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超声波技术在食品加工中的应用
现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2017/6/12 11:07:41 关注：817 评论： 我要投稿
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1、超声波无损检测
传统的食品检测过程，样品采集后需要采用各种化学或物理方法对其进行破坏性处理，一般操作繁琐，数据获得周期长，而且设备价格昂贵，无法很好地适应现代食品生产所要求的全程实时监控和无损检然而，超声波检测设备能够在较短时间内，实现对高浓度食品和光不透明材料的检测，具有非破坏性、非介入性、及时性和精确性的特点，在食品检测领域应用潜力巨大闭。这一技术的关键在于确定声特性（声速、衰减系数和声阻抗）与产品特性（例如：成熟度、硬度等）间的关系，实现对食品成分、结构、相变和颗粒大小的测定。
2、超声波提取
传统的提取办法是选取恰当的溶剂，采用加热并伴随搅动的方法，使相关成分溶出。将超声波应用于提取，其产生的瞬态空化作用，可以改善传质过程，缩短提取时间；最重要的是实现了较低温度的高效率提取，有效地防止了提取的活性物质变性，保存了高温下易挥发的芳香物质，改善了产品品质。目前该技术已经被用于生物糖苷类、生物碱、黄酮、蒽醌类、有机酸及多糖成分的提取网。
需要特别指出的是，用超声波进行提取强化，不同的物料需要采用不同强度的超声波，只有对非活性物质的提取，才可适当加大功率，通过超声波产生的瞬态空化效应提高提取效率。而对于酶等活性物质，只能够采用较温和的条件，声功率不可过高，通过在生物细胞内形成胞内环流后改善细胞通透性，实现提取强化；否则，较大功率超声波所产生的瞬态空化及瞬时热效应能，将导致细胞结构的破坏及蛋白质的变性。
3、超声波控制结晶
高能超声波能够通过以下几种途径对结晶过程起到辅助作用：首先是影响晶核的形成，因为超声波具有强烈的定向效应，所以能够补充和加强形成临界晶核的波动能，从而加速起晶过程；其次通过控制结晶生长的速度，不但可以确保晶体细小均匀，而且能够防止已经形成的结晶表面被新形成的结晶污染旧，这些作用对于大规模的商业化生产有重要价值。
目前强化结晶过程已被证明是改变许多食品特性的有效工具，如膳食脂肪、巧克力、冰淇淋的特性修饰。
超声波结晶技术在食品领域另一极有价值的应用，就是用于控制速冻食品冰晶的形成过程”。超声波在冻结过程中对物料产生的作用，将确保晶核形成的快速一致，有效地防止由于冰晶生长而造成的细胞组织破裂，避免了解冻后的组织结构软化和细胞液外流问题。
另外，超声波诱导结晶过程中的空化作用能够持续清洁冻结过程中物料表面的覆盖物，保证冷冻过程中的热传导效率。
4、超声波灭菌
超声波产生的空化作用能在细胞壁与细胞液等非均相间产生微射流和局部高热、高压，对细菌、病菌等微生物有强烈的杀灭作用。超声波消毒的特点是速度快，无外来添加物，对人体无害，对物品无损伤，但也存在消毒不彻底的问题。
超声波的灭菌效果随微生物种类的不同，也有较大差异。目前已有的研究主要集中于李斯特单胞菌、沙门氏菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和其它一些微生物的杀灭。
5、超声波干燥
传统的对流热干燥技术，干燥过程所采用的高温容易使食品物料产生化学、物理及生物活性方面的变化，从而导致了成品的收缩、形变、老化，以及色泽风味的改变，但如果降低温度，干燥的速率就会大幅度下降，既增加了能耗，又影响了干燥效果。有研究表明，通过对热干燥过程的能量强化，能够较低温度下，实现高效率的干燥。
6、超声波催熟陈化酒
传统的酒类熟化通常是通过恒温条件下的长时间储存而实现的。有研究表明，超声波可以增强各类物质的分子活化能，提高分子间的有效碰撞，使酯化、缩和、氧化还原等反应加速进行，有利于形成酒的醇酯酿制香味；此外，超声波处理能够加速造成新酒不良感觉的硫化氢、氨、硫醇、乙醛和丙烯醛等低沸点物质的挥发，进而使酒体口感获得改善；超声波辐照还可以促进缔合作用，增强水、醇、醛、酸、酯等极性分子间的亲和力，促进酯化反应，改善酒体风味。
因此，利用超声波催熟陈化酒，能够一定程度上缩短酒的陈化过程，提高酒的品质。
