梁詩洋，張 鷹,2,3,4, ，曾曉房,2,3,4，白衛(wèi)東,2,3,4，趙文紅,2,3,4

（1.仲愷農業(yè)工程學院輕工食品學院，廣東廣州 510225；2.仲愷農業(yè)工程學院，廣東省嶺南特色食品科學與技術重點實驗室，廣東廣州 510225；3.仲愷農業(yè)工程學院，現代農業(yè)研究院，廣東廣州 510225；4.農業(yè)農村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點實驗室，廣東廣州 510225）

食品加工是將原材料轉化為可食用、功能性和文化上可接受食品的必要過程，是食品價值鏈中生產和消費之間的重要環(huán)節(jié)[1]。食品加工過程包含很多不同的操作以達到需求目的，例如干燥、蒸煮、乳化、腌制、切割等。在傳統食品加工過程中，往往需要依賴熱量的消耗（即加熱食品加工），殺滅微生物，來延長食品的保質期。但這些熱處理會導致食品營養(yǎng)成分的損失，對食品口感產生負面影響甚至衍生出有害物質[2]。與此同時，非熱處理因其提供了更短的處理時間和更低的溫度條件，減少損壞食物中熱敏營養(yǎng)成分的機率，保持食物原有質地，且不會因高溫而在食物中形成任何有毒化合物[3]，在食品加工過程中更有優(yōu)勢。

超聲波是被廣泛應用于食品加工操作過程中的一種非熱處理加工技術，其在食品的加工和保存、產品質量地提高、縮短操作時間、低溫下微生物存活率地降低等方面具有一定優(yōu)勢[4]。據文獻報道，超聲波最開始應用于降解生物聚合物，后來也逐漸應用在增強化學反應、降解污染物和滅活微生物等方面[5]。目前，超聲波的應用幾乎涵蓋了所有食品工業(yè)操作，從分類、分級、到生產、加工和儲存，如萃取、冷凍、乳化、脫氣、干燥、均質等。通過對文獻的梳理，以往對食品超聲波技術的應用研究多集中于在提取生物活性化合物，而對超聲波在食品加工操作過程中的應用研究比較少。因此，本文基于超聲波技術的基本原理上，綜述了超聲波技術在干燥、切割、過濾、提取、冷凍結晶等不同食品加工操作中產生的效應與作用，梳理應用超聲波技術處理前后食品的優(yōu)劣變化。最后指出當前超聲波技術的不足，并對前景進行了展望，以期超聲波技術在食品加工中的應用提升到新的高度。

1 超聲波技術

超聲波是一種機械波，頻率超過人類聽覺的極限，即頻率在20 kHz及以上的聲波。超聲在食品工業(yè)中的應用可根據所使用的聲功率（W）、聲強度（W/m2）或聲能量密度（W/ m3）或根據應用情況的不同分為兩種類型：高頻低強度非破壞性超聲（頻率＞1 MHz，強度＜1 W/cm2）以及低頻高強度功率超聲（20～100 kHz，10～1000 W/cm2）[6]。其中，高頻低強度超聲對食品特性具有最小的物理或化學影響，可提供有關食品的物理化學特性、結構和成分的信息[7]，而功率超聲因為能夠產生快速移動的微氣泡流和氣泡破裂，使用過程或產品產生機械、化學或者物理影響，而被廣泛應用于食品、農業(yè)和化學工程技術中[8]。與超聲頻率相關的物理和化學現象包括攪拌、振動、壓力、激波、剪切力、微噴射、壓縮和稀疏、聲流、空化和自由基的形成[9]。

