張婧男 劉昊天 陳倩 孔保華

摘 要：由微生物生物膜污染所造成的疾病爆發(fā)會導致重大公共衛(wèi)生問題發(fā)生。為抑制生物膜污染，食品工業(yè)目前廣泛應用的方法包括熱處理、添加化學殺菌劑等傳統(tǒng)方法。但是熱處理會導致肉及肉制品等食品的營養(yǎng)物質(zhì)流失，并破壞產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、風味特性，而化學殺菌劑的添加不符合當前安全健康的消費理念。此外，生物膜特有的結(jié)構(gòu)和功能特性賦予其抵抗環(huán)境脅迫的能力，因而對大多數(shù)化學殺菌劑具有一定的抗性。因此，尋找安全、高效的抑制生物膜手段是目前食品行業(yè)亟待解決的問題。超聲技術作為一種非熱處理方法用于抑制生物膜污染越來越受到關注。與傳統(tǒng)的殺菌技術相比，超聲技術不僅具有操作簡便、節(jié)約能源和延長食品貨架期等特點，并且在保持食品感官、功能特性及營養(yǎng)價值方面起到了非常重要的作用。本文綜述生物膜形成的機制、代謝過程及影響因素，并且對超聲技術進行概述，在此基礎上介紹了超聲技術抑制微生物生物膜污染機制及影響因素，最后討論了超聲技術在肉及肉制品中的應用和對未來的展望。

關鍵詞：超聲技術;超聲抑菌機制;微生物生物膜;抑菌作用;肉及肉制品

Inhibition of Microbial Biofilm Contamination by Ultrasonic Technology： Mechanism， Influential Factors and Application to Meat and Meat Products

ZHANG Jingnan， LIU Haotian， CHEN Qian， KONG Baohua*

（College of Food Science， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China）

Abstract： Disease outbreaks caused by microbial biofilm contamination can cause major public health problems. The traditional methods such as heat treatment and addition of chemical bactericides are currently widely used to inhibit biofilm contamination in the food industry. However， heat treatment will cause the loss of nutrients in foods such as meat and meat products， and will destroy the texture and flavor characteristics of the products. Addition of chemical fungicides does not conform to the current safe and healthy consumption concept. In addition， the unique structural and functional properties of biofilms enable it to resist environmental stress and thus to most chemical bactericides. Therefore， finding a safe and efficient method to inhibit biofilm is an urgent problem in the food industry. The application of ultrasound technology as a non-heat treatment method for inhibiting biofilm pollution has attracted more and more attention. Compared with the traditional sterilization technology， ultrasonic technology not only has the advantages of simple operation， energy saving and extending food shelf life， but also plays a very important role in maintaining the sensory characteristics， functional characteristics and nutritional value of foods. This article reviews the mechanism， metabolic process and influential factors of biofilm formation， and provides an overview of ultrasound technology. Furthermore， the mechanism and influential factors of inhibit the inhibition of microbial biofilm contamination by ultrasound technology are described. Finally， the recent application of ultrasound technology in meat and meat products and future prospects are discussed.

Keywords： ultrasonic technology; ultrasonic sterilization mechanism; microbial biofilm; bactericidal effect; meat and meat products

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210315-072

中圖分類號：TS251.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2021）05-0050-10

引文格式：

張婧男， 劉昊天， 陳倩， 等. 超聲技術抑制微生物生物膜污染：機制、影響因素及其在肉及肉制品中的應用[J]. 肉類

研究， 2021， 35（5）： 50-59. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210315-072.? ? http：//www.rlyj.net.cn

ZHANG Jingnan， LIU Haotian， CHEN Qian， et al. Inhibition of microbial biofilm contamination by ultrasonic technology： mechanism， influential factors and application to meat and meat products[J]. Meat Research， 2021， 35（5）： 50-59. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210315-072.? ? http：//www.rlyj.net.cn

長期以來，食源性疾病的爆發(fā)在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關注。在過去的幾十年中，為了抑制微生物生物膜污染對食品品質(zhì)特性和貨架期的影響，仍然廣泛使用傳統(tǒng)的熱處理殺菌方式，如高溫熱處理[1]和巴氏殺菌[2]等。然而，這些方法存在一定程度的加工缺陷，例如，過高溫度會導致肉中蛋白質(zhì)的聚集及降解，不利于蛋白質(zhì)消化，并會造成營養(yǎng)流失，其次對產(chǎn)品的色澤、滋味和口感等也會造成不良影響，并且熱處理會消耗大量能量，導致成本上升[3]。除了熱殺菌，化學殺菌劑的使用在食品行業(yè)中也比較常見，如氯處理[4]和有機酸[5]等。但是，大多數(shù)常規(guī)的化學殺菌劑在使用過程中常常會產(chǎn)生交叉抗性，對環(huán)境脅迫不敏感，除此之外，在食品加工過程中使用還會產(chǎn)生一定的健康風險。

生物膜是一種由微生物所構(gòu)成的有結(jié)構(gòu)的細胞群落，被包圍在由細胞外聚合物質(zhì)（extracellular polymeric substances，EPS）自身所構(gòu)成的基質(zhì)中，通常它們之間會彼此黏附或者附著于不同的界面或表面上。生物膜是許多微生物生存的一種模式，并且在適當?shù)臈l件下很容易形成，因此，生物膜實質(zhì)上會對微生物起到一定的“屏障”作用，從而使存在于其內(nèi)部的微生物對外部化學和物理作用產(chǎn)生一定程度的耐受。能夠產(chǎn)生生物膜的微生物在遭受到化學殺菌劑等處理的過程中，其所產(chǎn)生的抵抗力和耐受性都高于以浮游狀態(tài)存在的微生物，這是由于生物膜的存在使化學殺菌劑難以滲透和擴散到其內(nèi)部，失去了使微生物失活的必要條件。García-Sánchez等[6]

證明一些能夠產(chǎn)生生物膜的空腸彎曲桿菌菌株可以在惡劣環(huán)境下存活，并且對常用抑菌劑均有較高的耐藥性。在肉制品及其他食品生產(chǎn)過程中，生物膜也會導致沖洗和擦拭等方法無法有效去除設備表面附著的微生物。

由于傳統(tǒng)的物理或化學殺菌方法存在殺菌不徹底和食用安全性等方面的問題，因此，有必要探索新型殺菌技術，以期能在一定程度保持品質(zhì)的前提下達到有效殺菌的目的。目前，主要的新型殺菌技術包括冷等離子體[7]、超臨界二氧化碳處理[8]和超聲技術[9]等，其中超聲技術作為一種食品非熱加工技術，在食品中的應用受到了廣泛關注。近年來，通過超聲空化作用所產(chǎn)生的機械效應破壞生物膜結(jié)構(gòu)，進而抑制微生物活性已成為食品殺菌技術領域的研究熱點，但是關于超聲在肉及肉制品加工行業(yè)中的應用報道并不多見。本文綜述微生物生物膜的形成和代謝過程;對超聲技術的分類、原理和技術特點進行簡單介紹;同時對超聲技術抑制生物膜污染的具體誘導機制進行了詳細闡述，并對現(xiàn)有的國內(nèi)外研究進行總結(jié)，以期為超聲技術在肉及肉制品等食品殺菌領域中的應用提供借鑒。