需要指出的是超声波催熟陈化酒，对处理中低档酒时特别适用。但对高档酒，采用超声波处理后，会使酒中的香味，特别是果酒中的果子酸等发生分解，反而令酒品质发生下降阎。
7、超声波乳化
食品生产过程中常常需要对两种不互溶的液态组分进行乳化加工，传统的方法有：机械乳化法和化学乳化法。采用超声波进行乳化时，其产生的空化气泡在不互溶的两相界面破裂，能够形成冲击波，使两相混合，达到乳化效果口；此外，超声波的作用还能够使一些不溶于水的物质活性增加，从而在水中分散均匀或溶解，在几乎不使用稳定剂的情况下保持乳浊体系的稳定。
8、超声波破乳与分离
通过调整超声波的频率不但可以促进乳化，而且能够用于两相的破乳与分离操作阿，由于超声波的作用力将使物质颗粒在节点与反节点处聚集，声学辐射力将促使分散质固定相在节点和反节点上运动，这就使液滴与相关总体流动方向一致，实现了物质分离。
需要指出的是该项技术的实际应用，必须具备前期实验论证基础，在物料不同特性的基础上对具体使用参数进行调整，这是因为不同的声场参数，将获得不同的结果，可能达到破坏体系实现分离的目的，也可能适得其反，反而加强了分散体系的稳定性。
9、超声波解冻
传统食品加工采用热传导使冰冻物料实现解冻，这一过程费时，费钱，费力而且容易导致物料品质的变化。而如果采用超声波对冰冻的物料进行解冻时，由于超声波能量在冰冻组织中的衰减大大高于已解冻组织，这就使物料对超声波的能量吸收集中于冰冻与解冻层的分界界面，并且通过对输入超声波频率与能量的调整，能够将由超声波衰减而产生的热效应稳定在冰点附近，这样解冻过程就会随着物料的冰冻与解冻界面的推进而持续进行，避免了局部高温的产生，达到了实现物料快速稳定解冻的目的。
10、超声波除泡
液态食品生产过程中往往由于产泡而降低了产品的产率和产量，传统的食品生产工艺往往是采用机械或化学方法实现除泡。超声波能量在空气的传播过程中会迅速扩散，并对泡沫的薄液壁产生破坏，达到除泡的效果。
根据这一原理研发的超声波除泡技术目前已经被应用于实际生产除泡，例如碳酸饮料，发酵体系以及其他一些食品的生产，实践表明该技术显著地改善了产品质量与产量圈。
11、超声波切割
超声波切割设备在食品工业中主要是应用于奶酪、糖果、烘焙制品和方便食品的分块侧，实际切割效果受到切割刃的几何尺寸，振动方向，振幅和振动频率的共同影响。但是，超声波用于某些食品的切割时可能产生异味，因此，需要根据食品中组分来确定是否适用进行超声波切割。
12、超声波雾化
传统的离心喷雾方法是使液体高速通过小喷口实现雾化，因此只适用于低粘度液体的雾化，而且经常会发生喷口阻塞等问题。然而超声喷雾设备，喷雾器本身就是一个超声变幅杆，液体由中间的一个导管供给，并使其浸没过变幅杆的振动端面，由瞬间空化作用实现雾化；此外，强烈的超声变幅端面振动作用将使受处理的液体粘度降低，很适用于食品加工中粘稠物料的雾化干燥。
13、超声波辅助过滤/筛分
传统过滤过程容易发生滤网堵塞，从而使过滤/筛分速度下降，将超声波技术引入食品的过滤与筛分有以下几个优点：
首先它所产生的震动能量，保持了颗粒的悬浮与运动，使过滤通道保持畅通并令溶剂得以自由洗提；其次超声波作用导致了滤饼或筛的震动，形成了无摩擦表面，液体或小颗粒能够更容易地通过；再次，持续的空化作用阻止了滤网表面的堵塞和结团；并且，超声波对滤网和物料的持续振动作用，能够降低物料的粘稠度，提高过滤速度。
这些优点使滤网的寿命大大延长，提高了生产效率，对实际生产具有重要意义。目前，已有部分公司在其现有的滤网上加装超声波过滤系统应用于生产。
近年来，也有一些学者对超声波与膜过滤的结合应用进行研究，并取得了部分成果，虽然目前该技术仍有待完善，但已经可以预见其未来应用的巨大潜力。
14、超声波嫩化肉制品
传统的嫩化加工通常采用机械方法将肉捣碎，以改善肉的口味，而超声波可以通过破坏肉的肌原纤维，使经处理的样品有较好的粘度、含水率、颜色及产量，有助于肉食品的嫩化加工。
15、超声波挤压成型
超声波目前还被应用于食品挤压成形生产过程。由金属管或挤压染色所产生的超声波能量通过垂直结合被输入到管子中，金属的震动降低了拉伸过程中的压力，从而改变了物料流变学特性，生产出挤压食品。
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| 文章来源：食品研发与生产 文章编辑：一米优讯 |
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