樊麗華 侯福榮 馬曉彬 鄒明明 郭鳴鳴 丁 甜 劉東紅，2*

（1 浙江大學(xué)生物工程系統(tǒng)與食品科學(xué)學(xué)院 杭州310058 2 浙江大學(xué)馥莉研究院 杭州310058）

目前食源性疾病是全世界范圍內(nèi)最突出的公共衛(wèi)生問題。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，全球每年約有220 萬人死于食源性或水源性腹瀉。除此之外，全球每年約1/4 食品的損失由微生物活動(dòng)引起。這不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)公共健康構(gòu)成威脅[1]。食品工業(yè)中通常采用高溫加熱的傳統(tǒng)滅菌方法殺滅微生物。然而，高溫處理不僅會(huì)破壞食品中的熱敏性成分，影響食品的色澤和風(fēng)味，還會(huì)降低食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。非熱殺菌技術(shù)如脈沖磁場(chǎng)（PEF）、高壓、等離子體及超聲波等成為近年來食品工業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。它不僅能避免傳統(tǒng)高溫處理的缺陷，而且具有均勻度高、能耗低以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種更安全、有效的滅菌方法[2]。

超聲波滅菌作為一種有效的輔助殺菌手段，已成功應(yīng)用在飲用水消毒和廢水處理方面，且在如橙汁、醬油和啤酒等液體食品滅菌中的應(yīng)用也有較多研究[3]。然而，超聲波單獨(dú)殺菌的殺菌能力及作用范圍有限，尤其針對(duì)抗性較強(qiáng)的芽孢及真菌類微生物，殺菌作用效果一般。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，長(zhǎng)時(shí)間使用高強(qiáng)度的超聲波單獨(dú)處理不僅有較大的能耗及設(shè)備耗損，對(duì)食品品質(zhì)也有較大影響。當(dāng)前迫切需要建立一種綠色經(jīng)濟(jì)并且安全高效的滅菌方法。大量文獻(xiàn)表明超聲波協(xié)同其它殺菌手段，如熱[4-5]、壓力[6]、紫外線[7-8]、脈沖電場(chǎng)[9]及抗菌劑[10]等，可有效縮短處理時(shí)間，提高殺菌效果，且在殺滅微生物的同時(shí)能夠最大限度地保護(hù)食品中的有效成分（如牛奶中酪蛋白及總蛋白）及鈍化果蔬汁中的相關(guān)酶類，在保證食品安全以及延長(zhǎng)其貨架期方面的作用不容忽視，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 超聲波及其殺菌機(jī)制

超聲波是指頻率為20 kHz 以上的聲波，屬于彈性機(jī)械波，通常使用頻段范圍為20 kHz～10 MHz。按照頻率可分為2 大類[11]：一種是頻率范圍在2～10 MHz 的高頻超聲波，通常應(yīng)用于食品分析檢測(cè)領(lǐng)域（圖1），為食品組成、質(zhì)構(gòu)及流變學(xué)性質(zhì)提供數(shù)據(jù)；另一種是頻率處于20～100 kHz 范圍的低頻超聲波（圖1），因具有較高的能量被稱為功率超聲波，在乳化、干燥、解凍及食品功能改性等食品加工領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，尤其在非熱殺菌方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

