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　　超聲波作為一種物理能量形式的機(jī)械波廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、化學(xué)和化工領(lǐng)域。目前，在食品工業(yè)中，超聲波主要應(yīng)用于食品分析及食品評(píng)價(jià)，并且越來越多地作為一種食品加工的技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品加工生產(chǎn)領(lǐng)域。
　　
　　功率超聲波在食品原料生產(chǎn)中的應(yīng)用
　　
　　功率超聲波具有激發(fā)細(xì)胞的活性作用，因此很多研究利用功率超聲波促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝、提高產(chǎn)率。很多研究表明超聲波能夠在不破壞細(xì)胞比的情況下促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。
　　
　　低頻率高能量的超聲波能夠?qū)?xì)胞產(chǎn)生刺激作用。超聲波通過改進(jìn)細(xì)胞的質(zhì)量傳輸機(jī)制，加速細(xì)胞的新陳代謝過程提高細(xì)胞內(nèi)相關(guān)酶的活性，從而促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和相應(yīng)代謝產(chǎn)物的積累。超聲波能夠提高營養(yǎng)介質(zhì)中海藻細(xì)胞的生長(zhǎng)速率，可使海藻蛋白的產(chǎn)量提高三倍。用超聲波輔助生產(chǎn)酸乳酪能夠提高乳酸菌活性，改善產(chǎn)品的均勻性和質(zhì)地，而且減少了原料奶的使用量。
　　
　　超聲波作用能夠顯著影響魚卵的孵化率，每天用頻率為1MHZ的超聲波輻照魚卵三次，每次35分鐘，會(huì)使泥鰍孵化時(shí)間從72小時(shí)減少到60小時(shí)。不僅如此，超聲波輻照還能提高魚卵的孵化率和孵出小魚的成活率。
　　
　　此外，超聲波還能夠刺激種子萌發(fā)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物的產(chǎn)量主要取決于植株品種的優(yōu)劣和種子的發(fā)芽率及生長(zhǎng)率，因此超聲波的應(yīng)用為提高大規(guī)模農(nóng)作物和普通園藝植物的產(chǎn)量提供了一種可能途徑。多篇研究報(bào)告表明，在播種以前對(duì)種子進(jìn)行超聲波處理能夠有效地提高農(nóng)作物產(chǎn)量。通常種子是浸泡在水里的，以幫助結(jié)束其休眠狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用這種超聲波處理方法確實(shí)縮短了大豆和大米的發(fā)芽時(shí)間。以強(qiáng)度為0.7W/cm2的超聲波對(duì)浸在水中的蓮花種子進(jìn)行10分鐘處理，能將其發(fā)芽率提高30%。經(jīng)過超聲波處理的向日葵種子在土壤中的發(fā)芽率提高了3倍，使番茄的成熟時(shí)間縮短了10天。用20KHZ，0.5W/cm2的超聲波處理白術(shù)塊根的出苗率隨超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。
　　
　　由上看出，這項(xiàng)技術(shù)的前景廣泛，超聲波除了可以增加發(fā)芽率，刺激生長(zhǎng)，縮短成熟時(shí)間等，也是對(duì)化學(xué)處理技術(shù)的一大挑戰(zhàn)，它可以無害的有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
　　
　　許多研究表明,超聲波處理通過超聲波處理的空化作用和超混合效應(yīng)可使分子中的一些化學(xué)鍵斷裂,降低粒子大小,得到均勻的溶液或分散液,大量反應(yīng)基團(tuán)暴露,加強(qiáng)分子間相互作用,從而可得到更堅(jiān)韌、更緊密的膜.超聲波處理可有效提高大豆分離蛋白膜的抗拉強(qiáng)度和阻濕性,但伸長(zhǎng)率會(huì)有所下降。莫文敏研究的0W～280W功率超聲波處理大豆分離蛋白膜的結(jié)果表明,經(jīng)200W超聲波處理1h的大豆分離蛋白膜綜合性能,機(jī)械強(qiáng)度幾乎是對(duì)照膜的2倍,水蒸氣氣遷移系數(shù)值為對(duì)照膜的52.5%,并且隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng),這些性能更加*(見表1)。
