度、含水量、密度與介電性質(zhì)都有一定的相關(guān)性。

表1 不同食材和目的的介電加熱效果Table 1 Dielectric heating effects for different food materials and purposes

某些材料（如蔬菜粉）的介電常數(shù)和損耗因子都會(huì)隨溫度和含水量的升高而增大；而隨著壓實(shí)密度的增大而出現(xiàn)極值[41]。因此，改變溫度、食材的含水量和密度都可調(diào)控其介電性質(zhì)，從而控制食品的介電加熱。但因大部分天然食材的內(nèi)部構(gòu)造的非均一性，故介電加熱容易使得食品內(nèi)部熱分布不均勻，即所謂熱失控，這會(huì)導(dǎo)致惡性循環(huán)。在堅(jiān)果、蔬菜、肉類和蛋類等中的熱失控將導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差、病原體/昆蟲存活、微生物污染等問題出現(xiàn)，這限制了介電加熱的應(yīng)用范圍。因此，熱失控的控制是推廣介電加熱在食品領(lǐng)域應(yīng)用所極需解決的關(guān)鍵性問題，而熱失控與食品的介電性質(zhì)有著緊密的聯(lián)系。如Birla等[42]的研究結(jié)果顯示水果果皮和果肉介電性質(zhì)的差異顯著影響水果的射頻加熱。另外，食材形狀及其與測(cè)量電極的接觸情況也會(huì)影響射頻加熱效果。Llave等[37]采用射頻加熱解凍金槍魚并測(cè)量其在-20～10 ℃范圍內(nèi)的介電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)樣品的大小和平行板電極一致時(shí)產(chǎn)生的溫度分布更均勻。因此，食材的形狀、大小以及測(cè)量的介電性質(zhì)等數(shù)據(jù)，可幫助開發(fā)自動(dòng)調(diào)節(jié)能量以保證介電加熱效果均衡的設(shè)備。

2.2 食品質(zhì)量檢測(cè)

2.2.1 水果和蔬菜

新鮮水果的質(zhì)量檢測(cè)無論對(duì)于生產(chǎn)/加工者還是消費(fèi)者都十分重要，雖然很多物理方法都被用于檢測(cè)但也都有其局限性：可見和紅外輻射在很多情況下可用于檢測(cè)果蔬表皮的質(zhì)量特征，X射線、聲波和超聲波也可檢測(cè)與果蔬的質(zhì)量相關(guān)的一些內(nèi)部特征。但是，目前評(píng)價(jià)大部分水果質(zhì)量的客觀指標(biāo)之一是可溶性固形物含量（soluble solids content，SSC），而測(cè)定水果SSC需要從水果內(nèi)部組織取樣，是破壞性的測(cè)試。

2.2.1.1 介電檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

如前所述，利用電磁波探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部物理化學(xué)性質(zhì)的DS技術(shù)是進(jìn)行無損檢測(cè)的最好手段之一[9]，20世紀(jì)70年代，Veal等[43]開始將其用于番茄的研究，至今DS技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到多種水果研究中，比如蘋果[44]、香蕉[9]、西瓜[45]、火龍果[46]等。有許多研究利用水果的介電性質(zhì)與其他質(zhì)量指數(shù)如SSC、含水量、硬度和pH值等的關(guān)系，來進(jìn)行無損檢測(cè)，如Soltani等[9]將不同成熟階段的香蕉放入平行板電容器中檢測(cè)其介電性質(zhì)（圖3a），并通過介電常數(shù)（ε）（100 kHz和1 MHz）和SCC之間的關(guān)系式（SSC（f）＝αε2（f）+bε（f）+c）（圖3b），得到香蕉的成熟度。Guo Wenchuan等[44,47]測(cè)定了不同成熟度的蘋果外表面和內(nèi)部組織的介電性質(zhì)（圖3c），發(fā)現(xiàn)蘋果內(nèi)部組織損耗角正切值（tan δ＝ε/ε’’）（2 450 MHz）與SSC呈較好的正相關(guān)性（圖3d）。這些介電測(cè)量對(duì)水果都是無損的。而Castro-Giráldez等[48]還建立了蘋果的介電成熟指數(shù)（MIdielectric＝ε×frelaxation-ε’’×f0.5GHz）與評(píng)價(jià)蘋果成熟度的Thiault Index（TI＝ρs+10ρc，其中ρs表示糖質(zhì)量濃度/（g/L），ρc表示可滴定酸質(zhì)量濃度/（g/L））之間的相關(guān)性，這意味著利用介電測(cè)量數(shù)據(jù)和Thiault Index來對(duì)蘋果成熟度進(jìn)行無損檢控的可能性。

圖3 DS方法無損檢測(cè)不同成熟度水果的SSCFig. 3 Non-destructive detection of soluble solids content in fruits with different maturity by DS

2.2.1.2 基于介電性質(zhì)的其他方法

關(guān)于利用介電/電化學(xué)阻抗譜（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）技術(shù)研究水果類的報(bào)道還有很多，大部分都是基于建立水果組織內(nèi)果漿或果汁的介電性質(zhì)和其他質(zhì)量指數(shù)之間的相關(guān)性之上，然后對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)評(píng)估和質(zhì)量檢測(cè)方面的[49-51]。Shang Liang等[52]還嘗試結(jié)合DS和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)蘋果品種進(jìn)行鑒別。也有不少研究聚焦于利用EIS研發(fā)低成本、易攜帶的評(píng)價(jià)水果/蔬菜新鮮程度的傳感器儀器[46,53]。本實(shí)驗(yàn)室近年做了通過改變椰子水中的蔗糖含量來模擬椰子成熟度的研究，發(fā)現(xiàn)椰子水/蔗糖混合物的電導(dǎo)率和結(jié)合水弛豫時(shí)間都隨蔗糖含量的改變而改變，基于建立的蔗糖質(zhì)量濃度-電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可初判椰子水的相對(duì)成熟度[54]；還發(fā)現(xiàn)射頻段椰子水的電導(dǎo)率與蔗糖含量的依存關(guān)系和生理鹽水的十分相似，這提示介電測(cè)量在生理/營養(yǎng)學(xué)上具有潛在應(yīng)用價(jià)值[55]。

