自热食品加热技术及其研究应用进展

自热食品是一种以无火焰自加热器对食品加热，能够快速复热至可食用状态，以便迅速恢复体能的食品，主要通过包装中设置的放热反应剂放出热量对食品进行加热。

最早的自热食品是为在野外环境下就餐而开发的特殊方便食品，1897年俄国工程师Fedorov 首先发明了自热食品，并于1900 年左右实现了商业化。二战期间，亨氏公司生产的自热食品在美国、英国、加拿大作为军用食品，战后逐渐转向民用市场。

日本在20世纪80年代开发出符合本国饮食习惯的自热食品，日本东洋公司于 1985年相继生产加热日本清酒的自热罐、自热式罐装面条。美国在1973年开始野战口粮热食化的研究，并采用软包装取代了罐装，1991年海湾战争中，军方使用无焰定量加热器为MRE（Meals ready to eat）加热，以提高其接受和食用程度，自此自热食品成为了美国军用食品的重要组成部分。

我国的自热食品最初为抗美援朝战争时的军用食品，快餐食品中的软包装罐头、脱水米饭都是我军在国内率先开发研制的，热包装野战食品是保障军需供应的重要一环。近些年来，我国自热食品技术正逐步转向民用市场，方便食品中的自热食品发展迅速，民用自热食品市场规模年均增长速度达20%以上。

目前自热食品品种繁多，其中最主要有自热火锅和自热米饭，分别占月销量的60.23%和 32.19%，其次是米粉、米线类，其他类型的产品市场份额较少。我国民用自热食品主要采用分体加热式包装形式，由外包装饭盒、食品专用自热包、水包和多种食物包和餐具组成，将水包中的水浸泡自热包并利用其产生的大量蒸汽加热食品。食物包含主食和动物、植物性食品，以及相应蘸料，与餐饮上同类主食菜肴的接近度较高，因此自热食品是实现主食菜肴速食化的有效途径。

食品自加热技术放热原理

常用的自加热装置放热原理主要包括化合反应放热、原电池反应放热、金属氧化反应放热和金属氧化物置换反应放热。相应的自加热食品发热剂有钙基发热剂、镁基发热剂及铝基发热剂。

现用自热食品发热包在使用过程中通常由两种或更多反应构成，目的是稳定释热速率，延长放热时间，适当减少成本。在常用自加热反应中，氧化钙与水化合反应产热量偏低，需要大量原料才能达到预期的加热效果。镁水反应和铝水反应单位质量放热明显高于其它反应，是当前广泛应用的加热技术，但是该过程伴随着氢气的产生，存在一定安全隐患。

① CaO与H2O反应生成 Ca(OH)2，释放大量热量是最早投入应用的自加热技术，该反应过程虽无有害气体产生，但具有单位质量发热剂放热量低，发热包易受潮，保质期短等缺点，因此该类自发热包市场份额在不断降低。

② 目前市场上使用量日益增加的铝基发热剂，其原理是原电池放热反应。微纳米级金属Al颗粒与水接触，其表面发生水合反应：2Al+4H2O→2AlOOH+3H2和2 Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2，生成疏松结构的氧化物层，紧接着生成的AlOOH 或Al(OH)3 会发生分解反应（水合反应的逆过程），重新生成Al2O3和H2O分子，而H2O分子将与内部的Al继续发生之前的反应，产生H2，同时持续放出热量。

③ 金属氧化反应放热原理是金属与空气中氧气发生氧化反应并释放热量，该反应并不适用于Mg、Al等金属，原因是其在与氧气接触时会迅速在表面产生一层致密的氧化膜， 阻止后续反应的发生，难以持续释放热量。而Fe等金属材料的氧化物多呈现疏松多孔结构，适于氧化反应持续放热。该反应单位时间内释放热量较小。为提高反应放热速率，获得大量持续的热能，目前多采用球磨法对金属进行超微细化处理，以获得微米甚至纳米级的金属粉末。

④ 金属氧化物置换反应放热中最常见的是铝热反应，通过金属铝与铁的氧化物之间的置换反应，释放出巨大的热量以完成对食品的加热。该反应需要一定能量启发，反应启动后可迅速并持续放热。该放热反应是目前国内外食品自加热技术的研究热点。

