張智宏，張凌志，高獻(xiàn)禮，王博，王滿生，馬海樂(lè)*

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）（2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長(zhǎng)沙 410205）

微納米氣泡（Micro-Nano Gas Bubbles，MNBs）是將氣體分散在溶液中，形成的直徑在幾十納米到幾十微米之間的微小氣泡顆粒。與普通氣泡（≥600 μm）相比，微納米氣泡具有較高的比表面積和內(nèi)部壓力，有助于氣-液兩相界面之間的物質(zhì)傳輸，從而增加了化學(xué)反應(yīng)和物理吸附效率。另外，由于微納米氣泡氣-液界面處分布的陰陽(yáng)離子濃度不同，導(dǎo)致其界面Zeta電位呈現(xiàn)負(fù)值，有利于微納米氣泡之間的相互排斥而延長(zhǎng)溶液中的穩(wěn)定時(shí)間。此外，由于微納米氣泡在液相中所受浮力和液體分子的布朗運(yùn)動(dòng)的共同作用力，導(dǎo)致其上升速率較慢，從而提高了過(guò)飽和溶液中微納米氣泡的溶解度，而研究表明半徑在150~200 nm之間的微納米氣泡能夠在溶液中穩(wěn)定保持幾個(gè)小時(shí)至數(shù)天之久[1-3]。另外，當(dāng)微納米氣泡受到外界刺激導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)消失，氣泡收縮破滅時(shí)能釋放大量能量，導(dǎo)致溶液中形成一定量的羥自由基（·OH）等自由基以及沖擊波，具有殺菌消毒、降解有機(jī)物的作用[4-6]?；谖⒓{米氣泡的以上理化特性，目前微納米氣泡技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物治理、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、材料科學(xué)以及醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。然而，該技術(shù)在食品工業(yè)當(dāng)中的研究和應(yīng)用還較少。因此，本文將圍繞微納米氣泡形成過(guò)程、制備方法、理化特性以及該技術(shù)目前在食品工業(yè)方面的應(yīng)用研究進(jìn)行概述，以期為微納米氣泡技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考，促進(jìn)其在食品工業(yè)加工中的研究和應(yīng)用。

1 微納米氣泡形成過(guò)程

微納米氣泡的形成是利用表面張力和能量沉積來(lái)降低溶液中氣體所受壓力，從而達(dá)到氣體的過(guò)飽和形成了不同尺度的氣泡，而大的氣泡可以通過(guò)能量輸出作用分散成為微小的氣泡（≤100 μm）。當(dāng)微納米氣泡形成之后則經(jīng)歷了氣泡聚集合并上升至表面破滅的一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。該過(guò)程可以通過(guò)圖1所表示。

圖1 微納米氣泡形成過(guò)程Fig.1 The formation process of micro-nano gas bubbles

2 微納米氣泡制備方法

微納米氣泡制備方法主要包括兩類，一類是通過(guò)機(jī)械剪切、壓力差等方式將外源氣體分散到溶液中而達(dá)到過(guò)飽和后，進(jìn)而氣體被機(jī)械力分散成為微小的氣泡。另一類是未有外加氣體加入，通過(guò)超聲、電化學(xué)以及溶劑互溶等方式導(dǎo)致溶液中氣體達(dá)到過(guò)飽和而形成。

2.1 氣體分散法

利用高速的機(jī)械攪拌或者渦旋將溶液與環(huán)境中氣體進(jìn)行機(jī)械混合，從而導(dǎo)致溶液中氣體迅速達(dá)到過(guò)飽和，進(jìn)而通過(guò)微孔噴頭、微孔膜組件等附屬元件將含氣泡溶液分散成為微納米尺度。研究表明，在去離子水溶液中采用高速渦旋將空氣分散得到的微納米氣泡的尺寸在230~280 nm之間，數(shù)量可達(dá)每毫升6.4×108個(gè)。采用相同的方法將臭氧（4 L/min）分散至去離子水 （270 L/min）中所形成的微納米氣泡的尺寸分布在32~460 nm之間，數(shù)量達(dá)到每毫升4.55×107個(gè)，并且在停止制備3 h后微納米氣泡數(shù)量仍然能夠保持基本不變[7]。