在超聲波系統中，超聲波換能器將電能轉換成振動能，使周圍的介質振動，然后超聲波將能量傳遞給其他相鄰的粒子，產生空化、振動、破碎、混合等綜合效應[10]。圖1為超聲空化現象的原理圖。超聲空化的物理過程是超聲波在液體介質中發(fā)生周期性的交替拉伸和壓縮。由于連續(xù)的壓縮-稀薄的循環(huán)，空化氣泡能隨著聲波頻率的變化而變化，這種現象產生的超聲氣泡是穩(wěn)定氣泡。但是當氣泡到達臨界尺寸，并在高聲壓下變得不穩(wěn)定而破裂和劇烈坍塌，產生高溫（5000 K）和高壓（50 MPa），這一過程伴隨著強烈的沖擊波和微射流[11]，這種則為瞬態(tài)空化形成的瞬態(tài)氣泡。超聲空化作用通常伴隨著機械效應、熱效應、化學效應和生物效應等等。

圖1 超聲波空化現象Fig.1 Ultrasonic cavitation phenomenon

超聲波的機械效應不論超聲強度的大小均會產生，但是超聲波的頻率和強度決定了機械作用的強弱。當超聲在介質傳播時由反射而形成駐波時，懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而聚集在波節(jié)處，在介質中形成周期性的堆積[12]。超聲波所造成的機械作用可促進食品液體的乳化、凝膠的液化、固體的分散和細胞的破裂等。熱效應是由于超聲波在傳播過程中，其能量被介質吸收而導致溫度局部升高的一種現象。同時，由于振動超聲波會使介質間相互摩擦而產生熱能。所以，超聲波的熱效應來源于空化作用產生的熱量和介質吸收聲能后轉化的熱量。溫度波動會破壞食品中細菌的結構和功能組合。另外，超聲瞬態(tài)空化會在空氣泡周圍瞬時產生高剪切力和湍流，極端條件下會導致氫自由基和羥基自由基的產生，因此超聲的化學效應會促使或者引發(fā)新的反應機制[4]。Mckenzie等[13]認為超聲波能夠導致聚合物鏈均裂或溶劑小分子分解，從而促進反應性自由基的產生，還描述了通過可逆（自由基）失活方法的控制體系。

2 超聲波在食品加工中的應用

2.1 在食品干燥中的應用

當與食品工業(yè)中的各種加工操作結合使用時，超聲波可以影響操作過程中食品的特性（表1）。干燥技術能夠去除水分，從而抑制微生物生長，還可以減少產品的總重量，縮短包裝空間，從而最大限度地降低包裝和運輸成本，所以常用于保存各種容易因水分過多而腐敗變質的食品[40]。傳統的干燥技術，如日光干燥會對食品產生負面影響，如收縮、色澤不良和維生素氧化等。有研究者表明，利用超聲波應用可以降低水分活度，改善產品顏色并減少營養(yǎng)損失[41]。超聲波通過獨特的機械波動和空化效應能在固體材料中創(chuàng)建微通道，使水分傳輸更加容易，增強傳質過程[42]。傳質的增加能夠減少食品干燥時間，從一定程度上減少了食品與空氣的接觸，抑制食品的氧化[43]。Aksoy等[44]比較了不同干燥技術對肉糜干燥動力學和顏色的影響，結果表明超聲輔助真空干燥的肉糜收縮率最低，并能保持肉糜樣品的顏色特性。水分的去除是通過超聲波“海綿效應”實現的，海綿效應增加了水從食品內部到表面的擴散。此外，超聲波在空氣與產物界面處產生振動，導致發(fā)生空氣湍流，以去除表面的水分[45]。Oladejo等[14]在對黃木薯的干燥動力學的研究中發(fā)現超聲波對木薯組織的空化效應削弱了細胞結構，并在結構中創(chuàng)建了一個微觀路徑，導致熱空氣干燥過程中的傳質速率增加，導致有效水分擴散增加。Wu等[15]在對超聲波對菠蘿蜜干燥特性的研究中也同樣認為由于超聲波的壓縮和膨脹導致的“海綿效應”以及空化效應導致的湍流和微射流的形成，導致菠蘿蜜切片內部水分擴散速率的提高，促進了水分的流失。

