超聲技術對雜糧的應用及其研究進展

◎ 魏 雪，李建華

（河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

目前，超聲技術主要應用于食品的提取、保鮮和加工中，它還在冷凍、干燥、嫩化、濃縮、解凍等眾多單元操作中有著重要的應用[1-2]。雜糧是現在研究的熱點和難點，由于雜糧口感較差并且不易成型，所以雜糧主食化和功能化也成為了如今研究的難題。對雜糧中有效成分的提取和處理通常會用到超聲技術，因此本文綜述了國內外超聲處理在雜糧食品中的應用，并對其發展前景進行展望。

1 超聲技術的原理及應用

1.1 超聲技術的原理

超聲波是由于機械振動在介質中傳播的超出人耳聽力范圍的一種機械波[3]。超聲的基本原理類似于光波和聲波的反射和散射[4]，是一種新型的技術，它可以提高食品加工過程中的效率，還能夠與溫度、壓力等因素相結合而產生協同作用[5]。根據超聲波技術在食物中實際應用的強度和頻率，可以將其大致劃分為低強度的超聲波和高強度的超聲波兩類。

1.2 超聲技術的主要應用

1.2.1 超聲輔助提取

超聲波輔助提取食品中的有效成分應用較為廣泛，它克服了傳統技術的缺點，提高了產量，在提高提取率的同時有效縮短了提取時間[6]。侯磊等[7]利用超聲輔助提取小米中的谷糠油，并對提取工藝進行了優化，提取率達到72.31%，結果表明超聲輔助無水乙醇提取小米谷糠油的工藝路線是可行的，這就為小米谷糠進一步的開發利用提供了一定的理論支撐。目前，超聲波輔助提取已被廣泛運用于食品和天然產物的提取與分離[8]。

1.2.2 超聲滅菌及保鮮

超聲為非熱效應，因此在殺菌過程中可以較好地保留食品中的營養物質，并且可以殺死食物表皮的病毒和細菌，所以成為近年來研究的熱點。由于超聲發生空化作用使壓力和溫度瞬時增大，從而導致細胞質溶出；同時空化作用還會激發產生大量的自由基，從而達到殺菌滅毒的效果[9]。超聲波以及超聲波和其他技術協同殺菌與傳統的一些高溫高壓殺菌的方法相比具有除菌速度快、滅菌效果好等優點，能夠殺死某些細菌和病毒，達到保鮮蔬菜水果等食品的作用。

1.2.3 超聲解凍

因為超聲波具有加速傳質和傳熱的作用，所以可以把它作為食品解凍過程中的一個輔助手段。馬翼飛等[10]用靜水解凍、流水解凍、微波解凍、低溫空氣解凍和超聲波解凍5種方法對小黃魚進行解凍。5種方式中，用超聲波解凍的方法能夠有效維持魚肉的質構，同時還能在色澤、pH值、蛋白質和脂質氧化以及水分遷移變化上使解凍后小黃魚的品質保持較高水平，其他方法的加工效率不高或對小黃魚的品質影響較大。因此超聲解凍不僅可以縮短食品的解凍時間，并且可以有效維持食品的品質。

1.2.4 超聲干燥

超聲可以增加水分在食品中的轉移速度，加快脫水速度。孟繁博等[11]探究了在超聲波的預處理下，用熱風干燥的方法使火龍果片脫水，測定火龍果片的品質變化情況。結果表明，超聲預處理能夠提高火龍果片的干燥速率，節約干燥時間，改善了干燥過程中火龍果片體積收縮的狀況，并且脫水后還能維持果干原有的色澤，對后續復水時間和品質等沒有影響，由此可知，在熱風干燥前對火龍果片進行超聲預處理可以提高火龍果片的品質。

2 超聲技術在雜糧中的應用

劉賢釗等[12]通過改變超聲波的功率來探究對玉米淀粉糊化和流變特性的影響，實驗表明：經過超聲波處理后的玉米淀粉與未加處理的相比稠度更高，流動性相對較差；當超聲功率增大時，玉米淀粉糊的觸變性反而減小。李歡歡等[13]對玉米淀粉進行不同的超聲時間處理，利用淀粉粘度儀來測定玉米淀粉糊化特性的有關參數并進行分析。結果表明，玉米淀粉進行超聲處理的時間與起糊溫度、總回生度呈顯著正相關，與峰值黏度、淀粉降落數值呈顯著負相關，由此說明對玉米淀粉進行超聲處理可以改變它的糊化特性。有研究表明[14]，由于超聲作用產生的瞬時高溫高壓能夠加速淀粉分子的降解反應，在一定程度上改變了蛋白質的空間結構，所以會造成玉米淀粉糊化和流變特性的變化。