2.2 加壓溶氣釋放法

在加壓的情況下，將氣體溶解于溶液中形成氣體的過(guò)飽和狀態(tài)，然后壓力突然降低導(dǎo)致氣體以微小氣泡形式釋放于溶液中形成了微納米氣泡。研究表明，在一定壓力下（414 kPa），通過(guò)加壓溶氣釋放法將不同氣體（空氣、氧氣、氮?dú)猓┤芙庥谌ルx子水溶液中處理1 h后獲得的微納米氣泡的尺寸分別為340、150、300 nm，并且溶液的Zeta電位分別為-28、-38 和-45 mV，其均小于25 mV說(shuō)明形成的微納米氣泡穩(wěn)定性較好[8]。此外，通過(guò)加壓溶氣釋放法將空氣（200 kPa）分散到油溶液中，其形成的微納米氣泡的尺寸分布范圍為100~200 nm之間，數(shù)量達(dá)到每毫升1.07×108個(gè)[9]。

2.3 電化學(xué)法

采用電解水的方法形成微納米氣泡。將正負(fù)電極插入到溶液中，通過(guò)向電極施加一定的電壓而導(dǎo)致正電極表面形成氧納米氣泡，而負(fù)電極表面形成氫納米氣泡。研究表明，采用鈦電極制備的電極在電解水過(guò)程中，能夠在陽(yáng)極表面形成30 nm的氧氣微納米氣泡。而電極界面所產(chǎn)生的微納米氣泡的數(shù)量和尺寸則與電壓大小、電解時(shí)間、電極表面性質(zhì)和溶液特性等因素相關(guān)，一般微納米氣泡的濃度隨著電解電壓、電解時(shí)間、溶液中離子濃度的增加而提高，而隨著溶液溫度的降低而增加[10]。此外，有研究同時(shí)表明，電解過(guò)程中，不僅微納米氣泡的濃度隨著電解液離子濃度增加而升高，而且形成其氫氣和氧氣微納米氣泡的尺寸也會(huì)隨著離子濃度的增加而增大[11]。

2.4 超聲法

當(dāng)超聲功率足夠大時(shí)，超聲波在液體介質(zhì)傳輸過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致液體介質(zhì)受到空化壓力，引起溶液中存在的氣體因空化壓力而達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)形成尺寸在微納米級(jí)的空化氣泡。研究表明，當(dāng)超聲頻率為40 kHz，功率為300 W，處理溫度為25 ℃條件下處理純水1 min，能夠得到尺寸為100 nm左右的微納米氣泡，而當(dāng)超聲處理時(shí)間延長(zhǎng)，則微納米氣泡的數(shù)量則會(huì)急劇減少，而尺寸會(huì)隨之增大[12]。此外，研究表明，納米氣泡濃度隨著超聲波功率的增加和頻率的降低而增加[13]。

2.5 溶劑交換法

當(dāng)氣體溶解度高的溶液中混合氣體溶解度低的溶劑時(shí)，導(dǎo)致兩種溶液界面處氣體達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，由于溶解氣體來(lái)不及逸散而以微納米氣泡的形式析出。研究表明，當(dāng)乙醇與純水以10:100的體積比進(jìn)行混合時(shí)，能夠形成數(shù)量達(dá)每毫升2×109個(gè)的平均尺寸為 86 nm的微納米氣泡，并且隨著乙醇-水體積比的增加，納米氣泡的尺寸趨向于更小。一般都是利用有機(jī)溶液來(lái)交換純水溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)微納米氣泡的產(chǎn)生。然而，有研究表明采用一定濃度的氯化鈉溶液來(lái)替換純水也可以形成穩(wěn)定的微納米氣泡，當(dāng)氯化鈉濃度超過(guò) 0.15 mol/L開始形成微納米氣泡，并且隨著氯化鈉的濃度（0.15~2.0 mol/L）升高，形成納米氣泡的數(shù)量會(huì)增加，尺寸會(huì)隨之降低[14]。