2.2.1.3 蔬菜的寬頻介電測(cè)量

關(guān)于蔬菜的寬頻介電測(cè)量最早是從1945年Dunlap等[56]考察胡蘿卜的密度和顆粒大小、溫度及頻率對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率的影響開始的，該研究通過測(cè)量脫水胡蘿卜的射頻介電性質(zhì)初步建立了用電測(cè)量技術(shù)檢測(cè)蔬菜的含水量的方法。該工作旨在研究吸附在有機(jī)或高分子材料中水的行為，雖然也得到了在較高射頻段的含水量，但未得出水的全部動(dòng)力學(xué)行為。現(xiàn)今，包括微波在內(nèi)的寬頻介電測(cè)量技術(shù)已經(jīng)非常成熟并已有完全商品化儀器，DS方法作為探測(cè)含水體系中水動(dòng)力學(xué)最重要的手段之一已得到普遍認(rèn)可，而且該方法也被廣泛地應(yīng)用到了食品領(lǐng)域，其中，介電性質(zhì)與蔬菜類（如洋蔥或大蒜）和滲透脫水的蔬菜（如番茄）的含水量以及穿透深度等的關(guān)系可以幫助評(píng)價(jià)果蔬的新鮮度[57-58]，但更多的是將介電性質(zhì)用于食品的介電加熱如干燥或滅菌滅蟲等。

2.2.2 魚/禽畜肉的熟化和質(zhì)量檢測(cè)

2.2.2.1 電參數(shù)監(jiān)測(cè)鮮度和熟化程度

魚肉類高蛋白食品在貯藏過程中會(huì)因組織細(xì)胞完整性變化發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，從而影響口感和營養(yǎng)價(jià)值乃至產(chǎn)生安全性問題。因?yàn)轸~肉類的生物活體在宰殺后細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)會(huì)變化，可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)液外泄以及膜的絕緣性降低[59]，其介電性質(zhì)也因此而變化。文獻(xiàn)[60]報(bào)道Makarov等在20世紀(jì)50年代初就開始嘗試通過測(cè)量魚在特定頻率下的電阻來估計(jì)其新鮮度；到了20世紀(jì)80年代，Swatland等[61]用電學(xué)方法監(jiān)測(cè)豬被宰殺后24 h內(nèi)豬肉的電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)肉的電容和電阻率都隨宰殺后時(shí)間的延長(zhǎng)而降低；而后，Kent[62]在研究冷凍魚的介電性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)在0.025～10 kHz低頻段的弛豫特征頻率與冷凍魚的腐壞程度呈負(fù)線性相關(guān)。也是在較早期，Bodakian等[63]的研究顯示市售的牛肉和雞肉與相應(yīng)的鮮肉在1 Hz～1 MHz區(qū)間的介電性質(zhì)（電容/介電常數(shù)和電導(dǎo)率）顯著不同：新鮮肉的介電性質(zhì)展現(xiàn)出很大的各向異性，且其電導(dǎo)率對(duì)頻率的依存性較小，這預(yù)示著可通過低頻介電參數(shù)監(jiān)測(cè)肉類的貯藏過程。近十幾年來，電化學(xué)阻抗以及射頻/微波介電測(cè)量仍被廣泛用于檢測(cè)肉類、水產(chǎn)品的鮮度[12]和熟化程度[11,64-65]，評(píng)估貯藏過程中的質(zhì)量等級(jí)[66]，鑒別新鮮的與冷凍的雞肉/水產(chǎn)品[67]等。

基于肉類組織各向異性的電性質(zhì)以及交變電場(chǎng)下的細(xì)胞膜特點(diǎn)，Damez等[59]測(cè)量了牛肉的阻抗譜及結(jié)合Cole-Cole和Fricke模型分析獲得了電參數(shù)，并據(jù)此推測(cè)出牛肌肉細(xì)胞的結(jié)構(gòu)變化及熟化程度。Castro-Giráldez等[66]用基于肉在射頻范圍內(nèi)DS定義的熟化指數(shù)（分別基于電導(dǎo)率和介電常數(shù)的熟化指數(shù)AIσ和AIε）很好地預(yù)測(cè)了豬肉在貯藏過程中結(jié)構(gòu)的變化及熟化程度；他們還發(fā)現(xiàn)，AIσ和AIε除了與一些質(zhì)地如硬度、咀嚼度之間有很好的相關(guān)性外，與生化指標(biāo)如自由氨基酸含量、K值也有很好的相關(guān)性[11]。測(cè)量拓展到微波段，Trabelsi等[64,68-69]的研究顯示雞胸肉在200 MHz～20 GHz范圍內(nèi)的介電常數(shù)譜有低高頻兩個(gè)弛豫過程，而且較高頻率處（約4 GHz）介電常數(shù)的頻率變化率隨雞肉的貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而不同；而在約3 GHz較低頻率處的損耗因子和損耗角則隨時(shí)間延長(zhǎng)線性增加。

