空化技术在食品加工中的应用

        随着科技的高速发展，人们利用物料的效率也大幅上升，甚至可以通过一些特殊的手段改变物料的特性，从而满足生产加工的需要，像我们常见的半导体技术、纳米技术等等都是改变时代的重大发现。这些发现并不是对物质的转化，而仅是在物理特性方面的改变，其本质并没有变化。

        食品行业是最基础的民生行业，其伴随着人类需求的提高而不断"进化"。人类选择食品是对食物本质的需要，然而很多时候食物本身的属性不能满足现代化的加工需求，这就需要对其进行改性加工。在不改变其本质的情况下，物理性的加工技术在食品行业就起到了重要的应用。

        空化技术是一项食品物理加工技术，它利用空泡破裂产生的强大冲击力来增强射流的冲蚀效果。在空化过程中，空化泡溃灭的瞬间会产生局部极端瞬时高温、高压，并伴有强烈的冲击波、微射流、湍流、高剪切力，使物料的结构发生改变，从而改变产品的加工特性，比如溶解性、乳化性、流变性等。空化技术表现出的作用除了空化机制外，还有热机制和机械机制。目前常见的应用形式主要有两类，一类是超声波技术，一类是水力空化技术。

        01、超声波空化技术

        超声波是频率大于20kHZ的声波,它在介质中形成介质粒子的机械振动,从而引起声波与介质的相互作用，当液体分子间距超过液体作用的临界分子间距时形成空穴,而空穴又会在声波作用下持续振荡)或崩溃,在瞬态空化泡绝热收缩至崩溃时,空化泡周围的极小空间可产生高温、高压,并伴随强烈的冲击波,从而产生特殊的物理化学效应。

        02、水力空化技术

        水力空化是指在流体经过节流元件（如孔板、文丘里管等）时，由于元件对流体的阻碍作用，流体流速变大，压力减小。当流体压力减小至饱和蒸汽压甚至负压时，因流体内部本身存在不可溶解的微小气核，导致流体汽化并产生大量空化泡，随着液体周围压力的迅速恢复，空化泡瞬间溃灭，从而使相关物料的特性发生改变。通过多次空化泡的生成与溃灭操作，可以使物料达到预期的效果。水力空化技术在表现上与超声波作用类似，其强度要低于超声波反应，但空化率和能量效率要高于超声波。

        03、优化膳食纤维

        膳食纤维是当下公认的一类健康食品原料，其具有吸水膨胀增加饱腹感，促进肠道蠕动，增殖肠道益生菌等多种功能。在主打健康的饮食时代，膳食纤维被越来越多的应用到食品中。然而，由于自然界中存在的膳食纤维多是一种食品加工的"下脚料"，并且以不溶性的膳食纤维居多，其在食品中容易造成感官特性的下降，阻碍了膳食纤维的应用，所以提高膳食纤维的特性对于整个行业大有裨益。

        膳食纤维常用的加工方法有螺杆挤压、超微粉碎以及酶法处理等，空化技术则是近几年才发展起来的加工方式，通过空化加工的膳食纤维具有加工程度深、可控性高等特点。通过空化技术的加工，膳食纤维的粒度显著降低，吸水性、吸油性、膨胀性等都有提升，随着空化处理时间的延长呈现先增后减的效果。最重要的是，通过空化处理的膳食纤维向无定型结构和可溶性转化的比例增加，有助于提高膳食纤维在食品中的加工特性。

        04、优化淀粉

        淀粉是食品加工中常用的原辅料之一，除了作为能量供给的材料外，还具有增稠、改善质构的作用，还可以利用淀粉的糊化、老化特性加工成特殊的食品。受制于淀粉颗粒自身理化特性的限制，很多时候单独使用淀粉并不能达到理想的效果，需要食品添加剂的配合。然而在清洁标签的大环境下，对淀粉自身特性的优化是满足时代要求的重要途径。

        空化技术能够破坏淀粉颗粒表面，使其表面暴露更多基团，在与其他成分混合使用时，能起到很好的保水性及润胀性，增加产品的口感。其不仅有助于降低其他食品添加剂如胶体、变性淀粉的使用，还能降低蛋白类产品的添加量，有助于成本的控制和品质的改善。

        05、优化大豆蛋白

        大豆蛋白是食品中常用的一类物质，虽然其是一种辅料，但更多的承担的是改良的作用，是一种特殊的"添加剂"。大豆蛋白的优势在于亲水、亲油的两亲性，在食品体系中能起到很好的乳化效果。同时，大豆蛋白是产品质构的骨架成分，对于产品的感官特性影响很大。大豆蛋白的使用效果与其用量是呈线性相关性，但成本也限制了用量的增加，因此优化大豆蛋白的特性是大豆蛋白改良的重要方向。

        蛋白质的溶解性和功能性质与其构象密切相关，而蛋白质的构象是通过离子键、氢键、二硫键、疏水相互作用等分子间作用力来维持的。空化作用能使蛋白质的构象发生变化、大的聚集体解聚、分子结构部分展开、表面疏水性增加，进而使部分功能性质得到改善，尤其是溶解性、乳化性、起泡性等方面的提升明显。

        超声波空化与水力空化的效果是一致的，只是应用场景有差异。在应用上，超声波空化的应用范围更广，而水力空化仅适用于"液体性"物料。空化技术在近几年得到长足发展，光空化、粒子空化等众多新颖的方式正在转化为实际生产力，将来有望成为食品行业重要的加工方式之一。

        关键词：空化技术、超声波空化、水力空化  

        文/Huer

        作者简介：

        Huer，从事熟肉制品产品研发10年，糕点生产线产品开发3年。