超聲波技術(shù)及其在食品行業(yè)中的應(yīng)用

薛磊

山西開放大學(xué)（太原 030000）

如今，我國(guó)食品行業(yè)保持著強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)，食品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的程度日益加劇，為了能夠在愈演愈烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中成功立足并突出重圍，各大食品企業(yè)不斷加大新品研發(fā)，并且注重提升食品的質(zhì)量，加強(qiáng)食品生產(chǎn)成本的控制。而近年來(lái)屢被曝出的食品安全事件引發(fā)社會(huì)民眾的高度重視，人們加強(qiáng)對(duì)食品安全問(wèn)題的關(guān)心，并且對(duì)食品質(zhì)量與安全提出更高要求，而這也在一定程度上促進(jìn)食品安全檢測(cè)工作的開展。在此背景下，超聲波技術(shù)憑借著操作便捷、效果精準(zhǔn)、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì)而受到青睞，并在食品行業(yè)得到大力推廣和積極應(yīng)用。鑒于此，對(duì)超聲波技術(shù)在肉類食品、乳制食品、充氣食品、飲料酒類食品檢測(cè)中的應(yīng)用情況進(jìn)行細(xì)致、深入分析。

1 超聲波技術(shù)應(yīng)用于食品行業(yè)的主要形式

1.1 無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是指使用脈沖技術(shù)消除食物中的化學(xué)藥品殘留，并且不會(huì)對(duì)食物品質(zhì)造成任何不良影響。在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，需要特別注意：一是不適用于透明類食品測(cè)試，否則會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度；二是應(yīng)基于食品的檢驗(yàn)特性進(jìn)行分析，主要分析的是食品材料與結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，并根據(jù)分析結(jié)果選擇合適的超聲波技術(shù)。

1.2 超聲波提取技術(shù)

超聲波提取技術(shù)能夠在50~120 ℃的環(huán)境下對(duì)食品質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確快速地檢查。一般來(lái)講，食品在高溫或低溫環(huán)境下，其品質(zhì)可能會(huì)因內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)變化而變差，導(dǎo)致食物品質(zhì)降低，影響顧客的食用安全性和口感。對(duì)此，可通過(guò)超聲波技術(shù)檢測(cè)出食品中含有的風(fēng)味劑、生物酶等活性物質(zhì)，確保這些物質(zhì)保持最佳儲(chǔ)存狀態(tài)。超聲波提取技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需提取檢測(cè)材料的相關(guān)溶劑，也不需要對(duì)被檢測(cè)材料進(jìn)行攪拌，有利于保證食品的完整性，能夠縮短材料提取周期，提高食品檢測(cè)效率。超聲波提取技術(shù)在生物酶提取檢測(cè)中取得積極應(yīng)用[2]。

1.3 結(jié)晶控制技術(shù)

結(jié)晶控制技術(shù)主要利用超聲波的良好定向效果，有效控制食物內(nèi)部的結(jié)晶速度，以確保食物內(nèi)部的晶體不被外部污染。結(jié)晶控制技術(shù)在冰淇淋、海鮮等各種冷凍食品的生產(chǎn)和儲(chǔ)存方面得到積極應(yīng)用。

2 超聲波檢測(cè)技術(shù)在各類食品中的檢測(cè)

2.1 超聲波技術(shù)在肉類食品檢測(cè)中的應(yīng)用分析

在我國(guó)食品消費(fèi)方面，肉制品的消費(fèi)量一直居高不下，特別是隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，廣大民眾的經(jīng)濟(jì)收入明顯增多，人們的肉制品攝入量增多，并且，肉制食品的存放時(shí)間越長(zhǎng)，其內(nèi)部含有的病毒、細(xì)菌就會(huì)越來(lái)越多，如果人們食用到變質(zhì)的肉制食品，其身體健康甚至生命安全就會(huì)受到威脅，所以，肉制品質(zhì)量安全開始受到高度重視。

一直以來(lái)，行業(yè)人士多通過(guò)酸水解檢測(cè)方法對(duì)肉類食品的脂肪含量進(jìn)行檢測(cè)，但是此檢測(cè)方法不僅操作復(fù)雜，并且檢測(cè)精度不穩(wěn)定。通過(guò)超聲波技術(shù)對(duì)肉類食物進(jìn)行檢測(cè)，能夠比較快速精準(zhǔn)地檢測(cè)出精制肉和肥肉的之比，因此，可通過(guò)超聲波技術(shù)區(qū)分肉類的質(zhì)量，以此保證食用肉類食品的質(zhì)量與價(jià)值。然而，超聲波技術(shù)在肉制品安全檢測(cè)方面應(yīng)用有限，正處于探索發(fā)展時(shí)期。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)超聲波對(duì)肉制類食品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，超聲波大概率會(huì)破壞食品中的纖維蛋白，并且肉制品承受超聲波的上限是10 kHz，而在運(yùn)用超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，超聲波頻率往往遠(yuǎn)超過(guò)10 kHz，因此會(huì)導(dǎo)致肉類食品中的纖維蛋白，使食品滲出大量液體，造成肉質(zhì)纖維之間粘連，繼而導(dǎo)致肉的品質(zhì)變差[3]。

