超聲波是由來自分(fēn)子的(de)機械聲波組成，并在傳播介質中振蕩的(de)運動。超聲波具有(yǒu)非常高(gāo)的(de)頻率，大(dà)約20kHz，分(fēn)爲兩類（即低強度和(hé)高(gāo)強度波）。大(dà)自然創造了d一個(gè)超聲波應用(yòng)。蝙蝠使用(yòng)超聲波在黑(hēi)暗(àn)中導航，許多鲸類動物(wù)使用(yòng)回聲定位來探測獵物(wù)或使用(yòng)由他(tā)們的(de)聲音(yīn)系統産生的(de)超聲波的(de)障礙物(wù)。超聲通常應用(yòng)于生物(wù)醫學領域。今天，基于超聲波的(de)方法和(hé)設備可(kě)用(yòng)于檢測器(qì)官，運動、腫瘤塊和(hé)産前/産後殘疾，以及用(yòng)于腎結石去除、物(wù)理(lǐ)治療、和(hé)美(měi)容療法。然而，超聲波在許多其他(tā)領域也(yě)有(yǒu)多種應用(yòng)。特别是，超聲波近期已被用(yòng)于食品工(gōng)業(yè)，以開(kāi)發各種有(yǒu)效和(hé)可(kě)靠的(de)食品加工(gōng)應用(yòng)。因此，本綜述總結了食品工(gōng)業(yè)中的(de)超聲波。食品工(gōng)業(yè)中常見的(de)應用(yòng)包括細胞内物(wù)質的(de)破壞和(hé)提取。根據其強度，超聲波用(yòng)于酶的(de)活化或失活，混合和(hé)均質，乳化，分(fēn)散，肉的(de)保鮮、穩定、溶解和(hé)結晶、氫化、嫩化，成熟、陳化和(hé)氧化，并作爲固液提取浸漬的(de)佐劑加速和(hé)改善從不同基質中提取活性成分(fēn)，以及食品制(zhì)劑的(de)脫氣和(hé)霧化。

1  介紹

食品加工(gōng)工(gōng)藝是指通過大(dà)量設備和(hé)工(gōng)藝操作将農(nóng)産品故意轉化爲更可(kě)口、耐貯藏、便攜和(hé)有(yǒu)用(yòng)的(de)增值産品，供人(rén)類食用(yòng)。各種傳統的(de)加工(gōng)和(hé)保鮮方法，如(rú)幹燥、油炸、熏制(zhì)、腌制(zhì)、腌制(zhì)、浸泡等，仍然大(dà)量有(yǒu)效地(dì)用(yòng)于加工(gōng)生食産品。大(dà)多數傳統食品加工(gōng)方法的(de)基本原理(lǐ)取決于消耗熱(rè)量以減少(shǎo)微生物(wù)的(de)生長并抑 制(zhì)食源性病原體，從而使食品可(kě)以安全食用(yòng)。這些熱(rè)處理(lǐ)消耗高(gāo)能(néng)量，提供低生産效率，并且是非常耗時的(de)過程，需要大(dà)量的(de)外部輸入。有(yǒu)許多食品存在細菌或病毒中毒的(de)威脅，因此可(kě)能(néng)不希望通過加熱(rè)進行(xíng)加工(gōng)。此類熱(rè)敏食品在經過熱(rè)處理(lǐ)後可(kě)能(néng)會(huì)發生物(wù)理(lǐ)、化學和(hé)微生物(wù)變化，例如(rú)風味、顔色和(hé)質地(dì)的(de)改變。這就産生了對大(dà)程度利用(yòng)現有(yǒu)技術(shù)的(de)研究和(hé)開(kāi)發以及創新和(hé)有(yǒu)效替代技術(shù)的(de)出現。食品加工(gōng)中使用(yòng)的(de)新方法包括高(gāo)壓加工(gōng)、冷(lěng)等離(lí)子體、脈沖電場(chǎng)、超臨界流體萃取、紫外線照(zhào)射和(hé)超聲波。

