自熱食品加工技術(shù)研究進展

◎ 田紅梅

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100160）

自熱食品是指不依靠電、火等加熱方式，利用內(nèi)置加熱袋加熱的預(yù)包裝食品，因具有操作簡便、安全無毒、快速衛(wèi)生等優(yōu)點，備受外出旅游、野營戶外運動、野外工作和救援以及加班人員的青睞。自熱食品良好的市場反響及巨大的市場潛力，進一步促進了自熱食品加工技術(shù)研究領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。研究人員在自熱食品加工技術(shù)、自熱裝置研發(fā)、自熱食品質(zhì)量安全風(fēng)險分析等方面進行了深入研究[1-2]。本文基于自發(fā)熱食品的研究文獻(xiàn)，圍繞自熱食品發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、自熱食品原材料加工技術(shù)及自熱食品發(fā)熱劑加工技術(shù)等方面進行論述，總結(jié)自熱食品目前存在的問題，以期為自熱食品的開發(fā)、加工技術(shù)的提升及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供支撐。

1 自熱食品發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

自熱食品最初屬于軍用食品，20 世紀(jì)70 年代美軍開始研究食品自熱技術(shù)，為軍隊野戰(zhàn)訓(xùn)練和作戰(zhàn)提供食品保障。姜煒等[3]將美軍對自熱食品的研究按時間順序和技術(shù)水平大致分為3 個階段。第一階段為“短回路電化學(xué)電池反應(yīng)”自熱食品（1970ü 1983 年），該階段自熱食品的自熱裝置加工、儲存難度大，外觀靈活性差，不能完全滿足食品自熱的需要。第二階段為“鎂水反應(yīng)”自加熱食品（1983 年起），該階段使用的無焰自加熱器初步克服了第一代自加熱器的許多缺陷，已在自熱食品上得到應(yīng)用。但該自加熱器在加熱反應(yīng)過程中會產(chǎn)生氫氣，有安全隱患，因此進行了改進：在加熱板上加入清除劑，去除反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣的一些物質(zhì)，用多層鋁箔包裝鎂熱水器，增強其防潮防水性能，從而防止在潮濕環(huán)境中運輸和儲存產(chǎn)生氫氣。第三階段為“酸堿酸酐”自熱食品（1991 年起），該階段使用的是一種安全、高效的新型自加熱器，具有產(chǎn)熱量高、用水少、安全性高、成本低等優(yōu)勢。我國自熱食品的開發(fā)研究起步稍晚，從20 世紀(jì)80 年代中期開始，目前具有較為成熟的食品自熱技術(shù)。

隨著人們生活節(jié)奏的加快，消費水平的提升和旅游業(yè)的快速發(fā)展，自熱食品開始應(yīng)用于民用食品，成為方便食品的新成員。例如，2016 年自熱火鍋橫空出世，2017 年被貼上“網(wǎng)紅”標(biāo)簽，2018 年成為“雙11”等購物節(jié)瘋搶的對象。雖然自熱食品起步較晚，但發(fā)展迅猛，增長率遠(yuǎn)高于方便食品行業(yè)平均增長率。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2015ü 2019 年間自熱食品市場規(guī)模從20 億元持續(xù)增長至35 億元[4]。中國食品工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2021 年中國自熱食品市場規(guī)模達(dá)45 億元，同比增長7.14%，目前仍處于快速增長期。在自熱食品品牌方面，既有統(tǒng)一、三全、康師傅等傳統(tǒng)知名品牌的積極參與，也造就了自嗨鍋、宏綠、皓康、辣味客、蜀道難等一大批新晉知名品牌，同時還有以海底撈、小肥羊為代表的餐飲企業(yè)的實力加盟。自熱食品產(chǎn)品種類日益豐富，自熱火鍋、自熱米飯類產(chǎn)品不勝枚舉，還有自熱面條、自熱燒烤[5]、羊肉泡饃[6]等多種自熱食品陸續(xù)進入市場。