3 微納米氣泡的特性

3.1 穩(wěn)定性高

根據(jù)Young-Laplace方程，氣泡內(nèi)部所受壓力能夠通過(guò)公式（1）計(jì)算。根據(jù)該公式，能夠分析出納米氣泡內(nèi)部所受壓力P要比大氣壓力（P0）大，這勢(shì)必會(huì)引起微納米氣泡中氣體向溶液中擴(kuò)散，導(dǎo)致微納米氣泡的消失，根據(jù)納米氣泡尺寸為100 nm，計(jì)算得到的微納米氣泡存在的時(shí)間僅為80 ms。但是目前研究表明，微納米氣泡在合適的條件下可以在液體中具有較高的穩(wěn)定性能夠在溶液中存在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)、幾天、甚至更長(zhǎng)時(shí)間。研究者提出微納米氣泡的穩(wěn)定性的可能原因取決于陰離子在界面上的選擇性吸附。在納米尺度上，吸附在微納米氣泡界面上的離子會(huì)產(chǎn)生靜電斥力，從而平衡表面張力產(chǎn)生的壓縮力，即靜電斥力模型。氣泡帶負(fù)電荷表面的靜電斥力可以與表面張力引起的拉普拉斯壓力相平衡，導(dǎo)致微納米氣泡的相對(duì)穩(wěn)定[15]，該過(guò)程可以根據(jù)公式（2）所表示。已有研究表明，在純水中（pH值7.0）微納米氣泡的Zeta電位（ZP）大約為-40 mV。此外，ZP值不僅阻止了微納米氣泡的聚集和聚結(jié)，還通過(guò)降低表面張力降低了每個(gè)氣泡內(nèi)的內(nèi)部壓力。異常的穩(wěn)定性和壽命是微納米氣泡的顯著特征，使其能夠隨水流遷移，并在溶解階段提供連續(xù)的氣體供應(yīng)。由于直徑較小，微納米氣泡比相同體積的大氣泡具有更大的比表面積和更高的傳質(zhì)效率，從而顯著提高了氣體的溶解性[16]。

式中：

P——納米氣泡內(nèi)部所受壓力，Pa；

P0——大氣壓力，Pa；

γ——?dú)?液界面張力，N/m；

R——納米氣泡半徑，m；

式中：

P——納米氣泡內(nèi)部所受壓力，Pa；

P0——?dú)馀萃庖后w壓力，Pa；

σ——表面張力，N/m；

R——?dú)馀莅霃剑琺；

ε——介電常數(shù)，F(xiàn)/m；

ζ——Zeta電位，V。

3.2 Zeta電位

Zeta電位的測(cè)定是納米分散特性表征的基本測(cè)量方法之一。懸浮態(tài)的微納米氣泡的Zeta電位被認(rèn)為是邊界層（稱為滑動(dòng)面）的物理特性，該邊界層將氣泡界面上的反離子與本體溶液之間形成的雙層分隔開。Zeta是通過(guò)測(cè)定氣泡與其他液滴或顆粒之間的電勢(shì)或相互作用來(lái)預(yù)測(cè)水溶液中的穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。如果懸浮系統(tǒng)中的所有氣泡或顆粒的Zeta電位絕對(duì)值越高，則表明其穩(wěn)定性越好[17]。研究表明在溶液pH值為2~12時(shí)，微納米氣泡的Zeta通常為負(fù)值，這可能是由于過(guò)量的羥基離子在氣-液界面，而氫離子的水化能比羥基離子的高，氫離子很可能停留在液相，而羥基離子將暴露于氣相，其微觀結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。表面活性劑在微納米氣泡界面上的吸附和表面電離是Zeta值變化的典型機(jī)理[18]。研究表明，陽(yáng)離子表面活性劑能產(chǎn)生帶正電荷的氣泡，而陰離子和非離子表面活性劑能促進(jìn)帶負(fù)電荷氣泡的產(chǎn)生[19]。

圖2 微納米氣泡微觀結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic of microstructure of micro-nano gas bubbles

3.3 自由基的形成

自由基是由超聲誘導(dǎo)的空化氣泡在動(dòng)態(tài)刺激下被強(qiáng)行壓縮而產(chǎn)生的。劇烈崩塌過(guò)程中絕熱壓縮引起的極高溫度導(dǎo)致自由基生成。一般認(rèn)為，產(chǎn)生這種自由基需要極端條件。然而，研究已經(jīng)證明，在沒(méi)有強(qiáng)烈動(dòng)力刺激的情況下，微納米氣泡（直徑小于50 μm）崩塌也能產(chǎn)生自由基。與超聲誘導(dǎo)的空化氣泡相比，微氣泡在幾微秒后劇烈坍塌，幾分鐘后在水下坍塌。電子自旋共振光譜證實(shí)了塌陷的微氣泡產(chǎn)生自由基。在微泡崩塌過(guò)程中測(cè)量到的微泡表面電荷（Zeta電位）的增加支持了這一假設(shè)，即收縮的氣-水界面周圍離子濃度的顯著增加提供了自由基生成的機(jī)制[20]。該過(guò)程中自由基形成機(jī)理如圖3所示。當(dāng)微納米氣泡的直徑小于10 μm時(shí)，雙層膜的電荷密度迅速增加，并在爆炸瞬間達(dá)到最高濃度。因此，積累的巨大能量會(huì)立即釋放出來(lái)，產(chǎn)生某種類型的自由基。由于微納米氣泡使用不同的生成方法和氣體（O2、N2、CO2和空氣），活性氧自由基（ROS）濃度可能會(huì)有所不同。這種現(xiàn)象可能與微納米氣泡的外部刺激以及氣體和水分子之間的相互作用有關(guān)。此外，超聲波產(chǎn)生的微納米氣泡比機(jī)械攪拌產(chǎn)生的微納米氣泡更有效，因?yàn)槌暡ㄡ尫拍芰縼?lái)誘導(dǎo)熱解反應(yīng)，并增加ROS的濃度[21]。