1 微生物生物膜的形成機制、代謝過程及影響因素

生物膜是指由EPS所包圍的有結(jié)構(gòu)的微生物細胞群落，這些細胞群落在界面或表面上相互附著從而形成生物膜[10]。EPS是一種微生物來源的有機聚合物，在生物膜系統(tǒng)中起到聚合和黏附作用，并且在一定程度上決定了生物膜的結(jié)構(gòu)、強度和性能，其主要成分包括多糖、蛋白質(zhì)、核酸及脂質(zhì)等[11]。導致人類食源性疾病爆發(fā)的常見微生物通常以生物膜形式存在，與浮游生物通過運動并定居于新的表面不同，生物膜細菌具有更加活躍的繁殖代謝能力以及較強的致病性。由于其生長并包埋在高度水合的陰離子基質(zhì)中，并且基質(zhì)聚合物和生物膜中最遠端細胞上的大量帶電結(jié)合位點為內(nèi)部細胞提供保護，使其對抗菌劑有更強的抵抗力[12]。Alonso-Calleja等[13]研究證明，大腸桿菌ATCC12806生物膜不僅表現(xiàn)出對亞硝酸鈉和次氯酸鈉的單獨耐受性，還觀察到對其產(chǎn)生的交叉抗性，同時得出結(jié)論，能夠抑制浮游態(tài)微生物污染的食品級抗菌劑濃度已經(jīng)無法抑制大腸桿菌ATCC12806生物膜污染過程，并且為了避免其暴露于亞致死濃度抗菌劑后產(chǎn)生交叉耐受，需要提高抗菌劑濃度，但這會造成一定的健康風險。

生物膜的形成主要包括5 個階段，第1階段為浮游微生物細胞的可逆附著，在初始階段，浮游微生物通過弱相互作用（如范德華力、疏水力和靜電力等）或鞭毛、菌毛和凝集素黏附等機制在非生物或生物表面可逆附著和生長繁殖，并且不斷地從液體環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)。根據(jù)浮游生物的特征和活動狀態(tài)以及附近流體相的擴散和剪切力作用，附著類型可分為主動附著和被動附著[14]。

附著能力很大程度上取決于微生物的種類、濃度、體積、接觸時間和表面的物理化學性質(zhì)（表面電荷、pH值和溫度）等。在此階段中，只產(chǎn)生少量的EPS，大多數(shù)微生物仍然具備獨立運動的能力，甚至可以從表面分離并恢復浮游狀態(tài)。第2階段為產(chǎn)生EPS的不可逆附著階段，此階段微生物不斷增殖，EPS持續(xù)累積，從而逐漸轉(zhuǎn)變成不可逆附著狀態(tài)。通常，EPS的構(gòu)成與生物體類別和環(huán)境變化有關，一般由多糖、蛋白質(zhì)、糖蛋白、糖脂以及胞外DNA、金屬離子、二價陽離子和其他表面活性成分組成[15]。當微生物分泌物達到一個臨界濃度時，利用其自身的多糖、鞭毛和菌毛等附著結(jié)構(gòu)相互結(jié)合成細菌聚集物并且在表面形成EPS，從而保護內(nèi)部細胞免受抗生素、消毒劑和環(huán)境脅迫影響，還可以促進生物或非生物表面細胞的黏附、加速三維結(jié)構(gòu)和微菌落的形成以及誘導生物膜的成熟。第3階段為微菌落的形成階段。當一定數(shù)量的固著微生物與同種或異種細胞相鄰并處于穩(wěn)定狀態(tài)時，會隨即形成具有三維結(jié)構(gòu)的單物種或混合物種微菌落[16]。微菌落是微生物生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，存在于其中的水分通道為營養(yǎng)物質(zhì)的進入和代謝廢物的排出提供了一種有效途徑，并且可以通過自發(fā)消除受損個體的機制來維持群落的穩(wěn)定。在這個過程中，EPS有助于加強不同微菌落之間以及微菌落和基質(zhì)之間的黏附，并且在環(huán)境發(fā)生變化時起到穩(wěn)定菌落的作用。第4階段是生物膜的成熟階段。生物膜成熟后，內(nèi)部形成了能夠有效分配營養(yǎng)物質(zhì)及傳播膜內(nèi)信號的開放水通道。由于不同微生物所依賴的營養(yǎng)物質(zhì)不同，最終形成被EPS包圍的扁平狀、蘑菇狀或郁金香狀的不同組織結(jié)構(gòu)[17]。同時，微生物之間通過釋放一些特殊的信號分子來相互溝通和協(xié)調(diào)以進行基因調(diào)控，這個過程被稱作群體感應（quorum sensing，QS）[18]，在抑制微生物聚集效應和生物膜的定植成熟等方面起到十分重要的作用。QS中的自誘導物主要包括4 種，首先是由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生N-?；呓z氨酸內(nèi)酯中的自誘導物-1（autoinducer-1，AI-1）和AI-3，其次是在革蘭氏陽性菌中存在的一種用于物種內(nèi)部交流的物質(zhì)，被稱為自誘導肽，最后一種是應用于不同物種群落之間通信的AI-2 QS分子呋喃氧基-硼酸二酯[19]。

第5階段為擴散階段。此階段細胞會從成熟的生物膜中分離，隨后擴散到其他區(qū)域，并且恢復到浮游形態(tài)，重新進入新的生物膜形成周期。能夠形成生物膜的微生物的細胞會由于各種原因而發(fā)生擴散，如群體效應的影響、營養(yǎng)狀態(tài)的改變、表面特性的轉(zhuǎn)化、細菌的繁殖代謝和外部環(huán)境的影響等。主要的擴散過程包括侵蝕、磨損和脫落[20]。首先，流體剪切力作用所導致的細胞侵蝕和分子顆粒之間碰撞所導致的表面磨損是一種小細胞群體或單個細胞的連續(xù)分離過程，只改變微生物生物膜表面的結(jié)構(gòu)，而脫落會導致大部分甚至全部的生物膜結(jié)構(gòu)損失，但是擴散的發(fā)生往往是局部的[21-22]。

2 超聲技術的原理及抑制微生物生物膜污染的機制

早在20世紀20年代就已經(jīng)證實超聲可以作為一種環(huán)境友好的抑制微生物生物膜污染技術[23]。而近些年來，將超聲技術應用于抑制微生物生物膜污染方面的研究越來越廣泛。目前已經(jīng)有多項研究表明超聲處理可以有效破壞生物膜結(jié)構(gòu)，從而達到抑制污染的目的，在一定程度保持產(chǎn)品原有品質(zhì)的同時提高了其安全性[24-26]。

2.1 超聲技術的類型及技術特點

聲波主要分為3 個部分，包括次聲（頻率<20 Hz）、帶聲（20 Hz<頻率<20 kHz）和超聲（頻率>20 kHz），其中，超聲波由一系列高頻率聲波組成，起始頻率為20 kHz，接近人類聽覺范圍的上限[27]。超聲波按頻率不同可分為功率超聲（20～100 kHz）、高頻超聲（100 kHz～1 MHz）和診斷超聲（1～10 MHz）[28]。超聲波的2 個重要參數(shù)是功率密度（每毫升溶液所消耗的功率量，W/mL）和功率強度（每平方厘米發(fā)射器面積所消耗的功率量，W/cm2）[29]。在食品加工中，超聲波主要分為2 類：低強度高頻超聲波（功率強度<1 W/cm2、頻率100 kHz～1 MHz）和高強度低頻超聲波（功率強度>10 W/cm2、頻率20～100 kHz）[30]，

其中，低強度高頻超聲波通常用于表征食品成分、評估食品結(jié)構(gòu)和保證食品質(zhì)量，因為它幾乎不會導致被處理材料發(fā)生物理化學變化，而高強度低頻超聲波具有破壞性，可以使介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生快速移動的微氣泡流，經(jīng)過一系列變化最終氣泡劇烈破裂，進而達到改性物料的目的，因此常用于食品加工領域[31]。