超過可(kě)聽頻率範圍（即大(dà)于 20 kHz）的(de)聲波稱爲“超聲波”。當聲波通過介質傳播時，它們會(huì)在介質粒子中産生壓縮和(hé)稀疏（減壓）。反過來，由于湍流和(hé)傳質增加，這會(huì)産生大(dà)量能(néng)量。基本原理(lǐ)是類似于光(guāng)波的(de)聲波的(de)反射和(hé)散射。超聲波是一種新興的(de)可(kě)持續技術(shù)，可(kě)提高(gāo)食品加工(gōng)業(yè)中多個(gè)過程的(de)速度及其效率。它還可(kě)以與溫度（熱(rè)超聲）和(hé)壓力（聲波）結合使用(yòng)，以産生協同效應，從而進一步提高(gāo)其功效。根據食品應用(yòng)中使用(yòng)的(de)超聲波強度和(hé)頻率，超聲波可(kě)分(fēn)爲兩類：低強度超聲波和(hé)高(gāo)強度超聲波。 

2  高(gāo)低強度超聲波不同特點

低強度或高(gāo)頻超聲波也(yě)稱爲診斷波，其特征頻率大(dà)于100kHz，強度低于1W/cm2。這些波可(kě)用(yòng)于評估食品的(de)結構（形狀、大(dà)小(xiǎo)和(hé)尺寸），确定新鮮食品商品的(de)成分(fēn)，如(rú)肉類和(hé)家禽、生魚和(hé)發酵漁業(yè)。它被用(yòng)作在加工(gōng)和(hé)儲存過程中對食品進行(xíng)非侵入性和(hé)非破壞性分(fēn)析的(de)工(gōng)具。它還有(yǒu)助于在處理(lǐ)前和(hé)處理(lǐ)後操作期間對新鮮生産的(de)水(shuǐ)果和(hé)蔬菜進行(xíng)質量調節和(hé)控制(zhì)。低能(néng)超聲波的(de)工(gōng)作原理(lǐ)，它有(yǒu)效地(dì)利用(yòng)物(wù)質和(hé)高(gāo)頻聲波之間的(de)相(xiàng)互作用(yòng)來獲取有(yǒu)關其傳播的(de)産品的(de)結構、尺寸和(hé)成分(fēn)的(de)詳細信息。此外，由于波的(de)壓縮和(hé)減壓過程中的(de)能(néng)量損失，會(huì)發生衰減。吸收機制(zhì)與同質材料和(hé)與異質材料散射有(yǒu)關，這些材料提供有(yǒu)關物(wù)理(lǐ)化學的(de)信息。

與低功率超聲波相(xiàng)比，高(gāo)強度和(hé)低頻超聲波具有(yǒu)破壞性，因此對食品的(de)物(wù)理(lǐ)、生化和(hé)機械特性産生相(xiàng)當大(dà)的(de)影響。它們的(de)頻率範圍爲20至100kHz，而強度範圍爲10至1000 W/cm2。這在乳化、消泡、微結構調節和(hé)脂肪産品的(de)質地(dì)屬性、超聲結晶和(hé)食品蛋白質的(de)功能(néng)特性方面具有(yǒu)廣泛的(de)應用(yòng)。它還在冷(lěng)凍、幹燥、嫩化、濃縮、解凍等衆多單元操作中具有(yǒu)重要應用(yòng)。高(gāo)強度超聲的(de)特點是誘導聲空化，這是由于較大(dà)氣泡的(de)産生、随後的(de)生長和(hé)突然破裂而引起的(de)，釋放(fàng)大(dà)量能(néng)量。

超聲技術(shù)在食品提取、保鮮和(hé)加工(gōng)中的(de)應用(yòng)，已有(yǒu)不同的(de)綜述。然而關于超聲波在食品工(gōng)業(yè)中應用(yòng)于食品加工(gōng)和(hé)加強單元操作的(de)具體審查評論尚未提出，涉及進一步的(de)商業(yè)化前景。這篇綜述總結了超聲波在不同單元操作（過濾、冷(lěng)凍、解凍、鹽漬、殺菌/巴氏殺菌、切割等）和(hé)特定食品部門（肉類、水(shuǐ)果和(hé)蔬菜、谷物(wù)、乳制(zhì)品等）中的(de)各種應用(yòng)與該技術(shù)的(de)優點和(hé)缺點。

3 超聲波在食品中的(de)應用(yòng)

3.1.肉類行(xíng)業(yè)

