5、在食品提取與分離中的應用

提取技術在食品工業(yè)中可用于從食品基質中有效分離各種脂質、色素、多酚、多糖等生物活性化合物。利用超聲來強化提取過程，可有效提高提取率，縮短提取時間，降低成本，甚至還可以提高產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量。

超聲提取的主要機理是空化效應與機械效應的混合效應。超聲系統(tǒng)輸出使介質振動，從而使超聲波能量傳遞給溶液中的固體。超聲氣泡的瞬態(tài)空化釋放出高能量，傳質得到增強，同時固體表面破裂，溶液更容易滲透進入固體內部，增加了提取溶劑與固體的接觸面積，提高提取效率。

超聲波的高頻振動和空化效應能有效破碎細胞，加速溶質的溶出和擴散，縮短提取時間，減少受熱時間，保護有效成分不被破壞。目前，超聲波輔助提取已被廣泛運用于食品、天然產(chǎn)物提取與分離。

6、在食品過濾中的應用

在食品研究開發(fā)中，無論是想得到較為純凈的液體還是要將固體從母液中提取出來都需要進行固液分離處理。實踐證明，超聲波的應用有助于提高過濾的效率。超聲波能有效解決過濾過程中膜表面上方的濾液或濾餅過濾器造成的污染或者濃度極化的問題。

超聲產(chǎn)生的振動能使顆粒保持懸浮并繼續(xù)移動，使過濾器表面保持干凈，并促進溶劑進入孔隙。它還創(chuàng)造了一個無摩擦的表面，使液體或更小的顆粒更容易通過，從而改善了流動性，減少了過濾時間。另一優(yōu)點是延長了過濾器的使用壽命，過濾器表面出現(xiàn)的持續(xù)氣穴可防止堵塞或結垢。

7、在食品乳化中的應用

乳液包含兩種互不相溶液體的系統(tǒng)，存在于很多常見的食物中，如牛奶、黃油、冰淇凌和沙拉醬等。超聲波乳化產(chǎn)生的乳液更加穩(wěn)定，液滴的尺寸更小，粒徑分布窄，還可降低乳化劑的用量，并誘導乳化劑快速移動，在界面上快速吸附。這是因為在乳化過程中，超聲波能夠使油滴變形和破碎，從而減少了懸浮油滴的尺寸。

超聲波能夠在連續(xù)相中形成分散的大液滴，然后介質中持續(xù)的物理剪切和聲空化作用可以逐漸擊穿大液滴。在超聲功率與明膠濃度的影響研究中，超聲過程降低了生物聚合物溶液的電位、界面張力和粘度，從而得到穩(wěn)定的乳液，液滴尺寸更小，而且更高的超聲功率可以改變聚合物網(wǎng)絡。

超聲處理能使豬肉脂肪顆粒粒徑減小，乳化液滴分布均勻，提高所有乳液的乳化活性、乳化穩(wěn)定性和流出指數(shù)，同時降低乳液的粘度系數(shù)，并使蛋白質疏水基團和脂肪顆粒之間的結合增加。

8、在食品發(fā)泡中的應用

在空氣/水界面形成泡沫的過程是蛋白質分子的運輸、滲透和重組的過程。這些過程受表面疏水性、蛋白質取向、變性程度以及蛋白質大小和結構的影響。因此，超聲能夠在加工過程中參與以上過程，從而影響蛋白質的發(fā)泡性能。

超聲處理會讓蛋白質具有更多暴露的疏水結構域，降低了蛋清的粘度和表面張力，減少蛋白質尺寸，增加去折疊表面疏水性，增加了界面作用的促進作用，使蛋白質更容易吸附在氣液界面上，并通過疏水或靜電相互作用進行分子組裝。

利用高強度超聲處理蠶豆蛋白時，發(fā)現(xiàn)超聲處理的蛋白發(fā)泡能力顯著高于未經(jīng)超聲處理的發(fā)泡能力。其原因是聲空化和微湍流發(fā)生了快速的分子運動，導致蛋白質鏈展開，暴露出更多疏水基團，使表面張力降低，在空氣-水界面表現(xiàn)出顯著更高的吸附動力學。另外，超聲波的應用通常能改善乳清蛋白沫的溢出和排水性能。

9、在食品凝膠中的應用

在對富含蛋白質的乳品、豆類以及水產(chǎn)的加工中，良好的凝膠性能使蛋白質具有更適合加工的質構特性。而且蛋白凝膠的三維網(wǎng)絡結構，既能做水的載體，也可做糖、風味成分及其他配合物的載體。