而關(guān)于水產(chǎn)品，Pérez-Esteve等[12]利用阻抗譜數(shù)據(jù)評(píng)估了多種海鯉魚的新鮮度，結(jié)果顯示，利用模量值和相位值可將鮮度不同的海鯉魚分組；且發(fā)現(xiàn)通過模量值和相位值預(yù)測(cè)的總揮發(fā)性鹽基氮含量（評(píng)估魚腐敗程度的指數(shù)）與實(shí)測(cè)值具有很好的相關(guān)性（R2＝0.72），預(yù)示了基于阻抗譜開發(fā)快速便攜的儀器檢測(cè)海鯉魚鮮度的可行性。

2.2.2.2 介電性質(zhì)判斷豬肉等級(jí)

利用寬頻介電性質(zhì)也可以對(duì)豬肉的質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)鑒定，即通過測(cè)定豬肉在宰殺一段時(shí)間后的介電常數(shù)和介電損失，判定豬肉的質(zhì)量級(jí)別，評(píng)估豬肉的鮮度。Castro-Giráldez等[66]的研究結(jié)果表明，在100 Hz～0.4 MHz的射頻段，宰殺24 h和48 h后不同級(jí)別的豬肉的介電常數(shù)和損耗因子都具有顯著差異，這是因?yàn)樵讱⒑蟮呢i肉在貯藏過程中會(huì)伴隨著多種化合物之間的相互作用，氨基酸或與蛋白結(jié)合的水會(huì)影響肉在較高頻率下的介電性質(zhì)；他們通過微波測(cè)量還發(fā)現(xiàn)宰殺6 h后的豬肉的乳酸和肌苷-5’-單磷酸（inosine monophosphate，IMP）含量與損耗因子（0.5 GHz）之間存在較好的相關(guān)性，因此利用損耗因子可監(jiān)測(cè)肉的鮮度或等級(jí)變化。盡管根據(jù)損耗因子建立的乳酸和IMP值預(yù)測(cè)模型獲得的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值有一定的差異，仍能證明用微波測(cè)定與肉質(zhì)量有關(guān)的關(guān)鍵生化指數(shù)（肉乳酸和IMP含量）是有效的[70]。

2.2.2.3 肉制品含水量的檢測(cè)

鮮肉或肉制品的含水量也是反映其品質(zhì)的重要參數(shù)，Trabelsi[68]發(fā)現(xiàn)，雞肉水分損失引起的介電性質(zhì)變化和肉熟化過程中的介電性質(zhì)變化相似，這意味著雞肉的熟化和其失水有關(guān)。因?yàn)槿怍~類的含水量很大程度影響其高頻介電性質(zhì)，如豬肉20 GHz處的損耗因子和樣品表面的水分子數(shù)之間有直接的關(guān)系[71]，因此有很多利用DS方法檢測(cè)肉類和水產(chǎn)品中的含水量[72-73]及監(jiān)測(cè)肉類和水產(chǎn)品的腌制過程[74-75]的研究報(bào)道。而含水量的檢測(cè)不僅幫助評(píng)估肉的品質(zhì)，而且還是判斷摻水肉的有效手段。此外，肉/魚經(jīng)水、鹽和磷酸鹽溶液浸泡的腌制處理是生產(chǎn)高質(zhì)量魚/肉制品的一個(gè)常規(guī)操作，也是魚/肉保存的最古老方法之一。但其中的關(guān)鍵問題是如何在控制進(jìn)入產(chǎn)品中水和鹽含量的同時(shí)還能控制蛋白纖維的轉(zhuǎn)變。如在豬肉腌制中的鹽主要分布在纖維細(xì)胞內(nèi)或外，而利用鈉/氯離子運(yùn)動(dòng)、水通量、損耗因子（發(fā)生離子電導(dǎo)現(xiàn)象的頻率處）及組織結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性可以監(jiān)控腌制水平[74]。Rizo等[75]利用阻抗譜方法研究了馬哈魚腌制或煙熏過程與時(shí)間有關(guān)的電性質(zhì)，提出了可以預(yù)測(cè)氯化鈉含量、含水量和水分活度的模型。

2.2.2.4 肉制品的組分檢測(cè)

還有一些學(xué)者嘗試用DS方法檢測(cè)肉和水產(chǎn)品的組分（如脂肪含量[76]、瘦肉/肥肉比[77]、蛋白含量），及探究外添加物如氨基酸等產(chǎn)生的影響[78]。也有一些利用魚肉制品（如干腌火腿[79]、章魚罐頭[80]、肉糜[81]等）的介電性質(zhì)檢測(cè)其組分含量或質(zhì)量的研究報(bào)道。

2.2.2.5 冷凍解凍及生鮮食品過冷化

除了上述方面之外，冷凍肉/魚在冷凍或解凍過程中的介電研究也是最早受到關(guān)注的內(nèi)容之一[82]。在冷凍過程中一些細(xì)胞和肌肉纖維會(huì)被冰晶體破壞[83]；而解凍過程冰融化成水。由于在冷凍-解凍過程中肉/魚會(huì)發(fā)生水分損失、蛋白變性、脂肪和蛋白的氧化等變化，這些都可通過介電測(cè)量檢測(cè)到[38]。Fuentes等[67]的研究結(jié)果顯示，海鯉魚在冷凍-解凍過程中造成的IMP（影響K值）的輕微降解、硫代巴比妥酸值的輕微提高、結(jié)構(gòu)的改變及持水能力的減小可以用阻抗譜技術(shù)檢測(cè)到，而這些指標(biāo)的改變意味著硬度、黏性、咀嚼性和彈性的減小，即感官品質(zhì)下降。