　　
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　　抑制和殺滅微生物的研究
　　
　　長(zhǎng)期以來，超聲清洗和殺滅微生物一直作為工業(yè)中的有效方法為人熟知。由于低頻率高能量的超聲波在液體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)，對(duì)于不規(guī)則表面的清洗和殺菌是非常有效的。空化效應(yīng)在物體表面產(chǎn)生的射流能夠清除表面污物和細(xì)菌，而且可以達(dá)到傳統(tǒng)清洗殺菌所不能及的表面縫隙中。在食品消毒殺菌過程中，超聲波和殺菌劑結(jié)合使用能夠地清除和殺滅食品表面的細(xì)菌。
　　
　　超聲表面清潔的一項(xiàng)應(yīng)用實(shí)例是利用超聲波配合殺菌劑清潔孵化的蛋，與目前所使用的噴藥或氣熏方法相比，超聲輔助清潔的效果更好。超聲波與氯水結(jié)合處理使得新鮮果蔬表面的細(xì)菌數(shù)量明顯降低，空化作用也使得細(xì)菌對(duì)殺菌劑更為敏感。
　　
　　傳統(tǒng)的熱殺菌和消毒是目前食品生產(chǎn)中zui常用的抑制微生物的方法；但是消費(fèi)者需要一種能夠?qū)I養(yǎng)成分和整體食物品質(zhì)影響zui小的新型殺菌方法。超聲波處理是替代技術(shù)中的一種，既能夠抑制微生物活性又可以顯著降低或消除熱的參與，在食品工業(yè)中表現(xiàn)出了飲用前景。
　　
　　高能超聲波的殺菌作用是通過破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)來殺死或活細(xì)胞，但是如果單獨(dú)利用超聲波作用達(dá)到*殺菌效果所需要的能量是*的，并且是一項(xiàng)非常有難度的工作。除了上面提到的與殺菌劑配合使用外，研究熱點(diǎn)更集中在超聲波與酸、氯、過氧化氫結(jié)合使用；超聲波結(jié)合熱殺菌、結(jié)合壓力殺菌和結(jié)合熱和壓力的物理方式抑制食品中微生物方面。利用超聲波協(xié)同作用能夠提高殺菌效果，并且極大程度提高能源利用效率。
　　
　　超聲和熱的協(xié)同作用殺菌機(jī)理的報(bào)道是由Ordonez等在1984年報(bào)道的，當(dāng)時(shí)采用20KHZ，1600W的超聲波結(jié)合5~62℃的溫度條件進(jìn)行殺滅葡萄球菌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熱聲配合使用無論從處理時(shí)間還是能量消耗方面都比單獨(dú)使用兩個(gè)殺菌條件更為有效。例如，丁四兵等人用臭氧水和超聲波以及生物保鮮劑對(duì)荔枝處理后，結(jié)合處理同兩者單項(xiàng)處理相比，更有效的抑制了PPO和POD的活，,延緩了花色素苷的降解，有效的保持了果皮顏色。其原因可能是由于超聲波的熱效應(yīng)和空化機(jī)制以及臭氧水對(duì)PPO和POD的鈍化和底物的過氧化，從而抑制了兩種酶的活性。姚松等人的實(shí)驗(yàn)證明，水楊酸結(jié)合超聲波處理與超聲波單獨(dú)處理相比能夠明顯提高鴨梨果實(shí)自身抵抗病原Penicillimexpansum侵染的能力，降低接種發(fā)病率和病斑面積,提高防御酶POD活性。隨著超聲波結(jié)合水楊酸處理時(shí)間的增加,抑制效果逐漸變得明顯。
　　
　　國外超聲波及其結(jié)合技術(shù)用于抑制食品中病原物的報(bào)道、討論很多。Wrigley&Llorca(1992)研究了超聲波及結(jié)合熱處理處理對(duì)肉湯、脫脂乳、液體雞蛋中的S.Typhimurium的殺滅效果。Munkacsi&Elhami(1967)研究了超聲波及超聲波結(jié)合技術(shù)UV處理對(duì)牛奶中大腸桿菌的殺滅效果。Manas等(2000)研究了超聲波及結(jié)合技術(shù)對(duì)雞蛋中沙門氏菌的抑制作用。有很多關(guān)于結(jié)合超聲波使用殺滅食品及表面的細(xì)菌、產(chǎn)芽孢菌、真菌的研究報(bào)道。
　　
　　李立煒等（2006）采用塑料膜包裝,在超聲波中對(duì)鮮魚進(jìn)行處理,然后將處理好的鮮魚冷藏于10℃,以其細(xì)菌菌落數(shù)、PH值和感觀變化為技術(shù)指標(biāo),研究塑料膜包裝2超聲波的保鮮效果。結(jié)果表明:經(jīng)塑料膜包裝-超聲波處理,對(duì)魚的保鮮期有所延長(zhǎng),且得出PS包裝的鮮魚在超聲波中處理15min為*。
　　