研究認為超聲處理能夠改善凝膠性能是因為超聲空化氣泡劇烈破裂，伴隨著極端的物理效應產(chǎn)生的高溫高壓和機械效應產(chǎn)生的剪切力和沖擊波，從而改善了蛋白質的溶解度并促進了蛋白質構象的展開，改變了蛋白質的二級結構，促進蛋白質之間的相互作用和交聯(lián)。蛋白質之間的相互作用增強，有利于凝膠的三維網(wǎng)狀結構更加規(guī)則，便于水分或其他物質鎖住在結構中，增強凝膠持水性和穩(wěn)定性。

研究表明，與傳統(tǒng)水浴加熱相比，超聲輔助水浴加熱處理的鯛魚魚糜在相同鹽濃度下的凝膠特性得到明顯改善，凝膠強度和持水性都得到不同程度地提高，魚糜凝膠的微觀結構更加均勻致密。其原因是超聲波的使用促進了蛋白質構象從α-螺旋向β-折疊等的轉化，便于氫鍵的形成和其他疏水基相互作用。但是在雙超聲處理下，魚糜凝膠的硬度較低，其原因是長時間超聲導致蛋白質過度延伸，嚴重損害蛋白質的結構。

10、在食品腌制中的應用

超聲波應用于腌制過程中可以克服傳統(tǒng)腌制方法效率低、保存速度慢等缺點。超聲波的聲空化作用可以改變肉組織的物理化學特性，通過收縮和膨脹改變肉組織的加工和固化。超聲處理過程中的氣體被排出，因此肌肉組織被破壞，導致肌肉束之間形成更大的間隙，這有利于鹽水分散到肉組織中。

同時，肌肉組織內部的負壓降低了腌料進入肉塊的阻力，因此超聲波處理能顯著增強腌料滲透性。研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理能加快鈉鹽的擴散，縮短腌制時間，而且對雞胸肉的腌制沒有不利影響。另有研究發(fā)現(xiàn)，超聲波在兔肉腌制、縮短浸泡時間、提高肉的硬度和失水率方面都有正面影響。

11、超聲處理與食品風味

超聲波的應用對食品加工風味也有一定的影響，主要是超聲物理和機械效應的綜合作用致使蛋白質和脂肪的結構變化，從而導致食品風味的變化。對肉類食品來說，蛋白質和脂質氧化是肉制品整體風味形成的主要原因，因為它們可以產(chǎn)生大量的風味性氨基酸、小肽、脂肪酸和香味。

在超聲輔助美拉德反應研究中，表明超聲波能夠促進蛋白糖基化作用，并且對美拉德反應的中間階段和最后階段起著重要的促進作用。在研究超聲預處理對雞肝蛋白及其水解物的美拉德反應程度和美拉德產(chǎn)物的影響中發(fā)現(xiàn)，超聲預處理增加了美拉德反應后雞肝蛋白水解物的褐色著色程度和風味前體物的含量，降低了雞肝蛋白水解物的粒徑，并促進了蛋白水解物與木糖之間的交聯(lián)作用。在超聲處理下，雞肝蛋白水解物美拉德產(chǎn)物的揮發(fā)性化合物增加，苦味和澀味特征降低，表現(xiàn)出更強的焦糖狀和甜味特征。

12、超聲處理與食品檢測

聲學檢測技術是通過傅里葉變換分析聲波在頻率域的特性或對聲波存在時域的分析，研究聲波特性與介質性質的關系，以探究媒質的力學性質和幾何性質，進而達到探求媒質內部結構的目的。

由于聲學檢測技術具有無破壞性、檢測速度快、可實現(xiàn)在線檢測等特點，利用食品的聲學特性對其品質進行檢測以及分級理論和技術研究已經(jīng)成為食品快速檢測技術的重點研究方向。低能超聲波檢測技術具有無損、快速、準確的特點，可對微生物進行在線檢測。

結語

超聲波技術在食品加工及研究的應用是非常具有前景的前沿技術，綠色環(huán)保的超聲技術的應用，能有效縮短整個食品加工操作的時間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但從目前對超聲波技術在食品研究開發(fā)中應用來看，超聲波技術應用還不夠深入廣泛，較多的依然停留在實驗室階段。所以，未來應加快研究開發(fā)適應產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的超聲波設備，將實驗室取得成功的超聲波技術逐步應用到實際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，加快科研成果產(chǎn)業(yè)轉化，提高食品工業(yè)生產(chǎn)效率。

參考資料：

[1]馬空軍,金思,潘言亮.超聲波技術在食品研究開發(fā)中的應用現(xiàn)狀與展望[J].食品工業(yè),2016,37(09):207-211.

[2]梁詩洋,張鷹,曾曉房等.超聲波技術在食品加工中的應用進展[J].食品工業(yè)科技,2023,44(04):462-471.

[3]馮業(yè)坤,馬金滿.超聲波技術在食品研究開發(fā)中的應用現(xiàn)狀與展望[J].食品安全導刊,2021(09):169+171.

作者簡介：

小泥沙，食品科技工作者，現(xiàn)就職于國內某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品及功能性食品的開發(fā)與研究。