超聲在食品干燥領域中的研究進展

羅登林 蘇孟開 楊日福 劉云宏 任廣躍 袁云霞

(河南科技大學食品與生物工程學院1，洛陽 471023) (河南省食品原料工程技術研究中心2，洛陽 471023) (華南理工大學物理與光電學院3，廣州 510640)

超聲干燥技術方面的研究最早始于20世紀50年代，由Boucher最先開展可聞聲和超聲干燥實驗，后來由俄羅斯科學家進一步發展[1，2]。早期研究均顯示超聲在加速干燥過程的同時不會導致溫度的顯著升高。由于超聲干燥所具有的獨特優勢，被認為適合用于熱敏性物料的干燥，但存在能效低和噪聲高等突出問題。近年來，隨著高功率超聲設備研究的深入和相關產品的開發，超聲干燥又重新引起了人們的重視[3-7]。超聲干燥主要是利用超聲產生的空化作用、機械作用和熱效應等影響物料表面和內部結構，增大細胞孔隙，減小水分遷移阻力，進而提高干燥過程中的傳熱傳質效率，縮短干燥時間。然而，由于目前還沒有適合大規模工業化的超聲干燥設備，因此這種技術仍然停留在實驗室研究階段。本文主要介紹了近年來超聲技術在食品干燥前預處理、滲透脫水、熱風干燥和其它方面的應用，以期推動超聲干燥理論與技術的發展，為其工業化應用提供參考。

1 超聲預處理干燥技術

1.1 對熱風干燥的影響

在超聲預處理對物料熱風干燥的影響方面，許多研究顯示經超聲預處理后的原料，在后續的熱風干燥過程中干燥時間明顯縮短，干燥能耗也顯著降低，并且產品的性狀也有明顯的改變。Fernandes等[8]采用頻率為25 kHz、功率為4 870 W/min 的超聲對浸入水中的切片香蕉預處理20 min后，再進行熱風干燥。發現經超聲預處理后的切片香蕉在執風干燥過程中水分擴散系數提高了14.4%，總干燥時間縮短，干燥效率也得到了明顯提高，這可能歸因于超聲預處理能促進物料細胞中微通道的形成。Jambrak等[9]探討了探頭式超聲預處理對蘑菇、孢子甘藍和花椰菜熱風干燥的影響，與燙漂或未經任何預處理方法相比，超聲預處理均能明顯提高3種物料的干燥速率，縮短干燥時間，節約能耗和減輕產品品質的劣變。雖然采用超聲預處理結合熱風干燥所得的產品復水性不如冷凍干燥，但明顯優于單一熱風干燥。

Tao等[10]認為超聲預處理能夠有效縮短桑葉的熱風干燥時間，且不會造成產品品質的下降。經超聲預處理的產品在質量性狀、色澤、抗氧化活性和生物活性物質含量方面與未經超聲預處理的相似。桑葉經20 kHz、130 W(功率密度63.0 W/L)的探頭式超聲預處理10 min后再熱風干燥(60 ℃)，其干燥總時間縮短了17.2%，干燥能耗降低了17.3%，干燥有效擴散系數和傳質系數均隨超聲能量密度和作用時間的增加而增大，超聲預處理對后續熱風干燥的內部傳質阻力比外部傳質阻力影響更大。新鮮菠蘿片干燥前若采用25 kHz、4 780 W/m2的超聲輻照20 min后，再進行熱風干燥，則能使干燥過程水分擴散系數提高45.1%，干燥時間縮短31%[11]。

Ricce等[12]探討了槽式超聲(41 W/L、25 kHz)預處理對熱風干燥胡蘿卜片(4 mm)脫水性和復水性的影響，發現胡蘿卜片的熱風干燥效果取決于超聲預處理時間的長短，超聲預處理時間主要影響物料微觀結構的變化，如細胞破裂、微通道形成和細胞腫脹。當超聲預處理時間過短(30 min)時，則不利于后續熱風干燥，這可能是由于過短的超聲預處理時間不足以使細胞中新生成微通道，反而會導致細胞由于吸水膨脹而妨礙干燥過程；但當采用較長的超聲預處理時(60 min)，熱風干燥的效果會明顯得到改善。他認為這歸因于超聲預處理導致物料毛細孔的疏通和微通道的形成，增大了樣品的孔隙率。在復水性方面，較長時間的超聲波預處理能增加復水速率，然而可能會引起受破壞細胞持水力的下降，降低了平衡水分的含量。當熱風干燥溫度太高時，超聲波預處理的效果并不明顯，因為這時樣品的溫度效應比超聲的作用效應更強。總的來說，超聲波預處理能縮短食品的干燥時間和降低其干燥溫度。

