超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

曲銘成

（濟(jì)南市第二產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)院，山東濟(jì)南 271100）

1 超聲波檢測(cè)技術(shù)的基本概念

超聲波指的就是其振動(dòng)頻率在20kHz 以上的聲波，由于其頻率很高，所以其傳播性極佳，并且在固體與液體中傳播時(shí)損耗較小。因此超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在食品安全檢測(cè)中，可以利用超聲波獨(dú)有的特性，幫助檢測(cè)人員對(duì)食品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，其會(huì)提高被檢測(cè)物的效率。但是由于超聲波在傳播過(guò)程中極易受到影響，一點(diǎn)小小的偏差就會(huì)造成巨大的差異，所以在檢測(cè)過(guò)程中一定要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都要做到精細(xì)化管理，讓超聲波檢測(cè)技術(shù)能夠更好地發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)的食品檢測(cè)就是待樣品采集工作完成以后，通過(guò)不同的物理方法或化學(xué)方法對(duì)食品樣品進(jìn)行處理和檢測(cè)，這樣的檢測(cè)方式過(guò)程比較煩瑣，數(shù)據(jù)獲得時(shí)間較為漫長(zhǎng)，并且檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)成本較高，就導(dǎo)致了食品在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法做到每個(gè)環(huán)節(jié)的有效監(jiān)督和檢測(cè)，這樣就不能夠完成對(duì)食品的全過(guò)程檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)。但是當(dāng)超聲波技術(shù)利用到食品檢測(cè)中之后，可以依靠其獨(dú)特的化學(xué)特性和物理特性迅速對(duì)食品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。但是超聲波檢測(cè)技術(shù)依然有難以彌補(bǔ)的缺陷，雖然能夠快速地對(duì)食品進(jìn)行檢測(cè)，但是其食品的主要針對(duì)對(duì)象是高濃度食品、不透光材料，對(duì)其他的食品檢測(cè)依然有著一定程度的檢測(cè)誤差。超聲波檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就在于：它是非破壞性的、非介入性的、快速性的、及時(shí)性、適用性廣。要注意的是，超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用有兩個(gè)關(guān)鍵；

1）聲特性，主要包括聲音速度、傳播衰減系數(shù)、聲音阻抗等。

2）產(chǎn)品特性，主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、使用成分、相變系數(shù)等。舉例來(lái)說(shuō)，有的研究人員想要了解處于封閉環(huán)境內(nèi)儲(chǔ)藏蔬菜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況：水分散失情況、糖分積累情況、食品結(jié)構(gòu)變化等，如果借助超聲波的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)就能夠觀察到密閉空間中蔬菜食品的變化過(guò)程，預(yù)測(cè)其水分糖分的占比變化，對(duì)食品蔬菜的熟度進(jìn)行時(shí)間預(yù)估。

3 超聲波提取

在傳統(tǒng)的食品檢測(cè)技術(shù)中，需要對(duì)食品樣品的相關(guān)溶劑進(jìn)行提取，并且要通過(guò)伴隨攪動(dòng)等形式才能夠?qū)⒂行У某煞秩芙獬鰜?lái)。將超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到食品檢測(cè)過(guò)程中，就能夠減少食品檢測(cè)的繁雜工序和步驟，在檢測(cè)過(guò)程中就能夠極大地縮短相應(yīng)溶劑的提取時(shí)間，最關(guān)鍵的是超聲波檢測(cè)技術(shù)在低溫的環(huán)境下，依然能夠高效率地完成提取和檢測(cè)工作，還能夠在一定程度上避免相關(guān)的食品結(jié)構(gòu)物質(zhì)變性。同樣在高溫環(huán)境下依然可以使用超聲波檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)提取相關(guān)食品的結(jié)構(gòu)特性，檢測(cè)其變化情況和安全狀況，大改善了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)質(zhì)量。從當(dāng)前的超聲波檢測(cè)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，在食品檢測(cè)中已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用，體現(xiàn)在：蔗糖檢測(cè)、生物堿性檢測(cè)、多糖成分的提取檢測(cè)等。

值得關(guān)注的是，借助超聲波的技術(shù)能夠強(qiáng)化提取，針對(duì)不同物質(zhì)特性的食品材料，就要使用不同震動(dòng)頻率的超聲波。而且在進(jìn)行非活性物質(zhì)的提取時(shí)，還要適時(shí)增加聲音功率，以保證非活性物質(zhì)的提取質(zhì)量。當(dāng)對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行提取時(shí)，一定要?jiǎng)?chuàng)造溫和的提取條件，聲音的振幅頻率不宜過(guò)高，不得引起細(xì)胞內(nèi)部環(huán)流，使細(xì)胞的通透性和滲透壓改變，從而使得提取的物質(zhì)不能達(dá)到相關(guān)的活性要求，即標(biāo)志著提取失敗。所以在提取過(guò)程中，要對(duì)相關(guān)細(xì)胞進(jìn)行活性溫和提取，利用細(xì)胞的物理化學(xué)特性，提取到相應(yīng)的活性物質(zhì)酶等，進(jìn)行食品產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。