2.2 超聲技術抑制微生物生物膜污染的誘導機制

2.2.1 空化效應

超聲技術抑制生物膜污染的主要作用機理與空化效應有關。如圖1所示，最初，溶解的氣體和蒸汽通過擴散產(chǎn)生氣泡;達到壓縮半周期時，氣泡開始收縮，但是由于壓縮過程中氣泡表面積的減少，使其排出的內(nèi)容物小于膨脹階段所吸收內(nèi)容物，從而導致氣泡向共振尺寸方向生長，這個過程被稱為矯正擴散或整流擴散;在臨界尺寸范圍內(nèi)，當超聲波應用頻率與氣泡壁振動頻率相同時，相位耦合從而發(fā)生共振現(xiàn)象，導致氣泡在1 個壓縮周期內(nèi)發(fā)生破裂[32]?？栈饕譃榉€(wěn)定空化（非慣性空化）和瞬態(tài)空化（慣性空化）[33]。穩(wěn)定空化主要導致介質(zhì)微攪動，液體中微小氣泡形成后經(jīng)過多次超聲波振蕩來增大其體積，一般不發(fā)生氣泡破裂;而瞬態(tài)空化中的氣泡壽命很短，它以極大的振幅不斷振動，快速增長然后迅速崩潰，約在1 個超聲周期內(nèi)就發(fā)生劇烈的氣泡坍塌，破碎成體積更小的氣泡后再次進入氣泡增長周期，循環(huán)往復[34]?？栈瘹馀莸奶騼?nèi)爆瞬間產(chǎn)生極高的壓力（可達到50 MPa），產(chǎn)生向外傳播的沖擊波，從而產(chǎn)生能夠破壞細胞的強機械力和剪切力，同時引起微觀湍流，也稱為空化區(qū)湍流現(xiàn)象，坍塌過程也會產(chǎn)生高溫（氣泡內(nèi)部達到5 500 ℃），使液體介質(zhì)發(fā)生熱分解從而產(chǎn)生自由基，此過程是超聲抑制生物膜污染的一個主要機制[35]。

空化效應會破壞微生物細胞壁結(jié)構(gòu)和功能、使細胞膜變薄、在一定程度上使細胞壁和細胞膜分離、釋放細胞內(nèi)容物并且使酶失活，由介質(zhì)產(chǎn)生的高溫、高壓、自由基以及氣泡爆炸所產(chǎn)生的高剪切力、機械力和微觀湍流等效應會使微生物生物膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，并產(chǎn)生大小不一的孔洞，此過程被稱為聲穿孔現(xiàn)象。這種穿孔效應可以增加細胞膜的通透性，允許抗菌物質(zhì)通過孔洞轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)，破壞蛋白質(zhì)、酶和DNA，還會導致細胞內(nèi)功能物質(zhì)泄漏，最終導致細胞凋亡，從而達到抑制微生物生物膜污染的目的。

2.2.2 駐波效應和微觀湍流

駐波效應是指超聲設備向介質(zhì)發(fā)射超聲波的同時，聲波又從固體表面或氣-液界面反射回液體介質(zhì)中的過程，可導致強烈的空化作用。氣泡在膨脹、壓縮和坍塌周期中的表現(xiàn)為：在聲壓隨時間從最大值到最小值波動的駐波壓力波腹處，所聚集的氣泡尺寸都小于共振尺寸;相反，在聲壓接近于零的壓力節(jié)點處，所聚集的氣泡尺寸都大于共振尺寸[36-37]。氣泡從壓力節(jié)點處向波腹處移動的過程中，空化氣泡以比流體的平均速度快1 個數(shù)量級的速度在帶狀結(jié)構(gòu)中行進，從而加速流體的傳遞速率，當它們碰撞時氣泡之間會發(fā)生相互聚集，最終在接近微生物表面時發(fā)生坍塌，從而破壞微生物生物膜結(jié)構(gòu)，這種氣泡轉(zhuǎn)移的流動過程被稱為微觀湍流[38]。

2.2.3 微射流

當氣泡靠近微生物生物膜時，流體運動的幅度和方向迅速發(fā)生改變，在其表面引起一定程度的剪切力和阻力，從而發(fā)生由空化效應誘導的氣泡坍塌，但這種坍塌通常是不對稱的，這個過程被稱為不對稱空化。而不對稱的空化效應最終會導致速率超過100 m/s的微射流的形成[39]。微射流會轟擊微生物細胞，導致微生物細胞膜變薄并在表面發(fā)生點蝕和侵蝕，從而達到抑制微生物生物膜污染效果，除此之外，微射流效應還可以用來去除附著在表面上的顆粒達到清潔作用，或者用于加速聚集體分解成顆粒的過程[40]。

2.2.4 產(chǎn)生自由基

空化作用導致介質(zhì)發(fā)生熱分解，生成活性氧（reactive oxygen species，ROS）、羥自由基（·OH）和過氧化氫（H2O2），它們被證明為有效的抗菌物質(zhì)[41]。相關反應方程為（1）～（6）。

H2O→·OH+H· （1）

H·+H·→H2 （2）

·OH+·OH→H2O2 （3）

·OH+·OH→H2O+O2- （4）

H2O+·OH→H2O2+H· （5）

H2O+O·→2·OH （6）

空化過程中所產(chǎn)生的H2O2、ROS和·OH可以通過攻擊微生物細胞壁和細胞膜來削弱其對細胞的保護作用，使內(nèi)部蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖和核酸等物質(zhì)發(fā)生氧化。例如，·OH會攻擊某些氨基酸側(cè)鏈和雙鍵位置，使相應蛋白質(zhì)發(fā)生氧化，并且使其特異性功能受到抑制;·OH還會與多不飽和脂肪酸發(fā)生反應導致脂質(zhì)氧化，破壞細胞膜的結(jié)構(gòu)完整性、流動性和通透性，加速自由基到達細胞內(nèi)部的進程;H2O2、·OH和ROS可以攻擊多糖和生物聚合物，影響細胞正常代謝;ROS引發(fā)的氧化應激和·OH都可通過DNA雙螺旋斷裂等方式破壞核酸結(jié)構(gòu)[42];同時還會使細胞內(nèi)壓力升高，與細胞內(nèi)聚合物發(fā)生反應，干擾細胞正常的生長代謝活動，導致一系列后果，包括蛋白質(zhì)變性、酶失活、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)破壞甚至死亡。另外，在此過程中形成的NO2降低了溶液的pH值，這也會使微生物失活[43]。一般來說，生成的自由基數(shù)量與超聲頻率有關。低頻率超聲（20～100 kHz）產(chǎn)生的氣泡較大，崩潰更加劇烈，釋放的能量更多，但生成的氣泡數(shù)量較少，單位時間內(nèi)崩潰的次數(shù)也較少，這阻礙了·OH的生成和擴散。而高頻率超聲（100 kHz～1 MHz）產(chǎn)生的氣泡較小，釋放的能量也較少，但氣泡數(shù)量較多，單位時間內(nèi)崩潰坍塌次數(shù)較多，這有利于·OH的生成和

擴散[44-45]，因此，聲化學效應在中、高頻超聲抑制污染過程中起到主導作用。

3 超聲技術抑制微生物生物膜污染的影響因素

最近的許多研究表明，盡管超聲波技術表現(xiàn)出良好的抑制微生物生物膜污染的能力，然而具體過程受多種因素的影響，包括超聲波的功率強度、振幅、溫度、外部施加壓力、流動特性、表面張力、固體顆粒濃度、微生物的類型、形狀或體積等[46]。