超聲波的殺菌能力歸因于其產(chǎn)生的空化作用。頻率在2.5 MHz 以下的超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生縱波，形成交替的壓縮和膨脹區(qū)，在這些區(qū)域介質(zhì)中壓力的改變可引起空穴效應(yīng)并激活微小泡核。激活的空化泡核經(jīng)振蕩、生長(zhǎng)、收縮及崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過程聚集聲場(chǎng)能量并瞬間釋放，在狹小空間內(nèi)產(chǎn)生瞬間局部高溫（約5 000 K）和高壓（約1 000 atm），溫度變化率可達(dá)109K/s，并伴有強(qiáng)烈沖擊波[12]（圖1）。超聲波在微生物細(xì)胞壁附近及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的空化效應(yīng)可引起細(xì)胞壁變薄甚至裂解，從而導(dǎo)致微生物細(xì)胞抵抗外界脅迫能力下降。在超聲波能量的壓縮和稀疏循環(huán)條件下，微生物細(xì)胞因受到周期性變化的壓力而產(chǎn)生共振，雙層磷脂分子振動(dòng)頻率和振幅加大，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔甚至破裂，胞內(nèi)基質(zhì)泄露，從而加快菌體死亡[13]（圖1a，1b，1c，1d，1i）。空化作用形成的微射流可擾動(dòng)并改變胞內(nèi)酶分子構(gòu)象，降低甚至使酶失活（圖1e），從而抑制微生物相關(guān)代謝通路，其具體通路尚不明確。另外，膜內(nèi)的流體靜壓力可誘導(dǎo)細(xì)胞核機(jī)械破裂致使核內(nèi)DNA 釋放（圖1f），這對(duì)微生物失活具有重要作用?？栈菰谒查g破裂時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓使其周圍的水分子裂解產(chǎn)生·H、·O 和·OH 自由基，進(jìn)而生成·OOH 和H2O2等高反應(yīng)活性微粒，促進(jìn)硝酸、亞硝酸和H2O2等胞內(nèi)物質(zhì)釋放（圖1g）及單電子轉(zhuǎn)移[13-14]，進(jìn)而影響溶液的酸堿度，破壞細(xì)菌生長(zhǎng)的外界環(huán)境，降低細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（圖1h）。另外，自由基的大量產(chǎn)生會(huì)氧化細(xì)胞脂膜結(jié)構(gòu)，擾亂ATP 產(chǎn)生酶的活力，且產(chǎn)生的·OH 自由基能夠與核內(nèi)DNA 鏈中磷酸二酯鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致微生物雙鏈DNA 因磷酸酯鍵分離而斷裂，從而引起微生物失活[15]。

圖1 超聲波滅菌機(jī)制Fig.1 Mechanism of ultrasound sterilization

2 影響超聲波滅菌效果的因素

超聲波在不同條件下單獨(dú)作用時(shí)，殺滅微生物的效果存在差異。影響超聲波滅菌效果的主要因素包括微生物特性、超聲作用參數(shù)（振幅、頻率及時(shí)間）以及環(huán)境介質(zhì)。

2.1 微生物特性

所有微生物對(duì)超聲波都有一定的抗性，抗性因微生物的種類、形狀及大小而存在差異。

2.1.1 細(xì)菌 近年來，關(guān)于超聲滅菌的研究報(bào)道雖有很多，但對(duì)超聲滅菌效率與細(xì)菌的特性之間的關(guān)系仍存在較大分歧。有報(bào)道[16]指出革蘭氏陰性菌比革蘭氏陽性菌更容易被高強(qiáng)度超聲波殺滅。方祥等[17]研究發(fā)現(xiàn)相同超聲波（33 kHz）對(duì)大腸桿菌（Escherichia coli）、沙門氏菌（Salmonella typhimurium）兩種致病菌的致死率明顯高于金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。相似地，Garud等[18]發(fā)現(xiàn)聲熱協(xié)同處理甘蔗汁中的大腸桿菌和蠟樣芽孢桿菌（Bacillus cereus）相同時(shí)間后，蠟樣芽孢桿菌的致死量?jī)H為大腸桿菌的一半。上述文獻(xiàn)認(rèn)為造成致死率差異的主要原因可能與細(xì)胞壁成分和結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。革蘭氏陰性桿菌，如大腸桿菌和沙門氏菌，其細(xì)胞壁較薄，主要由雙層磷脂分子和蛋白質(zhì)組成的外膜（厚度為7～8 nm）及肽聚糖薄層（厚度為2～7 nm）構(gòu)成，經(jīng)超聲波處理后的細(xì)胞壁外膜和細(xì)胞膜均容易被撕裂而產(chǎn)生孔洞，導(dǎo)致胞內(nèi)基質(zhì)流出，加速細(xì)胞死亡。而革蘭氏陽性球菌，如金黃色葡萄球菌，其細(xì)胞壁為一層剛性較強(qiáng)的鉸鏈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的肽聚糖層，較厚且有磷壁酸分子對(duì)其進(jìn)行加固，對(duì)細(xì)胞膜起到保護(hù)作用，超聲波處理時(shí)不易破壞其結(jié)構(gòu)的完整性，所以菌體抗逆性較強(qiáng)，死亡率較低[19]。然而也有文獻(xiàn)[11，20]認(rèn)為超聲波引起的微生物失活與細(xì)菌革蘭氏狀態(tài)無顯著關(guān)系，而與壁膜厚度和彈性程度有關(guān)。