自加热技术存在的问题

1、自热剂安全问题

自热食品将原料调理和加工成部分或完全制好各种产品多以代工形式组装，部分相关标准制定滞后，对产品的一些安全性指标还没有权威性的标准规定，致使不合格产品混入市场，存在安全隐患，尤其是发热剂的安全问题，发热包加热反应温度高，易造成烫伤危险，反应后内容物漏出等问题出现。

水合型发热剂化合反应产生氢气，密闭的环境中氢含量过高有发生爆炸的风险，运输存在风险，发热剂一些反应产物属于有害垃圾，威胁环境安全，自热剂反应自热技术存在放热反应快、不可控制、不能重复利用、复热效率低、食物受热不均、工业化应用难等缺点而影响自热食品的推广。

2、标准未完善

我国虽然发布了食品用发热包的团体标准T/CST 3-2020《食品用发热包》，规定了食品用发热包的术语和反应启动时间、特性温度等，2021年发布的团体标准T/CIFST 005-2021《食品用加热包(铝基)》，也规定了加热包原料、加热性能及运输贮存等。但暂时还未建立完善食品用加热包生产规范等国家标准，缺乏对自加热技术应用的安全风险评估及专用检测方法等。食品用发热包现有的使用标准对其他反应类型还没有全覆盖。

自热食品的发展趋势

针对当前自热食品的发展现状，自热食品可以通过产品多样化、包装改良、生产自动化、自热技术改良、产品加工技术改良等方式来提高自热食品的质量，进而提高消费者对自热食品的接受和消费度。

首先，生产企业可以增多产品种类，提供更丰富的选择，提高产品的营养含量及均衡性。除了已有的自热米饭、火锅等，可将地方特色食品、传统食品通过工业化生产加工成方便自热食品，如奶茶、姜茶、黄酒等中国特色食品，将极大丰富产品的种类。或针对特定人群进行创新，定制适用于亚健康人群、老年人群的保健型自热食品也能够进一步满足特殊人群的需求。

第二，设计携带方便、加热便捷、绿色环保的自热食品包装是行业的另一大发展方向。为提高传热效率，可运用三维数值仿真与试验相结合的方法，选择合适的包装方式及包装材料，如在自热米饭中使用瓦楞纸模型可提高热加工效率。使用绿色包装是目前社会发展的必然趋势，也是未来包装市场的竞争热点，采用更加天然、绿色的包装材质和技术，将进一步提升企业的公众形象并提高消费者的忠诚度。同时精致美观的包装和创意搭配也能提高商品本身的价值，提高消费者的购买欲望。

第三，自热食品行业急需设计运用并推广自动化设备来节省人工操作及降低成本。根据生产环节先后，可以构建从蔬菜预处理、米饭煮熟、灭菌、灌装等全程的全自动生产线。使用效果更好、对品质影响更少的食品加工技术，提升自热食品的口感、风味和营养是行业摆脱消费阻力的有效手段。企业可以采用更好的自热食品品质调理技术，如淀粉制品的抗老化技术等，还可以采用如微波辅助热杀菌、射频杀菌、辐照杀菌、超高压杀菌、压力辅助热杀菌等新型终端杀菌技术，真正做到产业升级。

第四，自热技术的升级一方面需要提高产热效率及热量利用率，另一方面还需要提高产热的可控性。一些商家正在尝试使用更安全高效的自热方式，如 CHT（Convenience heating technologies）公司基于高锰酸钾和乙二醇反应的化学自热装置，HeatGenie 公司基于铝和氧化硅反应的化学自热装置等，这些装置能够控制或减少氢气产生，提高安全性。此外，物理自热装置，如便携微波加热装置等也是一个全新的研究方向。

参考资料：

[1]刘崇歆,薛雁,魏文松,等.食品自加热技术研究进展[J].中国食品学报,2020,20(11):351-356.

[2]韦丽娜,郝淑贤,李来好,等.自热技术在方便食品中的应用进展[J].中国调味品,2023,48(07):216-220.

[3]刘英娴,何天宇,赵靓,等.自热食品及自热包装研究进展[J].包装工程,2020,41(15):155-162.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。