半干型荔枝干經超聲(40 kHz、354 W、32.6 min)預處理后再進行熱風干燥，則能縮短干燥時間38.9%[13]。經超聲預處理后的荔枝外果皮中產生了明顯的顯微通道，且與超聲作用時間長短存在密切的關系。當超聲處理40 min后，荔枝果皮產生的顯微通道達最大值(30 μm)。蘋果片經超聲預處理后，發現在后續熱風干燥過程中其內部水分子擴散速率明顯提高，其干燥速率提高了67.2%[14]。超聲聲強越大，越有利于水分的擴散，而超聲的熱效應可以忽略。當超聲聲強達1.5 W/cm2時，水分擴散系數約為無超聲時的2倍。超聲對樣品中心區域的水分遷移速率影響較大，而對靠近表面區域的影響相對較小，這主要歸因于超聲的機械作用和空化作用對蘋果內部組織結構產生的影響。

1.2 對真空冷凍干燥的影響

真空冷凍干燥雖然所得產品的品質高，但干燥時間長，能耗高，導致生產成本昂貴，通常適用于附加值高的產品。為了降低其生產成本，提高生產效率，一些學者也開始探索物料冷凍干燥前采用超聲預處理方法的可行性。周頔等[15]探討了超聲預處理對蘋果片真空冷凍干燥的影響，發現超聲功率影響最顯著，各因素的影響主次順序為：超聲功率>超聲水溫>超聲處理時間。經超聲預處理的凍干蘋果片在VC保留、外觀色澤和口感疏松等方面更具優勢。超聲預處理和真空凍結均會導致凍干蘋果片的組織孔隙增大和結構變松散，這有利于凍干過程中水分的移去。在對細胞微觀結構影響方面，超聲導致細胞間形成狹長形孔隙，而真空凍干則使細胞組織形成偏圓形的多孔結構；當二者疊加作用時，細胞的組織結構則呈現雜亂排列，變形較嚴重。為了改善香菇干燥的品質和縮短干燥時間，段續等[16]考察了超聲預處理對香菇冷凍干燥的影響，發現超聲預處理(超聲功率300 W，處理時間10 min，脈沖頻率5s:3s)可提高香菇冷凍干燥速率，使其干燥時間縮短29.4%，產品的復水能力提高29%。當超聲功率低于250 W時，高的超聲功率處理更有助于縮短冷凍干燥時間，但對產品復水性的影響不明顯。香菇冷凍干燥時間和產品復水性還受超聲作用時間的影響，但前者與超聲脈沖頻率之間不存在顯著的相關性。影響香菇冷凍干燥效率的因素大小順序為：超聲功率>超聲處理時間>超聲脈沖頻率。

2 超聲強化滲透脫水技術

滲透脫水是食品領域中一種常見的加工方法，滲透脫水具有低溫和低能耗的優勢，同時還有助于保持果蔬中營養成分。果蔬類若先經滲透脫水后再干燥，則其干燥時間通常可縮短10%～15%，而干燥的有效荷載可提高2～3倍，從而生產效率顯著提高并節約了能耗。但研究發現，對于組織結構緊密的新鮮物料，采用滲透脫水技術則速率非常緩慢(需幾周至幾個月)。因此，這制約了滲透脫水技術的應用范圍。

超聲的空化效應能破壞物料組織的細胞結構，誘導其表面產生新的微觀通道，使其結構變得疏松和多孔。空化效應還會引起固液界面產生劇烈的湍流，加快固液體系中液體介質的質點運動速度和物料組織的脫氣。超聲的聲沖擊流可使固液界面的擴散邊界層變薄，強化了懸浮固-液間邊界層的擴散。超聲的這些作用均有助于提高滲透過程中的傳質效率和脫水速率，從而改善干燥產品的組織結構、復水性和風味[17]。另外，超聲預處理會造成部分糖的損失，這樣可以獲得低糖的干燥產品。