所以，在肉類食品檢測(cè)方面，超聲波只被用于檢測(cè)和區(qū)分肥肉和瘦肉，在其他方面的檢測(cè)還有待進(jìn)一步探索和完善。

2.2 超聲波技術(shù)在乳制食品檢測(cè)中的應(yīng)用分析

以牛奶、奶酪等為代表的乳制食品在廣大民眾的食品消費(fèi)榜單中占據(jù)極其重要的地位，它們?cè)谔峁┤梭w攝取營(yíng)養(yǎng)、保障人體機(jī)能、改善人體身體素質(zhì)等方面發(fā)揮極其重要的作用。

在對(duì)乳制品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于乳制品中的粒子本身表現(xiàn)出較強(qiáng)的散光特性，所以會(huì)造成液體處于明顯的渾濁狀態(tài)。通過(guò)常規(guī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，第一步需要取樣，并且要將乳制品中的油相與水相進(jìn)行分離，通過(guò)常規(guī)技術(shù)檢測(cè)油相，基于常規(guī)技術(shù)的檢測(cè)方法既需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，投入較多資源，并且檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度難以得到有效保障。有食品企業(yè)通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)乳制品進(jìn)行檢測(cè)，如通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)牛奶這一乳制品進(jìn)行檢測(cè)，雖然其檢測(cè)速度比較快，但是無(wú)法觀測(cè)到液體分子的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)，所以檢測(cè)精準(zhǔn)度不高。但是通過(guò)超聲波技術(shù)對(duì)牛奶等之類的乳制品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，既能大幅縮短乳制品的檢測(cè)時(shí)間，還能精準(zhǔn)檢測(cè)出被包裝的乳制品是否存在凝聚的情況，另外，通過(guò)超聲波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，能大幅降低牛奶的脂肪球直徑，使其由最初的2.79~3.08 μm變小至0.57~ 0.95 μm，有利于油脂與水之間深度融合，減少分層，繼而使得牛奶品質(zhì)得到進(jìn)一步改善。

2.3 超聲波技術(shù)在充氣食品檢測(cè)中的應(yīng)用分析

充氣食品在人們的食品消費(fèi)榜單中尤為常見，如塑料袋包裝的零食等，它們最突出的特點(diǎn)是包裝袋內(nèi)被注入大量的空氣。超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于充氣類食品檢測(cè)，但是通過(guò)超聲波技術(shù)對(duì)此類食品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，包裝袋中的空氣會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度產(chǎn)生較為顯著的影響，究其原因，包裝袋中的空氣會(huì)使超聲波在傳播過(guò)程中出現(xiàn)頻率變化，以此造成超聲波結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著改變，繼而影響檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。

實(shí)踐證實(shí)，在充氣類食品中引入超聲波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)速率、檢測(cè)準(zhǔn)確率皆優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，并且此技術(shù)不會(huì)對(duì)包裝袋內(nèi)的氣體帶來(lái)污染和破壞，所以，該技術(shù)在充氣類食品檢測(cè)中應(yīng)用比較廣泛。

2.4 超聲波技術(shù)在飲料酒類食品檢測(cè)中的應(yīng)用分析

我國(guó)飲料酒類的消費(fèi)量不斷增加，飲料酒類食品基本上都以液體的形式進(jìn)行貯存。對(duì)于這類食品來(lái)講，最基本的溶劑是水，但是不同飲品存在著不同溶質(zhì)，并且其溶解度也不盡相同，導(dǎo)致檢測(cè)難度升級(jí)。特別是口味比較豐富的飲品，因各種溶質(zhì)的密度高度不一，所以，在融合時(shí)容易出現(xiàn)新密度的液體，而通過(guò)超聲波技術(shù)對(duì)飲料酒品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其檢測(cè)結(jié)果會(huì)因穿透于不同液體的密度不同而產(chǎn)生較大誤差，造成檢測(cè)結(jié)果不一致[4]。

不過(guò)這并不意味超聲波技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于飲料酒類食品檢測(cè)，在實(shí)踐中，可通過(guò)超聲波技術(shù)檢測(cè)此類食品有無(wú)過(guò)期，一般來(lái)講，過(guò)期飲品與正常保質(zhì)期內(nèi)飲品的密度不同，所以，可通過(guò)超聲波技術(shù)比較快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出飲品是否處于可食用期間，并且超聲波技術(shù)檢測(cè)不會(huì)導(dǎo)致飲品性質(zhì)發(fā)生變化，有利于保障飲品質(zhì)量安全[5]。

