1、超聲波無損檢測
傳統(tǒng)的食品檢測過程,樣品采集后需要采用各種化學或物理方法對其進行破壞性處理,一般操作繁瑣,數(shù)據(jù)獲得周期長,而且設備價格昂貴,無法很好地適應現(xiàn)代食品生產(chǎn)所要求的全程實時監(jiān)控和無損檢
然而,超聲波檢測設備能夠在較短時間內(nèi),實現(xiàn)對高濃度食品和光不透明材料的檢測,具有非破壞性、非介入性、及時性和精確性的特點,在食品檢測領域應用潛力巨大閉。這一技術的關鍵在于確定聲特性(聲速、衰減系數(shù)和聲阻抗)與產(chǎn)品特性(例如:成熟度、硬度等)間的關系,實現(xiàn)對食品成分、結構、相變和顆粒大小的測定。
2、超聲波提取
傳統(tǒng)的提取辦法是選取恰當?shù)娜軇?,采用加熱并伴隨攪動的方法,使相關成分溶出。將超聲波應用于提取,其產(chǎn)生的瞬態(tài)空化作用,可以改善傳質過程,縮短提取時間;最重要的是實現(xiàn)了較低溫度的高效率提取,有效地防止了提取的活性物質變性,保存了高溫下易揮發(fā)的芳香物質,改善了產(chǎn)品品質。目前該技術已經(jīng)被用于生物糖苷類、生物堿、黃酮、蒽醌類、有機酸及多糖成分的提取網(wǎng)。
需要特別指出的是,用超聲波進行提取強化,不同的物料需要采用不同強度的超聲波,只有對非活性物質的提取,才可適當加大功率,通過超聲波產(chǎn)生的瞬態(tài)空化效應提高提取效率。而對于酶等活性物質,只能夠采用較溫和的條件,聲功率不可過高,通過在生物細胞內(nèi)形成胞內(nèi)環(huán)流后改善細胞通透性,實現(xiàn)提取強化;否則,較大功率超聲波所產(chǎn)生的瞬態(tài)空化及瞬時熱效應能,將導致細胞結構的破壞及蛋白質的變性。
3、超聲波控制結晶
高能超聲波能夠通過以下幾種途徑對結晶過程起到輔助作用:首先是影響晶核的形成,因為超聲波具有強烈的定向效應,所以能夠補充和加強形成臨界晶核的波動能,從而加速起晶過程;其次通過控制結晶生長的速度,不但可以確保晶體細小均勻,而且能夠防止已經(jīng)形成的結晶表面被新形成的結晶污染舊,這些作用對于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)有重要價值。
目前強化結晶過程已被證明是改變許多食品特性的有效工具,如膳食脂肪、巧克力、冰淇淋的特性修飾。
超聲波結晶技術在食品領域另一極有價值的應用,就是用于控制速凍食品冰晶的形成過程”。超聲波在凍結過程中對物料產(chǎn)生的作用,將確保晶核形成的快速一致,有效地防止由于冰晶生長而造成的細胞組織破裂,避免了解凍后的組織結構軟化和細胞液外流問題。
另外,超聲波誘導結晶過程中的空化作用能夠持續(xù)清潔凍結過程中物料表面的覆蓋物,保證冷凍過程中的熱傳導效率。
4、超聲波滅菌
超聲波產(chǎn)生的空化作用能在細胞壁與細胞液等非均相間產(chǎn)生微射流和局部高熱、高壓,對細菌、病菌等微生物有強烈的殺滅作用。超聲波消毒的特點是速度快,無外來添加物,對人體無害,對物品無損傷,但也存在消毒不徹底的問題。
超聲波的滅菌效果隨微生物種類的不同,也有較大差異。目前已有的研究主要集中于李斯特單胞菌、沙門氏菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母和其它一些微生物的殺滅。
5、超聲波干燥
傳統(tǒng)的對流熱干燥技術,干燥過程所采用的高溫容易使食品物料產(chǎn)生化學、物理及生物活性方面的變化,從而導致了成品的收縮、形變、老化,以及色澤風味的改變,但如果降低溫度,干燥的速率就會大幅度下降,既增加了能耗,又影響了干燥效果。有研究表明,通過對熱干燥過程的能量強化,能夠較低溫度下,實現(xiàn)高效率的干燥。
6、超聲波催熟陳化酒
傳統(tǒng)的酒類熟化通常是通過恒溫條件下的長時間儲存而實現(xiàn)的。有研究表明,超聲波可以增強各類物質的分子活化能,提高分子間的有效碰撞,使酯化、縮和、氧化還原等反應加速進行,有利于形成酒的醇酯釀制香味;
此外,超聲波處理能夠加速造成新酒不良感覺的硫化氫、氨、硫醇、乙醛和丙烯醛等低沸點物質的揮發(fā),進而使酒體口感獲得改善;超聲波輻照還可以促進締合作用,增強水、醇、醛、酸、酯等極性分子間的親和力,促進酯化反應,改善酒體風味。
因此,利用超聲波催熟陳化酒,能夠一定程度上縮短酒的陳化過程,提高酒的品質。
需要指出的是超聲波催熟陳化酒,對處理中低檔酒時特別適用。但對高檔酒,采用超聲波處理后,會使酒中的香味,特別是果酒中的果子酸等發(fā)生分解,反而令酒品質發(fā)生下降閻。
7、超聲波乳化
