超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在面團(tuán)品質(zhì)評(píng)價(jià)方面的研究進(jìn)展

張 甜 羅登林, 2 張康逸 黃繼紅 徐寶成,2 李佩艷,2 李 璇,2

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1，洛陽(yáng) 471023)(河南省食品原料工程技術(shù)研究中心2，洛陽(yáng) 471023)(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心3，鄭州 450008)(河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院4，鄭州 532927)

檢測(cè)超聲指聲強(qiáng)低于1 W/m2且頻率在100～200 kHz的聲波，也稱低功率超聲。這種超聲在傳播過(guò)程中不會(huì)對(duì)物質(zhì)的物理化學(xué)特性產(chǎn)生影響，因此被用作聲學(xué)特性分析。超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)分析超聲在物質(zhì)中的傳播速度、衰減系數(shù)、反射和衍射信號(hào)等參數(shù)，來(lái)獲得物質(zhì)表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等性狀。由于其具有非侵入性、快速和簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于研究光學(xué)不透明的體系，比如無(wú)機(jī)和有機(jī)材料、生物體和食品等領(lǐng)域[1, 2]。近年來(lái)，人們開(kāi)始利用超聲來(lái)分析面團(tuán)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及原料種類(lèi)、配方和加工條件對(duì)面團(tuán)品質(zhì)的影響等方面。

當(dāng)超聲波在面團(tuán)中傳播時(shí)，通過(guò)測(cè)量透射或者反射聲波在面團(tuán)中聲速和聲衰減值的變化，來(lái)獲得面團(tuán)的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，并借助理論或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]。由于超聲信號(hào)對(duì)面團(tuán)中所含的氣泡非常敏感，所以可以借助其參數(shù)變化來(lái)表征氣泡的特點(diǎn)，特別是在測(cè)定氣泡大小時(shí)，可根據(jù)一定頻率的寬帶而得到超聲的相速度和衰減系數(shù)，從而確定氣泡的大小和分布狀況[4]。Mehta等[5]研究發(fā)現(xiàn)，超聲的相速度隨著面團(tuán)混合時(shí)間的延長(zhǎng)而急劇下降，而起酥油的加入則會(huì)引起面團(tuán)聲衰減系數(shù)的明顯變化[6]。Koksel等[7]發(fā)現(xiàn)隨著鹽添加量的減少，面團(tuán)的聲衰減系數(shù)增大，氣體含量增加和氣泡半徑減小。Braunstein等[8]發(fā)現(xiàn)富含膳食纖維的面團(tuán)與不含膳食纖維的面團(tuán)的超聲衰減系數(shù)存在明顯差異，可根據(jù)這種差異來(lái)鑒別面團(tuán)中膳食纖維的存在與否。Peressini等[6]利用檢測(cè)超聲對(duì)不同配方的小麥粉面團(tuán)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，證明超聲(0.3～0.5 MHz)具有對(duì)面團(tuán)流變學(xué)和面包質(zhì)量的預(yù)測(cè)能力。超聲檢測(cè)技術(shù)還被應(yīng)用于區(qū)分不同種類(lèi)的小麥粉以及研究無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)的性質(zhì)(米粉面團(tuán))等方面[1, 9-12]。此外，面團(tuán)的水分含量、混合時(shí)間、混合時(shí)輸入功的多少以及松弛時(shí)間等均會(huì)對(duì)超聲在面團(tuán)中的傳播特性產(chǎn)生明顯影響，根據(jù)這種特性可借助檢測(cè)超聲來(lái)判斷面團(tuán)合適的加工工藝[13-16]。

面團(tuán)作為一種復(fù)雜的體系，其功能與性質(zhì)決定了最終面制品的品質(zhì)，因此了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)最終產(chǎn)品的品質(zhì)具有重要的意義。本文主要介紹了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上綜述了其在研究面團(tuán)中氣泡的大小與分布、區(qū)分不同種類(lèi)小麥粉、分析不同配方和加工條件對(duì)面團(tuán)性質(zhì)的影響等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為面團(tuán)品質(zhì)評(píng)價(jià)提供一種快速、無(wú)損、可靠的新策略。