3.1 超聲功率強度和振幅

低強度超聲（功率強度<1 W/cm2）可能會在一定程度上促進微生物細胞及其產(chǎn)生的生物膜生長[47]，因為其產(chǎn)生的穩(wěn)定空化對微生物生物膜所造成的損傷是可逆的，同時改變了微生物細胞的生存狀態(tài)，從而促進其增殖代謝過程。而高強度超聲（功率強度>10 W/cm2）所產(chǎn)生的瞬間空化對微生物生物膜造成不可修復的損傷。一般來說，超聲功率強度增加會使空化氣泡數(shù)量增多和空化區(qū)域面積增大，從而使空化效應更加劇烈，但是這個過程存在一個臨界點，超過該臨界功率水平時，功率強度仍持續(xù)增加，通常會導致空化效率降低[48]。造成這種現(xiàn)象的原因主要有3 個：首先，高功率強度會導致氣泡的體積膨脹到非常大，以至于氣泡沒有足夠的時間崩潰，從而使空化氣泡崩潰的頻率降低;其次，還會形成氣泡團簇，它可以使功率強度逐層衰減，從而保護內(nèi)部氣泡防止其崩潰坍塌;最后，功率強度過高還會導致在發(fā)射器表面形成微氣泡聚集，從而使探頭表面積增大，而功率強度與探頭半徑或面積成反比，所以最終使超聲波功率強度衰減和空化效率降低。超聲的振動幅度是指超聲波探頭尖端將聲波發(fā)送到介質(zhì)中時所經(jīng)過的最大位移，Merouani等[49]研究證明，氣泡的周圍半徑范圍隨超聲振幅的增大而增大，因而振幅的增大就意味著空化效應的增強。

3.2 溫度和壓力

溫度改變會導致空化氣泡在液體中的擴散速率、分散性、蒸汽壓和介質(zhì)黏度的變化，而這些因素都可以直接影響空化作用的強度，進而影響超聲抑制微生物生物膜污染的效果和速率。溫度的升高通常伴隨著氣體擴散速率、分散性和蒸汽壓的增大，這將降低空化閾值[50]，提高空化氣泡形成速率，但是會減弱氣泡坍塌的劇烈程度。當溫度進一步提高至沸點時，會形成數(shù)量巨大的氣泡群，進而導致超聲能量顯著遞減。此外，由于黏性液體無法產(chǎn)生空化效應，所以必須將液體黏度最小化，而大多數(shù)液體的黏度都會隨著溫度的升高而降低[51]。在超聲應用過程中，由于介質(zhì)粒子的振動、氣泡活動及空化效應所引起的瞬間區(qū)域高溫會導致樣品溫度持續(xù)上升，所以在實際應用中，為了使空化效率最大化，合適的溫度是十分必要的。壓力增加會使空化閾值增大，導致在相同強度超聲下所產(chǎn)生的空化氣泡減少，但會導致更加迅速和劇烈的空化氣泡坍塌。

3.3 流動特性、表面張力和固體顆粒濃度

當超聲波作用于靜態(tài)液體介質(zhì)時，會導致穩(wěn)定的聲波反射，因此駐波效應在靜態(tài)流體中的效果比較明顯，而在流動液體介質(zhì)中時，空化效應所施加的機械力可以使從膜上脫離的顆粒自由流動而遠離生物膜污染區(qū)域，所以空化效應在流動狀態(tài)條件下效果更加顯著[52]。通常液體中的表面張力增加會在一定程度上導致空化效應的加強，但是在高表面張力液體介質(zhì)中，空化氣泡的形成會受到抑制[53]。固體顆粒濃度升高會導致液體介質(zhì)濃度增大，從而增加了聲波在介質(zhì)中傳遞的阻力，使其強度衰減，衰減程度與介質(zhì)類型、實驗要求和外部條件等因素有關[54]。

3.4 微生物的類型、形狀或體積

除了超聲本身的參數(shù)及介質(zhì)的特性外，微生物生物膜的類型、形狀或體積等同樣也可以影響超聲抑制微生物生物膜污染的效果。例如，在超聲處理過程中，相對于革蘭氏陰性菌，革蘭氏陽性菌更加穩(wěn)定，這是由于革蘭氏陽性菌的細胞壁更厚，導致其形成的生物膜結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且內(nèi)部肽聚糖（厚度20～80 nm）的黏附層結(jié)合更加緊密，使聲波傳遞過程中的強度大幅衰減，從而起到保護生物膜結(jié)構(gòu)的作用[55]。當細菌以球狀存在，通常會導致超聲發(fā)生有規(guī)律的逐層衰減，所以球狀細菌比其他形狀的細菌具有更高的穩(wěn)定性;與聚集體積較小的生物膜相比，體積較大的生物膜結(jié)構(gòu)擁有更大的表面積，導致其對超聲作用更加敏感[56]。

4 超聲技術在肉及肉制品中的應用及問題

4.1 超聲技術在肉及肉制品中的應用

肉及肉制品中富含水分、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等營養(yǎng)成分，有利于食源性微生物的生長繁殖，極易在生產(chǎn)、流通、銷售和貯藏等過程中發(fā)生腐敗變質(zhì)，并導致食品安全問題。目前，國內(nèi)外許多研究表明，超聲可有效抑制肉及肉制品的微生物污染。表1列舉了一些有關于超聲抑菌技術在肉及肉制品中應用的典型文獻，并列出了處理過程中的具體參數(shù)（超聲頻率、強度、時間）以及具體的抑菌效果。

許多研究已經(jīng)指出，超聲技術對生鮮肉的抑菌作用明顯。Caraveo等[57]將超聲處理牛半腱肌于4 ℃下貯藏14 d以觀察微生物的生長情況，結(jié)果證明，超聲可有效抑制牛半腱肌貯藏過程中大腸菌群和嗜冷菌等微生物的生物膜污染，在最大程度保持牛肉品質(zhì)特性的同時，顯著抑制了菌群數(shù)量的增加，并沒有出現(xiàn)明顯的腐敗現(xiàn)象。同樣，Carrillo-Lopez等[58]證明超聲可有效抑制牛背長肌中嗜溫、嗜冷和大腸菌群污染。Pi?on等[59]對雞胸肉進行不同時間的超聲處理，并指出由于金黃色葡萄球菌（屬革蘭氏陽性球菌）對超聲處理較不敏感，30 min處理不足以減少其數(shù)量，而當進行50 min的超聲處理時，顯著降低了金黃色葡萄球菌和沙門氏菌含量，證明在應用過程中超聲時間以及微生物種類和形態(tài)等對殺菌效果有顯著影響。Bonah等[60]證明超聲可有效抑制豬肉表面病原菌污染，同時抑制貯藏過程病原菌生長速率。對于魚類生鮮制品同樣也有類似的研究報道[61]。這說明超聲技術對不同來源生鮮肉的抑菌作用具有廣泛的適用性。

除了生鮮肉類外，超聲技術在抑制熟肉制品生產(chǎn)加工過程中/后期的微生物污染中的應用也得到了廣泛的研究。Zhang Jian等[62]通過研究超聲波輔助烹飪五香牛肉的冷藏品質(zhì)得出，超聲波可抑制微生物污染并減緩風味的惡化，減少貯藏過程中的脂肪氧化和蛋白質(zhì)降解。超聲技術還可以在牛肉的腌制過程中使鹽水中的大腸桿菌O157：H7和蠟樣芽孢桿菌失活[63]，研究發(fā)現(xiàn)，空化產(chǎn)生的大量H2O2證實超聲自由基反應可輔助微生物滅活，此外，超聲處理可通過破壞微生物膜完整性達到抑制生物膜污染及抑菌效果。超聲處理熱狗香腸可延長保質(zhì)期[64]。Aguilar等[65]證明，脈沖超聲可顯著抑制生肉乳劑（蛋白質(zhì)、脂肪質(zhì)量比0.5∶1.0）中天然微生物菌群的生物膜污染，由于微生物種類的不同其作用效果也存在差異，但是需要嚴格控制處理時間以避免在實際應用中造成肉及其制品質(zhì)地和感官方面的劣變。

超聲技術還可以作為一種輔助手段和其他殺菌方法（熱處理、非熱處理及化學殺菌劑）聯(lián)用，在此基礎上進一步提高殺菌強度和效率。例如，Li Jiao等[66]的研究表明，單獨超聲處理10 min會使金黃色葡萄球菌數(shù)量減少0.36（lg（CFU/mL）），弱酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）處理10 min減少3.06（lg（CFU/mL）），而聯(lián)合處理可減少3.68（lg（CFU/mL）），證明超聲和SAEW對抑制金黃色葡萄球菌生物膜污染具有協(xié)同性。Guo Mingming等[67]

