超聲波與物理場組合食品技術研究進展解讀

李少華，李 申，李翠翠

（1.河南職業技術學院，河南鄭州 450046；2.南陽理工學院張仲景國醫國藥學院，河南南陽 473000）

超聲波技術具有一種特殊的彈性，其頻率高于2萬Hz， 通常來看，超聲波能在介質中進行機械運動，并在運動中將能量以縱向或橫向的方式進行有效的傳播。超聲波技術從物理原理方面來看，該技術主要的運作原理為熱動力、機械以及空化機制。超聲波技術分別與微波技術、超高壓技術等形成綜合型物理場組合技術，并將該技術應用在食品生產、加工當中。

1 超聲波組合技術分類

1.1 超聲-微波技術

1.1.1 提取

該提取技術具有強的熱能傳導作用，能對功能性物質、成分進行有效提取，經富硒蛹蟲草的硒多糖成分的提取試驗表明，超聲微波技術對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%。

旱蓮木的果實中含有一定量的多糖，超聲波微波技術能對多糖物質進行有效提取，微波組合技術對比熱水提取技術能將提取時間減少1 h，此外，還對許多其他不同的物質展開了組合技術與原有傳統技術的優勢對比，在統一的條件、環境中，超聲波微波組合技術的提取率最高、效果也最明顯，該組合技術還能有效保護提取成分的結構[1]。

1.1.2 改性

該組合技術的改性原理主要是通過微波的輻射作用,使物質內部的極性分子進行高速運轉，在運轉過程中使氫鍵發生斷裂，有效利用超聲波的振蕩作用，以達到均勻加熱物質反應體系的作用，進而實現對目標提取物質的分解、吸收[2]。

1.1.3 降解

超聲波微波組合技術能夠對含有大分子物質進行有效降解,例如纖維素、半纖維素等，其降解作用主要體現在以下兩個方面。①有效利用超聲空化效應能使植物中具有一定強度的細胞壁發生快速破裂，再利用微波技術使食品物質中的水分、纖維素等成分進行高強度吸收，吸收過程釋放大量的熱能，使部分大分子物質內部的化學鍵發生斷裂，達到降解效果。②促使分子質量較小的化學物質進行快速揮發，使原料表面產生微隙，進而使降解速率加大。超聲波微波技術能夠有效輔助酸或堿性物質以及活性酶的降解效率明顯加快。

1.1.4 陳化

在酒產品的加工、生產過程中，縮短醞釀所用時間并加速酒的陳化是酒產品的生產目標。超聲波技術在酒產品的陳化過程中，主要體現在空化效應使原液的狀態保持高溫以及高壓，這能有效提高酒液中酵母細胞的破碎速度和破碎效率。在此基礎之上，酵母菌中的多糖成分能夠增加，并使酯類物質快速與乙醇以及水分進行結合，酒的味道也會因此變得更為香醇、濃厚，口感十分柔和。微波技術主要通過輻射電磁波，較少的時間范圍內使乙醇與水分子重新結合，進而使酒的口感更為協調，實現縮短陳釀時間的目標[3]。

1.2 超聲波真空技術

由于超聲波技術無法在真空中傳播，這兩種技術是并列關系，而非同時進行。所以超聲波技術通常先對食品物質進行提前處理，再通過后續的真空環境對食品進行干燥。真空組合技術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用較多。

1.3 超聲波與電場組合技術

靜電場技術能夠使超聲波的空化效應進一步強化，在這2種技術的共同作用下，食品加工技術有了更高水平的進步。具體到加工過程中，該組合技術能夠對植物的細胞組織（類似不易分解的細胞壁等成分）進行高強度的破壞，進而提高提取所需成分的速率。例如對啤酒酵母的提取，該組合技術能夠先應用高壓脈沖電場進行處理，再經過超聲波處理，其超聲波功率控制在400 W內。

在進行植物蛋白質以及核酸的提取過程中，要使蛋白質的提取率達到45.86%、核酸的提取率達到53.75%，在超聲波與電場組合技術的作用下，這2種物質的提取率是單一電場技術作用時的1.5倍，也是單一超聲波技術作用時的2倍，不難看出，其組合技術具有高效作用[4]。

1.4 超聲波與紅外線組合技術

超聲波在傳導過程中，會產生一定的空化效應，這種效應能使食品、物質的表面產生大量的縫隙，使物質原有的水分進行快速的擴散，進而提高干燥速度，并提升該產品的產出效率，增強產品效益。經相關研究，該組合技術被用于紅棗的干燥，在技術優勢下，將干燥時間縮短了近4 h。所以，超聲紅外技術在食品加工過程中經常被應用到對干制品的處理，并且能夠最大限度的保證產品質量以及營養成分，例如維生素等。除了棗片，還有對桃子切片的干燥，該技術能夠有效提高桃片的脫水速率，并在這個過程中降低耗能，提高產品質量。

1.5 超聲紫外線組合技術

紫外線技術通常在水或空氣的殺菌過程中被廣泛應用，超聲波技術的有效加入能將原本的殺菌效果進行一定程度的強化。這種強化過程首先體現在超聲波在傳播過程中會產生高剪切力與微射流，這2種作用能對細菌體的結構造成破壞。同時，物力場組合技術最大程度上避免了紫外燈管的表面聚集污垢，進而顯著增強殺菌作用。經研究，超聲波與紫外線組合技術能對人們的日常用水進行高效殺菌，并且其殺菌效果和作用十分明顯。組合技術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又能夠降低臭氧中溴酸鹽含量過大的風險，進而提高產品品質；該組合技術也能對大腸桿菌進行滅活消毒作用[5]。

2 結語

綜上所述，超聲波及其組合技術在食品加工方面具有非常明顯的優勢，例如在同等工作效率下該技術的耗能較低，并且對外產生的污染影響較小，廣泛應用于食品產業。針對該技術的殺菌能力有限的問題，通過結合微波技術、真空技術等形成技術組合，能有效增強殺菌技術。