4 結(jié)晶控制

超聲波能夠在一定程度上幫助相關(guān)的物質(zhì)輔助形成結(jié)晶。

1）超聲波的高能特性會(huì)影響到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)晶核形成，因?yàn)槌暡ň哂袠O好的定向效應(yīng)，從而能夠強(qiáng)化加強(qiáng)波能動(dòng)，特別是一些物質(zhì)處于臨界核狀態(tài)，超聲波就能夠加速其核心的形成。

2）利用超聲波手段可以在一定程度上控制物質(zhì)結(jié)晶的生長(zhǎng)速度，這樣的方式可以使結(jié)晶的形成過(guò)程處于均勻狀態(tài)，避免已經(jīng)成長(zhǎng)出來(lái)的結(jié)晶受到污染。這樣的方式對(duì)于食品檢測(cè)有著非常重要的意義，商業(yè)價(jià)值是非常高的。從當(dāng)前的食品行業(yè)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，強(qiáng)化結(jié)晶的過(guò)程對(duì)于食品檢測(cè)有著非常重要的作用和效果，這從根本上改變了食品的特性，是一種非常有效的食品檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于膳食脂肪檢測(cè)、巧克力檢測(cè)，以及冰激凌檢測(cè)等特性檢測(cè)都具有非常好的效果。最后，超聲波技術(shù)的檢測(cè)還有一項(xiàng)非常關(guān)鍵的作用，那就是可以確保速凍食品中冰晶的形成過(guò)程是完整的，因?yàn)樵趦鼋Y(jié)的過(guò)程中超聲波的物理特性和化學(xué)效應(yīng)會(huì)影響到速凍食品的結(jié)冰過(guò)程，在保障冰晶形成的情況下，還能夠保持障礙細(xì)胞的組織完整不出現(xiàn)破裂，防止組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)凍傷或者是損壞造成食品質(zhì)量下降。

5 滅菌作用

超聲波具有非常好的物理特性和化學(xué)特性，而且有著非常好的空化作用，其空化作用主要體現(xiàn)在對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞液的作用之上，它能非均相見的形成微射流，并且還能夠在局部形成高溫和高壓，以達(dá)到殺菌和滅菌的作用。與此同時(shí)，超聲波高頻率的震動(dòng)特點(diǎn)有著非常好的殺菌作用。它的作用主要體現(xiàn)在快速殺菌，沒有外來(lái)的化學(xué)物理添加物，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。當(dāng)前的食品安全消毒過(guò)程中，使用消毒液進(jìn)行消毒的時(shí)候難免會(huì)發(fā)生殘留，一定程度上會(huì)影響人體健康，而通過(guò)超聲波進(jìn)行殺菌的話，會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)的滅菌效果，且不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生任何影響。

從當(dāng)前的現(xiàn)狀發(fā)展分析，把超聲波技術(shù)和壓力技術(shù)以及熱處理技術(shù)聯(lián)合使用，就會(huì)體現(xiàn)出更好的殺菌滅菌作用。比如可以運(yùn)用熱超聲波，主要的就是將熱能和超聲波進(jìn)行搭配來(lái)殺菌。不同的生物類型，超聲波又會(huì)體現(xiàn)出來(lái)不同的滅菌效果，不同的細(xì)菌種群有著極大的滅菌差異。當(dāng)前超聲波技術(shù)應(yīng)用到滅菌研究方向的就有以下幾種細(xì)菌群體：大腸桿菌、李斯特單胞菌、酵母、沙門菌等細(xì)菌群體，超聲波技術(shù)不僅僅能夠?qū)?xì)菌起到殺滅效果，對(duì)其他單核細(xì)胞微生物也能夠起到殺菌滅菌作用。

6 超聲波檢測(cè)技術(shù)在食品中的具體應(yīng)用

6.1 在肉制品中的應(yīng)用

肉類產(chǎn)品一直是我國(guó)百姓餐桌上的重要食品，對(duì)于其安全性的檢測(cè)重要地位可見一斑。當(dāng)前運(yùn)用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)肉類食品的檢測(cè)還處于一個(gè)探究階段，一旦將探究階段內(nèi)的難題攻克，即可以大大提高肉類食品的保鮮質(zhì)量，開創(chuàng)新的保鮮技術(shù)。由于超聲波的物理特性，當(dāng)超聲波穿過(guò)肉的時(shí)候，肉中的一些機(jī)原蛋白纖維會(huì)被破壞，從而會(huì)釋放出一些液體，肉的肉質(zhì)纖維之間會(huì)相互粘貼，從而改變?nèi)忸愂称返漠a(chǎn)品強(qiáng)度。超聲波當(dāng)前能夠檢測(cè)出精瘦肉和肥肉的區(qū)別，并且在應(yīng)用過(guò)程中得到了非常好的發(fā)展，取得了非常良好的成果，可以檢測(cè)到瘦肉和肥肉的厚度。近代以來(lái)，研究人員還把檢測(cè)范圍擴(kuò)大到對(duì)魚類、家禽類動(dòng)物肉類產(chǎn)品的固脂含量檢測(cè)上。