已經觀察到(dào)超聲波處理(lǐ)的(de)應用(yòng)在各種食品的(de)加工(gōng)中是有(yǒu)效的(de)。超聲波在肉類工(gōng)業(yè)中的(de)使用(yòng)始于1950年代前後活牛脂肪和(hé)肌肉的(de)評估。低強度超聲波通常用(yòng)于改善味道、柔軟度和(hé)質量，這對于獲得消費者的(de)接受度很重要。近期的(de)研究表明(míng)，高(gāo)強度超聲在鮮肉上(shàng)的(de)前瞻性應用(yòng)，主要是嫩化肉腌制(zhì)、烹饪、解凍、冷(lěng)凍和(hé)細菌抑 制(zhì)。旨在解釋應用(yòng)高(gāo)強度超聲對肉制(zhì)品影響的(de)新研究集中在牛肌肉上(shàng)，主要是半腱肌和(hé)z長肌。這些研究主要集中在肉組織的(de)微觀變化、鹽動力學、水(shuǐ)分(fēn)和(hé)質地(dì)的(de)變化，以及高(gāo)強度超聲的(de)應用(yòng)。此外，氧化穩定性、感官特性和(hé)顔色是受超聲波影響的(de)肉的(de)重要特征。超聲波對組織的(de)壓痛和(hé)水(shuǐ)動力學有(yǒu)顯著(zhe)影響。

食品工(gōng)業(yè)的(de)超聲波應用(yòng)

肉的(de)顔色是消費者接受度的(de)一個(gè)重要屬性。在新鮮牛肉的(de)情況下，櫻桃紅色是可(kě)以接受的(de)。科學研究表明(míng)超聲波對肉的(de)顔色沒有(yǒu)影響，因爲伴随熱(rè)量的(de)産生不足以使蛋白質或色素變性。相(xiàng)比之下，在對超聲處理(lǐ)後的(de)肉進行(xíng)評估時發現，與對照(zhào)相(xiàng)比，肉的(de)顔色從較淺、較不紅色變爲較橙黃(huáng)色和(hé)較不亮的(de)顔色。因此，超聲增強了顔色的(de)總變化，限制(zhì)了氧合肌紅蛋白和(hé)高(gāo)鐵(tiě)肌紅蛋白的(de)形成。

由于液體介質中的(de)空化作用(yòng)，超聲波有(yǒu)助于抗菌作用(yòng)并延長肉制(zhì)品的(de)保質期。抗菌效果還取決于與微生物(wù)接觸的(de)時間、微生物(wù)的(de)類型、食物(wù)的(de)數量及其成分(fēn)以及處理(lǐ)溫度。超聲波還可(kě)以應用(yòng)于肉類産品的(de)冷(lěng)凍，在該過程中，它可(kě)以在升高(gāo)的(de)溫度下誘導成核。這可(kě)用(yòng)于控制(zhì)冰晶的(de)分(fēn)布、它們的(de)大(dà)小(xiǎo)以及冷(lěng)凍食品中的(de)時間要求。超聲波還可(kě)以導緻冰晶破碎，增加晶核數量和(hé)晶體尺寸減小(xiǎo)。

3.2 水(shuǐ)果與蔬菜加工(gōng)行(xíng)業(yè)

新鮮水(shuǐ)果和(hé)蔬菜容易加速變質，在食品行(xíng)業(yè)保持其質量非常具有(yǒu)挑戰性。據觀察，超聲波是一種新興技術(shù)，可(kě)以降低收獲前和(hé)收獲後的(de)損失率。解釋水(shuǐ)果和(hé)蔬菜中的(de)超聲波數據很複雜，因爲它們中存在的(de)孔隙和(hé)空隙會(huì)導緻超聲波散射，從而對它們産生衰減作用(yòng)。研究表明(míng)，超聲波的(de)應用(yòng)會(huì)影響新鮮水(shuǐ)果和(hé)蔬菜的(de)硬度，随著(zhe)強度的(de)變化而變化。此外，在某些情況下觀察到(dào)顔色的(de)變化，這可(kě)能(néng)歸因于酚過氧化物(wù)酶和(hé)多酚氧化酶的(de)可(kě)能(néng)失活。這些酶負責冷(lěng)凍和(hé)生蔬菜的(de)顔色變化以及褐變反應。超聲處理(lǐ)還具有(yǒu)抗菌作用(yòng)。一項研究使用(yòng)脈沖回波技術(shù)測量了堅果油、橄榄油和(hé)商業(yè)食用(yòng)油等油中的(de)超聲波衰減和(hé)速度。聲學數據是通過處理(lǐ)吸收損失系數、速度、聲阻抗、壓縮模量和(hé)密度等油類數據來确定的(de)。聲能(néng)還具有(yǒu)顯著(zhe)的(de)化學和(hé)物(wù)理(lǐ)效應，有(yǒu)助于提取農(nóng)藥殘留。這種清潔方法對新鮮水(shuǐ)果和(hé)蔬菜有(yǒu)效，因爲它需要更少(shǎo)的(de)時間，保留顔色和(hé)營養成分(fēn)，保持質地(dì)并且在食品工(gōng)業(yè)中使用(yòng)是安全的(de)。