食品生產(chǎn)過程中常常需要對兩種不互溶的液態(tài)組分進行乳化加工,傳統(tǒng)的方法有:機械乳化法和化學乳化法。采用超聲波進行乳化時,其產(chǎn)生的空化氣泡在不互溶的兩相界面破裂,能夠形成沖擊波,使兩相混合,達到乳化效果口;
此外,超聲波的作用還能夠使一些不溶于水的物質活性增加,從而在水中分散均勻或溶解,在幾乎不使用穩(wěn)定劑的情況下保持乳濁體系的穩(wěn)定。
8、超聲波破乳與分離
通過調整超聲波的頻率不但可以促進乳化,而且能夠用于兩相的破乳與分離操作阿,由于超聲波的作用力將使物質顆粒在節(jié)點與反節(jié)點處聚集,聲學輻射力將促使分散質固定相在節(jié)點和反節(jié)點上運動,這就使液滴與相關總體流動方向一致,實現(xiàn)了物質分離。
需要指出的是該項技術的實際應用,必須具備前期實驗論證基礎,在物料不同特性的基礎上對具體使用參數(shù)進行調整,這是因為不同的聲場參數(shù),將獲得不同的結果,可能達到破壞體系實現(xiàn)分離的目的,也可能適得其反,反而加強了分散體系的穩(wěn)定性。
9、超聲波解凍
傳統(tǒng)食品加工采用熱傳導使冰凍物料實現(xiàn)解凍,這一過程費時,費錢,費力而且容易導致物料品質的變化。而如果采用超聲波對冰凍的物料進行解凍時,由于超聲波能量在冰凍組織中的衰減大大高于已解凍組織,這就使物料對超聲波的能量吸收集中于冰凍與解凍層的分界界面,并且通過對輸入超聲波頻率與能量的調整,能夠將由超聲波衰減而產(chǎn)生的熱效應穩(wěn)定在冰點附近,這樣解凍過程就會隨著物料的冰凍與解凍界面的推進而持續(xù)進行,避免了局部高溫的產(chǎn)生,達到了實現(xiàn)物料快速穩(wěn)定解凍的目的。
10、超聲波除泡
液態(tài)食品生產(chǎn)過程中往往由于產(chǎn)泡而降低了產(chǎn)品的產(chǎn)率和產(chǎn)量,傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)工藝往往是采用機械或化學方法實現(xiàn)除泡。超聲波能量在空氣的傳播過程中會迅速擴散,并對泡沫的薄液壁產(chǎn)生破壞,達到除泡的效果。
根據(jù)這一原理研發(fā)的超聲波除泡技術目前已經(jīng)被應用于實際生產(chǎn)除泡,例如碳酸飲料,發(fā)酵體系以及其他一些食品的生產(chǎn),實踐表明該技術顯著地改善了產(chǎn)品質量與產(chǎn)量圈。
11、超聲波切割
超聲波切割設備在食品工業(yè)中主要是應用于奶酪、糖果、烘焙制品和方便食品的分塊側,實際切割效果受到切割刃的幾何尺寸,振動方向,振幅和振動頻率的共同影響。但是,超聲波用于某些食品的切割時可能產(chǎn)生異味,因此,需要根據(jù)食品中組分來確定是否適用進行超聲波切割。
12、超聲波霧化
傳統(tǒng)的離心噴霧方法是使液體高速通過小噴口實現(xiàn)霧化,因此只適用于低粘度液體的霧化,而且經(jīng)常會發(fā)生噴口阻塞等問題。然而超聲噴霧設備,噴霧器本身就是一個超聲變幅桿,液體由中間的一個導管供給,并使其浸沒過變幅桿的振動端面,由瞬間空化作用實現(xiàn)霧化;此外,強烈的超聲變幅端面振動作用將使受處理的液體粘度降低,很適用于食品加工中粘稠物料的霧化干燥。
13、超聲波輔助過濾/篩分
傳統(tǒng)過濾過程容易發(fā)生濾網(wǎng)堵塞,從而使過濾/篩分速度下降,將超聲波技術引入食品的過濾與篩分有以下幾個優(yōu)點:
首先它所產(chǎn)生的震動能量,保持了顆粒的懸浮與運動,使過濾通道保持暢通并令溶劑得以自由洗提;其次超聲波作用導致了濾餅或篩的震動,形成了無摩擦表面,液體或小顆粒能夠更容易地通過;
再次,持續(xù)的空化作用阻止了濾網(wǎng)表面的堵塞和結團;并且,超聲波對濾網(wǎng)和物料的持續(xù)振動作用,能夠降低物料的粘稠度,提高過濾速度。
這些優(yōu)點使濾網(wǎng)的壽命大大延長,提高了生產(chǎn)效率,對實際生產(chǎn)具有重要意義。目前,已有部分公司在其現(xiàn)有的濾網(wǎng)上加裝超聲波過濾系統(tǒng)應用于生產(chǎn)。
近年來,也有一些學者對超聲波與膜過濾的結合應用進行研究,并取得了部分成果,雖然目前該技術仍有待完善,但已經(jīng)可以預見其未來應用的巨大潛力。
14、超聲波嫩化肉制品
傳統(tǒng)的嫩化加工通常采用機械方法將肉搗碎,以改善肉的口味,而超聲波可以通過破壞肉的肌原纖維,使經(jīng)處理的樣品有較好的粘度、含水率、顏色及產(chǎn)量,有助于肉食品的嫩化加工。
15、超聲波擠壓成型
超聲波目前還被應用于食品擠壓成形生產(chǎn)過程。由金屬管或擠壓染色所產(chǎn)生的超聲波能量通過垂直結合被輸入到管子中,金屬的震動降低了拉伸過程中的壓力,從而改變了物料流變學特性,生產(chǎn)出擠壓食品。