超聲波技術及其在食品行業中的應用

薛磊

山西開放大學（太原 030000）

如今，我國食品行業保持著強勁的發展態勢，食品市場競爭的程度日益加劇，為了能夠在愈演愈烈的行業競爭中成功立足并突出重圍，各大食品企業不斷加大新品研發，并且注重提升食品的質量，加強食品生產成本的控制。而近年來屢被曝出的食品安全事件引發社會民眾的高度重視，人們加強對食品安全問題的關心，并且對食品質量與安全提出更高要求，而這也在一定程度上促進食品安全檢測工作的開展。在此背景下，超聲波技術憑借著操作便捷、效果精準、檢測速度快等優勢而受到青睞，并在食品行業得到大力推廣和積極應用。鑒于此，對超聲波技術在肉類食品、乳制食品、充氣食品、飲料酒類食品檢測中的應用情況進行細致、深入分析。

1 超聲波技術應用于食品行業的主要形式

1.1 無損檢測

無損檢測技術是指使用脈沖技術消除食物中的化學藥品殘留，并且不會對食物品質造成任何不良影響。在進行無損檢測時，需要特別注意：一是不適用于透明類食品測試，否則會影響檢測結果的精準度；二是應基于食品的檢驗特性進行分析，主要分析的是食品材料與結構等內容，并根據分析結果選擇合適的超聲波技術。

1.2 超聲波提取技術

超聲波提取技術能夠在50~120 ℃的環境下對食品質量進行準確快速地檢查。一般來講，食品在高溫或低溫環境下，其品質可能會因內部分子結構變化而變差，導致食物品質降低，影響顧客的食用安全性和口感。對此，可通過超聲波技術檢測出食品中含有的風味劑、生物酶等活性物質，確保這些物質保持最佳儲存狀態。超聲波提取技術的優勢在于無需提取檢測材料的相關溶劑，也不需要對被檢測材料進行攪拌，有利于保證食品的完整性，能夠縮短材料提取周期，提高食品檢測效率。超聲波提取技術在生物酶提取檢測中取得積極應用[2]。

1.3 結晶控制技術

結晶控制技術主要利用超聲波的良好定向效果，有效控制食物內部的結晶速度，以確保食物內部的晶體不被外部污染。結晶控制技術在冰淇淋、海鮮等各種冷凍食品的生產和儲存方面得到積極應用。

2 超聲波檢測技術在各類食品中的檢測

2.1 超聲波技術在肉類食品檢測中的應用分析

在我國食品消費方面，肉制品的消費量一直居高不下，特別是隨著國民經濟的不斷發展，廣大民眾的經濟收入明顯增多，人們的肉制品攝入量增多，并且，肉制食品的存放時間越長，其內部含有的病毒、細菌就會越來越多，如果人們食用到變質的肉制食品，其身體健康甚至生命安全就會受到威脅，所以，肉制品質量安全開始受到高度重視。

一直以來，行業人士多通過酸水解檢測方法對肉類食品的脂肪含量進行檢測，但是此檢測方法不僅操作復雜，并且檢測精度不穩定。通過超聲波技術對肉類食物進行檢測，能夠比較快速精準地檢測出精制肉和肥肉的之比，因此，可通過超聲波技術區分肉類的質量，以此保證食用肉類食品的質量與價值。然而，超聲波技術在肉制品安全檢測方面應用有限，正處于探索發展時期。這是因為通過超聲波對肉制類食品進行檢測時，超聲波大概率會破壞食品中的纖維蛋白，并且肉制品承受超聲波的上限是10 kHz，而在運用超聲波進行檢測時，超聲波頻率往往遠超過10 kHz，因此會導致肉類食品中的纖維蛋白，使食品滲出大量液體，造成肉質纖維之間粘連，繼而導致肉的品質變差[3]。

所以，在肉類食品檢測方面，超聲波只被用于檢測和區分肥肉和瘦肉，在其他方面的檢測還有待進一步探索和完善。

2.2 超聲波技術在乳制食品檢測中的應用分析

以牛奶、奶酪等為代表的乳制食品在廣大民眾的食品消費榜單中占據極其重要的地位，它們在提供人體攝取營養、保障人體機能、改善人體身體素質等方面發揮極其重要的作用。

在對乳制品進行檢測時，由于乳制品中的粒子本身表現出較強的散光特性，所以會造成液體處于明顯的渾濁狀態。通過常規技術進行檢測時，第一步需要取樣，并且要將乳制品中的油相與水相進行分離，通過常規技術檢測油相，基于常規技術的檢測方法既需要耗費大量的時間，投入較多資源，并且檢測結果的精準度難以得到有效保障。有食品企業通過光學顯微鏡對乳制品進行檢測，如通過光學顯微鏡對牛奶這一乳制品進行檢測，雖然其檢測速度比較快，但是無法觀測到液體分子的結構及運行狀態，所以檢測精準度不高。但是通過超聲波技術對牛奶等之類的乳制品進行檢測時，既能大幅縮短乳制品的檢測時間，還能精準檢測出被包裝的乳制品是否存在凝聚的情況，另外，通過超聲波技術進行檢測，能大幅降低牛奶的脂肪球直徑，使其由最初的2.79~3.08 μm變小至0.57~ 0.95 μm，有利于油脂與水之間深度融合，減少分層，繼而使得牛奶品質得到進一步改善。