證明百里香納米乳液（0.375 mg/mL）聯(lián)合超聲技術（20 kHz、255 W/cm2、9 min）使大腸桿菌O157：H7數(shù)量減少（7.42±0.27）（lg（CFU/mL）），聯(lián)合處理可顯著增強細胞膜的通透性，改變細胞的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，導致更多內(nèi)容物泄露，從而達到協(xié)同抑制生物膜的效果。Guo Liping等[68]研究表明，應用超聲波（25 kHz、10 W/cm3）和30 mg/L次氯酸鈉進行聯(lián)合處理，在抑制大腸桿菌生物膜污染方面顯示出協(xié)同增效作用。

Evelyn等[69]先將牛肉泥進行熱處理（95、100、105 ℃）后再進行超聲（162 W），會加速產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的失活。單獨超聲處理在抑制酶活性的同時導致生物膜結(jié)構(gòu)被破壞，從而產(chǎn)生致死效應;而單獨熱處理一般會使能夠產(chǎn)生生物膜的微生物處于亞致死損傷狀態(tài)，不僅不能達到抑制生物膜污染的目的，還對食品品質(zhì)有所影響[70]。而熱-超聲聯(lián)合處理存在協(xié)同效應，首先，超聲降低了微生物的耐熱性，其次，在高于50 ℃的條件下微生物生物膜對超聲更加敏感，通過減少亞致死細胞的數(shù)量，達到抑制微生物生物膜污染的目的[71]。超聲技術與其他方法聯(lián)用在肉及肉制品中的一些應用如表2所示。

超聲技術除了直接應用于肉及肉制品本身外，在肉制品加工工廠中，對于去除加工設備或工具表面的生物膜以及廢水處理也有著重要意義。Du Cezhi等[79]發(fā)現(xiàn)，超聲浴（100 kHz、0.22 J/mm2）清洗拋光后的不銹鋼316 L樣品（長度10 mm、寬度10 mm、厚度2 mm）后，附著其上的金黃色葡萄球菌生物膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的破壞，從而顯著降低了其表面附著力。Brasil等[80]證明超聲波可對屠宰牛的刀具進行有效清潔和消毒。此外，超聲處理廢水可以有效抑制潛在的生物膜形成[81]，從而改善系統(tǒng)的使用壽命。除了用于抑制生物膜污染外，超聲技術還廣泛應用于肉及肉制品的嫩化[82]、乳化[83]、凝膠化[84]，以及肉的冷凍[85]、解凍[86]和腌制[87]等加工過程中，改善肉及肉制品的品質(zhì)。

4.2 超聲技術在肉及肉制品應用中的問題

盡管超聲技術在肉及肉制品中已經(jīng)有大量的應用和潛在的用途，但目前仍然存在一些問題。首先，目前對于超聲設備的研究、選擇、作用方式以及針對不同微生物生物膜和不同食品超聲波的頻率、功率強度、振幅和作用時間等關鍵參數(shù)的設定還未形成一個成熟體系，這些因素決定了微生物滅活的效率，后續(xù)需要做更多的工作和更深入的研究，使其效率升高同時拓寬其應用范圍。其次，在某些條件下超聲過程中產(chǎn)生的ROS和H2O2等活性物質(zhì)會與不飽和脂肪酸發(fā)生反應，使脂肪部分氧化，所以在超聲處理脂肪含量較高的肉類及其制品時有可能產(chǎn)生不良風味。例如，Kang Dacheng等[88]利用超聲處理牛肉時，顯著增強了牛肉中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化，從而引起異味而導致質(zhì)量下降。Gómez-Salazar等[89]利用超聲（40 kHz、110 W）處理腌制兔肉誘發(fā)自由基等活性物質(zhì)產(chǎn)生，加速了脂質(zhì)或蛋白質(zhì)的氧化。Alves等[90]利用超聲（25 kHz、500 W、9 min）處理意大利臘腸后發(fā)現(xiàn)，超聲加速脂質(zhì)（過氧化值和硫代巴比妥酸反應物值）和蛋白質(zhì)（巰基）的氧化，對意大利臘腸的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。綜上所述，雖然超聲技術在應用于抑制微生物生物膜污染方面已經(jīng)進行了大量的研究，且已經(jīng)證明其有效性及商業(yè)應用的可能性，但要將此技術廣泛應用于實際生產(chǎn)中時，仍存在許多需要解決的問題。

5 結(jié) 語

隨著人民生活水平的不斷提高和經(jīng)濟的改善以及科學技術的飛速發(fā)展，消費者對肉及肉制品的安全性提出了更高的要求。但目前，廣泛使用的熱殺菌和化學殺菌方法存在許多問題，主要表現(xiàn)在其會導致一定程度的營養(yǎng)流失、對產(chǎn)品質(zhì)量和感官特性等會產(chǎn)生不良影響、易產(chǎn)生交叉抗性和健康風險等。許多研究指出，與傳統(tǒng)的殺菌手段相比，超聲技術具有操作簡便、節(jié)約能源和安全清潔等優(yōu)勢，可以有效抑制微生物生物膜污染，同時在一定程度上改善傳統(tǒng)殺菌方式對食品感官品質(zhì)的不良影響，在食品行業(yè)中具有良好的應用前景。近年來，國內(nèi)外有諸多研究報道了超聲技術可以有效抑制肉及肉制品加工過程中的微生物膜污染。然而，就目前的研究現(xiàn)狀而言，超聲技術在肉制品殺菌中的應用仍面臨著一些挑戰(zhàn)。例如：目前仍未形成系統(tǒng)的超聲抑菌體系，無法實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應用;此外，由超聲引發(fā)的促氧化因子（如ROS和H2O2）會催化自由基鏈式反應，這在肉及肉制品中會誘導一定程度的脂質(zhì)氧化，同時還會產(chǎn)生一些不良風味，不利于產(chǎn)品品質(zhì)。因此，在今后的研究中，需要對超聲技術的工藝條件及各種參數(shù)進行優(yōu)化，拓寬其應用范圍，更加深入研究超聲技術與其他殺菌工藝聯(lián)用的作用效果，另外還應針對不同的工業(yè)需求設計和開發(fā)專用型超聲波殺菌設備，以實現(xiàn)快速、高效、環(huán)境友好的工業(yè)化肉及肉制品等食品殺菌。

參考文獻：

[1] CAMPANELLA O H. Heat treatment： principles and techniques[M]. Salt Lake City： Academic Press， 2016： 316-327. DOI：10.1016/B978-0-12-384947-2.00371-8.

[2] AZOFEIFA G， QUESADA S， PEREZ A M， et al. Pasteurization of blackberry juice preserves polyphenol-dependent inhibition for lipid peroxidation and intracellular radicals[J]. Journal of Food Composition and Analysis， 2015， 42： 56-62. DOI：10.1016/j.jfca.2015.01.015.

[3] ALEGBELEYE O O， GUIMARAES J T， CRUZ A G， et al. Hazards of a ‘healthy trend？ An appraisal of the risks of raw milk consumption and the potential of novel treatment technologies to serve as alternatives to pasteurization[J]. Trends in Food Science and Technology， 2018， 82： 148-166. DOI：10.1016/j.tifs.2018.10.007.

[4] HAUTE S V， LUO Yaguang， BOLTEN S， et al. Survival of Salmonella enterica and shifts in the culturable mesophilic aerobic bacterial community as impacted by tomato wash water particulate size and chlorine treatment[J]. Food Microbiology， 2020， 90： 103470. DOI：10.1016/j.fm.2020.103470.