張平安等[18]進行了超聲強化龍眼滲透脫水的實驗研究，分析了滲透脫水時間、超聲處理時間和超聲聲強對物料脫水率、失重率、固形物得率、細胞膜透性等的影響。研究發現超聲能夠明顯強化龍眼滲透脫水過程，提高其脫水率，所建立的超聲強化龍眼滲透脫水的經驗動力學方程理論值與實驗值有較好的一致性。Santacatalina等[19]的研究結果進一步證實，在蘋果塊的滲透脫水方面，與傳統攪拌滲透脫水技術相比，采用超聲強化滲透脫水技術能使蘋果片的脫水率和干物質含量分別增加14%～27%和11%～23%。在西蘭花滲透脫水方面，超聲的應用能加速西蘭花內部組織水分的移除，降低其水分流動性，滲透脫水的時間由傳統方法的2 h縮短至30 min[20]。另外，超聲預處理時間也有重要的影響，合適的處理時間(<40 min)有助于西蘭花的滲透脫水，時間太長反而不利。

孫寶芝等[21]認為，超聲的空化作用能顯著強化蘋果和梨的滲透脫水過程中的質量傳遞，這主要歸因于聲空化產生的沖擊流和微擾動效應。另外在超聲強化過程中，高的溶液濃度會導致物料脫水率和干物質含量增加，而較厚的物料會使膜內的傳質阻力增大，脫水速率下降。而另有研究則顯示，濃度梯度可引起蘋果塊中可溶性固形物(可溶性糖類、礦物質、有機酸等)由物料內部轉移至滲透液中，導致干物質含量下降[22]。與經微波預處理法相比，超聲預處理法更能加快蘋果塊的干燥速率，所得產品較柔軟且水分活度較高。而從節能方面而言，超聲預處理更具有優勢。董紅星等[23]研究發現，高的超聲空化強度有助于提高馬鈴薯滲透脫水的速率和固形物得率，而過長的超聲作用時間則會引起固形物得率下降。對于胡蘿卜的滲透脫水，固形物得率則隨超聲作用時間的延長而增加，采用高濃度的滲透液能提高胡蘿卜的失水率和固形物得率。這說明對于具有不同結構物料的參透脫水，超聲的作用效果有所差異，這還需更多的實驗來進一步驗證。對于含水量高的原料，采用超聲預處理后再熱風干燥效果更好。而對于含水量較低的原料，采用滲透預處理再熱風干燥可能更合適。超聲預處理雖然在改善干燥速度方面優勢明顯，但由于延長了干燥工藝，造成操作復雜性的增加。另外，在滲透預處理過程中，高強度和長時間的超聲作用會造成對原料內部結構的破壞，導致其汁液流失，質構失去脆性和硬度，固形物含量減少等不得影響，對于某些原料，還會導致其吸水率升高而降低干燥效果[24]。

在超聲強化物料滲透脫水過程中，聲強、頻率、作用時間和滲透液濃度是均需要考慮的因素。聲強和溶液黏稠度決定著聲空化的強烈程度，溶液黏稠度往往與滲透液濃度呈正比，即聲強越大，滲透液濃度越高，空化泡破裂時產生的聲空化強度越高，而高的超聲頻率會降低空化泡產生的數量和強度。超聲作用時間太長則會對新鮮果蔬的內部結構產生嚴重破壞作用，導致質構變軟，內部物質流失，產品品質下降。超聲加快滲透脫水的質量傳遞過程可歸結為三個方面：超聲空化作用使固液界面的邊界層變薄，減小了邊界層傳質阻力； 超聲作用減小了固液界面處溶液濃度與主體溶液濃度的梯度差，減小了外部傳質阻力；超聲的微擾效應強化了固液傳質過程的限速步驟，即微孔擴散過程。

3 超聲耦合熱風干燥技術

為了擴大超聲在干燥領域中的應用范圍和提高其干燥效果，近年來一些學者設計并開發出了氣介式超聲換能器。該設備在一定程度上克服了傳統超聲換能器在聲阻抗上無法與空氣相匹配，使得超聲能量借助空氣傳播成為可能，目前已有將其直接與傳統的熱風干燥技術相耦合的研究報道[25-29]。

