超声波技术在食品科学中的应用与研究

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超声波技术在食品科学中的应用与研究宋国胜，胡松青’,李琳’

(.南理工大学轻化工研究所，广东广州 504)2华南理工大学分析测试中心，广东广州 504) 1华 160 (. 160摘要：超声波为频率高于 2 k z以上的声波， 0H是一种机械振动在媒质中的传插过程，其传播过程中，超声波与媒质的相互作用， 可以使超声波的相位和幅度等发生变化；功率超声波则会使媒质的状态、组成、结构和功能等发生变化。本文综述了食品工业中的超声提取、超声灭菌、超声干燥、超声过滤、超声清洗等方面的进展，介绍了近年超声波技术在食品添加剂的合成微生物代谢、酒类

发酵、食品检测、控制结晶等方面的最新应用，并简要分析了超声波的作用机理，旨在食品工业中使超声波技术得到更好的利用。关键词：超声技术；食品行业；超声波应用中图分类号：T 2 1;文献标识码：A;文章篇号： 7 .0 8 0 80.6 90 S0. 2 1 3 7 ( 0 )600 .4 6 9 2

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自从 12年美国普林斯顿大学化学实验室的科技 98

最后一种方法为利用压电或电致伸缩效应的材料，加上高频电压，使其按电压的正负和大小产生高频伸缩， 产生频率 1 0MHz] H量级【。超声波与媒质的相 0￣G z J J J互作用可分为热机制、机械 (力学 )机制和空化机制3种。1热机制 . 1

人员首次发现超声波有加速二甲基硫酸水解和亚硫酸还原硫酸钾反应作用以来，声学与化学相互交叉渗透的超声化学作为一门新兴的边缘学科发展十分迅速，

特别是在2世纪8年代发展更为迅速，并且随着功率 0 0超声波仪器设备的发明与制造技术的日趋完善等，使

超声化学技术广泛应用于食品加工、化学、化工、医疗、医药和农药等许多领域。 1超声波概述超声波为频率高于 2万赫兹以上的有弹性的机械振荡，由于其超出人的听觉上限，故称之为超声波。 超卢波只有多种物理和化学效应，超声波发生主要通

超声波在媒质中传播时，其振动能量不断被媒吸

收转变为热量而使媒质温度升高，此种升温方式与其它加热方法相比达到同样的效果，从而这种使媒质温度升高的效应称之为超声的热机制。 1机械机制 . 2超声波的机械机制主要是辐射压强和强声压强引 起的。在力学效应中主要有搅拌、分散、成雾、凝聚、 冲击破碎和疲劳损坏等作用。超声波也是一种机械能量的传播形式，波动过程中的力学量，如原点位移、

过3种方法：通过机械装置产生谐振方法，一般频率较低，利用刚磁性材料的磁致伸缩现象的电一声转换器发出超声波的方法，频率在几千赫兹到一百千赫兹；收稿 E:2 0 - 10,改回 E期：2 0 - 12 t期 080-9 t 0 80—0

振动速度、加速度及声压等参数可以表述超声效应。1空化机制 _ 3在液体中，当声波的功率相当大，液体受到的负压力足够强时，媒质分子间的平均距离就会增大并超过极限距离，从而将液体拉断形成空穴，在空化泡或

基金项目：国家自然科学基金 (0300 0006。 2462,2560 ) 作者简介：宋国胜 (9 6 ),工程师，博士研究生，研究方向：分离原 16-,男理与技术。

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空化的空腔激烈收缩与崩溃的瞬间，泡内可以产生局部的高压，以及数干度的高温，从而形成超声空化现

料与油；也可从动物组织中提取有用 (或有害 )质，物

如超声提取鱼肝油，超声从猪肉中提取残留农药等；用超声处理经粉碎过的苹果、梨、草莓、菠菜等果蔬

象，空化现象包括气泡的形成、成长和崩溃过程。可见，空化机制是超声化学的主动力，使粒子运动速度

的浆体，有利于进一步细化，使汁液中的果胶降解，粘度降低，提高出汁率和汁液质量。Fe r d等人用超声技术提取棉籽中的油脂使产量大幅提高。3 .杀菌

2

大大加快，破坏粒子的力的形成，从使许多物理化学和化学过程急剧加速，对乳化、分散、萃取以及其

它各种工艺过程有很大作用。 目前人们常用的超声波基本上分为两类：一类是频率高，能量低的诊断超声波，其频率多以MH为单 z位；另一类是频率低，能量高的功率超声波，其频率则以k Z H单位【。我国的超声化学技术虽然起步较晚， 2 J但起点高、发展迅猛，在设备设计制造和应用方面取得了丰硕的成果。使用超声波的可能性是非常广泛的，

杀菌是保证食品安全保藏的必要条件，超声波的杀菌作用主要是由于其所形成的空化作用。其机理可能是由于在超声过程中产生及打破波动压力所生成的微小气泡而产生的机械振动机制，这种振动具有破坏细胞结构及组成作用。对非均相界面会因超声波振动的切向力和微射流等作用而使固相颗粒或板块破碎变细，从而可起到杀菌和清除食品包装和加工设备的污垢的作用。杀菌所用超声波频率一‘为2 - 0 Hz般 0 10 - k, 能量为 14k m,波长为3 7 m。周永昌等用 0 W/ 2 . .c 5超声进行板鸭的杀菌保鲜获得了较好的效果；黄嘉顺报道的超声清洗试验也取得了较好效果。超声灭菌技术已在美、日、欧洲等发达国家获得了广泛使用，主

但是实际应用方面还是不够广，大多数只停留在试验室阶段，主要原因之一就是因为它比电能要贵2 3,~倍 其次是有效的声波发生器设计做得不够，没有工业规

模的生产也是超声波在工业上不能推广的严重障碍J。

本文就超声化学的原理和其在食品行业中应用加

以综述。

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