1 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的原理和特點(diǎn)

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是建立在通過(guò)收集超聲波的幾個(gè)主要特征參數(shù)(聲速、衰減系數(shù)和聲阻抗等)從而反映食品體系的物化特性，包括組成、質(zhì)構(gòu)、黏彈性和流變學(xué)特性等物理指標(biāo)。這種關(guān)聯(lián)主要通過(guò)兩種方法建立：一是通過(guò)建立測(cè)定的超聲特征參數(shù)與食品物理參數(shù)的比例關(guān)系并建立關(guān)系曲線；二是從理論上用方程描述超聲通過(guò)介質(zhì)后發(fā)生的性質(zhì)變化，以對(duì)食品體系的性質(zhì)進(jìn)行定性描述[17]。超聲無(wú)損檢測(cè)評(píng)價(jià)面團(tuán)品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，該裝置包括信號(hào)發(fā)生器、兩個(gè)超聲波換能器、數(shù)字示波器、功率放大器和信號(hào)放大器。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將厚度和類(lèi)型相同的面團(tuán)樣品放在兩個(gè)對(duì)齊的換能器之間，根據(jù)接收器處與發(fā)射器處的聲相位和幅度變化差異以確定超聲的速度和衰減，然后與傳統(tǒng)分析方法進(jìn)行比較，獲得超聲聲學(xué)參數(shù)值與面團(tuán)品質(zhì)變化之間的關(guān)聯(lián)，注意在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)盡量采用薄的樣品和機(jī)械定位系統(tǒng)以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性[11, 18]。

圖1 超聲無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置

超聲檢測(cè)脈沖信號(hào)在通過(guò)面團(tuán)樣品傳播時(shí)，其聲學(xué)特性(速度和衰減系數(shù))受面團(tuán)性質(zhì)的影響。通過(guò)收集超聲在面團(tuán)中傳播后的數(shù)據(jù)，可以得到面團(tuán)力學(xué)特性的信息，同時(shí)反過(guò)來(lái)也能夠預(yù)測(cè)面團(tuán)的質(zhì)量[19]?？v波通過(guò)面團(tuán)的速度(V)取決于振幅和相位的變化(Δφ)，見(jiàn)式(1)，面團(tuán)的衰減系數(shù)(α)是指超聲通過(guò)面團(tuán)時(shí)振幅減小的程度，見(jiàn)式(2)[1]。

(1)

(2)

式中：L為樣品厚度；ω為角頻率(ω=2πf)；AI和AS分別為入射時(shí)的振幅和傳輸時(shí)的振幅。

當(dāng)檢測(cè)超聲在面團(tuán)中傳播時(shí)，食品的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織變化對(duì)其傳播特性會(huì)產(chǎn)生影響，通過(guò)測(cè)定超聲脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)介質(zhì)時(shí)的聲速以及振幅衰減等參數(shù)值來(lái)了解面團(tuán)性質(zhì)以及其結(jié)構(gòu)的變化[20, 21]。由于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)在面制品分析方面通常是離線，存在檢測(cè)速度慢、無(wú)法適時(shí)提供生產(chǎn)線上的基礎(chǔ)流變學(xué)信息等明顯缺陷，導(dǎo)致分析結(jié)果滯后。而超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有非破壞性、快速、精準(zhǔn)、低廉等突出特點(diǎn)，在不透明面團(tuán)這種體系的分析方面已顯示出顯著的優(yōu)越性。

2 超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在面團(tuán)中的應(yīng)用

2.1 面團(tuán)的特點(diǎn)