魚肉類在冷凍-解凍過程涉及到超冰溫技術(shù)及生鮮食品的過冷態(tài)貯藏，該過程的介電監(jiān)測(cè)也是DS方法值得嘗試的課題。此外，肉類中過冷水分子的玻璃化轉(zhuǎn)移是介電研究的重要課題，這類基礎(chǔ)性的物理問題不在本文綜述之列。

2.2.3 禽蛋的鮮度檢測(cè)和孵化過程監(jiān)測(cè)

雞蛋在貯藏過程中會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)的和物理的變化，介電測(cè)量技術(shù)可以幫助了解這些變化，因此可開發(fā)便于檢測(cè)蛋類品質(zhì)的儀器。早在1936年，Romanoff等[84]就利用電橋法測(cè)量了可孵化的和不可孵化的蛋的電導(dǎo)率，觀察到在孵化初期蛋白和蛋黃的電導(dǎo)率會(huì)提高，而不可孵化的蛋會(huì)減小，這暗示用射頻電路測(cè)量可判斷雞蛋是否受精。Norris等[85]測(cè)量了不同品質(zhì)雞蛋的蛋清和蛋黃，發(fā)現(xiàn)它們的射頻電導(dǎo)率相差并不大，因此認(rèn)為用射頻電場(chǎng)檢測(cè)帶殼雞蛋質(zhì)量是不切實(shí)際的。直至近十幾年來，帶殼蛋類質(zhì)量的介電檢測(cè)技術(shù)才開始趨于成熟并定量化。Ragni等[86]在射頻范圍用平行板電容技術(shù)測(cè)量貯藏不同時(shí)間的雞蛋的電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)雞蛋的電容/電壓比和雞蛋所有的質(zhì)量參數(shù)（貯藏時(shí)間、蛋黃指數(shù)、蛋白高度和哈夫單位）都有相關(guān)性，并通過建立Broken多元線性回歸模型計(jì)算出雞蛋的質(zhì)量參數(shù)；他們還建立了預(yù)測(cè)雞蛋質(zhì)量參數(shù)的模型，發(fā)現(xiàn)通過平行板電容法對(duì)雞蛋的鮮度進(jìn)行無損檢測(cè)是可行的。近期，Soltani等[87]結(jié)合平行板電容技術(shù)（40 kHz～20 MHz）與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)（其中包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)（support vector machines，SVM）等）檢測(cè)禽蛋的新鮮度，結(jié)果顯示這兩種技術(shù)結(jié)合能加速禽蛋的等級(jí)分類和質(zhì)量檢測(cè)過程。孫俊等通過平行板法測(cè)量雞蛋在10～200 kHz范圍的電容，結(jié)合蛋黃指數(shù)預(yù)測(cè)模型得到的預(yù)測(cè)值和測(cè)量值有較好的相關(guān)性（R2＝0.911 5）；而結(jié)合SVM算法建立的雞蛋分類檢測(cè)模型也能較準(zhǔn)確地對(duì)雞蛋品種進(jìn)行鑒別分類[88]。綜上，介電性質(zhì)的測(cè)量和智能方法的結(jié)合能對(duì)禽蛋進(jìn)行快速且無損的檢測(cè)。

2.2.4 食用油質(zhì)量檢測(cè)及摻假鑒別

2.2.4.1 食用油傳感器——FOS

圖4 煎炸油的總極性物質(zhì)含量或介電常數(shù)隨加熱時(shí)間的變化[91,96]Fig. 4 Variation in total polar compound contents or dielectric constants of frying oil with heating time[91,96]

1968年，Pace等[89]用同軸傳輸線法分別測(cè)量了300、1 000 Hz和3 000 MHz 3 個(gè)頻率下的11 種商業(yè)烹飪油（食用油）和脂肪在25、49、82 ℃的介電常數(shù)和損耗因子，目的是得到用這些油煎炸過的食物在微波加熱時(shí)的最佳頻率（此頻率下產(chǎn)生最大的熱量）。測(cè)量結(jié)果顯示，盡管從功率消耗的角度，這些不飽和油和脂肪之間的損耗因子的差異非常小，但液體的油和固態(tài)的脂肪之間的介電性質(zhì)不同，這與油的不飽和度即碘值有關(guān)。由于食用油在烹飪（煎炸）過程中被氧化而產(chǎn)生極性基團(tuán)，分子極性增加使得油的介電常數(shù)增大[90]。1979年Northern Instrument公司開發(fā)了用來檢測(cè)煎炸油介電常數(shù)小型儀器FOS（Food Oil Sensor）（該儀器需要用對(duì)應(yīng)的新鮮植物油校準(zhǔn)）。因?yàn)榻殡姵?shù)與油降解產(chǎn)物的含量（總極性物質(zhì)含量（total polar compounds，TPC））呈正相關(guān)（圖4），而隨著煎炸時(shí)間延長(zhǎng)，總極性物質(zhì)含量增加，另外，F(xiàn)OS是以TPC來評(píng)估食用/煎炸油質(zhì)量的，故可用FOS的讀數(shù)評(píng)估煎炸油的品質(zhì)劣化程度[91]。Fritsch等[92]曾用FOS檢測(cè)在190 ℃加熱不同時(shí)間的大豆油（經(jīng)過油炸土豆的和沒有油炸的）以及動(dòng)植物起酥油的介電常數(shù)，發(fā)現(xiàn)FOS的讀數(shù)和TPC、顏色、過氧化值、二烯含量和自由脂肪酸（free fatty acids，F(xiàn)FAs）含量的提高及碘值（iodine values，IVs）的減小顯著相關(guān)。隨后的一些研究也顯示通過測(cè)量食用油的介電常數(shù)可以對(duì)其進(jìn)行油炸過程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)[90,93-94]。綜上，用于監(jiān)測(cè)食用油在烹飪過程中品質(zhì)退化的小型便攜且快速檢測(cè)的儀器具有很大的商業(yè)價(jià)值，目前，基于介電常數(shù)測(cè)量開發(fā)的商業(yè)化儀器主要有Food Oil Monitor310、Test265、Capsen5000等，而基于如損耗因子、電導(dǎo)率等其他介電性質(zhì)的儀器研發(fā)也都在進(jìn)行中[95]。