研究者們設計了在換能器與待干燥物料間兩種不同的超聲能量傳遞模式，即非接觸空氣超聲耦合式干燥技術和接觸式超聲耦合式干燥技術(圖1)[30]。非接觸空氣耦合式超聲干燥系統是指超聲振動器不與物料直接接觸，包括熱風設備和超聲設備，其中超聲設備由控制單元、超聲發生器單元和超聲換能器單元所組成，換能器可置于干燥室內或室外。接觸式超聲干燥是指超聲振動器與物料直接接觸，可分為不帶靜壓和帶有靜壓的，帶靜壓是為了保證超聲換能器與被干燥物料間保持充分接觸。由于絕大多數食品原料，尤其是水果和蔬菜，在脫水過程中會發生明顯的收縮從而導致其體積顯著減小。因此，將樣品壓在振動盤下以確保具有恒定的超聲功率輸出。在低的空氣流速和低的溫度下，空氣耦合式超聲干燥能縮短干燥時間20%～30%和提高產品質量，而接觸式靜壓超聲干燥則僅能明顯提高干燥產品的質量。

注:CV為對流干燥(空氣流動方向)；Sp為樣品；Td為換能器；Vc為真空；SP-靜壓。
圖1 不同的超聲強化熱風干燥系統

Magalh?es等[31]比較了4種干燥技術包括熱風干燥、超聲協同熱風干燥、超聲預處理-超聲協同熱風干燥蘋果的差異，發現與傳統單一熱風干燥相比，超聲預處理-熱風干燥和超聲耦合熱風干燥均能提高水分的有效擴散系數，強化外部傳質效率和縮短干燥時間，提高有效擴散系數、外部傳質效率和縮短干燥時間最高程度分別可達93%、30%和58%。另有研究認為，超聲強化熱風干燥的效果很大程度上取決于原料的物理性狀，對于結構致密的百里香葉，超聲對干燥過程中內部傳質阻力的強化作用明顯低于外部傳質阻力，只有當風速低于一定值(<3 m/s)時超聲才有強化效果[32]。Clemente等[33]的研究結論相似，考察風速和超聲功率對熱風干燥葡萄籽效果的影響，發現當風速超過1.5 m/s時物料外部傳質阻力可以忽略不計，并根據Peleg模型和擴散模型分別計算出傳質系數k值和水分擴散系數De值，結果顯示附加超聲前后k值和De值均無明顯變化，可能因為葡萄籽具有致密的結構和堅硬的質地。Siucińska等[34]認為超聲能夠強化熱風干燥傳質，尤其是物料的表面層，但不會破壞其細胞結構和引起物料溫度的升高。Ortuo等[35]表明在干燥溫度40 ℃、風速1 m/s、聲強154.3 dB的條件下，超聲能使熱風干燥橙皮平均水分擴散系數提高50%，縮短干燥時間45%以上，實現節能30%左右，橙皮的表面被壓縮，表皮下白層形成更多的孔隙，有利于水分的移去，這是由于超聲的“海綿”效應，即循環的壓縮和膨脹作用。與在相比，在較低溫度下(30 ℃)比高溫(70 ℃)時超聲強化水分擴散和傳質作用以及對物料細胞組織的影響更明顯。

4 超聲與其他干燥技術的耦合

4.1 超聲耦合噴霧干燥技術

現有的噴霧干燥方法通常存在噴出的液滴大小不均一、噴口阻塞和物料不均勻等現象，同時干燥過程離不開高溫空氣的參與，這就有可能造成物料的失活和變性等。另外，高溫噴霧干燥過程需要大量的水蒸氣、壓縮空氣和水，造成極大的耗能，不利于集約型產業的發展。若將超聲與現有噴霧干燥技術相結合，則有助于解決問題。利用超聲產生的高頻振動和空化作用，使黏稠的物料形成更加均勻、細小的液滴，使其在短時間內水分迅速蒸發，提高干燥效率和保護物料中的活性成分。與傳統噴霧干燥技術相比，超聲噴霧干燥技術具有干燥速度快、溫度低、最終含水率低等顯著優點，能有效解決黏稠物料的噴口阻塞問題，在較短時間內得到質量好且穩定的產品。王安如等[36]發明了一種超聲噴霧干燥裝置，包括干燥室、超聲噴嘴和真空泵(圖2)，超聲噴嘴安裝在干燥室的頂部，并與外部物料管道連接，超聲噴嘴連接有超聲控制器，用來調節超聲的頻率以控制超聲噴嘴的噴量。

注：1.干燥室；2.超聲波噴嘴；3.物料管道；4.物料泵；5.流化床；6.物料收集管；7a.第一真空泵；7b. 第二真空泵；8a.第一真空管道；8b. 第二真空管道；9. 空氣冷卻室；10. 擋料隔板；11.物料收集室；12.觀察窗。
圖2 超聲波噴霧干燥裝置示意圖