2.2 在食品復水中的應用

食品為了延長其貯藏期會選擇降低水分活度以達到儲存條件，但是這些食品在再加工或使用前需要進一步水合或再水合，例如谷物豆類[46]。再水合的過程非常耗費時間，因此有些人使用較高的浸泡溫度來強化水化過程。但是，高溫會改變食物本來的組分結構以及營養(yǎng)成分，并且高溫浸泡會增加額外的用水量和能量[47]。超聲波技術的應用能夠緩解以上的問題。超聲波的海綿效應導致組織和細胞的收縮和膨脹，從而導致流體泵送或慣性通量。另一方面，超聲波傳播引發(fā)的聲空化導致細胞破裂或基質破裂，從而導致微空腔和微通道的形成。另外，Miano等[48]認為這兩種效應不是同時發(fā)生的，這取決于谷物顆粒中的玻璃質胚乳密度，密度越高避免空化形成微通道的概率越高。Yadav等[16]研究的超聲輔助小米及其淀粉的水合作用中，認為小米及其淀粉的水合過程的增強是兩種效應共同作用的結果，而且發(fā)現超聲極大提高小米淀粉的水合作用，并且隨著超聲振幅和處理時間的增加，水結合能力顯著增加。相似的結果在Miano等[17]利用超聲波輔助羽扇豆顆粒的水合過程也能得到，超聲波的處理不僅能夠提高羽扇豆顆粒的水合作用，還縮短了45%的水合時間。

2.3 在食品提取中的應用

提取技術在食品工業(yè)中可用于從食品基質中有效分離各種脂質、色素、多酚、多糖等生物活性化合物。與傳統的提取方法相比，超聲輔助提取工藝簡單，能夠縮短處理時間、減少溶劑用量，且提取溫度低，得率高，純度高[49]。超聲提取的主要機理是空化效應與機械效應的混合效應。超聲系統輸出使介質振動，從而使超聲波能量傳遞給溶液中的固體。超聲氣泡的瞬態(tài)空化釋放出高能量，傳質得到增強，同時固體表面破裂，溶液更容易滲透進入固體內部，增加了提取溶劑與固體的接觸面積，提高提取效率[50]。Sanwal等[51]討論超聲輔助提取變量對沙棘籽油的提取效率和質量的影響時，在提取溫度為50 ℃、液固比為10:1、超聲功率700 W和提取時間為8.28 min的最優(yōu)條件下提取沙棘油，得到產油率為6.4 g·hg-1、抗氧化活性為4.1 μg·mL-1。超聲處理最大效率地保留了沙棘籽油的生物活性成分。Gadalka等[18]在利用超聲波輔助提取西瓜籽蛋白過程中，認為超聲波誘導空化力，使溶劑更大地滲透到細胞材料，并增強傳質，并改善細胞內容物釋放到介質中。利用超聲輔助提取法的提取率為87%，溶劑使用量減少了20%，超聲提取時間從常規(guī)的120 min縮短到9 min，這表明超聲通過空化作用正強化了萃取過程，從而產生湍流和細胞破壞。Song等[19]在提取枸杞多糖也同樣發(fā)現，超聲提取比傳統熱水提取時間要縮短47%，提取得率也提高83.3%。在Gazeran等[52]提取藏紅花的藏紅花素時，因超聲空化效應破壞植物細胞，最終提取物中藏紅花素的含量比溶劑浸提法提取的含量高17.84%，同時提取時間從原來的5 h縮短到10 min。

