超聲波技術在食品檢測中的應用

龔菲菲

（廈門海洋職業技術學院，福建廈門 361101）

近年來，我國食品行業的競爭越來越激烈，在這樣的背景下，食品行業必須跟隨時代一起進步，更新食品檢測技術，才能在未來的發展中搶占更多的市場份額。超聲波技術是一種全新的食品檢測技術。在傳統觀念里，超聲波技術多數被用于海底探測和回聲定位，但是在食品行業中，也可以利用超聲波技術檢驗食品的安全性。超聲波技術相較于其他技術而言，有很多獨特的優勢，可以更好地確保食品的安全性。

1 超聲波檢測的簡要概述

1.1 超聲波檢測特點

超聲波最主要的一個特點是頻率高，相較于其他的檢測技術而言，超聲波的穿透性也比較好，而且它的振動頻率通常是在2 000 Hz以上，其在液體和固體間都可以傳播[1]。在傳統觀念中，超聲波可能多數被用于航海探測和回聲定位，但是近年來，隨著我國科學技術的發展，超聲波在食品行業的應用也越來越多，超聲波檢測技術是食品行業中重要的應用之一，超聲波可對食品的結構和質量方面進行嚴格地檢測，利用超聲波對食品進行檢測，不會造成食品的污染。且在檢測過程中，超聲波的檢測速率非常快，極大提升了食品的檢測效率。但是超聲波自身具有不穩定性因素，在檢測的過程中很容易被外界因素影響，造成較大的誤差，在超聲波的使用過程中，一定要做好管理工作，保障超聲波能夠發揮出在食品檢測中的效果。

1.2 超聲波檢測的種類

超聲波在工業中的應用可以分為兩個類型，①頻率比較低，但是能量很高，能夠用來清洗一些設備和管道，或破壞生物的細胞，進而影響一系列化學反應，這類的超聲波需要連續式操作，在過程中不能中斷。②超聲波利用頻率高，但是能量低，對待測對象不造成任何損傷，而且在很多脈沖操作中也會利用這種能量低、頻率高的超聲波，具有預期能量比較低的特性，所以在探測的過程中不會改變待測物品的物理性質或化學性質等。在食品檢測技術中，所運用到的超聲波檢測設備如圖1所示。低頻率超聲波在探測物體時，通過向帶測物體發射脈沖信號，然后再根據超聲波在食品內的傳播狀況以及時間來確定食品的安全和成熟程度。而這一類技術在食品加工中的各個方面有廣泛的應用，尤其是在乳液類制品和肉制品中，對超聲波探測技術的應用更加廣泛[2]。

圖1 超聲波檢測儀

2 超聲波技術在食品檢測中的應用

2.1 肉類檢測

在我國的食品市場中，肉制品比重較大，在日常飲食結構中，肉制品也扮演著重要的角色。肉制品的安全問題一直以來都受到廣泛關注。雖然超聲波技術可以對肉制品進行安全檢測，但是超聲波檢測技術還沒有達到成熟階段，在肉制品中的應用還存在一些不足之處，雖然目前還在探索，但是近年來我國的科學技術越來越發達，相信在不遠的將來，超聲波技術在肉制品的檢測中也可以得到有效地應用。超聲波在肉制品檢測的應用中還沒有達到成熟階段的主要原因就在于，肉質品中的纖維蛋白會被透過的超聲波所破壞，而且肉制品最大限度內能承受超聲波的范圍是10 kHz左右，檢測過程中所用到的超聲波頻率要遠遠大于10 kHz，如果利用超聲波對肉制品進行檢測，會破壞肉制品類的纖維蛋白，導致有液體滲出，這些液體會讓肉質纖維之間互相粘連，一旦出現這樣的情況，會影響肉的品質。雖然超聲波技術在肉制品檢測過程中沒有廣泛應用，但是利用超聲波來檢測肥肉和瘦肉之間的區別可以達到明顯的效果。因為超聲波技術獨特的穿透性，可以穿透脂肪和肌肉，便于五花肉和其他肉的檢測，提高了肉的檢測速率。