圖3 微納米氣泡形成自由基過(guò)程示意圖Fig.3 Schematic diagram of the formation of free radicals by micro-nano gas bubbles

4 食品工業(yè)中的應(yīng)用

由于其獨(dú)特的理化性質(zhì)和簡(jiǎn)單的制備方法，微納米氣泡可以在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，微納米氣泡有很大的表面積，氣液界面有較高負(fù)Zeta電位，并且會(huì)因破裂而形成自由基。由于這些特性，微納米氣泡可以通過(guò)吸附水中的微生物、重金屬離子（陽(yáng)離子）以及氧化降解有機(jī)化合物（如農(nóng)藥和真菌毒素）來(lái)應(yīng)用于飲用水消毒和果蔬清洗等食品加工等過(guò)程中。

4.1 降低黏度改善食品加工性能

微納米氣泡可以減少摩擦并影響液體的物理性質(zhì)，從而增加其分子的流動(dòng)性。因此，微納米氣泡的存在可能會(huì)降低液體的體積粘度。在通過(guò)食品加工系統(tǒng)（包括蒸發(fā)、膜過(guò)濾和噴霧干燥）之前，將平均直徑在100~5 000 nm范圍內(nèi)的微納米氣泡注入液體乳制品中，可以實(shí)現(xiàn)降低液體通量粘度的益處。當(dāng)微納米尺度的微小氣泡被引入水溶液中時(shí)，尤其是含有乳蛋白等帶電粒子的液態(tài)乳制品，它們會(huì)與懸浮蛋白質(zhì)的帶電表面結(jié)合，這種相互作用被認(rèn)為有助于降低液體粘度。這些超細(xì)氣泡在牛奶蛋白質(zhì)顆粒之間起到緩沖作用，導(dǎo)致其分離，并防止蛋白質(zhì)聚集。除了可能降低液體通量的粘度，從而潛在地提高許多食品加工的效率外，極小氣泡的高傳質(zhì)能力[22]。當(dāng)然了考慮到食品特殊性（高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及某些化學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定性不佳），在使用微納米氣泡時(shí)候可以考慮采用一些惰性氣體并且控制微納米氣泡的尺寸防止形成ROS而影響加工后的食品品質(zhì)。此外還可以對(duì)加工后產(chǎn)品進(jìn)行脫氣處理降低微納米氣泡的數(shù)量。

4.2 促進(jìn)食品浸漬效率

使用平均直徑從幾百納米到小于10 μm的空氣微納米氣泡具有比表面積大、提高氣體在液體中的溶解度和高傳質(zhì)能力等獨(dú)特特性，可以提高液體調(diào)味品在食品中的滲透性。與通常需要數(shù)小時(shí)才能完成的腌制食品的傳統(tǒng)方法相比，通過(guò)在調(diào)味液中加入微納米氣泡，可以在更短的加工時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻浸漬。例如，在傳統(tǒng)的制作調(diào)味煮蛋（無(wú)殼）的方法中，液體調(diào)味劑只滲透到煮蛋的蛋表面大約需要3 d。液體調(diào)味料中的多溴聯(lián)苯有助于在5 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)煮蛋所需的顏色和味道。同樣，將煮熟的大豆浸泡在調(diào)味料溶液中需要12 d或更長(zhǎng)時(shí)間才能完成正常滲透過(guò)程。然而，通過(guò)將微納米氣泡加入液體調(diào)味料，完全滲透大豆的浸泡時(shí)間顯著縮短了80%[23]。