2.4 在食品切割中的應用

超聲波切割或超聲波輔助切割是一種利用超聲振動能量與常規(guī)刀片運動疊加來提高切割質量的操作[53]。在超聲切割操作中，切割刀在超聲頻率下的往復振動大大減少了刀片與產品之間的摩擦，使切割直線、干凈，產品的尺寸、形狀和密度均勻。超聲切割食品的好處體現在具有平整的切割面，能夠減少食品損耗，不易變形，能夠處理易碎和具有一定粘性的食品，還有助于改善衛(wèi)生[54]。Yildiz等[20]探索超聲波切割蘋果的方法，并研究切割后蘋果的品質變化，發(fā)現當超聲切割刀振幅從30%增加到50%時，質量屬性有所改善，超聲切割的蘋果都表現出相對致密和光滑的表面形態(tài)，細胞損傷較少。Arnold等[21]研究不同成分的奶酪品種在切割過程中對超聲波激勵的反應，發(fā)現刀具的振動會導致切割力和切割功的降低，進而導致切割過程中產品變形的減少，從而提高切割質量，減少切割組件的污垢，降低產品磨損量，從而減少產品浪費。陳健[55]開發(fā)了一款面包超聲波切割裝置，研究了超聲波面包切割參數對面包切割效果的影響。實驗對比超聲切割和傳統切割方式對切割脆性、易于產生碎屑面包和帶奶油易粘刀面包的影響，結果表明超聲切割可以解決傳統切割面包過程中出現易產生碎屑和粘刀的痛點。

2.5 在食品過濾中的應用

過濾技術是用來從液體中分離出固體的有效技術。超聲波有效解決過濾過程中膜表面上方的濾液或濾餅過濾器造成的污染或者濃度極化的問題[56]。超聲產生的振動能使顆粒保持懸浮并繼續(xù)移動，使過濾器表面保持干凈，并促進溶劑進入孔隙。它還創(chuàng)造了一個無摩擦的表面，使液體或更小的顆粒更容易通過，從而改善了流動性，減少了加工時間。另一優(yōu)點是延長了過濾器的使用壽命，過濾器表面出現的持續(xù)氣穴可防止堵塞或結垢[57]。Prabhuzantye 等[22]利用超聲波來增加乳清的膜通量，除了增強的通量外，使用超聲波的總間歇時間也從傳統方法（即不使用超聲波）的3 h縮短到2.5 h左右。說明超聲波的應用使?jié)舛葮O化最小化，并且空化能夠在膜表面附近產生湍流，這有助于防止膜上形成濾餅層。Khaire等[23]首次使用雙頻超聲強化膜超濾，加強乳清的膜通量，進而提高了從乳清中回收乳糖的回收率。功率120 W超聲喇叭的使用使乳清的滲透回收率從83.3%增加到88.5%，乳糖結晶回收率從86.3%增加到88.9%；但功率為300 W的雙頻超聲滲透回收率為96%，乳糖結晶回收率94.3%。回收率的提高可歸因于污垢阻力的降低，從而實現更好的膜清洗，并減少因顆粒沉積在膜表面附近而導致的滲透通量隨時間的減少。在最優(yōu)條件下測定污垢阻力和污垢程度，結果表明雙頻超聲的使用減少了膜的結垢程度（32%）。