面團(tuán)屬于一種同時(shí)具有黏性和彈性的黏彈體，它由高度可壓縮的成分(氣泡)和本質(zhì)上不可壓縮的成分(面團(tuán)基質(zhì))組成，其結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及流變學(xué)性質(zhì)與原料、配方(含水量、酵母添加量和鹽)和加工條件(和面時(shí)間、發(fā)酵時(shí)間)等密切相關(guān)。因此，如何通過(guò)分析小麥面團(tuán)的特性來(lái)獲取其原料和配方的組成、加工方法是面制品工業(yè)研究的一個(gè)方向。目前常見(jiàn)的方法包括化學(xué)法和光譜法來(lái)分析面筋蛋白的質(zhì)量和數(shù)量[22]；通過(guò)拉伸和剪切測(cè)試來(lái)測(cè)量面團(tuán)的流變特性等[23, 24]。然而這些方法所得到的數(shù)據(jù)不能轉(zhuǎn)變?yōu)槎x明確的物理量，這會(huì)增加對(duì)結(jié)果分析的難度。另外，這些方法耗時(shí)和具有破壞性，不能及時(shí)提供在線檢測(cè)的面團(tuán)特性參數(shù)值。

2.2 面團(tuán)氣泡的分析

在面團(tuán)制作過(guò)程中，由酵母產(chǎn)氣形成的氣泡大小和分布對(duì)面團(tuán)的體積、質(zhì)構(gòu)以及流變學(xué)均有著重要的影響[25]。面團(tuán)氣泡微觀結(jié)構(gòu)的分析方法常見(jiàn)的有：光學(xué)顯微鏡、常規(guī)臺(tái)式X射線微斷層掃描、同步X射線微斷層掃描、磁共振成像以及共聚焦激光掃描顯微鏡[26-29]，但是這些方法耗時(shí)且不能在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。超聲無(wú)損檢測(cè)則可以通過(guò)及時(shí)收集超聲透過(guò)面團(tuán)傳播后的參數(shù)值(如相速度和衰減系數(shù))來(lái)確定氣泡的大小和分布[30, 31]。

Koksel等[7]發(fā)現(xiàn)隨著混合時(shí)間的延長(zhǎng)，面團(tuán)中氣泡的數(shù)量和半徑均會(huì)增加，這會(huì)引起超聲的相速度急劇下降和聲衰減系數(shù)顯著增大。Valentin等[31]對(duì)特征良好的發(fā)膠凝膠模型和瓊脂凝膠模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以此來(lái)評(píng)估生面團(tuán)樣品中氣泡的平均半徑和分布，研究觀察到超聲的相速度、衰減峰值以及出現(xiàn)峰值的位置均隨面團(tuán)混合時(shí)間的變化而變化，但借助X-射線衍射分析所得結(jié)果有所區(qū)別，其原因可能是因?yàn)槊鎴F(tuán)樣品在處理過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)不同。超聲測(cè)量的樣品需經(jīng)過(guò)壓縮得到0.3 mm的切片，而X-ray的樣品卻沒(méi)有壓縮到相同的厚度。

Strybulevych等[32]運(yùn)用超聲分別研究了在發(fā)酵和未發(fā)酵的面團(tuán)中氣泡的大小和分布，發(fā)現(xiàn)在未發(fā)酵的面團(tuán)中因?yàn)闅馀莸墓舱?，?duì)于不同混合時(shí)間的面團(tuán)，超聲的相速度和衰減系數(shù)均發(fā)生了明顯的變化。超聲頻率在2 MHz左右時(shí)均出現(xiàn)衰減峰值，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氣泡的寬度和半徑均有所增加，但衰減峰值的高度與出現(xiàn)衰減峰值時(shí)的最大頻率不成線性關(guān)系。面團(tuán)發(fā)酵時(shí)間在5～10 min時(shí)，超聲衰減峰值的高度減小，出現(xiàn)衰減峰值時(shí)的頻率增大，其原因是因?yàn)樵诎l(fā)酵初始階段，酵母消耗氧氣使面團(tuán)的體積縮小，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酵母發(fā)酵產(chǎn)生CO2，導(dǎo)致氣泡半徑增加而引起聲衰減值的增大。Koksel等[7]借助超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)谷蛋白、淀粉以及含水量不同的無(wú)酵母谷蛋白—淀粉混合面團(tuán)(G-S)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示對(duì)于所有G-S混合面團(tuán)，超聲的相速度和衰減系數(shù)的峰值都與超聲頻率有關(guān)，這符合低頻率超聲更易引起氣泡共振原理。隨著谷蛋白含量的增加，超聲衰減系數(shù)峰值出現(xiàn)的頻率隨之增加，這是因?yàn)樵诨旌线^(guò)程中面筋含量影響了面團(tuán)中氣泡的平均半徑，水分對(duì)氣泡大小和分布的影響與其對(duì)面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的影響相互抵消，因此不同含水量面團(tuán)的衰減系數(shù)的峰值位置沒(méi)有明顯的變化。Kerhervéa等[4]也證實(shí)，超聲信號(hào)對(duì)含不同大小和分布?xì)馀莸拿鎴F(tuán)非常敏感。

