超聲波技術在食品檢測中的應用

曲銘成

（濟南市第二產品質量檢驗院，山東濟南 271100）

1 超聲波檢測技術的基本概念

超聲波指的就是其振動頻率在20kHz 以上的聲波，由于其頻率很高，所以其傳播性極佳，并且在固體與液體中傳播時損耗較小。因此超聲波技術在食品檢測領域廣泛應用。在食品安全檢測中，可以利用超聲波獨有的特性，幫助檢測人員對食品的結構和質量進行檢測，其會提高被檢測物的效率。但是由于超聲波在傳播過程中極易受到影響，一點小小的偏差就會造成巨大的差異，所以在檢測過程中一定要對每一個環節都要做到精細化管理，讓超聲波檢測技術能夠更好地發揮出應有的效果。

2 無損檢測技術

傳統的食品檢測就是待樣品采集工作完成以后，通過不同的物理方法或化學方法對食品樣品進行處理和檢測，這樣的檢測方式過程比較煩瑣，數據獲得時間較為漫長，并且檢測設備的檢測成本較高，就導致了食品在生產過程中無法做到每個環節的有效監督和檢測，這樣就不能夠完成對食品的全過程檢測和無損檢測。但是當超聲波技術利用到食品檢測中之后，可以依靠其獨特的化學特性和物理特性迅速對食品進行無損檢測。但是超聲波檢測技術依然有難以彌補的缺陷，雖然能夠快速地對食品進行檢測，但是其食品的主要針對對象是高濃度食品、不透光材料，對其他的食品檢測依然有著一定程度的檢測誤差。超聲波檢測技術的優點就在于：它是非破壞性的、非介入性的、快速性的、及時性、適用性廣。要注意的是，超聲波檢測技術應用有兩個關鍵；

1）聲特性，主要包括聲音速度、傳播衰減系數、聲音阻抗等。

2）產品特性，主要包括產品結構、使用成分、相變系數等。舉例來說，有的研究人員想要了解處于封閉環境內儲藏蔬菜的內部結構情況：水分散失情況、糖分積累情況、食品結構變化等，如果借助超聲波的無損檢測技術就能夠觀察到密閉空間中蔬菜食品的變化過程，預測其水分糖分的占比變化，對食品蔬菜的熟度進行時間預估。

3 超聲波提取

在傳統的食品檢測技術中，需要對食品樣品的相關溶劑進行提取，并且要通過伴隨攪動等形式才能夠將有效的成分溶解出來。將超聲波檢測技術應用到食品檢測過程中，就能夠減少食品檢測的繁雜工序和步驟，在檢測過程中就能夠極大地縮短相應溶劑的提取時間，最關鍵的是超聲波檢測技術在低溫的環境下，依然能夠高效率地完成提取和檢測工作，還能夠在一定程度上避免相關的食品結構物質變性。同樣在高溫環境下依然可以使用超聲波檢測技術，及時提取相關食品的結構特性，檢測其變化情況和安全狀況，大改善了產品結構質量。從當前的超聲波檢測技術發展來看，在食品檢測中已經有了非常廣泛的應用，體現在：蔗糖檢測、生物堿性檢測、多糖成分的提取檢測等。

值得關注的是，借助超聲波的技術能夠強化提取，針對不同物質特性的食品材料，就要使用不同震動頻率的超聲波。而且在進行非活性物質的提取時，還要適時增加聲音功率，以保證非活性物質的提取質量。當對活性物質進行提取時，一定要創造溫和的提取條件，聲音的振幅頻率不宜過高，不得引起細胞內部環流，使細胞的通透性和滲透壓改變，從而使得提取的物質不能達到相關的活性要求，即標志著提取失敗。所以在提取過程中，要對相關細胞進行活性溫和提取，利用細胞的物理化學特性，提取到相應的活性物質酶等，進行食品產品的質量檢測。

4 結晶控制

超聲波能夠在一定程度上幫助相關的物質輔助形成結晶。

1）超聲波的高能特性會影響到物質結構的結晶核形成，因為超聲波具有極好的定向效應，從而能夠強化加強波能動，特別是一些物質處于臨界核狀態，超聲波就能夠加速其核心的形成。

2）利用超聲波手段可以在一定程度上控制物質結晶的生長速度，這樣的方式可以使結晶的形成過程處于均勻狀態，避免已經成長出來的結晶受到污染。這樣的方式對于食品檢測有著非常重要的意義，商業價值是非常高的。從當前的食品行業檢測技術發展形勢來看，強化結晶的過程對于食品檢測有著非常重要的作用和效果，這從根本上改變了食品的特性，是一種非常有效的食品檢測技術，對于膳食脂肪檢測、巧克力檢測，以及冰激凌檢測等特性檢測都具有非常好的效果。最后，超聲波技術的檢測還有一項非常關鍵的作用，那就是可以確保速凍食品中冰晶的形成過程是完整的，因為在凍結的過程中超聲波的物理特性和化學效應會影響到速凍食品的結冰過程，在保障冰晶形成的情況下，還能夠保持障礙細胞的組織完整不出現破裂，防止組織結構出現凍傷或者是損壞造成食品質量下降。