4.3 提升食物感官特性

在食品中加入足量的空氣，即所謂的食品通氣，可以提供許多積極影響，如質(zhì)地變化、風(fēng)味改變、消化率改善和食品感官屬性強(qiáng)化。含氣飲料如碳酸飲料以及香檳等都是常見(jiàn)的充氣食品。從感官角度來(lái)看，已知尺寸小于10 μm的顆粒無(wú)法單獨(dú)感知，且氣泡的分散會(huì)降低每單位體積食物所含能量，因此，添加小氣泡有助于獲得更健康的產(chǎn)品，消耗的熱量更少，味道也相似。此外，由于能夠增強(qiáng)含氣飲料中二氧化碳等氣體的質(zhì)量傳輸，接觸舌頭的小氣泡可能會(huì)增加飲料的“刺痛”感覺(jué)，這種感覺(jué)是二氧化碳在碳酸酐酶存在下轉(zhuǎn)化為碳酸形成的，從而提升產(chǎn)品的感官品質(zhì)。此外由于微納米氣泡在溶液中穩(wěn)定性高，從而能夠延長(zhǎng)碳酸飲料開瓶后的產(chǎn)品品質(zhì)[24]。因此，在這些食品系統(tǒng)中以微納米氣泡的形式應(yīng)用不同的食品級(jí)氣體以增強(qiáng)食品的感官特性。

4.4 增強(qiáng)食品的功能特性

對(duì)于微納米氣泡的健康相關(guān)應(yīng)用，近年來(lái)，氫氣的顯著醫(yī)學(xué)特性，如抗氧化、抗凋亡和抗炎能力等引起了人們的廣泛關(guān)注。由于氫氣作為一種具有還原性的小分子氣體，能夠與機(jī)體內(nèi)的氧化性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)成為治療疾病的化學(xué)基礎(chǔ)。氫氣飲品、醫(yī)用含氫溶液等產(chǎn)品已經(jīng)成為了氫氣醫(yī)學(xué)的熱點(diǎn)[25]。然而，氫氣在水中的溶解度并不高。微納米氣泡可以提高氣體在水溶液中的溶解度，因此，微納米氫氣在水中的存在量可能比正常情況下要大，在飽和汽水中形成氫-微納米氣泡的可能性很高。

4.5 增強(qiáng)食品冷凍效率

冷凍是食品工業(yè)中最常用的工藝之一，并通過(guò)超聲波和高壓變換冷凍等各種新興技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，以提高冷凍食品的質(zhì)量。這些先進(jìn)的技術(shù)可以制造更小的冰晶尺寸，并減少冷凍所需的時(shí)間，提高了冷凍效率?？栈瘹馀莸谋罎?huì)產(chǎn)生瞬間高壓和微湍流，通過(guò)產(chǎn)生大量的核來(lái)促進(jìn)一次和二次成核。在食品相關(guān)系統(tǒng)中，已經(jīng)證明空化的存在可以有效地提高冷凍速率。在蔗糖和麥芽糊精溶液中分散微納米氣泡會(huì)顯著降低過(guò)冷度和冷凍時(shí)間[26,27]。在冷凍過(guò)程中引入適當(dāng)?shù)亩趸嘉⒓{米氣泡（2 000×10-6）下，可縮短相變時(shí)間和總冷凍時(shí)間[28]。二氧化碳?xì)怏w可溶于乳脂等疏水性食品系統(tǒng)，也有助于減少無(wú)水乳脂的晶體尺寸、增加脂肪晶體數(shù)量和硬度[29]。

4.6 提升蛋白質(zhì)的分離

微納米氣泡在食品相關(guān)應(yīng)用中的另一個(gè)作用是提高蛋白質(zhì)的分離純過(guò)程。蛋白質(zhì)作為一種結(jié)構(gòu)靈活的生物大分子在食品成型劑、膠囊劑和制藥工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景[30]。蛋白質(zhì)分離純化過(guò)程中可以通過(guò)改變?nèi)芤旱膒H值、離子強(qiáng)度溫度等可以促進(jìn)蛋白質(zhì)疏水結(jié)構(gòu)外露，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子之間的疏水作用力而凝聚而得到分離。而研究表明在蛋白質(zhì)提純過(guò)程中向非極性系統(tǒng)被注入直徑約為100 nm的二氧化碳微納米氣泡，獲得的疏水蛋白在液體表面的純度顯著提高了 2.8倍，疏水蛋白會(huì)與二氧化碳分子相互作用，在納米尺度上產(chǎn)生穩(wěn)定的超細(xì)氣泡，氣泡被疏水蛋白殼包圍，由于密度低微納米氣泡會(huì)遷移到界面，導(dǎo)致疏水蛋白轉(zhuǎn)移到液體系統(tǒng)的上層，從而提高了蛋白質(zhì)的純度[31,32]。因此，疏水蛋白會(huì)在含有大多數(shù)微納米氣泡的表面上相富集。