2.1.2 芽孢 芽孢是某些細(xì)菌（如芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌及少數(shù)球菌等） 為適應(yīng)不良環(huán)境而在細(xì)胞內(nèi)形成的圓形或橢圓形抗逆性強(qiáng)的休眠體，其營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞對(duì)超聲波較敏感，而單獨(dú)采用超聲波對(duì)芽孢致失活作用微弱。影響芽孢抗性的主要因素包括營(yíng)養(yǎng)體的最適生長(zhǎng)溫度及芽孢生成溫度（最適生長(zhǎng)溫度及芽孢生成溫度越高，芽孢的抗性越強(qiáng)）、核內(nèi)較低的水分含量、核內(nèi)較高的2、6-二磷酸吡啶（DPA）及其金屬螯合物（其中絕大多數(shù)與鈣離子螯合）和對(duì)核內(nèi)DNA 起保護(hù)作用的酸性可溶性蛋白（α/β 型）[21]?；谄漭^高的抗性，大多數(shù)研究采用超聲波與其它滅菌手段相結(jié)合的技術(shù)來提高芽孢的失活率[22-23]。在超聲波輔助熱處理失活枯草芽孢桿菌芽孢[24]、蠟樣芽孢桿菌芽孢[22]及地衣芽孢桿菌芽孢[25]過程中，超聲波處理往往會(huì)引起芽孢一些特征的改變，如膨脹、表面破損及生長(zhǎng)刺激等，從而降低芽孢的熱抗性。也有報(bào)道[26]指出，經(jīng)強(qiáng)度為15～36 W/mL 超聲處理的梭狀芽孢桿菌（Clostridium spp.）芽孢其熱抗性并沒有發(fā)生改變，說明超聲波失活芽孢過程與產(chǎn)芽孢菌體的種類也存在相關(guān)性。另外，有報(bào)道[27]指出，超聲波協(xié)同其它手段（如高壓）可促使芽孢萌發(fā)形成抗性較弱的營(yíng)養(yǎng)體，從而提高芽孢的失活率。

2.1.3 真菌 真菌（霉菌和酵母）對(duì)超聲波的抗性雖不及孢子，但相較細(xì)菌，其抗性仍較強(qiáng)[28]。一般認(rèn)為，霉菌對(duì)超聲波的敏感性比酵母菌更強(qiáng)。例如，Coronel 等[29]研究發(fā)現(xiàn)黃曲霉經(jīng)超聲波輔助熱處理2 min，其致死量就可達(dá)2 個(gè)數(shù)量級(jí)，而Sánchez-Rubio 等[30]采用聲熱結(jié)合的方法需處理石榴汁中接種的啤酒酵母30 min，才可降低2.52個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，采后果蔬易受鐮胞菌屬（Fusarium）、交鏈孢屬（Alternaria）及莖點(diǎn)霉屬（Phoma）等霉菌污染，它們產(chǎn)生的毒素會(huì)對(duì)消費(fèi)者構(gòu)成健康威脅。Cao 等[31]研究表明，借助超聲波（40 kHz）可有效減少采后果蔬因霉菌污染而造成的損失。

目前來看，超聲波失活微生物與其特性之間的關(guān)系仍不明確。然而，一般認(rèn)為，細(xì)菌芽孢對(duì)超聲波的抗性比營(yíng)養(yǎng)體強(qiáng)，有氧菌比厭氧菌強(qiáng)，超聲波殺滅桿狀菌比球菌快，殺滅大桿菌比小桿菌快。另外，超聲波對(duì)微生物的失活能力還與其表面疏水性有關(guān)。由于超聲波產(chǎn)生的空化泡表面為疏水性表面，微生物細(xì)胞表面疏水性越強(qiáng)，對(duì)空化泡的吸引能力就越強(qiáng)，從而被損傷程度越深[24]。

2.2 超聲波作用參數(shù)

