超聲波技術在食品檢測中運用研究分析

◎ 周婷婷

（山西省檢驗檢測中心（山西省標準計量技術研究院），山西 太原 030012）

食品是日常生活中的重要組成部分，其質量好壞與人們的身體健康、生命安全有著密切聯系。因此，檢測技術必須結合現代化技術進行優化，超聲波技術便是其中之一，其具有適應性強、操作簡單與使用設備投資較少的特點，能夠通過超聲波相位與幅度變化判斷食品狀態，進而提高食品的安全性。

1 超聲波技術檢測概述

1.1 超聲波檢測特點

超聲波可選擇高頻與低頻兩種模式，實際應用中振動頻率可達2 000 Hz以上，可通過與物質之間的相互作用獲取物理性質與化學性質，且聲波的整體穿透性較強，在液體和固體中傳播也不會出現明顯的衰減。最早我國將超聲波應用在航海探測和回聲定位中，后隨著我國科學技術的不斷發展，其應用范圍也在不斷擴大，現如今在食品行業的應用也越來越多，現已成為該行業發展中重要的檢測手段之一。

1.2 超聲波檢測的種類

超聲波檢測技術的應用較為廣泛，在食品檢測中的應用可以分為低頻率與高頻率兩種，在頻率比較低時可以激發自身能量，通過向待測物體發射脈沖信號，能夠用來破壞生物細胞產生一系列化學反應，可根據超聲波在食品內的傳播狀況以及時間來確定食品的安全和成熟程度，在應用過程中需要進行連續操作[1]。

2 超聲波技術在食品檢測中的原理分析

利用超聲波進行食品檢測參數是聲速和振幅衰減，這種超聲波由于能量低的特點，對光學不透明物體有著較好的效果，下文將對超聲波檢測原理進行分析。

2.1 聲速測定

超聲波技術在聲速測定中，必須以平面波性質為基礎，通過數據分析與整理，結合公式計算出食品的質量以及成分，其中最常見的便是利用平面波穿過介質時的性質計算公式，即（κ/ω）2＝ρ/E完成本次測定，并結合信息進行詳細判斷，最終獲取相關結果。在性質計算公式中，ρ代表了介質的密度，E則代表的是彈性模量，兩者的比可以作為聲速測定結果，計算中需要明確κ這一介質的復合波數，以及角頻率ω，避免計算中出現錯誤問題。而對于固態介質，彈性模量可以用E＝K+（4/3）G進行計算，其中K是體積彈性模量，而G則是剛性彈性模量；液態介質的表達式則為C2＝K/ρ，數學符號意義與上述一致。在聲速測定中，信號發生器會產生脈沖電子波，通過樣品壓縮傳遞后再轉化為電子波，傳送中時間計數器開始記錄，根據已知聲速的物質測量最終的出聲速[2]。

2.2 衰減測定

超聲波傳播過程中不僅會隨著時間、距離的影響而削弱，且會在經過介質時被削弱，從而產生不同程度的衰減，因此必須要注重衰減測定，在食品檢測的過程中進行精細化管理，提高最終結果的準確性[3]。同時，超聲波在傳輸過程中能力會出現散射的情況，在介質不連續處因偏移而出現方向變化，所以需要結合A＝A0exp（-ad）進行計算，A是聲波通過介質后產生的振幅，A0是初始振幅，d是聲波所通過的距離，將時間測量改變為相鄰回波的振幅及變化，最終得出衰減值，以此保證最終結果的精確度。

3 超聲波技術在食品檢測中的作用與價值

3.1 超聲波技術的作用

食品檢驗是判斷當前物品質量好壞的主要依據，實際執行中需要獲取當前食品的各類參數信息，結合國家標準要求進行全面、詳細的檢測，包括原材料、配料、添加劑、營養成分、所含物質等，在完成檢測之后出具報告進行判斷，不符合要求的食品不允許銷往市場。

3.2 超聲波技術的價值

食品安全與人們健康息息相關，而質量檢測是確保食品安全的重要內容，將超聲波技術應用在食品檢測中，屬于最有效、最便捷的方法，能夠進一步確保食品安全。超聲波技術具有成本低廉、簡單方便等優點，可用于肉類食品、果蔬食品、乳制品、充氣食品、飲料酒水等方面，如在肉類食品中可以對細胞液的外流進行控制，憑借定向效應可以影響食品物質結構結晶核的形成，提升物質結構結晶核的形成速度；而在果蔬等食品檢測中，無需對物理或者化學材料的破壞處理，便可以有效分析性質、組織、含水量、結構等，可以避免出現細胞組織的破裂、損壞、凍傷等問題，體現出了較好的經濟價值和使用價值[4]。

4 超聲波技術在食品檢測中的運用方向

4.1 肉類檢測

我國肉制品在市場中的整體占比較大，其安全問題一直以來都受到廣泛關注，將超聲波技術應用在檢測中還存在一些不足之處，其原因在于肉制品僅可以承受10 kHz左右的聲波，而超聲波的頻率遠高于此，因此檢測中可能導致肉制品中的纖維蛋白破壞，且在液體滲出后纖維之間會互相粘連，降低了肉制品的品質。但可以利用超聲波對肉禽類食品進行分析，如用于檢測成品魚和雞肉的固體脂肪含量，進而區分肉類的質量，在未來需要對此進行持續優化。