4.2 超聲耦合冷凍干燥技術

Sch?ssler等[37]將接觸式超聲與冷凍干燥技術結合起來用于蔬菜的干燥，其設備如圖3所示。超聲系統包括2個超聲桿通過鈦螺紋螺栓固定在不銹鋼環上，孔徑為500 μm的不銹鋼篩網被焊接在環上。超聲處理器由帶有振幅可調節的超聲發生器驅動，激光干涉法應用于監測超聲桿和篩網框接觸點的激發振幅。研究發現，超聲可以改變水果冷凍干燥過程中的升華速率，采用間歇性超聲作用方式(10%)可將冷凍干燥時間縮短11.5%，同時獲得高品質的冷凍干椒，產品在體積密度、顏色、抗壞血酸含量和再水合特性等方面均有所改善。

注：1. 超聲處理器UIP1000；2. 超聲BS2d34；3. 無振動法蘭；4.丙烯酸蓋子；5. 超聲干燥篩；6. 溫度傳感器；7. 干燥室；8. 架子；9. 冷凍干燥器；10. 水出口；11. 真空調節器；12. 真空管；13. 電平指示器。
圖3 接觸式超聲協助冷凍干燥實驗室系統

4.3 超聲耦合熱泵干燥技術

Bantle等[38]開發了一種超聲協助熱泵干燥的系統(圖4)。該系統采用兩種冷凝器來保持干燥空氣不會過熱，第一個冷凝器將多余的能量從壓縮機轉移到區域供熱系統，第二個冷凝器將干燥空氣再加熱到所需的干燥溫度。具體過程為：首先在蒸發器中冷卻來自隧道的干燥空氣，通過冷凝器將水冷卻到一定溫度后除去；空氣在第二冷凝器中再次加熱到初始溫度，恢復熱量。由于水在蒸發器中被除去，所以在通過冷凝器后空氣的相對濕度較低，可以在隧道入口處再次利用。在超聲(25 W/kg)作用下，物料的干燥時間減少了43%(20 ℃)。在干燥初始階段，超聲能明顯加快干燥速率，而在干燥結束階段時超聲的影響變弱。盡管附加超聲時物料的脫水速率更快，但干燥能耗增加了數倍。考慮到節能方面，附加的超聲聲強不超過2 W/kg，干燥時間能縮短50%以上。

4.4 超聲耦合太陽能干燥技術

Kouchakzadeh等[39]設計了一種超聲聯合太陽能平板床干燥開心果的裝置(圖5)。該裝置在平板床上安裝有2個傳感器和由2個螺栓固定的20 kHz 超聲換能器。負載傳感器位于平板的中間，與基底接觸。超聲換能器放置在角落的對面，由一個外延壓電的換能單元片所組成。超聲的引入(1 000 W)能使開心果的平均干燥效率由8.5%提高至28%。開心果采用傳統自然曬干方法時干燥速率緩慢，可能還會產生黃曲霉毒素，若采用超聲(20 kHz、17 W)輔助干燥后，其干燥時間能縮短到4 h。

圖4 超聲協助熱泵干燥系統示意圖

圖5 超聲聯合太陽能水平床干燥開心果的設備示意圖

5 超聲干燥的作用機理

超聲干燥技術主要利用超聲改變物料表面和內部結構，減小水分遷移阻力，達到強化傳熱傳質過程，提高干燥效率和產品品質的目的。目前雖然大量研究證實超聲在干燥領域效果明顯，但對其干燥機理還缺乏統一的認識，認為其機理主要來源于三個方面。

1)聲波的壓縮和膨脹效應。聲波在介質中傳播，一方面使介質質點在平衡位置附近來回振動，同時在介質中產生了壓縮和膨脹過程，使介質具有了振動動能及形變位能，兩部分之和就是由聲擾動使介質得到的聲能量，擾動的傳播使聲能量也跟著轉移。因此聲波的傳播過程實質上就是聲振動能量的傳播過程。當物料處于超聲場中時，由聲波產生的周期性壓縮和膨脹作用使得物料內部介質質點交替受到壓縮和拉伸作用，減弱了水分與物料組分間的作用力，形成內部擠水滲流；另一方面，這種作用還有利于改變物料內部細胞間結構，形成新的微孔道，減弱了水分在物料中的遷移阻力，加快了物料內部水分向外的擴散速率。