影響滅菌效果的主要超聲作用參數(shù)包括超聲波的頻率、振幅、處理溫度及作用時(shí)間。超聲波滅菌效果隨超聲波能量的增加而增加。研究表明，超聲波滅菌效果與其作用時(shí)間呈正相關(guān)，即作用時(shí)間越長(zhǎng)，滅菌效率就越高。而考慮到能耗和對(duì)介質(zhì)中熱敏性成分的影響，超聲波作用時(shí)間并非越長(zhǎng)越好，因此超聲波作用時(shí)間的選擇需要特別注意[28]。

超聲波作用于液體介質(zhì)，其空化強(qiáng)度會(huì)隨著聲強(qiáng)的增大而增大，直至趨于飽和值。此時(shí)繼續(xù)增加聲強(qiáng)，空化強(qiáng)度會(huì)因產(chǎn)生大量無效的氣泡而降低，從而降低殺菌效果。一般情況下，在1～61 W/cm2的范圍內(nèi)的超聲波聲強(qiáng)可達(dá)到較為理想的殺菌效果。而空化強(qiáng)度會(huì)隨著超聲頻率的升高而降低。研究表明，目前用于殺菌的超聲頻率多選擇20～50 kHz[32]。另外，有報(bào)道指出，一定強(qiáng)度的超聲可以誘導(dǎo)細(xì)菌進(jìn)入活的非可培養(yǎng)（VBNC）狀態(tài)[15，33]，處于該種狀態(tài)的微生物仍具有活性，放置過程中會(huì)復(fù)蘇。因此，應(yīng)注重篩選最佳殺菌工藝條件，避免處于VBNC 狀態(tài)的微生物威脅公共衛(wèi)生和食品安全。

選擇處理溫度是實(shí)現(xiàn)超聲波殺菌效果的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。低溫輔助超聲波殺菌已被證實(shí)具有較好的殺菌效果[4]。然而，在較高的處理溫度下，液體介質(zhì)中蒸汽壓升高，黏度降低，從而導(dǎo)致超聲波產(chǎn)生的空化泡在瞬間爆破時(shí)釋放能量減少，殺菌效果降低[34]。

2.3 環(huán)境介質(zhì)

超聲波殺菌效果與環(huán)境介質(zhì) （如溶液的pH值、組成及黏度等）存在一定聯(lián)系。Sánchez-Rubio等[30]采用超聲波輔助熱對(duì)橙汁和石榴汁中的啤酒酵母處理30 min 后，其致死量分別為2.81 和2.52個(gè)數(shù)量級(jí)，分析認(rèn)為介質(zhì)pH 值的高低是造成殺菌效果產(chǎn)生差異的主要原因。相似地，L?pez-Malo等[35]發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH 值不變而水活度增加時(shí)，超聲波輔助熱對(duì)指狀青霉的殺菌效率顯著增加。

總的來說，超聲波滅菌效率除與超聲波的頻率和強(qiáng)度有關(guān)外，還依賴于微生物種類及本身結(jié)構(gòu)特性[36]，至于超聲滅活微生物與微生物特性之間的關(guān)系還有待明確，因此應(yīng)根據(jù)具體的需求和條件，綜合不同特性微生物種類，選取最佳的殺菌工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)短時(shí)高效的殺菌效果。

3 超聲波輔助殺菌技術(shù)在食品安全控制中的研究進(jìn)展

超聲波單獨(dú)處理時(shí)，容易作用而殺菌不徹底，若與其它殺菌手段結(jié)合，利用它們之間的協(xié)同效應(yīng)不僅能顯著提高殺菌效果，增強(qiáng)殺菌均一性，還可減少風(fēng)味損失，降低能源消耗，因此在食品加工領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力[15]。表1為近十幾年來超聲波輔助熱處理、壓力、滲透壓、紫外、脈沖電場(chǎng)、等離子體及抗菌劑的研究進(jìn)展。