2 自熱食品食料加工技術(shù)

食品本身的營養(yǎng)、風(fēng)味及外觀均影響消費者的選擇。自熱食品的用料搭配以及加工方法通?；趥鹘y(tǒng)菜肴，不僅易于消費者接受，而且也降低了研發(fā)成本。如何使食品加工后在一定的儲存期內(nèi)維持品質(zhì)穩(wěn)定，再次加熱時達(dá)到或接近現(xiàn)場制作的口感是自熱食品開發(fā)面臨的一項難題。

淀粉老化是含淀粉類食品普遍面臨的技術(shù)問題。自熱米飯、面條保質(zhì)期較長，在儲存過程中會出現(xiàn)淀粉老化，彈性、黏性受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致硬度升高，口感變差，同時消化吸收率也會因此下降[7-8]。目前，研究人員對于淀粉老化的發(fā)生機理和影響因素已有較為深入的認(rèn)識，已開發(fā)出眾多抑制淀粉老化的手段，如控制pH 值，添加乳化劑、增稠劑、植物多糖、酶制劑和海藻糖等抗老化成分[9-10]。因此，自熱食品可參考借鑒現(xiàn)有的抗淀粉老化手段。蔡華珍等[11]開發(fā)了一種自熱型牛肉營養(yǎng)炒飯，選用食味值較高的珍珠大米或粳米類，浸泡后加入0.40%～0.45%海藻糖、0.40%～0.45%可溶性大豆多糖以及0.26%～0.30%食用油，進行蒸制后用冷風(fēng)冷卻，再與輔料一同炒制，該產(chǎn)品很好地控制了米飯回生，置于4 ℃放置20 d 老化焓值仍低于1 200 J·g-1。李永富等[12]提出通過大米品種的復(fù)配解決自熱米飯回生問題，經(jīng)過篩選，確定以一種米質(zhì)較軟且回生值較低的大米（南粳9108）與米質(zhì)較硬且回生值較高的大米（淮稻5 號、稻花香、秋田小町）按5 ∶5 復(fù)配能夠顯著提升自熱米飯抗回生效果，4 ℃儲藏14 d 后，硬度顯著低于單一的米飯，其相對結(jié)晶度接近于南粳9108，回生焓比南粳9108降低了20.3%。

除淀粉老化問題外，產(chǎn)品質(zhì)地、風(fēng)味都對產(chǎn)品感官品質(zhì)有重要影響，面條彈性和延展性差、斷條率高，米飯咀嚼性和風(fēng)味欠佳，涼面彈性和韌性不佳等，都是阻礙自熱食品品質(zhì)提升的常見問題?？v偉等[13]提出利用氮氣作為介質(zhì)對面條進行流態(tài)化炒制，可以防止炒面斷裂，同時通過氮氣隔絕氧氣，還可以防止油脂高溫氧化。趙萌等[14]研究了預(yù)制條件和干燥方式對自熱米飯品質(zhì)的影響，預(yù)制米飯的黏性、硬度、回彈性和咀嚼性隨水添加量的增加而下降；隨著蒸煮時間的增加，預(yù)制米飯的硬度先降低后增加，咀嚼性降低；在不同干燥方式下，冷凍干燥法制備的米飯復(fù)水后質(zhì)地性能最好，而鼓風(fēng)干燥法獲得的米飯風(fēng)味更為濃郁。趙志峰等[15]研究了原料和處理方式對米涼面質(zhì)地的影響，將大米浸泡后再制粉，可以改變淀粉分子結(jié)構(gòu)，使吸水速度提升3～5 倍，同時利于加熱熟化成型；將米粉與豌豆淀粉按1 ∶2 混合比僅以大米為原料制得的米涼面，更接近傳統(tǒng)米涼面的質(zhì)感。

3 自熱食品發(fā)熱劑加工技術(shù)

