5、在食品提取與分離中的應(yīng)用

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

超聲提取的主要機(jī)理是空化效應(yīng)與機(jī)械效應(yīng)的混合效應(yīng)。超聲系統(tǒng)輸出使介質(zhì)振動(dòng)，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(zhì)得到增強(qiáng)，同時(shí)固體表面破裂，溶液更容易滲透進(jìn)入固體內(nèi)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(dòng)和空化效應(yīng)能有效破碎細(xì)胞，加速溶質(zhì)的溶出和擴(kuò)散，縮短提取時(shí)間，減少受熱時(shí)間，保護(hù)有效成分不被破壞。目前，超聲波輔助提取已被廣泛運(yùn)用于食品、天然產(chǎn)物提取與分離。

6、在食品過(guò)濾中的應(yīng)用

在食品研究開(kāi)發(fā)中，無(wú)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(lái)都需要進(jìn)行固液分離處理。實(shí)踐證明，超聲波的應(yīng)用有助于提高過(guò)濾的效率。超聲波能有效解決過(guò)濾過(guò)程中膜表面上方的濾液或?yàn)V餅過(guò)濾器造成的污染或者濃度極化的問(wèn)題。

超聲產(chǎn)生的振動(dòng)能使顆粒保持懸浮并繼續(xù)移動(dòng)，使過(guò)濾器表面保持干凈，并促進(jìn)溶劑進(jìn)入孔隙。它還創(chuàng)造了一個(gè)無(wú)摩擦的表面，使液體或更小的顆粒更容易通過(guò)，從而改善了流動(dòng)性，減少了過(guò)濾時(shí)間。另一優(yōu)點(diǎn)是延長(zhǎng)了過(guò)濾器的使用壽命，過(guò)濾器表面出現(xiàn)的持續(xù)氣穴可防止堵塞或結(jié)垢。

7、在食品乳化中的應(yīng)用

乳液包含兩種互不相溶液體的系統(tǒng)，存在于很多常見(jiàn)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(dǎo)乳化劑快速移動(dòng)，在界面上快速吸附。這是因?yàn)樵谌榛^(guò)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(zhì)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(guò)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(luò)。

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(shí)降低乳液的粘度系數(shù)，并使蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)和脂肪顆粒之間的結(jié)合增加。

8、在食品發(fā)泡中的應(yīng)用

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

超聲處理會(huì)讓蛋白質(zhì)具有更多暴露的疏水結(jié)構(gòu)域，降低了蛋清的粘度和表面張力，減少蛋白質(zhì)尺寸，增加去折疊表面疏水性，增加了界面作用的促進(jìn)作用，使蛋白質(zhì)更容易吸附在氣液界面上，并通過(guò)疏水或靜電相互作用進(jìn)行分子組裝。

利用高強(qiáng)度超聲處理蠶豆蛋白時(shí)，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(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)鏈展開(kāi)，暴露出更多疏水基團(tuán)，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(dòng)力學(xué)。另外，超聲波的應(yīng)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(yīng)用

在對(duì)富含蛋白質(zhì)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(zhì)具有更適合加工的質(zhì)構(gòu)特性。而且蛋白凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既能做水的載體，也可做糖、風(fēng)味成分及其他配合物的載體。

研究認(rèn)為超聲處理能夠改善凝膠性能是因?yàn)槌暱栈瘹馀輨×移屏?，伴隨著極端的物理效應(yīng)產(chǎn)生的高溫高壓和機(jī)械效應(yīng)產(chǎn)生的剪切力和沖擊波，從而改善了蛋白質(zhì)的溶解度并促進(jìn)了蛋白質(zhì)構(gòu)象的展開(kāi)，改變了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)蛋白質(zhì)之間的相互作用和交聯(lián)。蛋白質(zhì)之間的相互作用增強(qiáng)，有利于凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加規(guī)則，便于水分或其他物質(zhì)鎖住在結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)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(qiáng)度和持水性都得到不同程度地提高，魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻致密。其原因是超聲波的使用促進(jìn)了蛋白質(zhì)構(gòu)象從α-螺旋向β-折疊等的轉(zhuǎn)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(zhǎng)時(shí)間超聲導(dǎo)致蛋白質(zhì)過(guò)度延伸，嚴(yán)重?fù)p害蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