3.1 超聲波輔助熱殺菌

超聲波輔助熱殺菌有不同的組合方式，如先超聲預(yù)處理后熱處理，先熱預(yù)處理后超聲處理以及熱與超聲同時(shí)處理。Evelyn 等[26]采用超聲波（24 kHz，0.33 W/g）輔助熱（75 ℃）同時(shí)處理60 min，對(duì)牛肉醬中接種的梭狀芽胞桿菌芽孢 （NZRM 898和NZRM 2621）滅活量不足1.5 lg。然而，在熱處理之前進(jìn)行短時(shí)超聲處理可將牛肉醬中接種的芽孢的失活率（D95℃）由原來單獨(dú)熱處理的20.2 min降低到9.8 min。另外，施紅英等[49]研究發(fā)現(xiàn)聲熱結(jié)合（52 ℃，190，380，570 W）分別處理40，30，30 min 即可使幾乎全部的鼠傷寒沙門氏菌失活。并發(fā)現(xiàn)在較低溫度（32～47 ℃）下超聲波和熱無協(xié)同效應(yīng)，殺菌效果主要取決于超聲波作用；而在致死溫度（52 ℃）下二者協(xié)同殺菌，顯著提高殺菌速率。

Wordon 等[50]認(rèn)為超聲波輔助熱滅菌過程中超聲波預(yù)處理會(huì)在細(xì)胞內(nèi)造成非致死性損傷，從而加快熱處理對(duì)微生物細(xì)胞的致死率。另外，有報(bào)道[28]指出聲熱復(fù)合同時(shí)殺菌過程中熱處理造成的微生物細(xì)胞物理性損傷可致使其對(duì)空化效應(yīng)更敏感。然而，溫度過高會(huì)降低超聲波空化效應(yīng)[35]。綜上可知，充分把握超聲波輔助熱殺菌過程中二者的協(xié)同關(guān)系對(duì)減少微生物負(fù)載，節(jié)約成本和能耗具有關(guān)鍵性作用。

3.2 超聲波輔助壓力滅菌

超聲波與壓力結(jié)合可增強(qiáng)微生物殺滅效果，主要原因在于自由基產(chǎn)量的增加[51]和空化泡爆破強(qiáng)度增大[52]。多數(shù)研究表明壓力超聲波（Manosonication） 的殺菌模型為一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，并用D 值來表示殺菌效果。Manas 等[6]報(bào)道超聲波（20 kHz）結(jié)合的壓力從0 升至200 kPa 時(shí)，檸檬酸磷酸緩沖液中李斯特菌 （Listeria） 的D 值由5.7 min 降到2.5 min。然而，Raso 等[53]指出當(dāng)超聲波（20 kHz） 結(jié)合的壓力從300 kPa 增加至600 kPa，D 值由0.28 min 僅降到0.20 min，幾乎沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。因此，為達(dá)到最大的協(xié)同效果，確定最佳的壓力水平至關(guān)重要。超出最佳壓力水平，超聲波會(huì)因無法克服超高壓與液體分子之間的凝聚力[54]，而導(dǎo)致空化作用降低，進(jìn)而降低殺菌效果。

為獲得更好的殺菌效果，多數(shù)研究?jī)A向于采用壓熱聲處理 （Manthermosonication），即將超聲波、壓力及熱結(jié)合，這種處理產(chǎn)生的殺菌效應(yīng)可歸因于熱和壓力超聲波兩種機(jī)制[53]。Alvarez 等[55]發(fā)現(xiàn)采用超聲波（20 kHz）結(jié)合壓力（175 kPa）、熱（35℃） 可將檸檬酸磷酸緩沖液中接種的沙門氏菌（Salmonella）的D 值降低至1.71 min；若將溫度升至67 ℃，D 值可降至0.02 min。該協(xié)同效應(yīng)同樣發(fā)生在Lee 等[27]將超聲波（20 kHz）、壓強(qiáng)（100 kPa）、熱（59 ℃）結(jié)合對(duì)蘋果汁中大腸桿菌進(jìn)行殺滅的過程中（表1）。另外，壓熱聲結(jié)合可用于芽孢失活，如Raso 等[56]采用壓熱聲（20 kHz，500 kPa，70 ℃）協(xié)同對(duì)枯草芽孢桿菌芽孢處理12 min，可將芽孢數(shù)量降低99%?，F(xiàn)有文獻(xiàn)表明[5]，壓熱聲殺菌效果依賴于熱處理的溫度。在較低溫度下（＜50 ℃），壓熱聲結(jié)合滅活微生物時(shí)，其中熱處理所發(fā)揮的作用幾乎可以忽略。而在較高溫度下，熱處理和聲壓結(jié)合處理之間的協(xié)同效應(yīng)則是導(dǎo)致微生物失活的主要原因。因此，在壓熱聲處理過程中，確定協(xié)同失活微生物的最佳溫度是優(yōu)化該種滅菌技術(shù)的關(guān)鍵所在。

