超声波技术在食品研究与加工中的应用（下）

5、在食品提取与分离中的应用

提取技术在食品工业中可用于从食品基质中有效分离各种脂质、色素、多酚、多糖等生物活性化合物。利用超声来强化提取过程，可有效提高提取率，缩短提取时间，降低成本，甚至还可以提高产品的质量和产量。

超声提取的主要机理是空化效应与机械效应的混合效应。超声系统输出使介质振动，从而使超声波能量传递给溶液中的固体。超声气泡的瞬态空化释放出高能量，传质得到增强，同时固体表面破裂，溶液更容易渗透进入固体内部，增加了提取溶剂与固体的接触面积，提高提取效率。

超声波的高频振动和空化效应能有效破碎细胞，加速溶质的溶出和扩散，缩短提取时间，减少受热时间，保护有效成分不被破坏。目前，超声波辅助提取已被广泛运用于食品、天然产物提取与分离。

6、在食品过滤中的应用

在食品研究开发中，无论是想得到较为纯净的液体还是要将固体从母液中提取出来都需要进行固液分离处理。实践证明，超声波的应用有助于提高过滤的效率。超声波能有效解决过滤过程中膜表面上方的滤液或滤饼过滤器造成的污染或者浓度极化的问题。

超声产生的振动能使颗粒保持悬浮并继续移动，使过滤器表面保持干净，并促进溶剂进入孔隙。它还创造了一个无摩擦的表面，使液体或更小的颗粒更容易通过，从而改善了流动性，减少了过滤时间。另一优点是延长了过滤器的使用寿命，过滤器表面出现的持续气穴可防止堵塞或结垢。

7、在食品乳化中的应用

乳液包含两种互不相溶液体的系统，存在于很多常见的食物中，如牛奶、黄油、冰淇凌和沙拉酱等。超声波乳化产生的乳液更加稳定，液滴的尺寸更小，粒径分布窄，还可降低乳化剂的用量，并诱导乳化剂快速移动，在界面上快速吸附。这是因为在乳化过程中，超声波能够使油滴变形和破碎，从而减少了悬浮油滴的尺寸。

超声波能够在连续相中形成分散的大液滴，然后介质中持续的物理剪切和声空化作用可以逐渐击穿大液滴。在超声功率与明胶浓度的影响研究中，超声过程降低了生物聚合物溶液的电位、界面张力和粘度，从而得到稳定的乳液，液滴尺寸更小，而且更高的超声功率可以改变聚合物网络。

超声处理能使猪肉脂肪颗粒粒径减小，乳化液滴分布均匀，提高所有乳液的乳化活性、乳化稳定性和流出指数，同时降低乳液的粘度系数，并使蛋白质疏水基团和脂肪颗粒之间的结合增加。

8、在食品发泡中的应用

在空气/水界面形成泡沫的过程是蛋白质分子的运输、渗透和重组的过程。这些过程受表面疏水性、蛋白质取向、变性程度以及蛋白质大小和结构的影响。因此，超声能够在加工过程中参与以上过程，从而影响蛋白质的发泡性能。

超声处理会让蛋白质具有更多暴露的疏水结构域，降低了蛋清的粘度和表面张力，减少蛋白质尺寸，增加去折叠表面疏水性，增加了界面作用的促进作用，使蛋白质更容易吸附在气液界面上，并通过疏水或静电相互作用进行分子组装。

利用高强度超声处理蚕豆蛋白时，发现超声处理的蛋白发泡能力显著高于未经超声处理的发泡能力。其原因是声空化和微湍流发生了快速的分子运动，导致蛋白质链展开，暴露出更多疏水基团，使表面张力降低，在空气-水界面表现出显著更高的吸附动力学。另外，超声波的应用通常能改善乳清蛋白沫的溢出和排水性能。

9、在食品凝胶中的应用

在对富含蛋白质的乳品、豆类以及水产的加工中，良好的凝胶性能使蛋白质具有更适合加工的质构特性。而且蛋白凝胶的三维网络结构，既能做水的载体，也可做糖、风味成分及其他配合物的载体。