2.6 在食品冷凍/結晶中的應用

冷凍和結晶過程是相互關聯的，結晶決定了冷凍過程的效率和冷凍產品的質量，因為二者都以初始成核過程和隨后的結晶為特征[58]。在冷凍過程中，超聲波應用于相變階段，以誘導成核并促進隨后的冰晶生長，從而提高冷凍效率，并影響結晶過程的自發(fā)和隨機性[59]。Zhang等[60]研究超聲輔助浸泡冷凍對豬最長肌冷凍速度和質量的影響時，發(fā)現180 W超聲處理的樣品比無超聲處理的樣品的總凍結時間縮短了12.6%，并且在顯微鏡下觀察下的冰晶分布最均勻，冰晶半徑從13.17 μm減少至5.02 μm。表明這種變化是由于超聲波通過輔助誘導成核和加速傳熱傳質速度來強化冷凍過程。超聲波誘導成核主要包括有兩個方面的作用，在初生成核過程中，由于超聲波的壓縮和拉伸，產生了大量氣泡，這些氣泡對小冰晶的形成起到了核的作用[61]。在二次成核的過程中，瞬態(tài)空化氣泡的崩塌會導致微射流、沖擊波的產生，局部的高溫高壓能夠破壞冰晶的結構[62]。同時，新形成的小冰晶會再次充當晶核，促進冰晶形成，并且在整個冷凍過程中，氣泡的穩(wěn)態(tài)運動會加速傳熱傳質過程，從而縮短凍結時間。超聲波輔助冷凍結晶還能影響到食品的品質。Li等[24]研究了超聲處理在整個冷凍過程對冷凍面團的質量影響，發(fā)現超聲波能夠降低二硫鍵對面團的破壞作用，改善了面團的加工質量，還減少了面團的冷凍時間。Sun等[25]使用超聲波冷凍技術對鯉魚冷凍速度和品質進行探究，發(fā)現超聲波冷凍可以減少鯉魚在長期冷凍儲存過程中蛋白質氧化和肌原纖維凝膠的質量損失。與非超聲處理的鯉魚蛋白凝膠相比，超聲處理的蛋白凝膠具有更好的彈性、粘性、凝膠持水性和凝膠強度；此外，經過SEM圖像分析，超聲處理的蛋白凝膠具有更小更細的孔隙。這都說明了超聲促進細小冰晶的形成，不僅提高了冷凍效率，還改善了冷凍鯉魚蛋白的凝膠特性。Tian等[61]開發(fā)了一種能夠產生正交超聲的新型超聲輔助冷凍系統，探討其對速凍馬鈴薯品質的影響。利用微觀結構分析和主成分分析馬鈴薯冷凍前后的質量變化，結果發(fā)現正交超聲使馬鈴薯具有最細小的孔隙和最豐滿的組織，不僅提高冷凍率和縮短總冷凍時間，還減少樣品滴漏損失以及提高樣品硬度。

2.7 在食品解凍中的應用

冷凍產品的解凍過程極為緩慢，而且在長時間的解凍過程中，食物會受到微生物、化學或物理變化的影響。超聲輔助解凍具有均勻性和節(jié)省時間的優(yōu)點，主要歸因于超聲波在凍結與融化邊界附近快速衰減，聲能向熱能轉化，從而改善傳熱，縮短解凍時間[63]。此外，超聲波減少解凍時間不僅是由于其對傳熱的影響增強，而且是由于劇烈的振蕩所造成的空化氣泡崩塌，導致冰晶分解成更小的尺寸，由此提高解凍率[64]；另一種原因可能是超聲誘導的微蒸汽增強傳熱和傳質，從而降低冰/液界面處傳熱和傳質現象的阻力[65]。Sun等[26]使用超聲波輔助解凍鯉魚發(fā)現適當的超聲波功率（300 W）可以加速解凍過程，并且維持其肌肉品質和良好的感官性質。當然，過度的超聲波也會破壞了魚肉的組織結構。Zhang等[66]利用相似的方法對雞胸肉的解凍速率和蛋白質結構展開研究，得到同樣在超聲功率為300 W時能得到最優(yōu)解凍品質的雞胸肉，并且對蛋白質結構的影響有所降低。Guo等[27]評估超聲輔助解凍對白耗牛肉肉質的影響，發(fā)現超聲波解凍處理使解凍時間縮短30.95%～64.28%，并且在處理功率為400 W時，解凍損失和蒸煮都相對較少。