考參獻(xiàn)文[37][38][26][6][39][27][40][41][9]/量低降物生微-1）·mL （CFU lg 6.40 5.20 5.10 5.70 7 5.90 0.94 2.49 1.49 3.07＜1.5 5.7 min 為D 值2.5 min為 值D 2.3 min為 值D 5 5 5＞5 95%～99.9%5.60 4.20表覽一菌殺合聯(lián)波聲超 1表Overview of assisted ultrasound applications for microbial decontamination Table 1 類種物生微質(zhì)介數(shù)參驗(yàn)試母酵酒啤汁蘿菠續(xù)連2，24 kHz，400 W，120 W/cm 10 min，60 ℃）（5∶5比隙間汁橘越蔓續(xù)連）（5∶5比隙間汁萄葡續(xù)連（5∶5）比隙間菌球萄葡色黃金奶牛20 ℃，12 min，120 μm，600 W 20 kHz菌桿腸大菌球萄葡色黃金60 ℃菌桿腸大（NZRM菌桿胞芽狀梭醬肉牛75 ℃，60 min，210 μm 24 kHz），NZRM 898 2621菌氏特斯李核單液沖緩鹽酸磷0 kPa 20 kHz，90 μm 200 kPa 300 kPa：H7 O157菌桿腸大+10%果 蘋90%，60 ℃30 s，200 kPa，100 μm 20 kHz汁卜蘿胡，50 ℃60 s菌桿腸大汁果蘋59 ℃20 kHz，100 kPa，4 min菌氏門沙汁橙10.90 MPa 650 g/kg TSS，72 h 20 kHz，50 W，48 μm，25 ℃，13 min菌球鏈腸糞和群菌腸大水，15 min氧 臭0.5 mg/L，240 W 22 kHz，120 W 20.50 kHz屬特斯李沙冰，32 μs 34 kV/cm 2，，40 W/cm，31 μm 20 kHz，52 ℃200 kPa，2，200 kPa，40 W/cm，31 μm 20 kHz，32 μs 34 kV/cm 52 ℃助輔波聲超熱力壓熱和力壓壓透滲氧臭）（PEF場(chǎng)電沖脈

考參獻(xiàn)文[42][7][8][43][44][45][46][47][48]/量低降物生微-1）·mL （CFU lg 2.25 2.30 2 5 4 1.86 1.94 3.56 6 2.80 2.52 2.73 2.75 2.71 2.43 3.18 3.88 0.80 3.20 3.50活失部全類種物生微菌氏門菌桿孢芽菌母酵酒，啤菌屬菌O157：H7菌菌門沙：H7 O157菌菌門沙：H7 O157菌菌門沙菌門沙菌孢芽菌桿孢沙炎腸酸環(huán)脂桿腸大桿腸大特斯李桿腸大寒傷鼠桿腸大寒傷鼠桿腸大寒傷鼠寒傷鼠桿腸大芽樣蠟質(zhì)介液汁液果蛋果體沖菜女水米全蘋水液緩生圣廢生，5.67 kV/mm 30 μs，5 min，55 ℃，40 W 20 kHz 2，5 min 13.44 W/m 2，25 min 13.44 W/m，25 min，120～480 W 35 kHz，10 min，257.7 nm 100 W時(shí)同，60 Hz 13 kV肽菌球鏈酸 乳2.5 mg/L酸果2%蘋酸乳2%酸檬檸2%酸乙氧 過40 mg/L理處聲超無20 kHz，500 W，150 W/L 20 kHz，500 W，300 W/L 0.10 kGy 0.20 kGy 0.30 kGy數(shù)參驗(yàn)試，5 min，55 ℃，40 W 20 kHz，5.67 kV/mm 30 μs，25 min，120 ～480 W 35 kHz，120 ～480 W 5 min 35 kHz 2，5 min 13.44 W/m，20 min，95 μm 20 kHz 20 kHz，95 μm，10 min，，257.70 nm，100 W，95 μm 20 kHz 20 min，30 min，140 W 47 kHz，2，43 ℃，40 W/cm，150 μm 20 kHz 126 s 40 kHz，30 W/L，5 min，10 min 45 kHz，10 min 2 mg/L ClO 2，，5～20 min，380 W 37 kHz 600～1 000 mg/L NaClO） ）1表（續(xù)助輔波聲超線外體子離質(zhì)物菌（抗劑菌）酸機(jī)（有劑菌）劑毒（消劑菌紫等抗抗抗