發(fā)熱劑不僅影響自熱食品的加熱效果，進而影響食用感受，還影響使用的便利性、安全性以及加工成本。酸稀釋、酸堿中和、堿溶解、無機鹽水化等過程都會釋放能量，目前利用這些過程已開發(fā)出豐富的發(fā)熱劑種類。衡量發(fā)熱劑發(fā)熱效果的因素主要包括產(chǎn)熱速度、持續(xù)時間、放熱量等，另外還要考慮使用安全性，也不能有令人不愉快的氣味產(chǎn)生。常見的發(fā)熱劑主要包括以下幾種。①用化學(xué)純級氯化鋁、硫酸鎂、氧化鈣、氯化鈣、硫酸鋁和氯化鎂制備的發(fā)熱劑，該類發(fā)熱劑成本高。②以生石灰粉和鋁粉為原料制備的加熱劑，此類發(fā)熱劑存在發(fā)熱速度慢、產(chǎn)熱持續(xù)時間較短的不足。③使用剛玉、赤鐵礦、金屬鋁、石英和莫來石制備的發(fā)熱劑，此類產(chǎn)品起熱溫度高、成分復(fù)雜，基本不適合用于加熱食品。④用鐵粉、食鹽、木屑（用作水的載體）和催化劑制備的發(fā)熱劑，此類發(fā)熱劑發(fā)熱溫度低，通常無法滿足加熱食品和飲品的需要。

不同的應(yīng)用場合對發(fā)熱劑的性能要求不同，例如用于身體保暖的發(fā)熱劑溫度不能過高，但期望持續(xù)時間長，而用于食品加熱的發(fā)熱劑通常期望更快的加熱速度和更高的加熱溫度。不同食品的適宜食用溫度可能存在一定差異，因此有必要根據(jù)自熱食品的具體類型選擇最佳的加熱劑。為制備性能不同、更加優(yōu)異的發(fā)熱劑，研究人員主要從加熱劑組分的選擇及配比方面進行了研究。章明洪等[16]以氧化鈣為發(fā)熱劑研發(fā)出一種自熱食品發(fā)熱包，第一加熱包由無紡布和吸水性致密材料包裝粉狀氧化鈣和碳酸氫鈉制成，第二加熱包由帶微孔的塑料薄膜包裝顆粒狀氧化鈣制成。粉末狀加熱劑與易滲透的無紡布結(jié)合，接觸水時可以迅速釋放熱量，顆粒狀加熱劑與透水性可調(diào)的塑料薄膜結(jié)合，可以減緩化學(xué)反應(yīng)，延長加熱時間，從而滿足加熱速度和加熱時間的要求。汪寶忠等[17]研究比較了單獨使用硫酸鎂、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鋁、氯化鋁作為加熱劑的加熱效果，發(fā)現(xiàn)氯化鋁的效果顯著好于其他無機鹽，將10 g 氯化鋁、7.5 g 硫酸鋁與10 g 氧化鈣復(fù)配可以解決氧化鈣水合生成的氫氧化鈣具有腐蝕性的問題，所得加熱劑放熱量大、放熱速度適中，安全無毒。該研究同時指出容器體積的限制使發(fā)熱劑稀釋度很小，導(dǎo)致發(fā)熱劑實際放出的熱量遠(yuǎn)低于理論值。張良等[18]針對鋁基發(fā)熱劑在低溫環(huán)境下（<10 ℃）難啟動，極端低溫下（-30 ℃）不啟動的問題，將鋁基發(fā)熱劑和有獨立包裝的防凍堿液、低溫發(fā)熱劑結(jié)合在一起制成了極端低溫下自熱裝置。該裝置中，低溫發(fā)熱劑中的金屬與防凍堿液中的氫氧根在低溫下發(fā)生反應(yīng)迅速產(chǎn)熱，可以達(dá)到200 ℃的瞬時高溫，會將鋁基加熱包的整體溫度提高到50 ℃以上，在加入外部水一段時間后，中心溫度達(dá)到120 ℃以上，該技術(shù)適于極端環(huán)境。