[5] SAGONG H G， LEE S Y， CHANG P S， et al. Combined effect of ultrasound and organic acids to reduce Escherichia coli O157：H7， Salmonella typhimurium， and Listeria monocytogenes on organic fresh lettuce[J]. International Journal of Food Microbiology， 2011， 145（1）： 287-292. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2011.01.010.

[6] GARC?A-S?NCHEZ L， MELERO B， JAIME I， et al. Biofilm formation， virulence and antimicrobial resistance of different Campylobacter jejuni isolates from a poultry slaughterhouse[J]. Food Microbiology， 2019， 83： 193-199. DOI：10.1016/j.fm.2019.05.016.

[7] SHIRANI K， SHAHIDI F， MORTAZAVI S A. Investigation of decontamination effect of argon cold plasma on physicochemical and sensory properties of almond slices[J]. International Journal of Food Microbiology， 2020， 335： 108892. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2020.108892.

[8] MOHD OMAR A K， TENGKU NORSALWANI T L， ASMAH M S， et al. Implementation of the supercritical carbon dioxide technology in oil palm fresh fruits bunch sterilization： a review[J]. Journal of CO2 Utilization， 2018， 25： 205-215. DOI：10.1016/j.jcou.2018.03.021.

[9] HUANG Kang， WRENN S， TIKEKAR R， et al. Efficacy of decontamination and a reduced risk of cross-contamination during ultrasound-assisted washing of fresh produce[J]. Journal of Food Engineering， 2018， 224（5）： 95-104. DOI：10.1016/j.jfoodeng.2017.11.043.

[10] COSTERTON J W. Microbial biofilms[J]. Annual Review of Microbiology， 1995， 49（3）： 711-745. DOI：10.5772/intechopen.90790.

[11] COSTERTON J W， IRVIN R T， CHENG K J. The bacterial glycocalyx in nature and disease[J]. Annual Review of Microbiology， 1981， 35（1）： 299. DOI：10.1146/annurev.mi.35.100181.001503.

[12] HALL-STOODLEY L， COSTERTON J W， STOODLEY P. Bacterial biofilms： from the natural environment to infectious diseases[J]. Nature Reviews Microbiology， 2004， 2（2）： 95-108. DOI：10.1038/nrmicro821.

[13] ALONSO-CALLEJA C， GUERRERO-RAMOS E， ALONSO-HERNANDO A， et al. Adaptation and cross-adaptation of Escherichia coli ATCC 12806 to several food-grade biocides[J]. Food Control， 2015， 56： 86-94. DOI：10.1016/j.foodcont.2015.03.01.

[14] CHEN B， ABDALLAH M， CAMPISTRON P， et al. Detection of biofilm formation by ultrasonic coda wave interferometry[J]. Journal of Food Engineering， 2020， 290： 110219. DOI：10.1016/j.jfoodeng.2020.110219.

[15] ABEE T， KOVACS A T， KUIPERS O P， et al. Biofilm formation and dispersal in gram-positive bacteria[J]. Current Opinion in Biotechnology， 2010， 22（2）： 172-179. DOI：10.1016/j.copbio.2010.10.016.

[16] WAGNER E M， PRACSER N， THALGUTER S， et al. Identification of biofilm hotspots in a meat processing environment： detection of spoilage bacteria in multi-species biofilms[J]. International Journal of Food Microbiology， 2020， 328： 108668. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2020.108668.

[17] SREY S， JAHID L K， HA S D. Biofilm formation in food industries： a food safety concern[J]. Food Control， 2013， 31（2）： 572-585. DOI：10.1016/j.foodcont.2012.12.001.

[18] YI Li， Dong Xiao， GRENIER D， et al. Research progress of bacterial quorum sensing receptors： classification， structure， function and characteristics[J]. Science of The Total Environment， 2020， 763： 143031. DOI：10.1016/j.scitotenv.2020.143031.

[19] STEPHENS K， BENTLEY W E. Synthetic biology for manipulating quorum sensing in microbial consortia[J]. Trends in Microbiology， 2020， 28（8）： 633-643. DOI：10.1016/j.tim.2020.03.009.

[20] STOODLEY P， SAUER K， DAVIES D G， et al. Biofilms as complex differentiated communities[J]. Annual Review of Microbiology， 2002， 13： 228-233. DOI：10.1146/annurev.micro.56.012302.160705.

[21] ERHABOR C R， ERHABOR J O， MCGAW L J. The potential of South African medicinal plants against microbial biofilm and quorum sensing of foodborne pathogens： a review[J]. South African Journal of Botany， 2019， 126： 214-231. DOI：10.1016/j.sajb.2019.07.024.

[22] SADEKUZZAMAN M， YANG S， MIZAN M F R， et al. Current and recent advanced strategies for combating biofilms[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety， 2015， 14（4）： 491-509. DOI：10.1111/1541-4337.12144.

[23] WOOD R W， LOOMIS A L. The physical and biological effects of high-frequency sound-waves of great intensity[J]. The London， Edinburgh， and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science， 1928， 4（22）： 417-436. DOI：10.1080/14786440908564348.

[24] CAO Xiaohuang， ZHANG Min， MUJUMDAR A S， et al.

Effects of ultrasonic pretreatments on quality， energy consumption and sterilization of barley grass in freeze drying[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2018， 40： 333-340. DOI：10.1016/j.ultsonch.2017.06.014.

[25] PARK J S， HA J W. Ultrasound treatment combined with fumaric acid for inactivating food-borne pathogens in apple juice and its mechanisms[J]. Food Microbiology， 2019， 84： 103277. DOI：10.1016/j.fm.2019.103277.

[26] WANG Jingyi， LIU Qiudou， XIE Bijun， et al. Effect of ultrasound combined with ultraviolet treatment on microbial inactivation and quality properties of mango juice[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 64： 1350-4177. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105000.

[27] CAECEL J A， GARCIA-PEREZ J V， BENEDITO J， et al. Food process innovation through new technologies： use of ultrasound[J]. Journal of Food Engineering， 2012， 110（2）： 200-207. DOI：10.1016/j.jfoodeng.2011.05.038.

[28] HERCEG Z， MARKOV K， SALAMON B S， et al. Effect of high intensity ultrasound treatment on the growth of food spoilage bacteria[J]. Food Technology and Biotechnology， 2013， 51（3）：

352-359. DOI：10.1016/j.biortech.2013.04.021.

[29] KENTISH S， ASHOKKUMAR M. The physical and chemical effects of ultrasound[M]. New York： Springer， 2001： 233-240. DOI：10.1007/978-1-4419-7472-3_1.

[30] BHARGAVA N， MOR R S， KUMAR K， et al. Advances in application of ultrasound in food processing： a review[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 70： 105293. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105293.

[31] FU Xizhe， BELWAL T， CRAVOTTO G， et al. Sono-physical and sono-chemical effects of ultrasound： primary applications in extraction and freezing operations and influence on food components[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2019， 60： 104726. DOI：10.1016/j.ultsonch.2019.104726.

[32] ZUPANC M， PANDUR Z， PERDIH T S， et al. Effects of cavitation on different microorganisms： the current understanding of the mechanisms taking place behind the phenomenon. A review and proposals for further research[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2019， 57： 147-165. DOI：10.1016/j.ultsonch.2019.05.009.

[33] BARBA F J， KOUBAA M， PRADO-SILVA L D， et al. Mild processing applied to the inactivation of the main foodborne bacterial pathogens： a review[J]. Trends in Food Science and Technology， 2017， 66： 20-35. DOI：10.1016/j.tifs.2017.05.011.

[34] GIELEN B， JORDENS J， JANSSEN J， et al. Characterization of stable and transient cavitation bubbles in a milliflow reactor using a multibubble sonoluminescence quenching technique[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2015， 25（1）： 31-39. DOI：10.1016/j.ultsonch.2014.08.013.