3.3 超聲波輔助紫外殺菌

紫外線（UV）具有一定的殺菌效率，且綠色環(huán)保，然而鑒于其穿透能力有限，可將其與超聲協(xié)同滅菌。Naddeo 等[57]采用UV（150 W）單獨(dú)處理廢水中的大腸桿菌10 min，所失活的數(shù)量并不能滿足相關(guān)法規(guī)要求（10 CFU/100 mL）。然而，如果在相同條件下協(xié)同超聲波（1 400 W）可將微生物負(fù)載降至2 CFU/100 mL。相似地，Char 等[58]采用先超聲波 （20 kHz，10 min） 后UV （100 W，257.7 nm，10 min） 的方式，可將橙汁中的大腸桿菌降至1.86 lg；而單獨(dú)超聲（20 kHz）達(dá)到相同的失活量則需20 min。然而，相同條件下超聲波輔助UV 同時(shí)處理20 min，比原來多失活1.6 lg 的菌體。Tremarin等[7]在采用超聲波協(xié)同UV 對(duì)蘋果汁中脂環(huán)酸芽孢桿菌芽孢殺滅處理時(shí)也發(fā)現(xiàn)相似的現(xiàn)象。超聲波輔助UV 實(shí)現(xiàn)高效殺菌的原因在于超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生大量空化氣泡，從而提高了紫外線的透光率和殺菌率。然而，二者協(xié)同殺菌的具體機(jī)制仍不明確，還需進(jìn)一步探索。

3.4 超聲輔助脈沖電場(chǎng)殺菌

脈沖電場(chǎng)（PEF）同超聲波技術(shù)一樣，是一種非熱殺菌技術(shù)，其作用機(jī)理主要是脈沖電場(chǎng)在細(xì)胞膜上產(chǎn)生“電穿孔”效應(yīng)致使細(xì)胞膜破裂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)外泄從而引起菌體失活。Palgan 等[9]采用MST（20 kHz，200 kPa，52 ℃）和PEF（34 kV/cm，32 μs）復(fù)合殺滅冰沙中的李斯特屬時(shí)，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)可將菌數(shù)減少4～5 個(gè)數(shù)量級(jí)，且先MST 處理后PEF 處理的殺菌效率要高于先PEF 處理后MST 處理（表2）。相似地，Huang 等[42]發(fā)現(xiàn)在PEF（30 μs，5.67 kV/mm）前采用超聲波（20 kHz，55 ℃）處理可明顯提高對(duì)全蛋液中腸炎沙門氏菌的殺菌效率（表1）?？傮w來看，超聲波和脈沖電場(chǎng)協(xié)同處理順序在殺菌過程中發(fā)揮重要作用，超聲波預(yù)處理可改變細(xì)胞膜特性從而與PEF 發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。

3.5 超聲波輔助臭氧殺菌

超聲波輔助臭氧殺菌（Sonozonation）已作為一種殺菌手段用于飲用水的凈化處理。沈其動(dòng)[59]指出超聲波輔助臭氧處理20 min，相比單獨(dú)的超聲波處理，殺菌率可提高12.02 個(gè)百分點(diǎn)，其原因在于超聲可促使臭氧在水溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加溶液pH 值和雙氧水濃度，從而提高殺菌效率。另外也有研究[60]認(rèn)為超聲能使臭氧氣泡破碎成為微氣泡，而這些微氣泡極大地提高了臭氧在溶液中的溶解度，從而使細(xì)菌迅速被氧化殺滅。

3.6 超聲波輔助抗菌劑殺菌

超聲輔助處理可通過加快抗菌劑的擴(kuò)散速度而提高滅菌效果，從而保證食品安全和質(zhì)量。關(guān)于超聲波輔助加快分子在食品介質(zhì)中大規(guī)模轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象有幾種解釋，包括在固體表面附近產(chǎn)生的不對(duì)稱的空化現(xiàn)象，并在垂直固體表面的方向上產(chǎn)生微射流。這些微射流通過擾亂超聲波處理表面的邊界層來加快分子在食品介質(zhì)中的大規(guī)模轉(zhuǎn)移。此種微射流在鹽水注入肉類樣品中已經(jīng)得到使用，以此增加水分和鹽溶液的含量[10]。超聲輔助處理技術(shù)的發(fā)展可以提高生物活性化合物的功效，與水輔助表面清洗相比，這種技術(shù)所需化合物的濃度要低得多。