除發(fā)熱材料外，輔料的使用也有助于改善發(fā)熱劑的使用性能。余家友[19]研制的發(fā)熱包中除發(fā)熱劑外，還添加了包埋劑、緩釋均布劑、除濕劑，包埋劑能幫助水浸透組織內(nèi)部，使發(fā)熱劑發(fā)熱均勻，避免局部溫度過高，在包埋劑的作用下，水可以與發(fā)熱劑充分接觸，延長加熱時間，減少發(fā)熱劑的包裹現(xiàn)象；緩釋均布劑能有效使水在發(fā)熱劑中均勻分散，提高發(fā)熱劑的發(fā)熱效率，延長發(fā)熱的持續(xù)時間；除濕劑可吸收發(fā)熱劑放熱過程中產(chǎn)生的水蒸氣，消除大量水蒸氣堆積滯后反應(yīng)帶來的安全隱患，提高發(fā)熱的安全性。除大量水蒸氣帶來的安全隱患外，金屬與水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣同樣帶來了安全性問題[20]。高文中[21]研制了一種由鈀粉、鋁粉及活性炭粉組成的無氫發(fā)熱劑，將鈀粉作為氫氣吸收劑，充分混合后可以吸收鋁粉和水反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。李群等[22]也研發(fā)了一種無氫發(fā)熱劑，由Fe-KMnO4-MnO2體系、具有絡(luò)合作用的緩沖體系、活性炭-無水硫酸鎂體系三元體系組成。以Fe-KMnO4-MnO2代替Fe-H2O 和CaO-H2O 體系，利用KMnO4對Fe 的氧化還原反應(yīng)釋放化學(xué)能，無氫氣釋放，更為安全；MnO2起催化作用，可延長放熱時間；緩沖體系維持pH 值，利于反應(yīng)平穩(wěn)進行，能借助對金屬離子的絡(luò)合作用使反應(yīng)平衡向右進行；活性炭具有吸附穩(wěn)定作用，硫酸鎂溶液有儲能作用，可延長持續(xù)加熱時間。劉崇歆等[23]提出了一種通用、快捷測定食品自發(fā)熱劑產(chǎn)氫量的方法，對自熱食品相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立與生產(chǎn)質(zhì)量的控制具有重要意義。該研究對10 種市售主流產(chǎn)品發(fā)熱包產(chǎn)氫氣的量進行了測定，結(jié)果表明不同品牌產(chǎn)品的產(chǎn)氫量均處于較高水平，產(chǎn)氫能力差異顯著，其中鎂鐵系自發(fā)熱劑產(chǎn)氫量為539.95～567.06 mL·g-1，鋁系自發(fā)熱劑產(chǎn)氫量為225.32～510.95 mL·g-1。

4 自熱食品目前存在的問題

4.1 營養(yǎng)風(fēng)味存在改進空間

淀粉老化、油脂氧化、過度加熱滅菌等導(dǎo)致自熱食品與現(xiàn)加工菜肴的口感存在一定差距。隨著自熱食品產(chǎn)業(yè)的日漸成熟，消費者對產(chǎn)品品質(zhì)提出了更高的要求，未來應(yīng)注重研究適應(yīng)自熱食品長期儲存、后期二次加熱的加工方法，使自熱食品具有更佳的口感。另外，自熱食品水分含量高，適合微生物繁殖，對產(chǎn)品殺菌技術(shù)提出了較高的要求。在保證產(chǎn)品儲存要求的基礎(chǔ)上，盡量降低殺菌處理對產(chǎn)品口感風(fēng)味的影響，針對不同食材（如主食、肉類、蔬菜）選擇最佳的殺菌方式還有待進一步研究。營養(yǎng)也是衡量食品質(zhì)量的一個重要因素，市售自熱米飯主要包括咖喱牛肉、宮保雞丁、風(fēng)味什錦、魚香肉絲和土豆牛肉等，雖然口味多樣，但蔬菜類原料多以根莖類為主，營養(yǎng)較為單一。因此，新鮮蔬菜類的加工儲存還需要進一步研究。