2.3 小麥粉種類(lèi)的區(qū)分

小麥粉是制作面團(tuán)的最基礎(chǔ)原料，其品質(zhì)是影響面團(tuán)性質(zhì)的主要因素。小麥粉中的蛋白質(zhì)是決定最終成品口感、比容及表觀狀態(tài)的重要因素，其中面筋蛋白的含量及質(zhì)量對(duì)面團(tuán)品質(zhì)的影響最大[33]。研究發(fā)現(xiàn)，超聲在由低筋小麥粉制成的面團(tuán)中具有高衰減、低聲速的特點(diǎn)，而在高筋小麥粉中則恰恰相反，這說(shuō)明超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有快速區(qū)分小麥粉品質(zhì)的巨大潛力[11, 18]。

Garcia-Alvarez等[11]用30余種不同的小麥粉制作成稠度相對(duì)恒定的非發(fā)酵面團(tuán)樣品(消除水分對(duì)超聲測(cè)量的影響)，以超聲衰減系數(shù)和聲速為分析指標(biāo)，對(duì)不同種類(lèi)的小麥粉進(jìn)行了比較，研究發(fā)現(xiàn)用于制作餅干的弱低筋小麥粉具有高衰減、低聲速的規(guī)律，而制作面包的強(qiáng)高筋小麥粉則相反；而對(duì)一些面筋含量相似的面粉，超聲的衰減系數(shù)是相近的。此外，通過(guò)粉質(zhì)拉伸儀區(qū)分面包面粉和餅干面粉得到的數(shù)據(jù)與超聲測(cè)量得到的數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)兩種方法結(jié)果相似，但均只能區(qū)分部分小麥粉，無(wú)法完全將其分類(lèi)。García等[18]利用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)35種不同的非發(fā)酵小麥粉面團(tuán)進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，得到所有樣品的速度和衰減值。說(shuō)明超聲在面團(tuán)樣品中的衰減與聲速成反比。用于制作餅干的面團(tuán)具有相對(duì)較低的稠度，衰減值較高但聲速值較低；用于制作切片面包的面團(tuán)具有較低衰減值和較高聲速的特點(diǎn)；普通面團(tuán)可能是因?yàn)橛刹煌贩N的普通小麥粉所制作，具有較寬泛的黏稠度。在用于制作切片面包的面團(tuán)中，超聲的衰減與面團(tuán)的穩(wěn)定性、糊化溫度以及淀粉糊化過(guò)程中達(dá)到最大黏度時(shí)的溫度有關(guān)。當(dāng)測(cè)量這類(lèi)具有較高稠度的面團(tuán)樣品時(shí)，超聲速度比衰減系數(shù)更敏感。在用于制作餅干的面團(tuán)中，超聲的衰減系數(shù)與面團(tuán)的穩(wěn)定性有關(guān)，在測(cè)量這類(lèi)較低稠度樣品時(shí)，衰減系數(shù)比超聲速度更敏感。此外，研究還發(fā)現(xiàn)超聲速度對(duì)由蛋白酶導(dǎo)致的面團(tuán)軟化現(xiàn)象也比較敏感[18]。