2)超聲的空化和機械效應。超聲空化產生的高溫(5 000 K)、高壓(500 MPa)和強剪切力致使物料組分與水分子間的結合鍵斷裂，減弱了對水分子的束縛力，由難去除的結合水變為自由水；超聲空化產生的強大沖擊波，形成水分子的湍流擴散，同時在靠近固體表面的地方產生微射流，使水分子與固體表面分子之間的結合鍵斷裂，使固體表面活化；超聲空化和機械作用改變了物料的孔隙結構，其內部變的蓬松多孔，減小了水分在物料中的遷移阻力，有利于水分子的溢出；超聲產生的微擾效應減小了固-液傳質邊界層厚度和濃度梯度差，有利于傳熱傳質。

3)超聲的熱效應。超聲在傳播過程中導致介質質點間產生內摩擦，致使介質溫度升高，形成干燥過程中的內熱源。在干燥過程中，超聲的熱效應通常被認為是次要的甚至可以忽略。

6 結論與展望

超聲作為一種能負載高能量的聲波，具有聲波的傳播特性和在液體介質中產生空化效應等特點。許多研究表明，超聲在干燥前預處理、滲透脫水、熱風干燥及其他干燥技術方面均顯示出明顯的強化作用。超聲可以提高有效水分擴散系數和傳質過程，從而明顯縮短干燥時間，提高干燥效率，降低干燥能耗。另外，超聲還能提高干燥產品的營養價值和品質，減少營養元素和活性物質如酚類、黃酮類和皂苷類物質的損失，抑制產品內部微觀結構的塌陷和孔隙度的收縮，減少產品的開裂，改善其質構性狀，提高其復水性等。雖然近年來有關超聲干燥方面的研究取得了許多成果，但仍然在存在一些難題需要突破。

1)超聲與干燥介質和干燥物料之間的聲阻抗匹配問題。干燥介質和干燥物料的聲學性質(溶液、熱風等)是隨著干燥過程的進行而發生顯著改變的，如超聲滲透脫水過程中溶液的聲阻抗值隨時間延長而減小，而超聲預處理過程溶液的聲阻抗值變化則剛好相反，這些都會影響到超聲能量發射器與干燥介質或傳播介質之間的聲阻抗匹配效率問題。另外，干燥物料的聲學性質也會隨干燥時間的延長而發生明顯變化，如超聲耦合熱風干燥過程中物料的聲阻抗值是逐漸減小的，這會導致干燥介質(熱風)與物料之間的聲阻抗匹配效率下降。因此，如何設計出具有寬頻率跟蹤和自動調節聲阻抗匹配的超聲器件是今后的方向之一。

2)超聲換能器在運行過程中的散熱問題。如果超聲匹配一旦失衡，會導致換能器的溫度迅速升高，如果不及時散熱，將會嚴重影響到設備工作的穩定性甚至導致設備燒毀，要解決這個問題，一方面需要開發一個高效的冷卻系統，另一方面需要開發一種具有大壓電常數、低介電損耗和小的溫度系數等特征的高性能壓電陶瓷材料，以減少熱量的產生。

3)超聲干燥設備的工業化放大問題。由于超聲能量隨傳播距離的延長衰減較快，特別是在一些低密度介質中，如空氣、甲醇、乙醇等，如果介質受熱這種現象更加突出。因此，超聲能量發射器距離物料越近干燥效果越好，但這不利于實際工業的放大。實際上，超聲能量是靠介質傳遞的，密度高的介質能量負載大，衰減弱，傳播效果好。空氣由于密度小，傳播過程中超聲能量損失相對就大。因此，如何提高干燥介質的密度和超聲能量的有效傳播距離是今后在超聲干燥工業放大中值得注意的問題。

4)超聲干燥的機理問題。由于干燥介質和物料不同，超聲產生的主導作用效應也存在顯著的差異。如在液體介質中(如水或溶液)，通常認為是超聲的空化作用起主導，而在氣體介質中(如空氣)，則將超聲的強化作用主要歸結于其產生的高頻機械波動效應。然而，目前鮮有研究證實超聲在物料內部產生了哪些效應，以及哪種效應占主導作用。而對于一些具有高黏稠性的半固態物料的干燥，如中藥浸膏和凝膠類，在超聲的作用效應及機理方面鮮有報道。