超聲波與物理場(chǎng)組合食品技術(shù)研究進(jìn)展解讀

李少華，李 申，李翠翠

（1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450046；2.南陽理工學(xué)院張仲景國(guó)醫(yī)國(guó)藥學(xué)院，河南南陽 473000）

超聲波技術(shù)具有一種特殊的彈性，其頻率高于2萬Hz， 通常來看，超聲波能在介質(zhì)中進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)中將能量以縱向或橫向的方式進(jìn)行有效的傳播。超聲波技術(shù)從物理原理方面來看，該技術(shù)主要的運(yùn)作原理為熱動(dòng)力、機(jī)械以及空化機(jī)制。超聲波技術(shù)分別與微波技術(shù)、超高壓技術(shù)等形成綜合型物理場(chǎng)組合技術(shù)，并將該技術(shù)應(yīng)用在食品生產(chǎn)、加工當(dāng)中。

1 超聲波組合技術(shù)分類

1.1 超聲-微波技術(shù)

1.1.1 提取

該提取技術(shù)具有強(qiáng)的熱能傳導(dǎo)作用，能對(duì)功能性物質(zhì)、成分進(jìn)行有效提取，經(jīng)富硒蛹蟲草的硒多糖成分的提取試驗(yàn)表明，超聲微波技術(shù)對(duì)比單一的超聲提取法的提取效率高出4.5%左右，比熱水提取法的提取效率高出近13%。

旱蓮木的果實(shí)中含有一定量的多糖，超聲波微波技術(shù)能對(duì)多糖物質(zhì)進(jìn)行有效提取，微波組合技術(shù)對(duì)比熱水提取技術(shù)能將提取時(shí)間減少1 h，此外，還對(duì)許多其他不同的物質(zhì)展開了組合技術(shù)與原有傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比，在統(tǒng)一的條件、環(huán)境中，超聲波微波組合技術(shù)的提取率最高、效果也最明顯，該組合技術(shù)還能有效保護(hù)提取成分的結(jié)構(gòu)[1]。

1.1.2 改性

該組合技術(shù)的改性原理主要是通過微波的輻射作用,使物質(zhì)內(nèi)部的極性分子進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使氫鍵發(fā)生斷裂，有效利用超聲波的振蕩作用，以達(dá)到均勻加熱物質(zhì)反應(yīng)體系的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)提取物質(zhì)的分解、吸收[2]。

1.1.3 降解

超聲波微波組合技術(shù)能夠?qū)写蠓肿游镔|(zhì)進(jìn)行有效降解,例如纖維素、半纖維素等，其降解作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。①有效利用超聲空化效應(yīng)能使植物中具有一定強(qiáng)度的細(xì)胞壁發(fā)生快速破裂，再利用微波技術(shù)使食品物質(zhì)中的水分、纖維素等成分進(jìn)行高強(qiáng)度吸收，吸收過程釋放大量的熱能，使部分大分子物質(zhì)內(nèi)部的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，達(dá)到降解效果。②促使分子質(zhì)量較小的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行快速揮發(fā)，使原料表面產(chǎn)生微隙，進(jìn)而使降解速率加大。超聲波微波技術(shù)能夠有效輔助酸或堿性物質(zhì)以及活性酶的降解效率明顯加快。

1.1.4 陳化

在酒產(chǎn)品的加工、生產(chǎn)過程中，縮短醞釀所用時(shí)間并加速酒的陳化是酒產(chǎn)品的生產(chǎn)目標(biāo)。超聲波技術(shù)在酒產(chǎn)品的陳化過程中，主要體現(xiàn)在空化效應(yīng)使原液的狀態(tài)保持高溫以及高壓，這能有效提高酒液中酵母細(xì)胞的破碎速度和破碎效率。在此基礎(chǔ)之上，酵母菌中的多糖成分能夠增加，并使酯類物質(zhì)快速與乙醇以及水分進(jìn)行結(jié)合，酒的味道也會(huì)因此變得更為香醇、濃厚，口感十分柔和。微波技術(shù)主要通過輻射電磁波，較少的時(shí)間范圍內(nèi)使乙醇與水分子重新結(jié)合，進(jìn)而使酒的口感更為協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)縮短陳釀時(shí)間的目標(biāo)[3]。

1.2 超聲波真空技術(shù)