2.2.4.2 煎炸油品質(zhì)評(píng)估

隨著人們對(duì)食用油質(zhì)量關(guān)注的提升，這十幾年來很多研究都集中在利用介電性質(zhì)評(píng)估食用油因煎炸導(dǎo)致的品質(zhì)退化上。Inoue等[97]發(fā)現(xiàn)大豆油的介電常數(shù)隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)而增大，且和酸值、密度和相對(duì)黏度有很好的相關(guān)性，據(jù)此認(rèn)為可設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)評(píng)估大豆油在油炸過程質(zhì)量變化的電容傳感器。Prevc等[17]也探究過油基本品質(zhì)指數(shù)（FFAs、IVs和過氧化值）顯著不同的模型植物油混合物的介電性質(zhì)與品質(zhì)指數(shù)之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示它們之間具有相關(guān)性。最近，Ibrahim等[98]測(cè)量了棕櫚油在炸薯?xiàng)l過程的介電常數(shù)、TPC和FFAs質(zhì)量分?jǐn)?shù)，建立了介電常數(shù)與TPC、FFA質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的回歸方程（TPC/%＝127.09ε-383.11；FFAs/%＝3.55ε-10.90），實(shí)現(xiàn)了對(duì)該棕櫚油煎炸過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。還有一些研究者嘗試用自制傳感器或同軸探針探究植物油在加熱或貯藏過程中的介電性質(zhì)及其與食用油品質(zhì)指標(biāo)（過氧化值、IVs、酸價(jià)、羰基價(jià)、皂化價(jià)）的相關(guān)性[99-100]。本課題組測(cè)量了40～100 MHz頻率段加熱的大豆油及煎炸了不同含水量面團(tuán)后的大豆油的介電性質(zhì)（介電增量Δε和介電損失ε”），發(fā)現(xiàn)ε”隨油的加熱時(shí)間延長(zhǎng)以及煎炸面團(tuán)含水量的增加呈線性增加，和煎炸過程所產(chǎn)生的TPC有相關(guān)性[16]。

2.2.4.3 鑒別摻假食用油

為有效鑒別高端食用油的摻假，Cannazza[101]、Cataldo[102]等用數(shù)字電橋（LCR-meter）和微波時(shí)域反射計(jì)（time-domain reflectometry，TDR）測(cè)量了不同種類的純植物油和不同植物油混合的摻假油的DS，發(fā)現(xiàn)特征弛豫頻率可以被用來鑒別不同的食用油以及摻偽的混合油；Hu Lizhi等[103]研究了10 種食用油和6 種脂肪酸介電性質(zhì)與溫度、含水量、脂肪酸組分的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)食用油/脂肪酸混合體的介電常數(shù)受C18不飽和脂肪酸以及含水量的影響最為明顯。也有學(xué)者建議用電導(dǎo)率鑒別摻假南瓜籽油[104]，因?yàn)榭ㄗ延?南瓜籽油混合體系的電導(dǎo)率隨葵花籽油含量變化顯著，而且電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x器經(jīng)濟(jì)且便攜。還有研究者基于低功率微波傳感原理，開發(fā)出低成本方便攜帶、可現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)食用油種類的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法[105]。

2.2.5 乳體系的組分含量及新鮮度檢測(cè)

牛乳很早就作為一種典型的乳狀液被研究[22,106]，食品的乳體系包括牛乳、羊乳、人乳等。雖然有關(guān)于人乳介電性質(zhì)的研究報(bào)道[107]，但是絕大部分都集中在畜類乳，特別是牛乳的介電性質(zhì)研究上，比如它們的組分（脂肪、水分和酪蛋白等）含量如何影響其介電性質(zhì)等[108-109]。

2.2.5.1 開端同軸探針法-微波介電性質(zhì)

近年來，Zhu Xinhua等[110-111]利用開端同軸探針法研究了牛乳中非脂肪固體含量及添加物（如乳糖、乳清蛋白、大豆蛋白和鹽等）與體系介電性質(zhì)（介電常數(shù)ε和損耗因子ε”）的相關(guān)性以檢測(cè)奶體系的組分含量；而基于ε和ε”（40.68 MHz）及測(cè)量溫度建立的蛋白含量預(yù)測(cè)模型獲得的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值基本一致。有學(xué)者還結(jié)合化學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法精確檢測(cè)乳體系的水分和脂肪含量[112-113]，及新鮮度、外添加水分含量[14]等對(duì)牛乳介電性的影響。Agranovich等[114]研究了牛乳體系的微波介電性質(zhì)，特別關(guān)注于弛豫和水動(dòng)力學(xué)特征與牛乳品質(zhì)的關(guān)系；他們還發(fā)現(xiàn)鮮牛乳的信號(hào)吸收強(qiáng)度長(zhǎng)/m，l是測(cè)量空間的長(zhǎng)度/m）與乳糖、脂肪和蛋白含量具有很高的相關(guān)性，這暗示微波傳感技術(shù)在檢測(cè)牛乳品質(zhì)和組分含量上的可行性[115]；此外，冷凍牛乳在10-1～106Hz的射頻范圍有4 個(gè)弛豫過程，分別源于水（3 個(gè)）和冰（1 個(gè)）的不同結(jié)構(gòu)[116]。