4.2 加熱效率有待提升

自熱食品加熱處理過程中存在熱量損失嚴(yán)重的問題。影響自加熱效果的因素復(fù)雜，除改進發(fā)熱劑組成外，還應(yīng)關(guān)注充分釋放熱能的方法，以提高食品內(nèi)容物的傳熱效率[24-25]。火鍋類產(chǎn)品由于食材浸在水中，水具有較好的流動性和導(dǎo)熱性，使容器中的內(nèi)容物易于加熱，而米飯等固體類食品則存在傳熱困難的問題。因此，發(fā)熱劑的選擇、分布設(shè)計需要考慮內(nèi)容物的特點。

4.3 包裝材料存在隱患

自熱食品在加熱過程中，包裝溫度可達(dá)到80 ℃以上，存在增塑劑和揮發(fā)性有機化合物從包裝材料中遷移釋放的風(fēng)險。商用加熱袋的包裝主要采用PP 復(fù)合無紡布材料，無紡布可防止加熱劑泄漏，并具有一定的親水性，水可以迅速遷移到加熱包內(nèi)部，激活放熱反應(yīng)。如果加熱袋的無紡布包裝被污染，在食品加熱過程中，污染物可能會隨產(chǎn)生的水蒸氣污染食品。另外，加熱包在使用過程中會產(chǎn)生大量的蒸汽，對于需要開放式加熱的產(chǎn)品，如自熱火鍋，產(chǎn)生的水蒸氣會與食品接觸并凝結(jié)到被加熱的食品中，導(dǎo)致非食源性物質(zhì)遷移到食品中。

4.4 環(huán)境污染問題不容忽視

自熱食品大量使用的塑料包裝和自熱包會帶來環(huán)境污染問題。自熱食品垃圾中存在高酸性、高堿性物質(zhì)，可視為“有害廢物”，如果長期作為一般垃圾扔掉，可能會造成土壤酸堿度失衡。此外，金屬元素和大量堿性化合物可能反應(yīng)不完全，有二次放熱的危險[26]。

4.5 安全標(biāo)準(zhǔn)體系尚需完善

自熱食品涉及組件多，成分復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)尚且不能滿足行業(yè)發(fā)展需要的問題。目前還沒有自熱食品相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)出臺，由中國質(zhì)量萬里行促進會批準(zhǔn)的團體標(biāo)準(zhǔn)《自熱方便食品標(biāo)準(zhǔn)》（T/CAQP 012ü 2020）于2020 年4 月15 日開始實施。發(fā)熱包方面，2020 年8 月重慶標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會發(fā)布了團體標(biāo)準(zhǔn)《食品用發(fā)熱包》（T/CST 3ü 2020），2021 年9 月，中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會發(fā)布了團體標(biāo)準(zhǔn)《食品用加熱包（鋁基）》（T/CIFST 005ü 2021），這兩個標(biāo)準(zhǔn)為提高自熱食品的安全性發(fā)揮了重要的促進作用。另外，國家行業(yè)主管部門高度重視自熱食品的標(biāo)準(zhǔn)化工作，我國自熱食品的首項工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定項目《自熱食品通用技術(shù)要求》（計劃編號：2020－1309T－QB），已獲工業(yè)和信息化部批復(fù)立項，正在緊鑼密鼓地制定過程中[27]。

5 結(jié)語

自熱食品不同于傳統(tǒng)的方便食品，它更加接近人們的日常餐食，更加符合人們的飲食習(xí)慣。自熱食品滿足了人們對食物營養(yǎng)、風(fēng)味以及方便性的多方面需求，其市場的火熱絕不是曇花一現(xiàn)，而是有著龐大市場需求作為堅實的基礎(chǔ)，加上該類產(chǎn)品尤其受到青年一代的青睞，消費人群范圍會越來越廣，未來自熱食品的消費持續(xù)性、消費規(guī)模都非常樂觀。