由于超聲波技術(shù)無法在真空中傳播，這兩種技術(shù)是并列關(guān)系，而非同時(shí)進(jìn)行。所以超聲波技術(shù)通常先對(duì)食品物質(zhì)進(jìn)行提前處理，再通過后續(xù)的真空環(huán)境對(duì)食品進(jìn)行干燥。真空組合技術(shù)還能有效提高食品的含水率，在酸奶、香蕉片等水果、蔬菜類制品的干燥過程中應(yīng)用較多。

1.3 超聲波與電場(chǎng)組合技術(shù)

靜電場(chǎng)技術(shù)能夠使超聲波的空化效應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化，在這2種技術(shù)的共同作用下，食品加工技術(shù)有了更高水平的進(jìn)步。具體到加工過程中，該組合技術(shù)能夠?qū)χ参锏募?xì)胞組織（類似不易分解的細(xì)胞壁等成分）進(jìn)行高強(qiáng)度的破壞，進(jìn)而提高提取所需成分的速率。例如對(duì)啤酒酵母的提取，該組合技術(shù)能夠先應(yīng)用高壓脈沖電場(chǎng)進(jìn)行處理，再經(jīng)過超聲波處理，其超聲波功率控制在400 W內(nèi)。

在進(jìn)行植物蛋白質(zhì)以及核酸的提取過程中，要使蛋白質(zhì)的提取率達(dá)到45.86%、核酸的提取率達(dá)到53.75%，在超聲波與電場(chǎng)組合技術(shù)的作用下，這2種物質(zhì)的提取率是單一電場(chǎng)技術(shù)作用時(shí)的1.5倍，也是單一超聲波技術(shù)作用時(shí)的2倍，不難看出，其組合技術(shù)具有高效作用[4]。

1.4 超聲波與紅外線組合技術(shù)

超聲波在傳導(dǎo)過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的空化效應(yīng)，這種效應(yīng)能使食品、物質(zhì)的表面產(chǎn)生大量的縫隙，使物質(zhì)原有的水分進(jìn)行快速的擴(kuò)散，進(jìn)而提高干燥速度，并提升該產(chǎn)品的產(chǎn)出效率，增強(qiáng)產(chǎn)品效益。經(jīng)相關(guān)研究，該組合技術(shù)被用于紅棗的干燥，在技術(shù)優(yōu)勢(shì)下，將干燥時(shí)間縮短了近4 h。所以，超聲紅外技術(shù)在食品加工過程中經(jīng)常被應(yīng)用到對(duì)干制品的處理，并且能夠最大限度的保證產(chǎn)品質(zhì)量以及營(yíng)養(yǎng)成分，例如維生素等。除了棗片，還有對(duì)桃子切片的干燥，該技術(shù)能夠有效提高桃片的脫水速率，并在這個(gè)過程中降低耗能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1.5 超聲紫外線組合技術(shù)

紫外線技術(shù)通常在水或空氣的殺菌過程中被廣泛應(yīng)用，超聲波技術(shù)的有效加入能將原本的殺菌效果進(jìn)行一定程度的強(qiáng)化。這種強(qiáng)化過程首先體現(xiàn)在超聲波在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生高剪切力與微射流，這2種作用能對(duì)細(xì)菌體的結(jié)構(gòu)造成破壞。同時(shí)，物力場(chǎng)組合技術(shù)最大程度上避免了紫外燈管的表面聚集污垢，進(jìn)而顯著增強(qiáng)殺菌作用。經(jīng)研究，超聲波與紫外線組合技術(shù)能對(duì)人們的日常用水進(jìn)行高效殺菌，并且其殺菌效果和作用十分明顯。組合技術(shù)的殺菌作用能夠有效替代單一臭氧的殺菌效果，在保證殺菌作用的同時(shí)又能夠降低臭氧中溴酸鹽含量過大的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品品質(zhì)；該組合技術(shù)也能對(duì)大腸桿菌進(jìn)行滅活消毒作用[5]。

2 結(jié)語

綜上所述，超聲波及其組合技術(shù)在食品加工方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，例如在同等工作效率下該技術(shù)的耗能較低，并且對(duì)外產(chǎn)生的污染影響較小，廣泛應(yīng)用于食品產(chǎn)業(yè)。針對(duì)該技術(shù)的殺菌能力有限的問題，通過結(jié)合微波技術(shù)、真空技術(shù)等形成技術(shù)組合，能有效增強(qiáng)殺菌技術(shù)。