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食品行业中超声技术的应用

2021-10-25 307 上传者：管理员

摘要：超声技术在食品行业中的应用具有处理效率高、可控性好、成本低等优点，近年来在食品加工领域被广泛关注。本文对超声技术在肉制品加工、果蔬加工、乳制品加工、油脂加工、淀粉加工等几个方面的应用进行分析归纳，综述国内外有关超声技术在食品加工业中的应用和研究新进展，为超声技术在食品行业中的应用提供理论依据。

关键词：
热敏感食品
超声技术
食品功能
食品加工
食品工业
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超声加工技术作为一种新兴的食品加工技术，具有其他加工技术无可比拟的优点，处理效率高，可控性好，成本低等。目前，超声技术已在很多领域得到了广泛的应用，包括医学扫描超声治疗、矿物加工、纳米技术、无损检测、工业焊接、表面清洁和环境净化[1]以及在食品工业中受到广泛关注[2]。超声作为非热技术在热敏感食品中的广泛应用是因为它保留了食品的感官，营养和功能特性的同时减少了微生物的携带，延长了食品的保质期[3]。在过去的几十年中，超声波工艺条件得到优化，并在乳化、消泡、去污、萃取、挤压和肉制品嫩化方面进行了商业化应用[4]。此外，超声波辐射是一种低频能量（20kHz,1MHz），已被广泛用于加工工艺的预处理过程，例如脱气，结晶，沉淀，浸出，清洁，提取，消解样品的制备[5]，从而改变食物蛋白质的功能特性、脂肪产品的质地特性，并促进生物活性成分的提取[6]。超声波在食品加工中的有利作用还包括提高食品保鲜性能，辅助热处理，改善传质特性以及改变食品的质地和分析[7]。目前，超声技术在食品领域得到广泛应用，几乎涵盖各个方面。

1、超声在各种食品加工中的应用

1.1 超声在各种肉制品加工的应用

据报道，超声能明显提升肉制品的品质，提升肉制品的腌制效果，缩短肉制品的腌制时间，延长肉制品货架期。虽然超声在肉类工业应用时间不长，显示极大的应用前景。Zouyunhe等研究发现在烹饪过程中使用超声波可以有效地促进盐分的渗透，提高保水能力，并改善五香牛肉的嫩度[8]。Omaro在11w/cm2、40kHz下处理牛肉肌腱后大肠菌群、嗜冷菌显著减少[9]。Zonglinguo研究发现在400w功率作用下超声可以显著改善牛肉解冻效率和提高解冻牛肉的游离氨基酸、矿物质和维生素的含量[10]。Barretto等研究了NaCl还原和超声处理（20kHz,600W/cm2,10min）对熟猪肉火腿的影响。经证实，超声波的应用改善了火腿的质地，并允许减少熟火腿32%的钠含量[11]。Lees等将超声（25kHz、60%振幅、20min）应用于碱性电解水制备的肉乳状液中，可以在不降低工艺质量的情况下降低高达30%的氯化钠含量[12]。超声波处理是提高壳聚糖基涂料对新鲜鱼肉保鲜效果的有效补充，发现超声处理后样品生物胺（BAs）含量较低，其挥发性总碱氮（TVB-N）、K值和总活菌数（TVC）在第12天分别降低了13.6%、4.2%和7.8%。，比单纯的壳聚糖涂层延长鱼的保存期2天[13]。尽管不同设备产生的超声频率和强度不同，实验的工艺条件也不相同，但是大部分的研究者都均发现超声对不同基因来源的肉的品质都有较大的改善。

1.2 超声波在果蔬加工中的应用

超声波既可以较好地保持产品固有的营养成分、色泽、香气、又能杀灭果蔬汁中的微生物，保持新鲜度、延长货架期，越来越受到生产者和消费者的重视。超声波可用于保持新鲜水果和水果的收获前和收获后的品质属性。随着现代营养学和食品加工学的发展，蔬果在加工中不仅需要维持而且还需要提高果汁的营养价值，超声处理已证明满足这个要求。诸多学者研究表现超声能够在贮藏和加工过程中最大程度保留果蔬汁的营养成分和抗氧化水平[13,14,15,16,17]。Cheng等研究发现经超声处理的柑桔汁，其色泽（L*、a*、b*）、营养价值（抗坏血酸、总酚、总类胡萝卜素含量和酚类成分）和香气均优于高温杀菌的柑桔汁[18]。崔帅研究表明在超声温度45℃、超声时间15min、间隙比2∶0、功率900W时，可使菌落总数降低约2.6个数量级，超声波杀菌率可达到99.31%±0.07[19]。超声除了具有杀菌作用外还可以维持蔬果的物理性能的稳定性。Shen研究发现通过超声处理显著改善了苹果汁的流变性能和悬浮稳定性，处理后的感官性能较好，粒径减小明显，水溶性较高，浑浊稳定性较好[20]。超声在果蔬加工中有诸多优势，但是加工技术还不成熟，商业化还面临诸多挑战。超声的杀菌效果还不能达到商业灭菌的效果，所以还得和其他技术协同作用进一步提高杀菌效率。

1.3 超声在乳制品加工中的应用

随着乳制品行业和绿色加工的发展，物理改性中常见的超声技术在乳制品行业中应用越来越多。很多研究表明低频超声处理可显著降低酪蛋白粒径，改善其部分理化和功能性质。Nguyen等在低频超声处理（20kHz）下发现乳中的酪蛋白粒径达到最小，且酸凝胶强度增大[21]。Sfakianakis[22]和Guraoy[23]原乳经超声（20kHz）后，其发酵性能和制作的酸奶性质与高压均质处理乳具有显著差异。沈雪[24]发现经过超声改性后的乳清蛋白发现，其游离巯基含量、溶解度、表面疏水性增加。葛伟[25]等研究发现超声改性后的酪蛋白可加速其美拉德反应进程，改变产物的三级结构，提高抗氧化性。超声条件不同，乳品不同，对其性质改变效果也不尽相同。