3 超聲波技術(shù)在食品行業(yè)中的其他應(yīng)用

超聲波在食品行業(yè)中并非只能夠應(yīng)用于食品檢測(cè)，也可通過(guò)其特有的功能對(duì)食品產(chǎn)生一定的物理和化學(xué)作用，從而使其在提高效率、節(jié)約原料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1 通過(guò)超聲波快速精準(zhǔn)地提取生物物質(zhì)

實(shí)踐證實(shí)，采用19.3 kHz的超聲波從甜菜中提取糖，可使提取時(shí)間縮短一半，產(chǎn)量提高12%~14%。從葵花籽中提取油可使產(chǎn)量提高27%~28%。用400 kHz、聲強(qiáng)6.5~62 W/cm2的超聲提取花生油，能使花生油的產(chǎn)量增加2.76倍。在提取魚肝油方面，主要通過(guò)熔出法進(jìn)行提取，不僅出油率低，還會(huì)使維生素在高溫環(huán)境下受到破壞，有研究嘗試通過(guò)300，600，800和1 500 kHz的超聲提取鱈魚魚肝油，能夠在2~5 min內(nèi)使鱈魚組織內(nèi)所含的油脂100%地游離出來(lái)，并且不會(huì)破壞組織中的維生素。此外，超聲波在提取咖啡方面也表現(xiàn)出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)（約2、3 min）從含咖啡的植物中提取出所有的咖啡。由此可知，超聲波在提取生物物質(zhì)方面具有快速、精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景比較廣闊[6]。

3.2 超聲波加速細(xì)化、乳化和擴(kuò)散

巧克力、果醬等食品在生產(chǎn)過(guò)程中往往需要經(jīng)過(guò)乳化、細(xì)化等一系列專業(yè)處理，如果乳化、細(xì)化工藝不成熟，會(huì)導(dǎo)致奶油和脫脂奶不分層，降低感官質(zhì)量，這樣不會(huì)影響降低食品生產(chǎn)效率，還會(huì)影響食品質(zhì)量，所以，食品的乳化、細(xì)化處理尤為重要。有研究通過(guò)超聲波對(duì)食品進(jìn)行細(xì)化、乳化處理，結(jié)果顯示，基于超聲波技術(shù)的細(xì)化、乳化工藝不僅能大大地縮短生產(chǎn)周期，還能夠改善口味、提高食品加工質(zhì)量，明顯比傳統(tǒng)的機(jī)械或化學(xué)方法更勝一籌。

3.3 超聲波促進(jìn)凝聚、加速沉淀

在現(xiàn)實(shí)中，醬油、酒類等液體類食品不僅需要達(dá)到國(guó)家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還需要保持良好的清澈感、透明感，否則會(huì)影響消費(fèi)者的感官體驗(yàn)。無(wú)論是采用傳統(tǒng)的機(jī)械法，還是各種化學(xué)方法，都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行靜置沉淀，而運(yùn)用超聲波技術(shù)則能夠有效縮短醬油、酒類等液體類食品的沉淀時(shí)間，并且會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)液體的清澈感、透明感。實(shí)踐證實(shí)，如用400 Hz超聲波處理醬油，一般只需要1~2 min就可以獲得良好的沉淀效果。對(duì)于葡萄酒中存在的懸浮物，如果用傳統(tǒng)方法進(jìn)行沉淀處理，一般需要4~10 d的時(shí)間，而使用超聲波技術(shù)，一般只需要1~2 h即可。由此可見，超聲波在食品處理環(huán)節(jié)能夠起到促進(jìn)凝聚、加速沉淀的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超聲波在食品檢測(cè)方面發(fā)揮著不容小覷的作用，在肉類食品、乳制食品、充氣食品、飲料酒類食品、果蔬類食品檢測(cè)中引入和應(yīng)用超聲波技術(shù)，不僅能夠提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度，還不會(huì)對(duì)食品品質(zhì)造成不良影響。所以，超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛，而這也是超聲波技術(shù)受到食品行業(yè)青睞的主要原因。另外，超聲波技術(shù)也可以通過(guò)其特有的功能對(duì)食品產(chǎn)生一定的物理和化學(xué)作用，從而使其在提高效率、節(jié)約原料的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量，如可以在提取生物物質(zhì)、處理乳制品等方面發(fā)揮積極作用。超聲波技術(shù)在食品行業(yè)的應(yīng)用前景廣闊，在食品檢測(cè)方面的研究與應(yīng)用還有待進(jìn)一步探索。