王成祥等[15]通過4種不同的方法（微粉碎、超聲波、酶解及超聲輔助酶解法）處理青稞膳食纖維，測定處理后青稞膳食纖維的指標。測定結果表明：膳食纖維通過超聲輔助酶解處理后，可溶性膳食纖維（SDF）含量和持油力最高，并且持水力、膨脹力和α-淀粉酶抑制力都比其他幾種處理方法要好，由此可見，超聲輔助酶解法應用于青稞膳食纖維的功能改性有較為明顯的效果。牛希等[16]對燕麥的膳食纖維進行超聲處理，比較超聲處理和未經超聲處理燕麥膳食纖維的理化特性和結構特征的變化情況。結果表明：經過超聲處理后的燕麥膳食纖維，其持水力、水膨脹力和持油力方面都優于未經超聲處理過的；通過DSC分析儀可以發現經過超聲處理后的燕麥膳食纖維的熱焓值顯著增加，從而使膳食纖維的熱穩定性得到較大的改善。因此，超聲技術可以應用于一些雜糧膳食纖維的穩定化處理。

吳云雪等[17]利用超聲-溫度協同技術，通過響應面法建立了苦蕎粉脫苦后的營養成分、苦味評分與浸提溫度、浸提時間、料液比之間的數據模型，確立了苦蕎粉通過超聲-溫度協同技術在原有脫苦工藝中的最佳參數：當浸提時間為19 min、料液比為1∶16.5時，得到的脫苦后的苦蕎粉營養提高并且苦味程度降低。因此可知在原有脫苦工藝的基礎上加入了超聲-溫度輔助技術，超聲和溫度會形成協同效應，加速苦蕎粉脫苦，能夠在保留苦蕎粉中營養成分的同時顯著降低苦味評分。金文苑[18]對原有經過浸泡法脫苦的燕麥進行了超聲處理，發現超聲可以加快燕麥脫苦的速度，并且探究了超聲時間、溫度和功率對于燕麥脫苦效果的影響。研究表明：當超聲時間在1 h內時，燕麥的苦味值隨著超聲時間的延長而降低；當超聲溫度≤60 ℃ 時，燕麥的苦味程度會隨著溫度的升高而減小；當超聲功率≤200 W時，燕麥的苦味程度隨著超聲功率的增大而減小；當超聲功率≥200 W時，燕麥的苦味程度會隨著超聲功率的增大而增大。因此超聲技術對于雜糧的脫苦工藝有著一定的改善和促進作用。

丁芳芳等[19]采用超聲技術對豌豆蛋白進行改性，發現超聲功率、時間和豌豆蛋白質量濃度會影響豌豆蛋白的乳化特性，通過單因素實驗和正交方法進行改性條件的優化，結果表明：豌豆蛋白超聲改性最好的工藝條件是豌豆蛋白質量濃度30 mg·mL-1、超聲持續時間40 min、超聲波功率500 W，超聲改性通過破壞蛋白質空間結構，進一步改善了豌豆蛋白的功能性特征。望運滔等人[20]在不同的超聲時間下分別對鷹嘴豆分離蛋白進行預處理，分析了超聲時間對鷹嘴豆分離蛋白的物理化學特征和功能特性的影響。結果表明，超聲處理對鷹嘴豆分離蛋白的乳化具有明顯的改善作用，當超聲強度為450 W時可以明顯改善鷹嘴豆分離蛋白的功能特性，說明高強度的超聲波處理可以改變鷹嘴豆分離蛋白的結構，從而改變其功能特性。

3 展望

本文介紹了超聲技術的作用機制及其在雜糧中應用的研究情況，雖然超聲技術處于工業化生產應用的起步階段，在食品工廠中沒有被大規模地應用，但是超聲技術有效率高、耗能低、廢物排放低等巨大優勢，在食品保存、提取和加工方面等方面有巨大的應用潛力。