2.2 乳液檢測

乳制品體系是比較分散的粒子，平均的液滴尺寸在0.2～2 μm，在整個乳制品中呈現的是一種渾濁而且不透明的狀態，在這樣的狀態下用傳統的方法不能確保食品的安全性，因為普通的光束檢測大于2 μm，無法達到檢測要求，但是利用超聲波技術可以完美地解決這一問題。在液體靜止狀態下，粒子會由于重力的原因而開始移動，而且在乳狀液體系中還會存在一定的油脂，油脂的密度比水的密度小，通常會向上移動，超聲波的頻率為40 kHz，在功率為0.8 W時可以檢測到這些粒子的移動狀態，根據這些粒子的移動狀態，可以檢測到乳狀液體的安全性。如果利用傳統的檢測方式，需要利用快速冷凍來讓粒子達到固定位置，然后再對液體的含油量進行檢測，才能夠檢驗乳狀液體的安全情況，但是相較于前者而言，后者的工作效率低，而且取樣工作也比較煩瑣，相較于這一技術而言，超聲波檢測技術操作過程較為簡單，非專業技術人員也可以操作，在很大程度上提高了檢測效率[3]。

2.3 充氣食品檢測

超聲波技術在檢測的過程中很容易受到外界因素的影響，因此，想要利用超聲波來檢測充氣類食品的安全狀況，需注意整個操作過程，如果在充氣類食品檢測時樣品存在氣泡，會導致超聲波出現傳播偏差，檢測結果的誤差也會增大。食品檢測的每一個步驟都必須要認真細致，盡量避免偏差的產生。超聲波技術在充氣類食品的檢測中廣泛應用，利用超聲波技術監測充氣產品相較于傳統技術，準確率會提高0.6倍，檢測速率也可以提升0.4倍。這一點在對薯片這一類的充氣食品中效果尤其明顯，雖然會存在誤差，但處于允許范圍之內。超聲波檢測技術相較于其他技術而言，具有明顯的使用優勢，因為超聲波技術不會對包裝內的氣體造成任何污染，也不會影響氣體的穩定性。

2.4 乳制品檢測

乳制品中的粒子有非常良好的散光作用，但會導致液體渾濁，如果在乳制品當中利用其他傳統的技術進行檢測，需要取樣，把乳制品中的油相和水相分離出來，再通過傳統的技術對油相進行檢測和判定，這樣的方法不僅耗時費力，而且檢測的結果也不一定準確。還可利用光學顯微鏡進行檢測，對乳制品液體進行取樣，利用顯微鏡觀察。以最簡單的牛奶為例，利用光學顯微鏡對牛奶進行檢測，觀測不到液體分子的運行狀況和結構變化，相較于其他技術而言，準確性也比較低，但是利用超聲波技術對牛奶進行檢測，不僅不需要取樣還可以提高檢測效率，測測速率提升0.4倍，還可以檢測出包裝內部的產品有沒有發生凝聚現象，而且利用超聲波技術會使牛奶的脂肪球直徑由2.79～3.08 μm降低到0.57～0.95 μm，可以促進油脂和水結合，減少分層。

2.5 飲料酒類檢測

近年來我國的飲品行業也十分發達，而飲品存在的主要形式都是液體，在飲品中最基本的溶劑是水，雖然飲品整體基本是以液體形式存在的，但是在飲品的各個溶質之間，由于溶解度的問題，并不會充分地相融。傳統的飲品混合率只有80%，而且它們的混合物在物理性質上也會有很大的差異，而且在一些口味比較豐富的飲品中，由于各種溶質的密度不同，因此在融合的過程中會出現一種新密度的液體。由于液體密度之間存在變化，超聲波在不同密度液體之間會產生傳播偏差，相關人員可以利用這個現象區分不同的液體種類，然后再和標準對比，最后得出結果。以奶制品為例，奶制品的密度在1.35左右，而純奶的密度大約在1.2左右，過期飲品的密度更低，能夠輕易的區分出飲品是否處于安全范圍之內，而且超聲波對飲品進行檢測，不會引起飲品內部成分以及性質的變化，在很大程度上保證了檢測過程中飲品的安全性[4]。

3 結語

超聲波技術在食品檢測中可以應用于眾多領域，如肉食品檢測、乳狀液體檢測、充氣類食品檢測、乳制品及飲料等檢測的過程中。超聲波技術相較于其他技術而言不僅不會對食品造成任何污染，而且超聲波技術對食品檢測的安全性比其他技術更精確。