3.3乳品加工(gōng)行(xíng)業(yè)

超聲波是一種有(yǒu)效的(de)技術(shù)，可(kě)以保留營養，從而延長保質期和(hé)提高(gāo)乳制(zhì)品的(de)質量。它的(de)應用(yòng)成本較低、快速且簡單。在乳制(zhì)品行(xíng)業(yè)，它有(yǒu)利于微生物(wù)滅活。細胞内空化導緻微生物(wù)細胞膜損傷，産生自由基并損傷DNA。高(gāo)強度超聲波能(néng)夠提高(gāo)用(yòng)于制(zhì)造發酵乳及其産品的(de)發酵劑的(de)益生菌菌株活力。它還通過釋放(fàng)酶、乳糖酶和(hé)産酸刺激來加速乳糖水(shuǐ)解，從而縮短發酵時間。由于增加了生物(wù)活性肽和(hé)低聚糖，降低了乳糖含量，超聲波處理(lǐ)增強了發酵乳制(zhì)品的(de)感官特性及其營養品質。

超聲波還通過釋放(fàng)細胞内酶，加速蛋白質結構的(de)分(fēn)解，并增強質地(dì)、感官特性和(hé)營養特性，從而縮短奶酪成熟所需的(de)時間。已經觀察到(dào)高(gāo)強度超聲波的(de)應用(yòng)可(kě)以減小(xiǎo)酸奶生産中脂肪球的(de)尺寸，提高(gāo)粘度，減少(shǎo)脫水(shuǐ)收縮，增加凝膠強度和(hé)加速發酵。它還有(yǒu)助于通過乳清蛋白的(de)變性、酪蛋白膠束的(de)分(fēn)裂和(hé)蛋白質部分(fēn)的(de)重組來形成更堅固的(de)酸奶。在制(zhì)造過程中通過超聲波處理(lǐ)冰淇淋混合物(wù)，同時冷(lěng)凍可(kě)增強冰淇淋的(de)質地(dì)和(hé)感官特性。這歸因于成核的(de)增強、均勻且更小(xiǎo)的(de)冰晶的(de)形成以及由空化引起的(de)傳熱(rè)和(hé)傳質速率的(de)提高(gāo)。在空化中，氣泡爆炸導緻局部壓力增加，促進冰的(de)成核和(hé)大(dà)晶體的(de)分(fēn)解。 

4 超聲波應用(yòng)的(de)優略勢分(fēn)析

超聲波是一種環保、綠(lǜ)色的(de)技術(shù)，已經熟練地(dì)改進了食品行(xíng)業(yè)的(de)各種流程。此外，它還是一種對産品質量有(yǒu)害的(de)基于熱(rè)量的(de)傳統技術(shù)的(de)j佳替代品。超聲波有(yǒu)助于肉的(de)嫩化和(hé)固化、水(shuǐ)果和(hé)蔬菜的(de)堅固、面團的(de)更好混合、微生物(wù)滅活、均質、殺菌以及巴氏殺菌和(hé)乳化。超聲波導緻在較低溫度下生産質量更好的(de)産品，并具有(yǒu)更高(gāo)的(de)傳熱(rè)和(hé)傳質速率。超聲波加速過濾過程，增加過濾器(qì)的(de)壽命，加速冷(lěng)凍，并導緻更小(xiǎo)的(de)晶體尺寸、更快的(de)幹燥和(hé)解凍操作。超聲波提供了一種快速處理(lǐ)技術(shù)，限制(zhì)了生産成本。它通過消除對工(gōng)藝步驟的(de)需要并提高(gāo)産品産量來提高(gāo)工(gōng)藝效率。此外，通過增強其感官特性、堅固性和(hé)質地(dì)，z終産品的(de)質量和(hé)純度得到(dào)改善。它還有(yǒu)助于保留産品的(de)營養特性并延長産品保質期。