二氧化氯（ClO2）在國(guó)際上被公認(rèn)為是安全、無毒的綠色消毒劑，因具有較強(qiáng)的氧化性也常被用作殺菌劑。Chen 等[61]采用超聲波（100 W，10 min）輔助ClO2（40 mg/L，10 min）處理比二者單獨(dú)處理具有更高的殺菌效率，且經(jīng)超聲波輔助ClO2處理的李子無化學(xué)殘留，貨架期相比對(duì)照組可延長(zhǎng)20 d，因此被認(rèn)為是一種具有廣闊前景的李子采后處理方法。相似地，Aday 等[62]研究發(fā)現(xiàn)，采用超聲波（30 W）輔助ClO2（6 mg/L）處理相比各自單獨(dú)處理能更有效的阻止霉菌生長(zhǎng)，而且對(duì)草莓的質(zhì)量如pH、總可溶性固形粒、電導(dǎo)率及風(fēng)味的影響較小，可有效延長(zhǎng)草莓的貨架期。

過氧乙酸 （PAA） 可以被看作是過乙酸（CH3CO3H）和雙氧水的結(jié)合，具有較強(qiáng)的氧化性，在食品工業(yè)中常用其來清洗水果和蔬菜。Aday等[62]研究發(fā)現(xiàn)超聲輔助PAA（200 mg/L 對(duì)接種在黃瓜中的阪崎腸桿菌處理60 min，致死率比二者單獨(dú)處理時(shí)至少提高了1.63 lg，且超聲波協(xié)同PAA 處理對(duì)黃瓜的顏色、濕度及質(zhì)地等品質(zhì)性能的影響較小。

4 結(jié)論及展望

超聲波因其獨(dú)特的聲化學(xué)效應(yīng)而在殺滅微生物保證食品安全方面帶來了方法學(xué)的創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)殺菌技術(shù)形成了有益的補(bǔ)充。國(guó)內(nèi)外雖有大量研究證明超聲波輔助其它滅菌技術(shù)具有良好的滅菌效果，但將其規(guī)?；瘧?yīng)用到實(shí)際微生物控制保證食品安全當(dāng)中仍面臨挑戰(zhàn)。

充分了解超聲波與其它滅菌手段協(xié)同過程中的“空化效應(yīng)”對(duì)研究微生物失活機(jī)制和不同技術(shù)間協(xié)同效應(yīng)的應(yīng)用具有推動(dòng)作用。就目前超聲波輔助殺菌機(jī)制而言，大部分研究均基于細(xì)胞表觀的機(jī)械性損傷電鏡和物化特性分析，而從分子水平，如基因表達(dá)及蛋白代謝通路方面，闡述微生物失活的相關(guān)研究較少，致使超聲協(xié)同殺菌的相關(guān)分子生物學(xué)機(jī)理尚不清楚，從而無法實(shí)現(xiàn)超聲波輔助技術(shù)殺菌效應(yīng)得到更進(jìn)一步的積極利用。關(guān)于超聲波輔助其它殺菌技術(shù)的相關(guān)研究雖有不少，但仍需明確微生物特性與協(xié)同滅菌手段之間關(guān)系。另外，超聲波輔助其它技術(shù)殺菌過程中最終導(dǎo)致的潛在安全性問題的研究還相當(dāng)欠缺，距完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)滅菌方法仍有一定距離。因此未來超聲波協(xié)同殺菌技術(shù)的研究應(yīng)注重多學(xué)科和多種技術(shù)的相互交叉滲透，明確殺菌過程中的關(guān)鍵因素及作用位點(diǎn)，通過開發(fā)新型的殺菌設(shè)備與優(yōu)化最佳工藝參數(shù)來保證食品安全，這對(duì)我國(guó)推動(dòng)食品科學(xué)發(fā)展及食品安全控制都具有重大意義。