超声波与物理场组合食品技术研究进展解读

2021-08-26 14:44:03 来源：食品安全导刊

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李少华1，李申1，李翠翠2*

（1.河南职业技术学院，河南郑州 450046；
2.南阳理工学院张仲景国医国药学院，河南南阳 473000）

摘要：当前食品技术的发展前景良好，其中，超声波技术在食品技术中起到非常关键的作用，并且该技术的应用范围越来越广，为提高食品技术的工艺水平，并从节能环保角度出发，将食品加工过程进行优化。基于此，本文介绍了超声波与物理场的技术原理，并对这两种技术进行组合、分析，将组合结果对食品技术产生的影响展开深入探讨和研究，旨在促进食品技术的进一步发展和创新，供相关从业者参考。
关键词：超声波；物理场组合；食品技术
超声波技术具有一种特殊的弹性，其频率高于2万Hz，通常来看，超声波能在介质中进行机械运动，并在运动中将能量以纵向或横向的方式进行有效的传播。超声波技术从物理原理方面来看，该技术主要的运作原理为热动力、机械以及空化机制。超声波技术分别与微波技术、超高压技术等形成综合型物理场组合技术，并将该技术应用在食品生产、加工当中。
1 超声波组合技术分类
1.1 超声-微波技术
1.1.1 提取
该提取技术具有强的热能传导作用，能对功能性物质、成分进行有效提取，经富硒蛹虫草的硒多糖成分的提取试验表明，超声微波技术对比单一的超声提取法的提取效率高出4.5%左右，比热水提取法的提取效率高出近13%。
旱莲木的果实中含有一定量的多糖，超声波微波技术能对多糖物质进行有效提取，微波组合技术对比热水提取技术能将提取时间减少1 h，此外，还对许多其他不同的物质展开了组合技术与原有传统技术的优势对比，在统一的条件、环境中，超声波微波组合技术的提取率最高、效果也最明显，该组合技术还能有效保护提取成分的结构[1]。
1.1.2 改性
该组合技术的改性原理主要是通过微波的辐射作用,使物质内部的极性分子进行高速运转，在运转过程中使氢键发生断裂，有效利用超声波的振荡作用，以达到均匀加热物质反应体系的作用，进而实现对目标提取物质的分解、吸收[2]。
1.1.3 降解
超声波微波组合技术能够对含有大分子物质进行有效降解,例如纤维素、半纤维素等，其降解作用主要体现在以下两个方面。①有效利用超声空化效应能使植物中具有一定强度的细胞壁发生快速破裂，再利用微波技术使食品物质中的水分、纤维素等成分进行高强度吸收，吸收过程释放大量的热能，使部分大分子物质内部的化学键发生断裂，达到降解效果。②促使分子质量较小的化学物质进行快速挥发，使原料表面产生微隙，进而使降解速率加大。超声波微波技术能够有效辅助酸或碱性物质以及活性酶的降解效率明显加快。
1.1.4 陈化
在酒产品的加工、生产过程中，缩短酝酿所用时间并加速酒的陈化是酒产品的生产目标。超声波技术在酒产品的陈化过程中，主要体现在空化效应使原液的状态保持高温以及高压，这能有效提高酒液中酵母细胞的破碎速度和破碎效率。在此基础之上，酵母菌中的多糖成分能够增加，并使酯类物质快速与乙醇以及水分进行结合，酒的味道也会因此变得更为香醇、浓厚，口感十分柔和。微波技术主要通过辐射电磁波，较少的时间范围内使乙醇与水分子重新结合，进而使酒的口感更为协调，实现缩短陈酿时间的目标[3]。
1.2 超声波真空技术
由于超声波技术无法在真空中传播，这两种技术是并列关系，而非同时进行。所以超声波技术通常先对食品物质进行提前处理，再通过后续的真空环境对食品进行干燥。真空组合技术还能有效提高食品的含水率，在酸奶、香蕉片等水果、蔬菜类制品的干燥过程中应用较多。
1.3 超声波与电场组合技术
静电场技术能够使超声波的空化效应进一步强化，在这2种技术的共同作用下，食品加工技术有了更高水平的进步。具体到加工过程中，该组合技术能够对植物的细胞组织（类似不易分解的细胞壁等成分）进行高强度的破坏，进而提高提取所需成分的速率。例如对啤酒酵母的提取，该组合技术能够先应用高压脉冲电场进行处理，再经过超声波处理，其超声波功率控制在400 W内。
在进行植物蛋白质以及核酸的提取过程中，要使蛋白质的提取率达到45.86%、核酸的提取率达到53.75%，在超声波与电场组合技术的作用下，这2种物质的提取率是单一电场技术作用时的1.5倍，也是单一超声波技术作用时的2倍，不难看出，其组合技术具有高效作用[4]。
1.4 超声波与红外线组合技术
超声波在传导过程中，会产生一定的空化效应，这种效应能使食品、物质的表面产生大量的缝隙，使物质原有的水分进行快速的扩散，进而提高干燥速度，并提升该产品的产出效率，增强产品效益。经相关研究，该组合技术被用于红枣的干燥，在技术优势下，将干燥时间缩短了近4 h。所以，超声红外技术在食品加工过程中经常被应用到对干制品的处理，并且能够最大限度的保证产品质量以及营养成分，例如维生素等。除了枣片，还有对桃子切片的干燥，该技术能够有效提高桃片的脱水速率，并在这个过程中降低耗能，提高产品质量。
1.5 超声紫外线组合技术
紫外线技术通常在水或空气的杀菌过程中被广泛应用，超声波技术的有效加入能将原本的杀菌效果进行一定程度的强化。这种强化过程首先体现在超声波在传播过程中会产生高剪切力与微射流，这2种作用能对细菌体的结构造成破坏。同时，物力场组合技术最大程度上避免了紫外灯管的表面聚集污垢，进而显著增强杀菌作用。经研究，超声波与紫外线组合技术能对人们的日常用水进行高效杀菌，并且其杀菌效果和作用十分明显。组合技术的杀菌作用能够有效替代单一臭氧的杀菌效果，在保证杀菌作用的同时又能够降低臭氧中溴酸盐含量过大的风险，进而提高产品品质；该组合技术也能对大肠杆菌进行灭活消毒作用[5]。
2 结语
综上所述，超声波及其组合技术在食品加工方面具有非常明显的优势，例如在同等工作效率下该技术的耗能较低，并且对外产生的污染影响较小，广泛应用于食品产业。针对该技术的杀菌能力有限的问题，通过结合微波技术、真空技术等形成技术组合，能有效增强杀菌技术。
参考文献
[1]潘俊秋,李红霞.浅谈超声波技术在食品检测中的运用[J].现代品,2021(3):126-128.
[2]耿春辉,崔婧,路明,等.超声波技术在食品检测中的原理及意义[J].中国食品,2021(6):109.
[3]田周萍,黄鹭强.3D食品打印技术的应用状况与发展趋势[J].福建轻纺,2021(5):22-26.
[4]王欣欣.初探超声波技术在食品检验中的应用[J].中国食品,2021(4):125.
[5]朱险峰.应用超声波技术让食品检测更高效[J].中国食品,2020(9):130.
作者简介：李少华（1988—），女，汉族，河南周口人，硕士，讲师。研究方向：食品科学。
通信作者：李翠翠（1985—），女，汉族，河南柘城人，博士，讲师。研究方向：功能性食品研发。