研究认为超声处理能够改善凝胶性能是因为超声空化气泡剧烈破裂，伴随着极端的物理效应产生的高温高压和机械效应产生的剪切力和冲击波，从而改善了蛋白质的溶解度并促进了蛋白质构象的展开，改变了蛋白质的二级结构，促进蛋白质之间的相互作用和交联。蛋白质之间的相互作用增强，有利于凝胶的三维网状结构更加规则，便于水分或其他物质锁住在结构中，增强凝胶持水性和稳定性。

研究表明，与传统水浴加热相比，超声辅助水浴加热处理的鲷鱼鱼糜在相同盐浓度下的凝胶特性得到明显改善，凝胶强度和持水性都得到不同程度地提高，鱼糜凝胶的微观结构更加均匀致密。其原因是超声波的使用促进了蛋白质构象从α-螺旋向β-折叠等的转化，便于氢键的形成和其他疏水基相互作用。但是在双超声处理下，鱼糜凝胶的硬度较低，其原因是长时间超声导致蛋白质过度延伸，严重损害蛋白质的结构。

10、在食品腌制中的应用

超声波应用于腌制过程中可以克服传统腌制方法效率低、保存速度慢等缺点。超声波的声空化作用可以改变肉组织的物理化学特性，通过收缩和膨胀改变肉组织的加工和固化。超声处理过程中的气体被排出，因此肌肉组织被破坏，导致肌肉束之间形成更大的间隙，这有利于盐水分散到肉组织中。

同时，肌肉组织内部的负压降低了腌料进入肉块的阻力，因此超声波处理能显著增强腌料渗透性。研究发现超声波处理能加快钠盐的扩散，缩短腌制时间，而且对鸡胸肉的腌制没有不利影响。另有研究发现，超声波在兔肉腌制、缩短浸泡时间、提高肉的硬度和失水率方面都有正面影响。

11、超声处理与食品风味

超声波的应用对食品加工风味也有一定的影响，主要是超声物理和机械效应的综合作用致使蛋白质和脂肪的结构变化，从而导致食品风味的变化。对肉类食品来说，蛋白质和脂质氧化是肉制品整体风味形成的主要原因，因为它们可以产生大量的风味性氨基酸、小肽、脂肪酸和香味。

在超声辅助美拉德反应研究中，表明超声波能够促进蛋白糖基化作用，并且对美拉德反应的中间阶段和最后阶段起着重要的促进作用。在研究超声预处理对鸡肝蛋白及其水解物的美拉德反应程度和美拉德产物的影响中发现，超声预处理增加了美拉德反应后鸡肝蛋白水解物的褐色着色程度和风味前体物的含量，降低了鸡肝蛋白水解物的粒径，并促进了蛋白水解物与木糖之间的交联作用。在超声处理下，鸡肝蛋白水解物美拉德产物的挥发性化合物增加，苦味和涩味特征降低，表现出更强的焦糖状和甜味特征。

12、超声处理与食品检测

声学检测技术是通过傅里叶变换分析声波在频率域的特性或对声波存在时域的分析，研究声波特性与介质性质的关系，以探究媒质的力学性质和几何性质，进而达到探求媒质内部结构的目的。

由于声学检测技术具有无破坏性、检测速度快、可实现在线检测等特点，利用食品的声学特性对其品质进行检测以及分级理论和技术研究已经成为食品快速检测技术的重点研究方向。低能超声波检测技术具有无损、快速、准确的特点，可对微生物进行在线检测。

结语

超声波技术在食品加工及研究的应用是非常具有前景的前沿技术，绿色环保的超声技术的应用，能有效缩短整个食品加工操作的时间，提高生产效率，降低生产成本。但从目前对超声波技术在食品研究开发中应用来看，超声波技术应用还不够深入广泛，较多的依然停留在实验室阶段。所以，未来应加快研究开发适应产业化生产的超声波设备，将实验室取得成功的超声波技术逐步应用到实际产业化生产中，加快科研成果产业转化，提高食品工业生产效率。

参考资料：

[1]马空军,金思,潘言亮.超声波技术在食品研究开发中的应用现状与展望[J].食品工业,2016,37(09):207-211.

[2]梁诗洋,张鹰,曾晓房等.超声波技术在食品加工中的应用进展[J].食品工业科技,2023,44(04):462-471.

[3]冯业坤,马金满.超声波技术在食品研究开发中的应用现状与展望[J].食品安全导刊,2021(09):169+171.

作者简介：

小泥沙，食品科技工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品及功能性食品的开发与研究。