超聲波在以高(gāo)強度應用(yòng)時會(huì)由于溫度升高(gāo)而産生熱(rè)量，這對食品的(de)感官和(hé)營養特性具有(yǒu)不利影響。此外，超聲波對微生物(wù)和(hé)酶失活的(de)有(yǒu)效性尚未完全成功。然而，溫度和(hé)壓力的(de)協同效應可(kě)能(néng)導緻失活。此外，高(gāo)功率超聲波可(kě)能(néng)會(huì)對食物(wù)造成不利的(de)物(wù)理(lǐ)和(hé)化學影響。由于空化産生的(de)自由基導緻脂質氧化，伴随著(zhe)異味和(hé)氣味、蛋白質變性以及由于抗壞血酸降解導緻的(de)總酚含量減少(shǎo)。超聲波與溫度和(hé)壓力的(de)協同應用(yòng)還會(huì)導緻自由基的(de)形成，自由基會(huì)催化可(kě)能(néng)破壞蛋白質結構的(de)反應，從而對食品的(de)質地(dì)産生不利影響。因此，超聲的(de)強度和(hé)協同作用(yòng)需要在應用(yòng)前進行(xíng)

5 未來展望

多年來，多項研究證明(míng)了超聲波在食品工(gōng)業(yè)中各種傳統加工(gōng)技術(shù)的(de)替代、增強和(hé)改進方面的(de)功效。然而，超聲波與其他(tā)技術(shù)的(de)結合對z終産品的(de)整體質量産生了更好的(de)結果，可(kě)能(néng)成爲進一步研究的(de)z點。超聲波在工(gōng)業(yè)層面的(de)應用(yòng)的(de)進一步發展需要優化參數和(hé)地(dì)面研究，以分(fēn)析聲學處理(lǐ)對食品批量生産的(de)影響。更大(dà)規模的(de)研究還應考慮超聲波對人(rén)體的(de)安全性和(hé)不利影響。此外，超聲波的(de)商業(yè)化和(hé)工(gōng)業(yè)化需要大(dà)量的(de)能(néng)量，這阻礙了其在食品工(gōng)業(yè)中的(de)應用(yòng)。因此，對超聲的(de)研究應特别側重于工(gōng)業(yè)規模的(de)實施。

6 結論

超聲波已證明(míng)其在食品工(gōng)業(yè)中的(de)保存、提取和(hé)加工(gōng)能(néng)力。超聲波正越來越多地(dì)用(yòng)于改進食品工(gōng)業(yè)中的(de)各種工(gōng)藝，并已成爲加工(gōng)技術(shù)前沿有(yǒu)前途的(de)技術(shù)。當與其他(tā)技術(shù)結合使用(yòng)時，它會(huì)變得更加強大(dà)。與其他(tā)現有(yǒu)或傳統技術(shù)相(xiàng)比，它具有(yǒu)多種優勢，并且在與它們結合使用(yòng)時有(yǒu)助于應對或克服它們的(de)缺點。超聲波具有(yǒu)提高(gāo) 效率和(hé)減少(shǎo)各種處理(lǐ)操作所需時間的(de)能(néng)力，預示著(zhe)一個(gè)進步的(de)未來。在超聲波中，完整的(de)處理(lǐ)單元操作可(kě)以在幾分(fēn)鍾或幾秒鍾内完成，同時降低處理(lǐ)的(de)總體成本，提供高(gāo)純度的(de)z終産品，消除廢水(shuǐ)處理(lǐ)，後處理(lǐ)z少(shǎo)活力。缺乏知識、理(lǐ)解和(hé)不願放(fàng)棄傳統做法，阻礙了超聲波在工(gōng)業(yè)層面的(de)實施和(hé)商業(yè)化。