4.2 乳液檢測

乳狀液體是不透明的食物，結合超聲波Wave技術分析乳液結塊的原因，避免乳狀液體出現結塊的情況，結合當前現狀提出相應解決方案，且并不會影響食物本身，能夠有效提高樣品掃描效率和速度。乳制品體系是比較分散的粒子，還會存在一定的油脂，液滴尺寸在0.2～2 μm，用傳統的方法不能確保食品的安全性，而利用超聲波技術可以在液體靜止狀態下進行無損檢測，在40 kHz下降功率為0.8 W可以檢測粒子的移動狀態，以此判斷出乳狀液體的安全性，且整個過程較為簡單，非專業技術人員也可以在標準操作下完成。

4.3 充氣食品檢測

充氣類食品的氣泡會對超聲波檢測結果產生很大影響，市面上常見食品包括餅干、面包、蛋糕、薯片等類型，每個包裝袋均灌有較多空氣，而空氣會導致超聲波結構發生重大變化，影響最終的檢測結果[5]。因此，在檢測過程中必須注重操作細節，每一個步驟都必須要認真細致，在檢測后結合誤差值進行對比分析。超聲波技術相較于傳統技術來講，該技術不會對包裝內的氣體造成任何污染，也不會影響氣體的穩定性，且準確率能夠提高0.6倍以上，效率也會提升40%左右。

4.4 乳制品檢測

乳制食品是人們生活中常見的食品種類之一，我國市場中此類所包含的食品較多，如奶酪、調味乳、奶油、冰淇淋等，為了確保食物的安全性，需要加強對乳制食品的研究，合理應用超聲波技術開展檢測工作。乳制品中的粒子有非常良好的散光作用，在傳統檢測中需要先進行取樣，再對分離后的油相進行檢測和判定，如奶酪食品利用光學顯微鏡進行檢測，首先對乳制品液體進行取樣觀察，分析液體分子的運行狀況和結構變化，而利用超聲波技術則不需要取樣，便可以檢測出包裝內部的產品有沒有發生凝聚現象，且可以通過相互作用使脂肪球直徑降低到0.57～0.95 μm，檢測速率可提升40%。

4.5 果蔬類檢測

蔬菜和水果的細胞結構特殊，超聲波檢測中會出現共振效應，導致內部結構、水分含量的變化，影響最終的檢測結果。檢測蘋果與梨等貯藏水果時，借助無損檢測技術可以分析水果的含水量、含糖量、組織結構，然后以此為依據對水果的等級進行確定，還可以對水果的衰敗時間進行預測。

4.6 飲料酒類檢測

飲品存在的主要形式都是液體，由于溶解度的問題并不會充分地相融，且在融合的過程中會出現一種新密度的液體，超聲波在不同密度液體之間會產生傳播偏差，可以利用這個現象區分不同的液體種類，最后得出結果。

5 食品檢測中超聲波技術的后續優化

5.1 推動超聲波技術的融合

食品檢測若想契合時代發展需求，就必須對其進行優化與創新，從而促進檢驗檢測技術的發展，因此需要將超聲波技術與信息技術融合，這樣不僅可以簡化煩瑣的檢測過程，且能夠確保管理流程的完整性[6]。在此過程中需要制定出相應的服務標準，準確地判斷工作中信息技術的應用方向，工作者要保證結果的完整性，從抽樣的保存、試驗材料的配備、相關操作流程等方面進行規范，在應用過程中結合實際進行深度優化，促進檢驗檢測技術的發展。

5.2 健全檢測相關管理機制

若想優化食品質量檢測，必須從管理機制方面入手，超聲波檢測前需要了解食品樣品的種類，如果蔬類食品需要注意季節、時間、樣品采集的地點等不同因素，利用標簽管理的方式進行規范記錄，確保全過程的安全性和穩定性。

5.3 完善食品安全檢驗法律

食品安全直接影響著人們的生命安全，必須杜絕假冒偽劣產品流入市面，通過法律法規進行約束和控制，以我國相關法律標準為基礎，要求執行中地方根據社會的發展形勢及時調整檢測標準，使法律法規能夠科學、公正、先進、精確。同時，法律內容需要從細節入手，使每一項規定都能保持緊密性，通過質量把關保證檢測結果的準確性，在此基礎上操作必須嚴格按照標準進行性能檢測，并撰寫檢測報告記錄各類數據，以免給人們的生命安全帶來不可彌補的損失。

6 結語

食品的質量安全對于廣大消費者的安全健康及社會的穩定發展具有重要作用，超聲波測試技術應用范圍正不斷擴大，從長遠發展角度來看，該技術有著較為廣闊的應用前景，通過對超聲波技術的應用能夠顯著提升食品檢測精確度，并且該技術具有操作便捷的優勢，檢測速度相較于其他技術更快，不會對人體造成傷害，今后還需要繼續加強相關研究。