4.7 殺菌消毒

在果蔬生長(zhǎng)期間，微生物可通過(guò)土壤、水和種植操作誘發(fā)感染。此外，采摘、運(yùn)輸和食品加工很容易受到微生物感染，尤其是大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、鼠傷寒沙門氏菌和黃曲霉縮短果蔬的保質(zhì)期，并帶來(lái)食品安全問(wèn)題[33-35]。研究表明，利用微酸性次氯酸微納米氣泡（有效氯含量為22.4 mg/L）處理上海青9 min，對(duì)大腸桿菌（8099）、金黃色葡萄球菌（ATCC 6538）和沙門氏菌（CMCC(B) 50040）的殺滅率依次為99.96%、98.00%和98.13%，對(duì)葡萄表面的相應(yīng)微生物殺菌率也高于97%以上[36]。此外，有研究表面光臭氧微納米氣泡處理（4 mg/L，5 min）菠菜，能夠降低貯藏期間（20 ℃，8 d）細(xì)胞膜損傷和丙二醛的積累，延緩蔬菜中葉綠素和維生素C的損失，降低菠菜感官性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的劣變[37]。另外，研究表明微納米氣泡處理能夠降解農(nóng)殘，從而降低果蔬加工過(guò)程中農(nóng)殘對(duì)人體健康的影響[38-40]。因此該技術(shù)在提高采后果蔬食用安全性方面，尤其是凈菜加工以及果蔬清洗加工后污水處理方面表現(xiàn)出巨大的潛力。

4.8 促進(jìn)種子萌發(fā)

微納米氣泡的另一個(gè)應(yīng)用是促進(jìn)種子發(fā)芽生長(zhǎng)。微納米氣泡可以促進(jìn)大麥種子萌發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生羥基自由基，并通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)促進(jìn)種子生長(zhǎng)。在平均粒徑約為110 nm的空氣和氮?dú)馕⒓{米氣泡中培養(yǎng)17 h后，大麥種子的發(fā)芽率（58%）高于同期在蒸餾水中培 養(yǎng)的發(fā)芽率（28%）。而在番茄、胡蘿卜、蠶豆和萵苣等不同植物的種子在含有微納米氣泡的水中的發(fā)芽率比在自來(lái)水中的發(fā)芽率高6%~25%[41]。因此，微納米氣泡技術(shù)能夠用于提高發(fā)芽類食品的加工過(guò)程，例如啤酒發(fā)酵過(guò)程中大麥芽的制備以及芽菜生產(chǎn)過(guò)程中。

5 結(jié)論和展望

本文介紹了微納米氣泡產(chǎn)生的技術(shù)原理、制備方法、特性以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。相比于普通氣泡，微納米氣泡表現(xiàn)出了較高的穩(wěn)定性、氣體溶解性、物質(zhì)交換性。此外，當(dāng)微納米氣泡破滅時(shí)，其能夠形成活性氧自由基，包括羥自由基和雙氧水等。而這些特性對(duì)于其應(yīng)用于不同的食品領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，例如提升食品加工特性、食品感官品質(zhì)、食品原料安全性等方面。但不同微納米氣泡制備方法對(duì)于微納米氣泡形成的性質(zhì)具有明顯的影響，而微納米氣泡的尺寸、Zeta電位以及形成自由基的能力都與其應(yīng)用密切相關(guān)。因此，對(duì)于微納米氣泡的發(fā)展則需要關(guān)注精準(zhǔn)的微納米氣泡制備方法，即能夠形成微納米氣泡尺寸和數(shù)量恒定的方法。此外，需要開發(fā)能夠在線快速檢測(cè)到微納米氣泡尺寸和數(shù)量等檢測(cè)方法，例如能夠采用可見(jiàn)分光光度法等快速檢測(cè)技術(shù)。另外，有必要進(jìn)一步探索微納米氣泡在食品工業(yè)的用途，并深入了解作用機(jī)理以及微納米氣泡參數(shù)與應(yīng)用效果之間的關(guān)系。最后，隨著食品碳排放監(jiān)管和重視力度的不斷加大，需要分析微納米氣泡在食品工業(yè)中應(yīng)用的能量消耗的情況，為其未來(lái)的應(yīng)用提供碳經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)支撐。隨著對(duì)微納米氣泡機(jī)理以及精準(zhǔn)制備方法的深入探索，微納米氣泡技術(shù)在食品工業(yè)將具有廣闊的應(yīng)用空間。