5 滅菌作用

超聲波具有非常好的物理特性和化學特性，而且有著非常好的空化作用，其空化作用主要體現在對細胞壁和細胞液的作用之上，它能非均相見的形成微射流，并且還能夠在局部形成高溫和高壓，以達到殺菌和滅菌的作用。與此同時，超聲波高頻率的震動特點有著非常好的殺菌作用。它的作用主要體現在快速殺菌，沒有外來的化學物理添加物，不會對人體造成傷害。當前的食品安全消毒過程中，使用消毒液進行消毒的時候難免會發生殘留，一定程度上會影響人體健康，而通過超聲波進行殺菌的話，會產生超強的滅菌效果，且不會對人體產生任何影響。

從當前的現狀發展分析，把超聲波技術和壓力技術以及熱處理技術聯合使用，就會體現出更好的殺菌滅菌作用。比如可以運用熱超聲波，主要的就是將熱能和超聲波進行搭配來殺菌。不同的生物類型，超聲波又會體現出來不同的滅菌效果，不同的細菌種群有著極大的滅菌差異。當前超聲波技術應用到滅菌研究方向的就有以下幾種細菌群體：大腸桿菌、李斯特單胞菌、酵母、沙門菌等細菌群體，超聲波技術不僅僅能夠對細菌起到殺滅效果，對其他單核細胞微生物也能夠起到殺菌滅菌作用。

6 超聲波檢測技術在食品中的具體應用

6.1 在肉制品中的應用

肉類產品一直是我國百姓餐桌上的重要食品，對于其安全性的檢測重要地位可見一斑。當前運用超聲波檢測技術對肉類食品的檢測還處于一個探究階段，一旦將探究階段內的難題攻克，即可以大大提高肉類食品的保鮮質量，開創新的保鮮技術。由于超聲波的物理特性，當超聲波穿過肉的時候，肉中的一些機原蛋白纖維會被破壞，從而會釋放出一些液體，肉的肉質纖維之間會相互粘貼，從而改變肉類食品的產品強度。超聲波當前能夠檢測出精瘦肉和肥肉的區別，并且在應用過程中得到了非常好的發展，取得了非常良好的成果，可以檢測到瘦肉和肥肉的厚度。近代以來，研究人員還把檢測范圍擴大到對魚類、家禽類動物肉類產品的固脂含量檢測上。

6.2 充氣食品檢測

對于充氣類食品的檢測，如果操作不當的話空氣中一些氣泡會影響到超聲波的傳播，一旦出現傳播偏差則檢測結果也會出現偏差，所以必須對食品檢測的每一個過程都要做到細節化管理。當前的充氣食品檢測的應用范圍比較廣泛：冰激凌檢測、水果酒檢測、面包吐司檢測。當然在沖氮食品包裝檢測中也廣泛應用，但是由于食品包裝袋中充滿著氮氣，所以超聲波檢測的精確性會受到一定的影響，因為氮氣的物理特性會對超聲波的傳播造成一定的誤差影響。

6.3 飲品檢測（酒精）

作為飲品其主要是液體形式，大多的基本溶劑都是水，但是由于溶質不同會對液體混合物的物理特性造成很大的影響。其中由于各種液體之間密度不同，融合的時候就會產生出新密度形式的液體，而液體密度的變化，就意味著超聲波在空氣中傳播和液體中傳播的速度會產生偏差，從而使得檢測結果發生變化。在飲品檢測過程中，都可以利用這種檢測結果的變化，區別出不同液體的特征和種類，通過相關的參考值對比，就能夠對相關飲品進行超聲波技術的安全檢測。

6.4 乳制品檢測

由于一些乳液狀的粒子具有很好的散光作用，這就會導致液體渾濁不清，舉例來說，由于牛奶是不透光性的，并且粒子分散體積較大，如果通過光學顯微鏡對牛奶產品粒子進行檢測觀察的話，很難觀察到產品相關分子粒子結構的變化。這時候如果運用超聲波技術來檢測的話，就能夠檢測出包裝內部的乳制品液體是否產生凝聚沉降等情況，并且還能夠提高產品檢測速度，實現對乳制品安全性和變化情況的快速安全檢測。

7 超聲波檢測的應用范圍

由于其物理特性和化學特性，超聲波能夠在以下范圍內對產品的相關特性進行檢測：

1）物質體現模量，剛性模量檢測。

2）物質相轉變。

3）物體的流動速度檢測。

4）在多相體系中的相體積比例和分散相的壓縮率檢測。

5）相關體系的溫度檢測。

6）分散體系以及膠體體系的分散相力度大小和其他的物質相關性質檢測。

7）物質的復合剪切黏度檢測，黏彈性的介質檢測。散射性可檢測體系的熱擴散性質檢測。

8）具有不同超聲傳播性質的介質層的厚度或者是深度檢測。

8 結束語

總體而言，超聲波檢測技術憑借其良好的物理效應和化學效應在食品檢測中取得了非常好的效果，這些都和其獨特優勢是息息相關的。不斷完善和發展的超聲波檢測技術，可以保障食品的安全和健康，還能夠促進食品工業行業的安全管理發展。超聲波檢測技術和其他的檢測技術相比，大大簡化了檢測的程序和方式，降低了操作成本和操作難度，還能夠得出非常精確的檢測效果。由于現代食品工業的不斷發展，各種食品種類和形式不斷增加，社會對于食品安全問題關注度日益提高，超聲波檢測技術的應用范圍不斷加大。它可以應用到各種各樣食品的檢測過程中，不斷地發揮出檢測的精確性和準確度，讓食品安全的檢測能夠變得簡單和實用，推動我國檢測技術發展的同時，也推動了我國食品工業行業的發展。