10、在食品腌制中的應(yīng)用

超聲波應(yīng)用于腌制過(guò)程中可以克服傳統(tǒng)腌制方法效率低、保存速度慢等缺點(diǎn)。超聲波的聲空化作用可以改變?nèi)饨M織的物理化學(xué)特性，通過(guò)收縮和膨脹改變?nèi)饨M織的加工和固化。超聲處理過(guò)程中的氣體被排出，因此肌肉組織被破壞，導(dǎo)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(shí)，肌肉組織內(nèi)部的負(fù)壓降低了腌料進(jìn)入肉塊的阻力，因此超聲波處理能顯著增強(qiáng)腌料滲透性。研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理能加快鈉鹽的擴(kuò)散，縮短腌制時(shí)間，而且對(duì)雞胸肉的腌制沒(méi)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(shí)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(fēng)味

超聲波的應(yīng)用對(duì)食品加工風(fēng)味也有一定的影響，主要是超聲物理和機(jī)械效應(yīng)的綜合作用致使蛋白質(zhì)和脂肪的結(jié)構(gòu)變化，從而導(dǎo)致食品風(fēng)味的變化。對(duì)肉類食品來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化是肉制品整體風(fēng)味形成的主要原因，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生大量的風(fēng)味性氨基酸、小肽、脂肪酸和香味。

在超聲輔助美拉德反應(yīng)研究中，表明超聲波能夠促進(jìn)蛋白糖基化作用，并且對(duì)美拉德反應(yīng)的中間階段和最后階段起著重要的促進(jìn)作用。在研究超聲預(yù)處理對(duì)雞肝蛋白及其水解物的美拉德反應(yīng)程度和美拉德產(chǎn)物的影響中發(fā)現(xiàn)，超聲預(yù)處理增加了美拉德反應(yīng)后雞肝蛋白水解物的褐色著色程度和風(fēng)味前體物的含量，降低了雞肝蛋白水解物的粒徑，并促進(jìn)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(qiáng)的焦糖狀和甜味特征。

12、超聲處理與食品檢測(cè)

聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)傅里葉變換分析聲波在頻率域的特性或?qū)β暡ù嬖跁r(shí)域的分析，研究聲波特性與介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，以探究媒質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和幾何性質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到探求媒質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的。

由于聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)破壞性、檢測(cè)速度快、可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)等特點(diǎn)，利用食品的聲學(xué)特性對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)以及分級(jí)理論和技術(shù)研究已經(jīng)成為食品快速檢測(cè)技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。低能超聲波檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)損、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可對(duì)微生物進(jìn)行在線檢測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

超聲波技術(shù)在食品加工及研究的應(yīng)用是非常具有前景的前沿技術(shù)，綠色環(huán)保的超聲技術(shù)的應(yīng)用，能有效縮短整個(gè)食品加工操作的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。但從目前對(duì)超聲波技術(shù)在食品研究開(kāi)發(fā)中應(yīng)用來(lái)看，超聲波技術(shù)應(yīng)用還不夠深入廣泛，較多的依然停留在實(shí)驗(yàn)室階段。所以，未來(lái)應(yīng)加快研究開(kāi)發(fā)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的超聲波設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)室取得成功的超聲波技術(shù)逐步應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中，加快科研成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(shù)在食品研究開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].食品工業(yè),2016,37(09):207-211.

[2]梁詩(shī)洋,張鷹,曾曉房等.超聲波技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用進(jìn)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(shù)在食品研究開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].食品安全導(dǎo)刊,2021(09):169+171.

作者簡(jiǎn)介：

小泥沙，食品科技工作者，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品及功能性食品的開(kāi)發(fā)與研究。