6.2 充氣食品檢測(cè)

對(duì)于充氣類食品的檢測(cè)，如果操作不當(dāng)?shù)脑捒諝庵幸恍馀輹?huì)影響到超聲波的傳播，一旦出現(xiàn)傳播偏差則檢測(cè)結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)偏差，所以必須對(duì)食品檢測(cè)的每一個(gè)過(guò)程都要做到細(xì)節(jié)化管理。當(dāng)前的充氣食品檢測(cè)的應(yīng)用范圍比較廣泛：冰激凌檢測(cè)、水果酒檢測(cè)、面包吐司檢測(cè)。當(dāng)然在沖氮食品包裝檢測(cè)中也廣泛應(yīng)用，但是由于食品包裝袋中充滿著氮?dú)?，所以超聲波檢測(cè)的精確性會(huì)受到一定的影響，因?yàn)榈獨(dú)獾奈锢硖匦詴?huì)對(duì)超聲波的傳播造成一定的誤差影響。

6.3 飲品檢測(cè)（酒精）

作為飲品其主要是液體形式，大多的基本溶劑都是水，但是由于溶質(zhì)不同會(huì)對(duì)液體混合物的物理特性造成很大的影響。其中由于各種液體之間密度不同，融合的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生出新密度形式的液體，而液體密度的變化，就意味著超聲波在空氣中傳播和液體中傳播的速度會(huì)產(chǎn)生偏差，從而使得檢測(cè)結(jié)果發(fā)生變化。在飲品檢測(cè)過(guò)程中，都可以利用這種檢測(cè)結(jié)果的變化，區(qū)別出不同液體的特征和種類，通過(guò)相關(guān)的參考值對(duì)比，就能夠?qū)ο嚓P(guān)飲品進(jìn)行超聲波技術(shù)的安全檢測(cè)。

6.4 乳制品檢測(cè)

由于一些乳液狀的粒子具有很好的散光作用，這就會(huì)導(dǎo)致液體渾濁不清，舉例來(lái)說(shuō)，由于牛奶是不透光性的，并且粒子分散體積較大，如果通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)牛奶產(chǎn)品粒子進(jìn)行檢測(cè)觀察的話，很難觀察到產(chǎn)品相關(guān)分子粒子結(jié)構(gòu)的變化。這時(shí)候如果運(yùn)用超聲波技術(shù)來(lái)檢測(cè)的話，就能夠檢測(cè)出包裝內(nèi)部的乳制品液體是否產(chǎn)生凝聚沉降等情況，并且還能夠提高產(chǎn)品檢測(cè)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳制品安全性和變化情況的快速安全檢測(cè)。

7 超聲波檢測(cè)的應(yīng)用范圍

由于其物理特性和化學(xué)特性，超聲波能夠在以下范圍內(nèi)對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)特性進(jìn)行檢測(cè)：

1）物質(zhì)體現(xiàn)模量，剛性模量檢測(cè)。

2）物質(zhì)相轉(zhuǎn)變。

3）物體的流動(dòng)速度檢測(cè)。

4）在多相體系中的相體積比例和分散相的壓縮率檢測(cè)。

5）相關(guān)體系的溫度檢測(cè)。

6）分散體系以及膠體體系的分散相力度大小和其他的物質(zhì)相關(guān)性質(zhì)檢測(cè)。

7）物質(zhì)的復(fù)合剪切黏度檢測(cè)，黏彈性的介質(zhì)檢測(cè)。散射性可檢測(cè)體系的熱擴(kuò)散性質(zhì)檢測(cè)。

8）具有不同超聲傳播性質(zhì)的介質(zhì)層的厚度或者是深度檢測(cè)。

8 結(jié)束語(yǔ)

總體而言，超聲波檢測(cè)技術(shù)憑借其良好的物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)在食品檢測(cè)中取得了非常好的效果，這些都和其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是息息相關(guān)的。不斷完善和發(fā)展的超聲波檢測(cè)技術(shù)，可以保障食品的安全和健康，還能夠促進(jìn)食品工業(yè)行業(yè)的安全管理發(fā)展。超聲波檢測(cè)技術(shù)和其他的檢測(cè)技術(shù)相比，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)的程序和方式，降低了操作成本和操作難度，還能夠得出非常精確的檢測(cè)效果。由于現(xiàn)代食品工業(yè)的不斷發(fā)展，各種食品種類和形式不斷增加，社會(huì)對(duì)于食品安全問題關(guān)注度日益提高，超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷加大。它可以應(yīng)用到各種各樣食品的檢測(cè)過(guò)程中，不斷地發(fā)揮出檢測(cè)的精確性和準(zhǔn)確度，讓食品安全的檢測(cè)能夠變得簡(jiǎn)單和實(shí)用，推動(dòng)我國(guó)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)了我國(guó)食品工業(yè)行業(yè)的發(fā)展。