1.4 超声技术在油脂加工中的应用

超声技术在油脂工业的应用较为广泛，包括辅助油料预处理、辅助提取、油脂精炼、油脂改性、固体脂肪含量测定及油脂结晶等相关领域都有研究探索。Shadi研究发现超声相比传统提取技术而言，可以显著降低木瓜籽油的颜色，降低不皂化物成分的含量和提高其氧化稳定性[26]。郑学超研究发现采用超声辅助有机溶剂提取鱼油发现其提取率高于酶提取法，酸值、过氧化值低于酶提取法[27]。鲍赛研究发现超声辅助提取桑葚籽油其提取率高于单纯溶剂萃取法，获得油脂酸价、过氧化值、相对密度偏低[28]。More等发现超声波辅助酶法对大豆油脱胶比单纯的酶法降低了油脂的酸值，提高了油脂的氧化稳定性[29]。与传统碱炼脱酸相比，超声波辅助乙醇萃取脱酸后米糠油的酸价、过氧化值以及脂肪酸组成等指标的变化较小，生物活性物质的保留率较高。超声波辅助活性白土对类胡萝卜素和叶绿素的吸附过程中伪一阶、伪二阶动力学模型和Freundlich吸附等温线方程的拟合效果较好，说明虽然超声波辅助吸附脱色的过程复杂但利于脱色[30]。

Essid等发现超声辅助脱色可以提高油脂的氧化稳定性，在一定程度上超声波不仅可用来处理吸附剂激活其性能，还可能是一种替代仅通过吸附剂对油脂脱色的新方法[31]。何红娟研究发现超声能够促进油脂的结晶，结晶产物硬度增加，黏度降低，促进油包水体系结晶，且结晶颗粒更细小，有利于在奶油、巧克力和冰激凌产业中应用，但超声同时也使油脂氧化稳定性会变差[32]。控制超声条件减少负面影响将会成为另一个研究热点。超声技术在油脂工业的应用大多还停留在试验室研究阶段，工业化的应用还有很长一段路要走，进一步了解超声对油品品质的影响及其机理和影响控制并没有彻底解决，以及适合大型油脂加工的超声设备的缺乏等都会制约超声技术在油脂工业中的商业化。

1.5 超声技术在淀粉加工技术中的应用

超声可以极大地改变淀粉的组成、结构、性质和改性。在大多数情况下，超声会导致淀粉颗粒产生气孔和裂隙。在分子水平上，它要么降解淀粉分子链要么对淀粉链影响很小，这取决于实验条件。在相同的条件下，由超声引起的颗粒表面的裂缝和凹陷在马铃薯和小麦淀粉中比在玉米和水稻淀粉中更为明显[33,34]，而正常的和含蜡的玉米淀粉表面是多孔，而在直链淀粉含量超过50%的高直链玉米淀粉中则变成裂缝[35]。结构的改变进一步影响了淀粉的物理共化学性质。大部分的报告表明，声波降解法增加了水溶性，要么增加，没有影响，或减少凝胶化/老化/黏度/溶胀度等，清楚地显示超声破碎法的效果取决于超声的频率、强度和持续时间温度和淀粉乳浓度等，大气中气体的组成和类型以及淀粉的结构[36]。超声诱导的颗粒上的裂纹和气孔进一步促进了淀粉的化学/物理/酶改性，提高了反应效率。如Chen等研究发现超声可以缩短了辛烯基琥珀酸玉米淀粉酯的反应时间，同时反应效率提高15-20%[37]。超声波技术已广泛应用于淀粉类食品和非食品领域，缩短了加工时间，提高了产品收率和纯度，环保，降低了能耗和生产成本。特别令人兴奋的是，超声技术未来在淀粉应用中具有巨大商业潜力。

2、展望

超声技术在食品加工中的应用规模化和工业化还有很长一步路要走，但超声技术高效绿色环保的特性符合我国食品行业未来发展的方向和需求，在科研和技术推广应用方面具有很好的应用前景。但对于超声技术在食品行业中的应用还存在很多需要研究的方面：（1）超声对食品质构的改变的机制还有待进一步深入研究；（2）超声的空化效应对食品的加工工艺的促进作用的具体机制还有待深挖；（3）超声对食品分子结构的影响还不是很清晰以及超声动力学模型的建立还需要进一步完善；（4）可工业化的超声设备的研发也将是超声技术工业化应用中至关重要的一步。

参考文献:

[19]崔帅,颜冰,楼盈凯,等.果蔬汁的超声波杀菌与品质变化研究[J].饮料工业,2019,22(6):15-20.

[24]沈雪.乳清蛋白的超声改性及其包埋体系的应用研究[D].吉林:吉林大学,2017.

[25]葛伟,李晓东,曲佳林.超声预处理对酪蛋白美拉德反应产物抗氧化性和结构的影响[J].中国食品学报,2018,18(2):125-133.

[27]郑学超.章鱼副产物中鱼油的提取方法研究[D].河北农业大学,2018.

[28]鲍赛.桑莓籽油提取技术及性质研究[D].山东农业大学.2019.

[30]康媛解.超声波辅助米糠油精炼技术研究[D].河南工业大学,2019.

[32]何红娟.超声场中油脂结晶行为及物化性质变化研究[D].江南大学.2017.

文章来源：方桂红,李晓珍,周静.超声技术在食品行业中的应用[J].轻工科技,2021,37(11):1-3.