2.2.5.2 甄別摻假奶

還有很多研究集中于甄別摻假的牛奶方面[117]，主要有：用平行板法和圓空腔諧振器法結(jié)合計(jì)算（三次樣條曲線、非線性迭代算法等）檢測(cè)添加了碳酸氫鈉、尿素、水和糖的摻假牛奶，結(jié)果顯示兩種測(cè)量技術(shù)再結(jié)合計(jì)算方法可以有效地鑒別出被摻假的牛奶[117]。有學(xué)者研究了市售的全脂和脫脂牛奶在摻水和尿素條件下的微波DS[13]，在1～20 GHz范圍內(nèi)觀察到1 個(gè)不對(duì)稱分布的弛豫過程，經(jīng)解析發(fā)現(xiàn)它和與蛋白相互作用的結(jié)合水（圖5中陰影部分）和自由水的貢獻(xiàn)有關(guān)，此過程的總弛豫、自由水和結(jié)合水的弛豫強(qiáng)度和時(shí)間都受含水量的影響，也受牛奶脂肪含量及尿素含量影響，這一結(jié)果預(yù)示著利用介電參數(shù)可以估算摻水或尿素等異物質(zhì)的含量。

圖5 不同含水量全脂牛奶中的損耗因子的分峰擬合圖[13]Fig. 5 Peak processing fitting for loss factors of whole milk with different water contents[13]

關(guān)于牛奶的替代物奶粉（溶液）的研究也有報(bào)道，Silalai等[118]結(jié)合介電和力學(xué)譜研究奶粉的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變和黏性，在玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度附近觀察到一個(gè)由無定型乳糖引起的α-弛豫；此弛豫的弛豫時(shí)間的溫度依存性受玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變過程、固體組分和水分影響；α-弛豫特征頻率也和奶粉的黏性有關(guān)。這一研究意味著介電參數(shù)和力學(xué)弛豫參數(shù)的結(jié)合也許能更好地預(yù)測(cè)奶粉的流動(dòng)特性。Yang Jingjing等[119]的研究結(jié)果顯示，通過微波腔微擾技術(shù)和線性最小平方法建?？梢钥焖贆z測(cè)出奶粉的含水量。本課題組研究了溫度對(duì)復(fù)原乳/多糖混合物的介電和流變行為的影響，發(fā)現(xiàn)DS和力學(xué)譜的結(jié)合有望幫助檢測(cè)含多糖乳制品的熱穩(wěn)定性[120]。

2.2.6 酸奶/奶酪組分含量檢測(cè)及制備過程中的監(jiān)測(cè)

在酸奶制備過程中會(huì)涉及一系列如圖6所示的物理/化學(xué)變化，前期對(duì)牛奶進(jìn)行熱處理時(shí)部分乳清蛋白變性形成乳清蛋白復(fù)合物和乳清蛋白-酪蛋白膠束復(fù)合物，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，乳糖分解變成乳酸，體系的pH值減小，酪蛋白膠束κ-酪蛋白層的凈電荷減少，乳清蛋白在等電點(diǎn)也會(huì)凝聚形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[121]。DS方法恰好可以提供有關(guān)體系結(jié)構(gòu)和電性質(zhì)變化的信息。Dinh等[122]用非接觸式和射頻傳感器監(jiān)測(cè)酸奶凝膠化過程電導(dǎo)率的變化，發(fā)現(xiàn)測(cè)量的電導(dǎo)率變化規(guī)律與直流電導(dǎo)儀測(cè)量的及文獻(xiàn)報(bào)道的很相似，因此認(rèn)為基于射頻DS技術(shù)對(duì)酸奶發(fā)酵過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是可行的；Guo Chaofan等[15]的研究也得到了類似的結(jié)論。

圖6 酸奶在發(fā)酵過程中的pH值變化及其蛋白結(jié)構(gòu)變化[121]Fig. 6 Changes in pH and protein structures of yoghurt during fermentation[121]

Green[123]利用矩形波導(dǎo)傳輸線技術(shù)測(cè)量奶酪，發(fā)現(xiàn)奶酪中也至少存在兩種形式的水分子；后來Maruyama等[124]用分形分析法分析基于時(shí)域反射法測(cè)得的蛋白質(zhì)和奶酪，認(rèn)為存在于兩者中的水結(jié)構(gòu)是一樣的。還有不少研究是用同軸探針法監(jiān)測(cè)奶酪的制備，如Smith等[125]探究奶酪的組分和結(jié)構(gòu)對(duì)其介電常數(shù)和損耗因子的影響；Velázquez-Varela等[126]監(jiān)測(cè)了奶酪的鹽化過程，結(jié)果顯示20 GHz處的介電常數(shù)可以解釋奶酪鹽化過程中的水損失和水通量；并用500 MHz的電導(dǎo)率評(píng)估鹽化水分，表明這兩個(gè)參數(shù)可以預(yù)測(cè)鹽化過程中化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的變化。他們還發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)奶酪的介電性質(zhì)可以控制奶酪生產(chǎn)中的凝固過程。還有一些研究報(bào)道利用介電性質(zhì)的最優(yōu)化模型同樣可預(yù)測(cè)奶酪的含水量和無機(jī)鹽含量[127-128]。此外，結(jié)合最小二乘回歸分析還可預(yù)測(cè)奶酪的硬度[129]。因此，通過測(cè)量奶酪的微波介電性質(zhì)可以監(jiān)測(cè)奶酪制備過程的物理化學(xué)變化并檢測(cè)其組分含量。