Salimi Khorshidi等[9]研究發(fā)現(xiàn)在區(qū)分不同品類(lèi)的小麥粉時(shí)，超聲的最佳頻率為10 MHz，其主要原因有兩個(gè)：一是與其他超聲頻率相比，在10 MHz時(shí)超聲的衰減值最?。欢鞘褂妹娣壅{(diào)混自動(dòng)記錄儀和粉質(zhì)拉伸儀得到的參數(shù)與在10 MHz下超聲測(cè)得參數(shù)之間存在最高的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在10 MHz時(shí)，面團(tuán)中蛋白質(zhì)-淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱與使用混合儀所得參數(shù)以及超聲檢測(cè)得到的參數(shù)之間存在聯(lián)系，比如：其與混合公差指數(shù)、衰減系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與超聲速度、面團(tuán)穩(wěn)定性、面團(tuán)發(fā)酵時(shí)間、面團(tuán)崩潰時(shí)間以及貯能模量呈正相關(guān)。Diep等[34]也發(fā)現(xiàn)，超聲速度和衰減系數(shù)對(duì)由不同加拿大小麥制成的亞洲生面條之間的差異性也非常敏感。

2.4 配料對(duì)面團(tuán)品質(zhì)影響方面的分析

鹽是面團(tuán)加工過(guò)程中的重要原料，它可以減緩酵母的發(fā)酵速度，增加面筋蛋白的粘彈性和延伸性，改善面制品的風(fēng)味，有效防止面團(tuán)中水分的流失并抑制雜菌的生長(zhǎng)[35]。在分析鹽對(duì)面團(tuán)物理性質(zhì)的影響方面，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也顯示出潛在應(yīng)用前景。Garcia-Alvarez等[11]用3種小麥粉制作了5種含鹽量不同的面團(tuán)，研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽含量的升高，超聲速度呈先降低后增高的趨勢(shì)，而超聲衰減系數(shù)的變化規(guī)律則剛好相反。Mehta等[5]利用超聲技術(shù)研究了起酥油添加量對(duì)面團(tuán)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)與空白組相比，添加了起酥油的面團(tuán)其超聲聲速顯著降低，由未添加前的165 m/s降至105 m/s，這表明超聲聲速對(duì)面團(tuán)和面過(guò)程中面團(tuán)基質(zhì)的特性變化以及起酥油對(duì)面筋聚合物的增塑敏感。為了排除氣泡的影響，研究人員在真空中做了同樣的研究，發(fā)現(xiàn)與常壓下混合的面團(tuán)相比，在真空中混合的面團(tuán)的超聲速度較高且隨混合時(shí)間的變化下降幅度較小，這是因?yàn)樵谡婵罩谢旌系拿鎴F(tuán)氣泡含量遠(yuǎn)小于在空氣中混合的?？傮w來(lái)說(shuō)，加入起酥油后超聲聲速呈下降趨勢(shì)，這可能是由于起酥油的加入降低了面團(tuán)基質(zhì)的縱向模量，其機(jī)理與添加起酥油會(huì)降低面團(tuán)的剪切模量相同[37]。在這兩種條件下制作的面團(tuán)其聲衰減系數(shù)變化沒(méi)有聲速變化明顯，但整體呈增加的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象解釋為起酥油與面團(tuán)中的水合蛋白質(zhì)聚合物之間的相互作用而引起面團(tuán)性質(zhì)發(fā)生了變化。