2.8 在食品乳化中的應用

乳液包含兩種互不相溶液體的系統，存在于很多常見的食物中，例如牛奶、黃油、冰淇凌和沙拉醬等。超聲波乳化產生的乳液更加穩(wěn)定，液滴的尺寸更小，粒徑分布窄，還降低了乳化劑的用量，并誘導乳化劑快速移動，在界面上快速吸附[67]。這是因為超聲波乳化過程中，超聲波能夠使油滴變形和破碎，從而減少了懸浮油滴的尺寸。超聲波能夠在連續(xù)相中形成分散的大液滴，然后介質中持續(xù)的物理剪切和聲空化作用可以逐漸擊穿大液滴[68]。在超聲功率與明膠濃度的影響研究中，認為超聲過程降低了生物聚合物溶液的電位、界面張力和粘度，從而得到穩(wěn)定的乳液，液滴尺寸更小，而且更高的超聲功率可以改變聚合物網絡[69]。在Zhou等[28]的研究中，超聲處理使豬肉脂肪顆粒粒徑減小，乳化液滴分布均勻，提高了所有乳液的乳化活性、乳化穩(wěn)定性和流出指數，同時降低了乳液的粘度系數，并導致蛋白質疏水基團和脂肪顆粒之間的結合增加。在Li等[29]研究的高強度超聲對雞肌纖維蛋白乳化性能的影響，認為超聲探頭伴隨著微流和湍流的空化作用和剪切力破壞了肌纖維完整性和導致蛋白質解離，所以經超聲處理后的雞肌纖維蛋白能提高乳液的活性指數和穩(wěn)定指數。

2.9 在食品發(fā)泡中的應用

在空氣/水界面形成泡沫的過程是蛋白質分子的運輸、滲透和重組的過程。這些過程受表面疏水性、蛋白質取向、變性程度（均質化增加）以及蛋白質大小和結構的影響[70]。因此，超聲能夠在加工過程中參與以上過程，從而影響蛋白質的發(fā)泡性能。超聲處理會讓蛋白質具有更多暴露的疏水結構域，降低了蛋清的粘度和表面張力，減少蛋白質尺寸[71]，增加去折疊表面疏水性，增加了界面作用的促進作用，使蛋白質更容易吸附在氣液界面上，并通過疏水或靜電相互作用進行分子組裝[72]。Martínez-Velasco等[30]利用高強度超聲處理蠶豆蛋白時，發(fā)現超聲處理的蛋白發(fā)泡能力（258.3%）顯著高于未經超聲處理的發(fā)泡能力（145.8%）。其原因是聲空化和微流發(fā)生了快速的分子運動，導致蛋白質鏈展開，暴露出更多疏水基團，使表面張力降低，在空氣-水界面表現出顯著更高的吸附動力學。另外，超聲波的應用通常改善了乳清蛋白泡沫的溢出和排水性能。Tan等[31]使用60%的振幅和25 min的超聲時間對乳清蛋白懸浮液進行處理，對比未經處理的乳清蛋白，超聲處理可顯著產生穩(wěn)定泡沫，其溢出率更高，排水量也相對較低，表明泡沫穩(wěn)定性更高。

2.10 在食品凝膠中的應用

在對富含蛋白質的乳品、豆類以及水產的加工上，良好的凝膠性能使蛋白質具有更適合加工的質構特性。而且蛋白凝膠的三維網絡結構，既能做水的載體，也可做糖、風味成分及其他配合物的載體。一些學者認為超聲處理能夠改善凝膠性能是因為超聲空化氣泡劇烈破裂，伴隨著極端的物理效應產生的高溫高壓和機械效應產生的剪切力和沖擊波，從而改善蛋白質的溶解度并促進蛋白質構象的展開，改變了蛋白質的二級結構，促進蛋白質之間的相互作用和交聯[73]。蛋白質之間的相互作用增強，有利于凝膠的三維網狀結構更加規(guī)則，便于水分或其他物質鎖住在結構中，增強凝膠持水性和穩(wěn)定性[74]。He等[32]的研究表明，與傳統水浴加熱相比，超聲輔助水浴加熱處理的鯛魚魚糜在相同鹽濃度下的凝膠特性得到明顯改善，凝膠強度和持水性都得到不同程度地提高，魚糜凝膠的圍觀結構更加均勻致密。主要是因為超聲波地使用促進了蛋白質構象從α-螺旋向地轉化，便于氫鍵的形成和其他疏水基相互作用。但是在雙超聲處理下，魚糜凝膠的硬度較低，認為是長時間超聲導致蛋白質過度延伸，嚴重損害蛋白質的結構。相似的結果也在姜昕等[33]的研究中得出，鰱魚魚糜樣品被超聲波處理10 min時，凝膠強度和水的束縛能力都得到增強，網絡結構更為致密。同樣地，經皮爾遜相關性分析，凝膠特性的改善與蛋白二級結構的改變有關，ɑ-螺旋含量下降，β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲的含量相對上升，使蛋白之間的相互作用增強。但隨著超聲處理時間的增長，魚糜凝膠的緊實程度降低，凝膠結構對水的束縛能力下降，使得部分不易流動水變?yōu)樽杂伤?，凝膠特性劣化。