[35] CRUM L A. Acoustic cavitation series： part five rectified diffusion[J]. Ultrasonics， 1984， 22： 215-223. DOI：10.1016/0041-624X（84）90016-7.

[36] SUSLICK K S， FLANNIGAN D J. Inside a collapsing bubble： sonoluminescence and the conditions during cavitation[J]. Annual Review of Physical Chemistry， 2008， 59（1）： 659-683. DOI：10.1146/annurev.physchem.59.032607.093739.

[37] YE Linzheng， ZHU Xijing， LIU Yao. Numerical study on dual-frequency ultrasonic enhancing cavitation effect based on bubble dynamic evolution[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2019， 59： 104744. DOI：10.1016/j.ultsonch.2019.104744.

[38] LUTHER S， METTIN R， KOCH P， et al. Observation of acoustic cavitation bubbles at 2 250 frames per second[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2001， 8（3）： 159-162. DOI：10.1016/S1350-4177（01）00073-6.

[39] SAOJOSE J F B D， ANDRADE N J D， RAMOS A M， et al. Decontamination by ultrasound application in fresh fruits and vegetables[J]. Food Control， 2014， 45： 36-50. DOI：10.1016/j.foodcont.2014.04.015.

[40] MUTHUKUMARAN S， KENTISH S E， STEVENS G W， et al. Application of ultrasound in membrane separation processes： a review[J]. Reviews in Chemical Engineering， 2006， 22（3）： 155-194. DOI：10.1515/REVCE.2006.22.3.155.

[41] ASHOKKUMAR M. The characterization of acoustic cavitation bubbles： an overview[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2011， 18（4）： 864-872.

DOI：10.1016/j.ultsonch.2010.11.016.

[42] MCDONNEL G， RUSSELL A D. Antiseptics and disinfectants： activity， action， and resistance[J]. Clinical Microbiology Reviews， 1999， 12（1）： 147-179. DOI：10.1128/CMR.12.1.147.

[43] GAGOL M， PRZYJAZNY A， BOCZKAJ G. Wastewater treatment by means of advanced oxidation processes based on cavitation： a review[J]. Chemical Engineering Journal， 2018， 338： 599-627. DOI：10.1016/j.cej.2018.01.049.

[44] YUSOF N S M， BABGI B， ALAHAMDI Y， et al. Physical and chemical effects of acoustic cavitation in selected ultrasonic cleaning applications[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2015， 29： 568-576. DOI：10.1016/j.ultsonch.2015.06.013.

[45] DAI Jinming， BAI Mei， LI Changzhu， et al. Advances in the mechanism of different antibacterial strategies based on ultrasound technique for controlling bacterial contamination in food industry[J]. Trends in Food science and Technology， 2020， 105： 211-222. DOI：10.1016/j.tifs.2020.09.016.

[46] PFLIEGER R， NIKITENKO S， CAIROS C， et al. Characterization of cavitation bubbles and sonoluminescence[M]. New York： Springer Nature， 2019. DOI：10.1007/978-3-030-11717-7.

[47] HUANG Guoping， CHEN Suwan， DAI Cunhua， et al. Effects of ultrasound on microbial growth and enzyme activity[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2016， 37： 144-149. DOI：10.1016/j.ultsonch.2016.12.018.

[48] JAMBRAK A R， ?IMUNEK M， EVACIC S， et al. Influence of high power ultrasound on selected moulds， yeasts and Alicyclobacillus acidoterrestris in apple， cranberry and blueberry juice and nectar[J]. Ultrasonics， 2018， 83： 3-17. DOI：10.1016/j.ultras.2017.02.011.

[49] MEROUANI S， HAMDAOUI O， REZGUI Y， et al. Effects of ultrasound frequency and acoustic amplitude on the size of sonochemically active bubbles： theoretical study[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2013， 20（3）： 815-819. DOI：10.1016/j.ultsonch.2012.10.015.

[50] WOOD R J， LEE J， BUSSEMAKER M J. A parametric review of sonochemistry： control and augmentation of sonochemical activity in aqueous solutions[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2017， 38： 351-370. DOI：10.1016/j.ultsonch.2017.03.030.

[51] MANMI K， WANG Qianxi. Acoustic microbubble dynamics with viscous effects[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2017， 36： 427-436. DOI：10.1016/j.ultsonch.2016.11.032.

[52] MUTHUKUMARAN S， KENTISH S， ASHOKKUMAR M， et al. Potential uses of ultrasound in the dairy ultrafiltration processes[J]. The Journal of the Acoustical Society of America， 2008， 123（5）： 3046. DOI：10.1121/1.2932742.

[53] ZEVNIK J， DULAR M. Cavitation bubble interaction with a rigid spherical particle on a microscale[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 69： 105252. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105252.

[54] SU Kunpeng， WU Jianhua， XIA Dingkang. Classification of regimes determining ultrasonic cavitation erosion in solid particle suspensions[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 68： 105214. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105214.

[55] OJHA K S， HARRISON S M， BRUNTON N P， et al. Statistical approaches to access the effect of Lactobacillus sakei culture and ultrasound frequency on fatty acid profile of beef jerky[J]. Journal of Food Composition and Analysis， 2017， 57： 1-7. DOI：10.1016/j.jfca.2016.12.007.

[56] CHEMAT F， HUMA Z E， KHAN M K. Applications of ultrasound in food technology： processing， preservation and extraction[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2010， 18（4）： 813-835. DOI：10.1016/j.ultsonch.2010.11.023.

[57] CARAVEO O， ALARCON-ROJO A D， RENTERIA A， et al. Physicochemical and microbiological characteristics of beef treated with high-intensity ultrasound and stored at 4 ℃[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2015， 95（12）： 2487-2493. DOI：10.1002/jsfa.6979.

[58] CARRILLO-LOPEZ L M， HUERTA-JIMENEZ M， GARCIA-GALICIA L A， et al. Bacterial control and structural and physicochemical modification of bovine Longissimus dorsi by ultrasound[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2019， 58： 104608. DOI：10.1016/j.ultsonch.2019.05.025.

[59] PINON M L， ALARCON-ROJO A D， RENTERIA A L， et al. Microbiological properties of poultry breast meat treated with high-intensity ultrasound[J]. Ultrasonics， 2020， 102： 105680. DOI：10.1016/j.ultras.2018.01.001.

[60] BONAH E， HUANG Xingyi， YANG Hongying， et al. Nondestructive monitoring， kinetics and antimicrobial properties of ultrasound technology applied for surface decontamination of bacterial foodborne pathogen in pork[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2021， 70： 105344. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105344.

[61] PEDROS-GARRIDO S， CODON-ABANTO S， BELTRAN J A， et al. Assessment of high intensity ultrasound for surface decontamination of salmon （S. salar）， mackerel （S. scombrus）， cod （G. morhua） and hake （M. merluccius） fillets， and its impact on fish quality[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2017， 41： 64-70.

DOI：10.1016/j.ifset.2017.02.006.

[62] ZHANG Jian， ZHANG Yuqin， ZOU Yunhe， et al. Effects of ultrasound-assisted cooking on quality characteristics of spiced beef during cold storage[J]. LWT-Food Science and Technology， 2021， 136： 110359. DOI：10.1016/j.lwt.2020.110359.

[63] KANG Dacheng， JIANG Yuhe， XING Lujuan， et al. Inactivation of Escherichia coli O157：H7 and Bacillus cereus by power ultrasound during the curing processing in brining liquid and beef[J]. Food Research International， 2017， 102： 717-727. DOI：10.1016/j.foodres.2017.09.062.

[64] CICHOSKI A J， RAMPELOTTO C， SILVA M S， et al. Ultrasound-assisted post-packaging pasteurization of sausages[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2015， 30： 132-137. DOI：10.1016/j.ifset.2015.04.011.