Peressini等[6]采用超聲技術(shù)對(duì)6種不同配方的面團(tuán)進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示不含菊粉的面團(tuán)樣品的衰減系數(shù)峰值均出現(xiàn)在頻率1～2 MHz之間，且與高頻處相比，在低頻處的超聲速度和衰減系數(shù)較低，這歸因于面團(tuán)在混合期間產(chǎn)生了氣泡，進(jìn)而引起低頻率共振現(xiàn)象[31, 32]。對(duì)于含有菊粉的面團(tuán)樣品，雖然它們的混合時(shí)間不同，但都具有在較高超聲頻率下聲速持續(xù)上升而衰減系數(shù)在達(dá)到峰值后下降的規(guī)律，這可能是因?yàn)榫辗鄣奶砑右鹆嗣鎴F(tuán)中氣泡平均直徑減小或者面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化。在由氣泡引起的共振和高頻超聲條件下，添加膳食纖維會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)的衰減系數(shù)發(fā)生變化，說(shuō)明在面團(tuán)密度不大且氣體含量相似時(shí)，膳食纖維改變了面團(tuán)基質(zhì)的性質(zhì)[8]。

Lee等[13]利用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究了由小麥粉和水制成的生面團(tuán)的流變性質(zhì)，結(jié)果表明面團(tuán)含水量對(duì)超聲速度和衰減系數(shù)均有影響，含水量最低的面團(tuán)具有最大的超聲衰減值和最小的聲速。Letang等[14]運(yùn)用超聲檢測(cè)技術(shù)研究了含水量不同的面團(tuán)在不同超聲頻率下的速度、衰減系數(shù)、彈性模量和損耗模量的變化，發(fā)現(xiàn)在超聲頻率為4.5 MHz時(shí)，聲速和衰減系數(shù)均與面團(tuán)的含水量呈線性關(guān)系。在低頻下(2～3 MHz)，對(duì)含水量較高的面團(tuán)其超聲衰減值的變化幅度相對(duì)較小，而對(duì)含水量較低的面團(tuán)其超聲速度較大且損耗模量增加顯著[38]。Elfawakhry等[39]也發(fā)現(xiàn)超聲聲速隨面團(tuán)中含水量的增加而下降，面團(tuán)中礦物質(zhì)含量的增加也會(huì)導(dǎo)致聲速的下降，通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)超聲剪切模量和流變學(xué)剪切模量之間存在線性關(guān)系，這證明了超聲在分析面團(tuán)流變學(xué)特性方面的可行性。

2.5 加工條件對(duì)面團(tuán)品質(zhì)影響方面的分析

不同的加工條件會(huì)影響面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成、面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)和氣體含量及分布等，因此，可根據(jù)這種變化借助超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)預(yù)判面團(tuán)合適的加工工藝參數(shù)。Skaf等[40]分析了超聲在不同溫度下發(fā)酵面團(tuán)中的傳播相對(duì)延遲和振幅，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同發(fā)酵溫度下，超聲達(dá)到相對(duì)延遲的峰值所需時(shí)間不同但峰值相同，這說(shuō)明超聲的相對(duì)延遲和歸一化振幅與發(fā)酵溫度無(wú)關(guān)，而與面團(tuán)中氣體含量有關(guān)，并隨發(fā)酵時(shí)間的增加相對(duì)延遲先增加后減小，且這一規(guī)律不受酵母添加量的影響。這是因?yàn)樵诎l(fā)酵初期階段，酵母發(fā)酵糖產(chǎn)生大量二氧化碳使面團(tuán)膨脹，密度減小，超聲的相對(duì)延遲逐漸增加；當(dāng)面團(tuán)膨脹到最大程度時(shí)，超聲的相對(duì)延遲變得穩(wěn)定；隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)被破壞，體積縮小，超聲的相對(duì)延遲下降。另外，超聲的歸一化振幅也發(fā)生了變化。面團(tuán)在膨脹過(guò)程中產(chǎn)生氣泡引起了超聲信號(hào)的衰減，導(dǎo)致歸一化振幅迅速減小；當(dāng)面團(tuán)達(dá)到最大膨脹度時(shí)，歸一化振幅變得穩(wěn)定；但當(dāng)面團(tuán)體積縮小時(shí)，超聲的歸一化振幅繼續(xù)減小，這說(shuō)明歸一化振幅不僅受到面團(tuán)中氣體含量的影響，而且還受到面團(tuán)本身彈性特性的影響。