2.11 在食品殺菌中的應用

一般的高熱處理殺菌技術會致使食品本身的品質和風味產生變化，因此為了最大限度地減少損失，超聲波也被用于微生物的滅活。超聲波滅活微生物的機理與聲空化效應相關。瞬態(tài)空化氣泡坍塌產生的沖擊波會剪切和破壞細胞壁與膜結構，導致微生物細胞的成分被機械沖擊波破壞。同時，自由基會發(fā)生反應并破壞微生物的DNA。此外，在空化過程中形成的過氧化氫（H2O2）具有殺菌和抑菌作用。在探討超聲波對大腸桿菌的滅活機理，Lin等[75]說明了超聲處理后細菌的細胞膜被破壞，導致蛋白質和DNA泄露，并且由超聲波產生的自由基會導致細胞內能量代謝衰減，最終導致微生物滅活。Margean等[34]利用高功率超聲代替?zhèn)鹘y熱處理方法來提高紅葡萄果汁中微生物的失活率，結果表明與巴氏殺菌法相比，高功率超聲處理能在不影響所研究的生物活性化合物和葡萄汁樣品理化參數的情況下，引起微生物計數的顯著下降。而且振幅為70%的超聲處理比振幅50%的超聲處理微生物計數下降更多。采用小麥苗汁為對象，Ahmed等[35]在探究不同超聲處理條件對其生物活性物質、微生物、營養(yǎng)和理化性質的影響中，得到積極的結果。但是也有相關研究表明，超聲處理會在一定條件下刺激微生物的生長。Carrillo-Lopez等[76]研究了高強度超聲處理對牛肉微生物的變化影響時，發(fā)現高強度超聲處理顯著地增加了嗜溫菌的數量，使其從對照組的7.32 lg CFU/mL分別增加到超聲浴系統的7.7 lg CFU/mL和探針系統的7.64 lg CFU/mL。Lariss等[77]用超聲浴在不同時間對意大利臘腸進行超聲，發(fā)現臘腸經9 min超聲處理后乳酸菌增多，隨后經過120 d的儲存，發(fā)現細菌總數顯著高于對照組（P＜0.05），猜測微生物生長與超聲暴露時間有關。在某一特定條件下，超聲波可能只部分破壞了微生物結構，殺菌效果有限；或者微生物內通道可能被激活，超聲波進一步促進營養(yǎng)物質向為微生物的運輸，進而促進了微生物的生長[78]。

2.12 在食品腌制中的應用

腌制指的是一種干燥或液體的形式的混合材料，應用于未煮熟的食物，通過滲透梯度的方式擴散到肉基質中，以豐富風味和質地特性，提高肉制品的貨架期。超聲波的應用可以克服傳統腌制方法效率低、保存速度慢等缺點。因為超聲波的聲空化作用可以改變肉組織的物理化學特性，通過收縮和膨脹改變肉組織的加工和固化。超聲處理過程中的氣體被排出，因此肌肉組織被破壞，導致肌肉束之間形成更大的間隙，這有利于鹽水分散到肉組織中。同時，肌肉組織內部的負壓降低了腌料進入肉塊的阻力，因此超聲波處理能顯著增強腌料滲透性[79]。在Inguglia等[36]的研究中，雖然超聲波處理無法代替鹽的作用，但也沒有對雞胸肉的腌制造成負面影響，甚至還在此基礎上加快了鈉鹽的擴散，縮短了腌制時間，1 h就能達到原本需要16 h的腌制效果。在另一研究中，超聲波在兔肉腌制、縮短浸泡時間、提高肉的硬度和失水率方面都有正面影響。同樣在固定的條件下對比超聲處理與傳統處理的兔肉腌制結果，超聲波壓縮了腌制時間是其最大的優(yōu)勢[37]。