[65] AGUILAR C， SERNA-JIMENEZ J， BENITEZ E， et al. Influence of high power ultrasound on natural microflora， pathogen and lactic acid bacteria in a raw meat emulsion[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2021， 72： 105415. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.105415.

[66] LI Jiao， DING Tian， LIAO Xinyu， et al. Synergetic effects of ultrasound and slightly acidic electrolyzed water against Staphylococcus aureus evaluated by flow cytometry and electron microscopy[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2016， 38： 711-719. DOI：10.1016/j.ultsonch.2016.08.029.

[67] GUO Mingming， ZHANG Lianjiao， HE Qiao， et al. Synergistic antibacterial effects of ultrasound and thyme essential oils nanoemulsion against Escherichia coli O157：H7[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 66： 104988. DOI：10.1016/j.ultsonch.2020.104988.

[68] GUO Liping， SUN Yongcai， ZHU Yinglian， The antibacterial mechanism of ultrasound in combination with sodium hypochlorite in the control of Escherichia coli[J]. Food Research International， 2020， 129： 108887. DOI：10.1016/j.foodres.2019.108887.

[69] EVELYN， SILVA F V M. Use of power ultrasound to enhance the thermal inactivation of Clostridium perfringens spores in beef slurry[J]. International Journal of Food Microbiology， 2015， 206： 17-23.

DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2015.04.013.

[70] LI Jiao， SUO Yuanjie， LIAO Xinyu， et al. Analysis of Staphylococcus aureus cell viability， sublethal injury and death induced by synergistic combination of ultrasound and mild heat[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2017， 39： 101-110. DOI：10.1016/j.ultsonch.2017.04.019.

[71] HEN Fengying， ZHANG Min， YANG Chaohui. Application of ultrasound technology in processing of ready-to-eat fresh food： a review[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 63： 104953. DOI：10.1016/j.ultsonch.2019.104953.

[72] OWUSU-ANSAH P， YU Xiaojie， OSAE R， et al. Inactivation of Bacillus cereus from pork by thermal， non-thermal and single-frequency/multi-frequency thermosonication： modelling and effects on physicochemical properties[J]. LWT-Food Science and Technology， 2020， 133： 109939. DOI：10.1016/j.lwt.2020.109939.

[73] VETCHAPITAK T， SHINKI T， SASAKI S， et al. Evaluation of chemical treatment combined with vacuum and ultrasonication with a water resonance system for reducing Campylobacter on naturally contaminated chicken carcasses[J]. Food Control， 2020， 112： 107087. DOI：10.1016/j.foodcont.2020.107087.

[74] LI Pengpeng， SUN Liangge， WANG Jiankang， et al. Effects of combined ultrasound and low-temperature short-time heating pretreatment on proteases inactivation and textural quality of meat of yellow-feathered chickens[J]. Food Chemistry， 2021， 355： 129645. DOI：10.1016/j.foodchem.2021.129645.

[75] CICHOSKI A J， FLORES D R M， MENEZES C R D， et al. Ultrasound and slightly acid electrolyzed water application： an efficient combination to reduce the bacterial counts of chicken breast during pre-chilling[J]. International Journal of Food Microbiology， 2019， 301： 27-33. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2019.05.004.

[76] CASTILLO-ZAMUDIO R I， PANIAGUA-MARTINEZ I， ORTUNO-CASES C， et al. Use of high-power ultrasound combined with supercritical fluids for microbial inactivation in dry-cured ham[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2021， 67： 102557. DOI：10.1016/j.ifset.2020.102557.

[77] MIKS-KRAJNIK M， FENG L X J， BANG W S， et al. Inactivation of Listeria monocytogenes and natural microbiota on raw salmon fillets using acidic electrolyzed water， ultraviolet light or/and ultrasounds[J]. Food Control， 2017， 74： 54-60. DOI：10.1016/j.foodcont.2016.11.033.

[78] CONDON-ABANTO S， ARROYO C， ALVAREZ I， et al. Application of ultrasound in combination with heat and pressure for the inactivation of spore forming bacteria isolated from edible crab （Cancer pagurus）[J]. International Journal of Food Microbiology， 2016， 223： 9-16. DOI：10.1016/j.ijfoodmicro.2016.02.001.

[79] DU Cezhi， WANG Chengyong， SUI Jiaobo， et al. Enhancing Staphylococcus aureus sterilization of stainless steel by the synergistic effect of surface structure and physical washing[J]. Colloids and Surfaces B： Biointerfaces， 2021， 197： 111393. DOI：10.1016/j.colsurfb.2020.111393.

[80] BRASIL C C B， BARIN B J S， JACOB-LOPES E， et al. Single step non-thermal cleaning/sanitation of knives used in meat industry with ultrasound[J]. Food Research International， 2017， 91： 133-139. DOI：10.1016/j.foodres.2016.11.030.

[81] RODRIGUEZ-CALVO A， GONZALEZ-LOPEZ J， RUIZ L M， et al. Effect of ultrasonic frequency on the bacterial community structure during biofouling formation in microfiltration membrane bioreactors for wastewater treatment[J]. International Biodeterioration and Biodegradation， 2020， 155： 105102. DOI：10.1016/j.ibiod.2020.105102.

[82] SHI Haibo， ZHANG Xinxiao， CHEN Xiao， et al. How ultrasound combined with potassium alginate marination tenderizes old chicken breast meat： possible mechanisms from tissue to protein[J]. Food Chemistry， 2020， 328： 127144. DOI：10.1016/j.foodchem.2020.127144.

[83] CHEN Jiahui， ZHANG Xing， XUE Siwen， et al. Effects of ultrasound frequency mode on myofibrillar protein structure and emulsifying properties[J]. International Journal of Biological Macromolecules， 2020， 163： 1768-1779. DOI：10.1016/j.ijbiomac.2020.09.114.

[84] ZHANG Chao， LIU Haotian， XIA Xiufang， et al. Effect of ultrasound-assisted immersion thawing on emulsifying and gelling properties of chicken myofibrillar protein[J]. LWT-Food Science and Technology， 2020， 142： 111016. DOI：10.1016/j.lwt.2021.111016.

[85] ZHENG Liyun， SUN Dawen. Innovative applications of power ultrasound during food freezing processes： a review[J]. Trends in Food Science and Technology， 2006， 17（1）： 16-23. DOI：10.1016/j.tifs.2005.08.010.

[86] SUN Qinxiu， KONG Baohua， LIU Shucheng， et al. Ultrasound-assisted thawing accelerates the thawing of common carp （Cyprinus carpio） and improves its muscle quality[J]. LWT-Food Science and Technology， 2021， 141： 111080. DOI：10.1016/j.lwt.2021.111080.

[87] CONTRERAS M， BENEDITO J， GARCIA-PEREZ J V. Ultrasonic characterization of salt， moisture and texture modifications in dry-cured ham during post-salting[J]. Meat Science， 2021， 172： 108356. DOI：10.1016/j.meatsci.2020.108356.

[88] KANG Dacheng， ZOU Yunhe， CHENG Yuping， et al. Effects of power ultrasound on oxidation and structure of beef proteins during curing processing[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2016， 33： 47-53. DOI：10.1016/j.ultsonch.2016.04.024.

[89] GOMEZ-SALAZAR J A， OCHOA-MONTES D A， CERON-GARCIA A， et al. Effect of acid marination assisted by power ultrasound on the quality of rabbit meat[J]. Journal of Food Quality， 2018， 2018： 1-6. DOI：10.1155/2018/5754930.

[90] ALVES L D L， SILVA M S D， FLORES D R M， et al. Effect of ultrasound on the physicochemical and microbiological characteristics of Italian salami[J]. Food Research International， 2018， 106： 363-373. DOI：10.1016/j.foodres.2017.12.074.