2.3 超聲波技術在充氣食品檢測中的應用分析

充氣食品在人們的食品消費榜單中尤為常見，如塑料袋包裝的零食等，它們最突出的特點是包裝袋內被注入大量的空氣。超聲波技術已廣泛應用于充氣類食品檢測，但是通過超聲波技術對此類食品進行檢測時，包裝袋中的空氣會對檢測結果的精準度產生較為顯著的影響，究其原因，包裝袋中的空氣會使超聲波在傳播過程中出現頻率變化，以此造成超聲波結構出現顯著改變，繼而影響檢測結果的精準性。

實踐證實，在充氣類食品中引入超聲波技術進行檢測，其檢測速率、檢測準確率皆優于傳統技術，并且此技術不會對包裝袋內的氣體帶來污染和破壞，所以，該技術在充氣類食品檢測中應用比較廣泛。

2.4 超聲波技術在飲料酒類食品檢測中的應用分析

我國飲料酒類的消費量不斷增加，飲料酒類食品基本上都以液體的形式進行貯存。對于這類食品來講，最基本的溶劑是水，但是不同飲品存在著不同溶質，并且其溶解度也不盡相同，導致檢測難度升級。特別是口味比較豐富的飲品，因各種溶質的密度高度不一，所以，在融合時容易出現新密度的液體，而通過超聲波技術對飲料酒品進行檢測時，其檢測結果會因穿透于不同液體的密度不同而產生較大誤差，造成檢測結果不一致[4]。

不過這并不意味超聲波技術無法應用于飲料酒類食品檢測，在實踐中，可通過超聲波技術檢測此類食品有無過期，一般來講，過期飲品與正常保質期內飲品的密度不同，所以，可通過超聲波技術比較快速準確地檢測出飲品是否處于可食用期間，并且超聲波技術檢測不會導致飲品性質發生變化，有利于保障飲品質量安全[5]。

3 超聲波技術在食品行業中的其他應用

超聲波在食品行業中并非只能夠應用于食品檢測，也可通過其特有的功能對食品產生一定的物理和化學作用，從而使其在提高效率、節約原料的基礎上進一步提升產品質量。

3.1 通過超聲波快速精準地提取生物物質

實踐證實，采用19.3 kHz的超聲波從甜菜中提取糖，可使提取時間縮短一半，產量提高12%~14%。從葵花籽中提取油可使產量提高27%~28%。用400 kHz、聲強6.5~62 W/cm2的超聲提取花生油，能使花生油的產量增加2.76倍。在提取魚肝油方面，主要通過熔出法進行提取，不僅出油率低，還會使維生素在高溫環境下受到破壞，有研究嘗試通過300，600，800和1 500 kHz的超聲提取鱈魚魚肝油，能夠在2~5 min內使鱈魚組織內所含的油脂100%地游離出來，并且不會破壞組織中的維生素。此外，超聲波在提取咖啡方面也表現出強大優勢，能夠在非常短的時間內（約2、3 min）從含咖啡的植物中提取出所有的咖啡。由此可知，超聲波在提取生物物質方面具有快速、精準的優勢，應用前景比較廣闊[6]。

3.2 超聲波加速細化、乳化和擴散

巧克力、果醬等食品在生產過程中往往需要經過乳化、細化等一系列專業處理，如果乳化、細化工藝不成熟，會導致奶油和脫脂奶不分層，降低感官質量，這樣不會影響降低食品生產效率，還會影響食品質量，所以，食品的乳化、細化處理尤為重要。有研究通過超聲波對食品進行細化、乳化處理，結果顯示，基于超聲波技術的細化、乳化工藝不僅能大大地縮短生產周期，還能夠改善口味、提高食品加工質量，明顯比傳統的機械或化學方法更勝一籌。

3.3 超聲波促進凝聚、加速沉淀

在現實中，醬油、酒類等液體類食品不僅需要達到國家規定的質量標準，還需要保持良好的清澈感、透明感，否則會影響消費者的感官體驗。無論是采用傳統的機械法，還是各種化學方法，都需要耗費大量的時間進行靜置沉淀，而運用超聲波技術則能夠有效縮短醬油、酒類等液體類食品的沉淀時間，并且會進一步增強液體的清澈感、透明感。實踐證實，如用400 Hz超聲波處理醬油，一般只需要1~2 min就可以獲得良好的沉淀效果。對于葡萄酒中存在的懸浮物，如果用傳統方法進行沉淀處理，一般需要4~10 d的時間，而使用超聲波技術，一般只需要1~2 h即可。由此可見，超聲波在食品處理環節能夠起到促進凝聚、加速沉淀的作用。

4 結語

綜上所述，超聲波在食品檢測方面發揮著不容小覷的作用，在肉類食品、乳制食品、充氣食品、飲料酒類食品、果蔬類食品檢測中引入和應用超聲波技術，不僅能夠提高檢測效率和準確度，還不會對食品品質造成不良影響。所以，超聲波技術在食品檢測領域應用前景廣泛，而這也是超聲波技術受到食品行業青睞的主要原因。另外，超聲波技術也可以通過其特有的功能對食品產生一定的物理和化學作用，從而使其在提高效率、節約原料的基礎上進一步提升產品質量，如可以在提取生物物質、處理乳制品等方面發揮積極作用。超聲波技術在食品行業的應用前景廣闊，在食品檢測方面的研究與應用還有待進一步探索。