Garcia-Alvarez等[11]為了能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)面團(tuán)的最佳發(fā)酵點(diǎn)，探討了超聲聲速和衰減系數(shù)與面團(tuán)混合時(shí)輸入功大小之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)隨面團(tuán)混合輸入功的增加，超聲衰減值增加，這可能是因?yàn)殡S著面團(tuán)混合時(shí)間的延長(zhǎng)，氣體含量隨之增加從而導(dǎo)致面團(tuán)密度下降的緣故。隨面團(tuán)混合輸入功的增加，超聲聲速在不同面筋面團(tuán)中的值存在顯著差異：在低筋面團(tuán)中聲速是持續(xù)增大的，而在高筋面團(tuán)中卻持續(xù)下降的，但在中筋面團(tuán)中則呈先減小后增大的趨勢(shì)。Letang等[14]發(fā)現(xiàn)超聲聲學(xué)參數(shù)對(duì)過(guò)度混合的面團(tuán)十分敏感，在低頻率下面團(tuán)的過(guò)度混合會(huì)導(dǎo)致超聲速度和損耗模量的顯著增加，這與面團(tuán)稠度在過(guò)度混合時(shí)的變化趨勢(shì)相同。此外，隨著混合時(shí)間的增加，含水量較少面團(tuán)的超聲聲速和衰減值均會(huì)增加，但含水量較多面團(tuán)的聲速值和衰減值變化卻剛好相反，尤其是聲衰減值下降更明顯。Kidmose等[41]發(fā)現(xiàn)當(dāng)面團(tuán)混合時(shí)間超過(guò)最佳時(shí)間時(shí)，聲速值會(huì)下降，這可能是因?yàn)楫?dāng)面團(tuán)過(guò)度混合時(shí)，面團(tuán)中二硫鍵和多肽亞基被破壞，產(chǎn)生了較多小分子而導(dǎo)致面團(tuán)結(jié)構(gòu)弱化[42]。

3 結(jié)論與展望

超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在分析不透明物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面具有非破壞性、快速、低廉的明顯優(yōu)勢(shì)，而面團(tuán)作為一種非透明的黏彈體，在聲阻抗方面易于實(shí)現(xiàn)與超聲的有效耦合。由于超聲信號(hào)對(duì)面團(tuán)的物理性質(zhì)具有高度的敏感性，因此可通過(guò)測(cè)定超聲聲速、衰減系數(shù)和聲阻抗值等主要特征參數(shù)值來(lái)了解面團(tuán)中氣泡的大小和分布，區(qū)分小麥粉的種類(lèi)，分析不同原料和加工條件對(duì)面團(tuán)性能的影響。

雖然超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在面團(tuán)分析方面取得了一定的進(jìn)展，但還應(yīng)在3個(gè)方面加強(qiáng)研究：1)建立超聲聲學(xué)參數(shù)與面團(tuán)物理性狀之間的關(guān)聯(lián)，完善超聲在面團(tuán)體系中的聲學(xué)參數(shù)值數(shù)據(jù)庫(kù)；2)明確在超聲無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中面團(tuán)氣泡的大小是否與壓縮程度有關(guān)，建立超聲檢測(cè)模型用以分析氣泡的大小和分布及其在面包制作過(guò)程中的演變；3)提高超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在區(qū)分小麥粉種類(lèi)、預(yù)測(cè)面團(tuán)最佳發(fā)酵點(diǎn)、確定科學(xué)和面方式和和面時(shí)間以及分析面團(tuán)的配方組成等方面的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著超聲聲學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)的收集與處理技術(shù)的不斷完善，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將作為研究面團(tuán)結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)的有效手段，并在面團(tuán)加工全過(guò)程監(jiān)控方面發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。