2.2.7 蜂蜜的組分含量檢測(cè)及種類鑒別

商業(yè)利益的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致有各種形式的摻假蜂蜜產(chǎn)品（添加水或甜味劑）出現(xiàn)在市場(chǎng)中。因此，以評(píng)價(jià)蜂蜜質(zhì)量和甄別摻假蜂蜜為主要目的的介電研究也逐漸出現(xiàn)。Puranik等[130]發(fā)現(xiàn)純蜂蜜的微波復(fù)平面圖符合Davidson-Cole模型，但會(huì)隨著蜂蜜中水添加量的增加而變寬，這是檢測(cè)摻水蜂蜜的早期例子。其后，Guo Wenchuan等[131-132]用開端同軸探針法測(cè)量水分含量、蔗糖糖漿含量及溫度對(duì)棗花、黃槐和紫云英3 種蜂蜜介電性質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，它們的弛豫頻率與含水量和溫度有關(guān)，而與蔗糖糖漿含量無關(guān)；而介電常數(shù)和損耗因子與水分、蔗糖糖漿含量及溫度具有相關(guān)性。Das等[133]嘗試用阻抗譜檢測(cè)摻入蔗糖的蜂蜜。Scandurra等[134]也曾用阻抗譜方法檢測(cè)蜂蜜的花源，并發(fā)現(xiàn)不同花源的蜂蜜的阻抗譜圖不同。本課題組測(cè)量了幾種蜂蜜（洋槐花、棗花和荊條）的寬頻微波介電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)弛豫時(shí)間和含水量具有一定的相關(guān)性，由此可對(duì)蜂蜜水分摻假做出評(píng)估[135]，還根據(jù)式（5）利用給定頻率（27、915 MHz和2.45 GHz）下測(cè)得的介電常數(shù)和介電損失計(jì)算得到了蜂蜜在各溫度下的穿透深度，發(fā)現(xiàn)在給定溫度下穿透深度與頻率成反比，這對(duì)控制蜂蜜的加熱有一定幫助。

2.2.8 酒飲料及液體調(diào)味品

2.2.8.1 發(fā)酵過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

也有關(guān)于DS方法在酒、醋、醬油等液體食品中的研究報(bào)道，其中關(guān)于酒類的報(bào)道主要是監(jiān)測(cè)其發(fā)酵過程及檢測(cè)其乙醇含量。如Zheng Sicong等[136]用一系列不同濃度釀酒葡萄汁的主成分（乙醇、酒石酸、蘋果酸）的混合物模擬葡萄酒發(fā)酵過程，然后用阻抗譜測(cè)量其射頻段的電阻，發(fā)現(xiàn)其與乙醇濃度之間存在很好的線性關(guān)系，因此認(rèn)為開發(fā)低成本在線自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)紅酒的發(fā)酵是可行的。但關(guān)于酒介電性質(zhì)的研究更多的還是集中在微波范圍，這是因?yàn)槲⒉山o出水的動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)信息，而酒中水的性質(zhì)對(duì)于酒的品質(zhì)評(píng)價(jià)又十分重要。同時(shí)，微波測(cè)量也應(yīng)用到了監(jiān)測(cè)啤酒生產(chǎn)中的發(fā)酵過程，Olmi等[137]利用微波介電測(cè)量（200 MHz、20 GHz）完成了對(duì)啤酒發(fā)酵過程的連續(xù)監(jiān)測(cè)，得出可通過介電常數(shù)的變化跟蹤發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2及檢測(cè)糖轉(zhuǎn)化為乙醇的過程；Velázquez-Varela等[19]的研究結(jié)果也顯示微波DS可以作為快速、準(zhǔn)確和無損的方法監(jiān)測(cè)啤酒的生產(chǎn)過程；而García等[138]認(rèn)為乙醇發(fā)酵產(chǎn)生的CO2會(huì)影響到微波介電數(shù)據(jù)的可靠性。因此，利用微波DS方法監(jiān)測(cè)乙醇發(fā)酵過程的同時(shí)還應(yīng)該考慮矯正CO2影響的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2.8.2 酒品質(zhì)的鑒定

含水量會(huì)影響乙醇/水混合物的結(jié)構(gòu)，從而能影響酒的品質(zhì)，故可利用微波介電測(cè)量如TDR技術(shù)來探究這一動(dòng)態(tài)過程。例如，Miura等[139]利用TDR測(cè)量了威士忌（約含體積分?jǐn)?shù)36%乙醇，相當(dāng)于水的摩爾分?jǐn)?shù)（xw）為0.83）的微波介電性質(zhì)，認(rèn)為威士忌酒的品質(zhì)可以通過介電參數(shù)（如弛豫時(shí)間τ和弛豫強(qiáng)度?ε）的變化表征。因?yàn)橐掖己砍^一定值時(shí)水的結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，而這個(gè)結(jié)構(gòu)變化和介電參數(shù)密切相關(guān)[140]。普遍認(rèn)為對(duì)于威士忌，xw＝0.83是臨界值[140]；Miura等[139]通過測(cè)量4 種威士忌以及水/乙醇混合物的介電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)因結(jié)構(gòu)上的差異，其τ和?ε不同。該研究還發(fā)現(xiàn)介電參數(shù)和直流電導(dǎo)率隨著威士忌的貯藏時(shí)間延長(zhǎng)也發(fā)生變化。這些研究都表明利用威士忌酒的微波介電性質(zhì)檢測(cè)其品質(zhì)是可行的。