2.13 在食品風味中的應用

超聲波的應用對食品加工風味也有一定的影響，主要是超聲物理和機械效應的綜合作用致使蛋白質和脂肪的結構變化，從而導致食品風味的變化。針對肉類食品來說，蛋白質和脂質氧化是最終肉制品整體風味形成的主要原因，因為它們可以產生大量的味活性氨基酸、小肽、脂肪酸和香味。美拉德反應被認為是最重要的化學反應之一，它影響食品的質量特性。Yu等[80]針對超聲輔助美拉德反應做出了全面的闡述，表明超聲波能夠作為促進蛋白糖基化的有效手段，并且對美拉德反應的中間階段和最后階段起著重要的促進作用。Chen等[38]研究了超聲預處理對雞肝蛋白及其水解物的美拉德反應程度和美拉德產物的影響，超聲預處理增加了美拉德反應后雞肝蛋白水解物的褐色著色程度和風味前體物的含量，降低了雞肝蛋白水解物的粒徑，并促進蛋白水解物與木糖之間的交聯作用。在超聲處理下，雞肝蛋白水解物美拉德產物的揮發(fā)性化合物增加，苦味和澀味特征降低，表現出更強的焦糖狀和甜味特征。在另一相似研究中，Habinshuti等[39]研究超聲波輔助酶解和不同單糖對甘薯蛋白水解產物的美拉德反應產物的肽結構和風味特性的影響。通過pH、褐變強度和熒光光譜的顯示，說明超聲處理能夠增強美拉德反應的進程，同時增加了ORAC值、鮮味、甜味和酸味特征，并且降低了所有美拉德反應產物的苦味。但是，超聲處理也能帶來不好的風味。Sfakiankis等[81]比較了超聲處理與壓力處理牛奶制成的酸奶風味，結果超聲處理牛奶導致酸奶中酮、醛、碳氫化合物和二甲硫的濃度增加，產生異味（金屬味、焦味、橡膠味等）。Munir[82]比較超聲、微波和高壓處理牛奶對切達干酪的風味影響，結果發(fā)現僅超聲處理后制成的干酪中具有焦味和金屬味等異味，分析發(fā)現醛、碳氫化合物以及一些對照組不存在的揮發(fā)性物質的增多。

3 展望

超聲波技術在食品行業(yè)已經被用于改善不同的工藝，并且已經成為了一個非常有前景的前沿技術。綠色環(huán)保的超聲技術的應用，能有效縮短整個食品加工操作的時間，提高生產效率，降低生產成本。但超聲技術在食品工業(yè)中的應用還存在著不足。超聲對食品分子結構的影響機制以及超聲動力學模型需要進一步的深挖。多數的研究都是基于簡單的超聲波反應器設計，因此超聲波在處理復雜系統時的作用非常有限，需要開發(fā)更為復雜的控制系統和有效的控制方法。如果將傳統技術和創(chuàng)新技術相結合，將超聲波與其它有利于改善加工工藝的操作或技術協同作用，有望能克服超聲波技術的短板，將有效作用放到最大效益。此外，超聲的商業(yè)化和產業(yè)化需要大量的能源，保證超聲的連續(xù)能源供應也應是未來研究的重點。相信在不遠的未來，超聲波技術能隨著科研人員的持續(xù)研究，克服目前的短板，在食品加工單元操作中發(fā)揮更大效用。