　　影響酶活力方面的研究
　　
　　超聲波不僅能激發(fā)酶的活性，而且也能夠抑制酶的活性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以酪蛋白為底物，在20KHZ超聲波的作用下，在凝膠支持物中的α-靡蛋白酶活性提高了2倍。這種活性增強(qiáng)的原因是由于超聲波空化效應(yīng)使得凝膠表面的底物向凝膠內(nèi)滲透增加造成的。超聲波（20KHZ、10W）可以使得脆壁克魯維氏酵母菊糖酶產(chǎn)量提高1倍以上；1982年yoshio等用頻率20KHZ，聲功率15W，時(shí)間15h提取細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖氧化酶，提高了酶產(chǎn)率，且未失活。并得出以溫和的超聲波條件應(yīng)用于胞內(nèi)酶的連續(xù)生產(chǎn)。利用超聲波處理α-*和糖化酶對(duì)淀粉和糖原水解活性的變成的影響發(fā)現(xiàn)酶催化反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化酶對(duì)蔗糖的水解活性顯著升高。國內(nèi)外這方面研究開展的較早也相對(duì)較多。
　　
　　Wiltshire將過氧化物酶（大多數(shù)果蔬中主要的氧化酶，與果蔬變味和褐變密切相關(guān)）sigma-P8000溶解于0.1M、20℃、pH7.0的磷酸鉀緩沖溶液中，加以20KHZ的超聲波3h，酶的活性下降了90%。近來，L.DeGennaro等人研究了熱聲共同抑制過氧化物酶活性的效果，實(shí)驗(yàn)表明，熱聲作用的效率比常用的加熱方法高。
　　
　　超聲輔助提取
　　
　　在傳統(tǒng)工藝中，用溶劑浸提植物原料需要選擇適當(dāng)?shù)娜軇€需要進(jìn)行加熱或攪動(dòng)。能量超聲波由于空化效應(yīng)產(chǎn)生的微射流和傳質(zhì)作用，能夠增大溶劑向原料細(xì)胞的滲透量并強(qiáng)化傳質(zhì)，因此它可以明顯得加速植物體和種子中有機(jī)成分的提取過程。此外，由于細(xì)胞的破壞也使得胞內(nèi)物釋放。
　　
　　超聲輔助提取法還可以用于提取中草藥中的藥物成分。而且超聲提取法zui大的優(yōu)點(diǎn)是效率較常規(guī)方法高，能夠在更低的溫度下，更短的時(shí)間內(nèi)獲得更純的產(chǎn)品。例如：用超聲提取10min比熱堿提取50min的提出率高，而且沒有改變槐米中蘆丁的化學(xué)成分。
　　
　　此外，用超聲技術(shù)還可以提高小牛胃中凝乳酶的提取率，且活性高。在豆奶的工業(yè)化生產(chǎn)中，采用能量超聲波處理大豆?jié){體可以有效地提高其蛋白質(zhì)及固形物的萃取率，從而提高豆奶的消化率。速溶茶生產(chǎn)前利用超聲波提取茶內(nèi)固體成分可使提純率提高20%。
　　
　　超聲波促進(jìn)滲透作用的應(yīng)用
　　
　　超聲波的空化作用及其伴隨效應(yīng)可以起到促進(jìn)溶液滲透作用。在果脯加工中，與常規(guī)滲糖方法相比，超聲波可以顯著提高果蔬組織的滲糖速率，同時(shí)可以明顯降低糖煮對(duì)果蔬組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞作用。超聲波應(yīng)用于咸蛋的腌制過程中能夠降低蛋清粘度，明顯促進(jìn)氯化鈉的滲透與擴(kuò)散，縮短了腌制時(shí)間。
　　
　　超聲波還能增加一些大分子、多肽類如胰島素等的藥物透皮吸收強(qiáng)度，起著藥物促溶、促滲的作用。
　　
　　其他方面的應(yīng)用
　　
　　在我國，鮮肉消費(fèi)約占肉類總產(chǎn)量的70%～80%，牛肉的銷售方式以集市銷售和超市的速凍包裝為主。近年來，冷卻肉的加工在我國呈現(xiàn)上升的勢(shì)頭，所謂冷卻肉，就是將剛屠宰的家畜肉吊掛在冷卻室內(nèi)，在一定時(shí)間內(nèi)使其冷卻到zui厚處的深層溫度達(dá)0～4℃，并保持在此溫度下貯藏、運(yùn)輸和銷售的一類肉品。Dykes和Moorhead等人試驗(yàn)證明：在-1.5或4℃的真空包裝或CO2氣貯條件下，冷卻肉中的E.coli0157:H7和沙門氏菌數(shù)量在貯藏期間變化不明顯。若在常溫下，細(xì)菌生長(zhǎng)迅速，16℃下細(xì)菌1d繁殖15倍，21℃時(shí)繁殖700倍，27℃時(shí)繁殖3000倍，在4℃冷藏時(shí)則一天繁殖2倍，因而，對(duì)鮮肉進(jìn)行包裝和改進(jìn)生產(chǎn)方法勢(shì)在必行。在冷卻肉加工過程中，對(duì)其進(jìn)行減菌化處理，特別是采用非化學(xué)試劑處理的手段已成為冷卻肉發(fā)展的必然趨勢(shì)。因?yàn)椋^度的依賴化學(xué)法延長(zhǎng)冷卻肉保質(zhì)期，會(huì)導(dǎo)致安全性問題，且對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味也會(huì)帶來不利影響。并且化學(xué)保鮮法，也不能盡如人意。