微波DS也可以用于檢測(cè)中國白酒[20]和龍舌蘭酒[141]的乙醇濃度。本課題組曾利用微波介電測(cè)量鑒別市售果酒含糖量[18]，測(cè)量一系列乙醇-水二元體系和葡萄糖-乙醇-水三元體系的微波介電性質(zhì)，建立了介電常數(shù)/弛豫時(shí)間與葡萄糖質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，較準(zhǔn)確地檢測(cè)出了商品酒（不同品牌的黃酒和紅酒）的乙醇濃度或葡萄糖濃度。

除了酒水飲料，Bohigas等[142]研究了醋酸水溶液在1～20 GHz頻率段的微波介電性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在醋酸體積分?jǐn)?shù)低于10%時(shí)微波DS可檢測(cè)出醋酸體積分?jǐn)?shù)，而且不同市售醋的微波DS圖和醋酸水溶液相似，而影響市售醋的微波介電性質(zhì)的主要成分是水和醋酸。

3 結(jié) 語

本文介紹和評(píng)述了DS方法（包括原理和測(cè)量技術(shù)）在食品領(lǐng)域的主要應(yīng)用。該技術(shù)在一些傳統(tǒng)食品的研究中很早就有了報(bào)道，但在最近十幾年被急速拓展到了更多的領(lǐng)域，典型的是介電加熱。盡管介電加熱因具有加熱快和對(duì)食品破壞小等優(yōu)點(diǎn)在食品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但也存在加熱過程中的熱逃逸現(xiàn)象導(dǎo)致溫度分布不均的問題。為了改善加熱效果和最大程度保障食品質(zhì)量，該技術(shù)需要進(jìn)一步改良，例如根據(jù)食品的物料特性尋找最適的加熱條件。此外，基于食品的介電性質(zhì)還可以研發(fā)新的傳感器[35]和介電加熱設(shè)備[143]。

DS方法的應(yīng)用對(duì)象包括龐大的食品種類，針對(duì)不同食品的需求，可通過各種測(cè)量技術(shù)得到的介電性質(zhì)對(duì)它們進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和品質(zhì)檢測(cè)，并可監(jiān)測(cè)加工過程。除了本文的總結(jié)，還有大量的文獻(xiàn)也報(bào)道了這方面的成就并總結(jié)了存在的問題[26,28,144-145]。

與其他用于食品領(lǐng)域的技術(shù)（不包括化學(xué)分析方法）相比，DS具有快速（測(cè)量和準(zhǔn)備時(shí)間短）、方便（對(duì)被測(cè)物質(zhì)要求低）以及非破壞性（無損在線監(jiān)測(cè)）的特點(diǎn)。因此，如何最大限度地利用這些優(yōu)勢(shì)并將該技術(shù)儀器化，及將現(xiàn)有的儀器小型化是DS研究的發(fā)展方向[67,146]。目前已經(jīng)不斷有新的儀器包括傳感器被開發(fā)出來[122,147]，但由于市場(chǎng)化的成本等問題離普及還相距甚遠(yuǎn)。為了提高DS在食品品質(zhì)檢測(cè)、甄別摻假/偽劣等方面應(yīng)用的準(zhǔn)確性和可信性，以確定的食品對(duì)象和研究目的進(jìn)行基礎(chǔ)研究是必要的。比如，結(jié)合數(shù)學(xué)/統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法將介電參數(shù)和食品品質(zhì)特征（如鮮度、成熟度等）之間的關(guān)系定量化。介電技術(shù)對(duì)食品檢測(cè)的定量化和儀器的便捷化是相關(guān)聯(lián)的，都需要在基礎(chǔ)研究上做出努力，但目前這方面的研究還相對(duì)較少[114,118]。為此，DS的分析/解析在食品領(lǐng)域研究中非常重要，通過測(cè)量得到的弛豫參數(shù)（弛豫增量和弛豫時(shí)間等）與頻率的依賴關(guān)系，了解與材料內(nèi)偶極子取向和荷電粒子擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)等信息；建立能聯(lián)系弛豫參數(shù)和反映材料內(nèi)部性質(zhì)的參數(shù)的模型，以獲得研究體系內(nèi)部更豐富的微觀信息。將這兩者結(jié)合起來，可以更全面地了解食品特性，并為食品加工貯存中的品質(zhì)監(jiān)測(cè)提供有效的依據(jù)[22]。簡(jiǎn)而言之，更微觀、更定量化地研究食品也將是DS技術(shù)的發(fā)展方向之一。

在更基礎(chǔ)性的研究中，比如關(guān)于魚肉或果蔬等生鮮食品的過冷保鮮技術(shù)（超冰溫技術(shù)）中的最佳過冷條件、生鮮食品過冷態(tài)中的物理性質(zhì)與食品的鮮度以及口感的關(guān)聯(lián)性，以及對(duì)過冷保存過程的食品中水的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[148]等，DS方法能否發(fā)揮其作用也非常值得探索。