　　
　　在肉制食品加工中，超聲波可以用于破壞肉的肌原纖維，破壞后的肌原纖維會(huì)分泌粘液，增加肉的粘度，起到嫩化肉質(zhì)作用，較之傳統(tǒng)的滾揉工藝對(duì)肉處理效果更好。室溫下對(duì)牛腰肉超聲波處理（40KHZ,2W/cm2）2h肉中結(jié)締組織明顯減少。Reynoldsd等（1983）用超聲波處理火腿腸時(shí)發(fā)現(xiàn)經(jīng)超聲波處理的樣品在所有品質(zhì)方面是的。
　　
　　Gill和Badoni研究揭示：當(dāng)用防腐劑保鮮冷卻牛肉時(shí)，它們的作用效果可能不協(xié)調(diào)，這是因?yàn)榕Ｈ鈦碓春腿獗砻娴牟町愃?，并且那些被防腐劑損傷的微生物在低溫下有恢復(fù)的可能。超聲波對(duì)微生物有破壞作用，能使微生物細(xì)胞內(nèi)容物受到強(qiáng)烈的震蕩而使細(xì)胞破壞。一般認(rèn)為在水溶液內(nèi)，由于超聲波的作用，能產(chǎn)生過氧化氫，具有殺菌能力。新鮮牛肉通過超聲波處理，可以很好地促進(jìn)了牛肉中蛋白質(zhì)分解酶的游離和分泌，使游離氨基酸量得到增加，促進(jìn)組織結(jié)構(gòu)變化，從而達(dá)到改善肉質(zhì)的嫩度。而鮮肉的氣調(diào)包裝是用適合保鮮的保護(hù)氣體置換包裝容器中的空氣，抑制細(xì)菌繁殖，結(jié)合調(diào)控溫度以達(dá)到保存和保鮮目的。
　　
　　牛秋勁等（2006）紫外線處理+超聲波處理+氣調(diào)(50%CO2+25%O2+25%N2)的組合方式進(jìn)行的保鮮處理，可以使冷卻肉的保質(zhì)期達(dá)到22d；其次為第4組處理，其保質(zhì)期達(dá)到19d，比經(jīng)真空包裝后冷卻肉保質(zhì)期(10d)延長(zhǎng)了9d。而紫外線處理+超聲波處理+充入混合氣體(20%CO2+70%O2+10%N2)的組合方式進(jìn)行的處理，能維持冷卻肉16d以上的良好色澤，并且其理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)在貯藏16d后仍能達(dá)到*鮮肉的標(biāo)準(zhǔn)。分析原因認(rèn)為，采用紫外線照射、超聲波和氣貯結(jié)合的技術(shù)處理可以延長(zhǎng)冷卻肉的保質(zhì)期限，并能改善冷卻肉的嫩度。
　　
　　在輔助結(jié)晶方面，超聲波能夠改善晶體的結(jié)晶過程，控制結(jié)晶過程，形成晶體的大小由超聲頻率與強(qiáng)度所控；超聲波還可以加速酒類的催陳過程，使得酒味醇厚；影響凍結(jié)過程的冰核形成，在食品解凍過程中用超聲波加熱食品可以有效地縮短解凍時(shí)間，起到良好解凍效果；由于空化效應(yīng)，氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波可以起到攪拌混勻作用用于乳化加工過程中，如用于番茄醬、蛋黃醬、果醬、人造奶油、嬰兒食品、巧克力、色拉油、油塘水及其他類混合食品；另外，超聲輔助過濾技術(shù)已被應(yīng)用于果汁加工業(yè)，有利于漿液細(xì)化，使得漿液得出汁率提高。
　　
　　另外，超聲波也越來越多地被用于基因工程中，用于誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)移，將外源基因?qū)胫参?、?dòng)物細(xì)胞和組織。
　　
　　由此看出，超聲波在加工過程中的應(yīng)用帶來了方法學(xué)上的創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)形成了有益的補(bǔ)充。超聲波在殺菌、提取、結(jié)晶、冷凍和過濾等工藝方面尤其有用。采用這些技術(shù)可以縮短加工時(shí)間，提高加工效率。目前的超聲波應(yīng)用又分出了一些新的領(lǐng)域，包括次激活細(xì)胞和酶，改進(jìn)肉類加工和谷物處理方法等。但是有些技術(shù)目前還限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)會(huì)遇到一些實(shí)際困難，如大規(guī)模處理時(shí)難以找到合適的超聲源。(end)