超声波技术在食品检测中的应用

曲铭成

（济南市第二产品质量检验院，山东济南 271100）

1 超声波检测技术的基本概念

超声波指的就是其振动频率在20kHz 以上的声波，由于其频率很高，所以其传播性极佳，并且在固体与液体中传播时损耗较小。因此超声波技术在食品检测领域广泛应用。在食品安全检测中，可以利用超声波独有的特性，帮助检测人员对食品的结构和质量进行检测，其会提高被检测物的效率。但是由于超声波在传播过程中极易受到影响，一点小小的偏差就会造成巨大的差异，所以在检测过程中一定要对每一个环节都要做到精细化管理，让超声波检测技术能够更好地发挥出应有的效果。

2 无损检测技术

传统的食品检测就是待样品采集工作完成以后，通过不同的物理方法或化学方法对食品样品进行处理和检测，这样的检测方式过程比较烦琐，数据获得时间较为漫长，并且检测设备的检测成本较高，就导致了食品在生产过程中无法做到每个环节的有效监督和检测，这样就不能够完成对食品的全过程检测和无损检测。但是当超声波技术利用到食品检测中之后，可以依靠其独特的化学特性和物理特性迅速对食品进行无损检测。但是超声波检测技术依然有难以弥补的缺陷，虽然能够快速地对食品进行检测，但是其食品的主要针对对象是高浓度食品、不透光材料，对其他的食品检测依然有着一定程度的检测误差。超声波检测技术的优点就在于：它是非破坏性的、非介入性的、快速性的、及时性、适用性广。要注意的是，超声波检测技术应用有两个关键；

1）声特性，主要包括声音速度、传播衰减系数、声音阻抗等。

2）产品特性，主要包括产品结构、使用成分、相变系数等。举例来说，有的研究人员想要了解处于封闭环境内储藏蔬菜的内部结构情况：水分散失情况、糖分积累情况、食品结构变化等，如果借助超声波的无损检测技术就能够观察到密闭空间中蔬菜食品的变化过程，预测其水分糖分的占比变化，对食品蔬菜的熟度进行时间预估。

3 超声波提取

在传统的食品检测技术中，需要对食品样品的相关溶剂进行提取，并且要通过伴随搅动等形式才能够将有效的成分溶解出来。将超声波检测技术应用到食品检测过程中，就能够减少食品检测的繁杂工序和步骤，在检测过程中就能够极大地缩短相应溶剂的提取时间，最关键的是超声波检测技术在低温的环境下，依然能够高效率地完成提取和检测工作，还能够在一定程度上避免相关的食品结构物质变性。同样在高温环境下依然可以使用超声波检测技术，及时提取相关食品的结构特性，检测其变化情况和安全状况，大改善了产品结构质量。从当前的超声波检测技术发展来看，在食品检测中已经有了非常广泛的应用，体现在：蔗糖检测、生物碱性检测、多糖成分的提取检测等。

值得关注的是，借助超声波的技术能够强化提取，针对不同物质特性的食品材料，就要使用不同震动频率的超声波。而且在进行非活性物质的提取时，还要适时增加声音功率，以保证非活性物质的提取质量。当对活性物质进行提取时，一定要创造温和的提取条件，声音的振幅频率不宜过高，不得引起细胞内部环流，使细胞的通透性和渗透压改变，从而使得提取的物质不能达到相关的活性要求，即标志着提取失败。所以在提取过程中，要对相关细胞进行活性温和提取，利用细胞的物理化学特性，提取到相应的活性物质酶等，进行食品产品的质量检测。

4 结晶控制

超声波能够在一定程度上帮助相关的物质辅助形成结晶。

1）超声波的高能特性会影响到物质结构的结晶核形成，因为超声波具有极好的定向效应，从而能够强化加强波能动，特别是一些物质处于临界核状态，超声波就能够加速其核心的形成。

2）利用超声波手段可以在一定程度上控制物质结晶的生长速度，这样的方式可以使结晶的形成过程处于均匀状态，避免已经成长出来的结晶受到污染。这样的方式对于食品检测有着非常重要的意义，商业价值是非常高的。从当前的食品行业检测技术发展形势来看，强化结晶的过程对于食品检测有着非常重要的作用和效果，这从根本上改变了食品的特性，是一种非常有效的食品检测技术，对于膳食脂肪检测、巧克力检测，以及冰激凌检测等特性检测都具有非常好的效果。最后，超声波技术的检测还有一项非常关键的作用，那就是可以确保速冻食品中冰晶的形成过程是完整的，因为在冻结的过程中超声波的物理特性和化学效应会影响到速冻食品的结冰过程，在保障冰晶形成的情况下，还能够保持障碍细胞的组织完整不出现破裂，防止组织结构出现冻伤或者是损坏造成食品质量下降。

5 灭菌作用

超声波具有非常好的物理特性和化学特性，而且有着非常好的空化作用，其空化作用主要体现在对细胞壁和细胞液的作用之上，它能非均相见的形成微射流，并且还能够在局部形成高温和高压，以达到杀菌和灭菌的作用。与此同时，超声波高频率的震动特点有着非常好的杀菌作用。它的作用主要体现在快速杀菌，没有外来的化学物理添加物，不会对人体造成伤害。当前的食品安全消毒过程中，使用消毒液进行消毒的时候难免会发生残留，一定程度上会影响人体健康，而通过超声波进行杀菌的话，会产生超强的灭菌效果，且不会对人体产生任何影响。

从当前的现状发展分析，把超声波技术和压力技术以及热处理技术联合使用，就会体现出更好的杀菌灭菌作用。比如可以运用热超声波，主要的就是将热能和超声波进行搭配来杀菌。不同的生物类型，超声波又会体现出来不同的灭菌效果，不同的细菌种群有着极大的灭菌差异。当前超声波技术应用到灭菌研究方向的就有以下几种细菌群体：大肠杆菌、李斯特单胞菌、酵母、沙门菌等细菌群体，超声波技术不仅仅能够对细菌起到杀灭效果，对其他单核细胞微生物也能够起到杀菌灭菌作用。

6 超声波检测技术在食品中的具体应用

6.1 在肉制品中的应用

肉类产品一直是我国百姓餐桌上的重要食品，对于其安全性的检测重要地位可见一斑。当前运用超声波检测技术对肉类食品的检测还处于一个探究阶段，一旦将探究阶段内的难题攻克，即可以大大提高肉类食品的保鲜质量，开创新的保鲜技术。由于超声波的物理特性，当超声波穿过肉的时候，肉中的一些机原蛋白纤维会被破坏，从而会释放出一些液体，肉的肉质纤维之间会相互粘贴，从而改变肉类食品的产品强度。超声波当前能够检测出精瘦肉和肥肉的区别，并且在应用过程中得到了非常好的发展，取得了非常良好的成果，可以检测到瘦肉和肥肉的厚度。近代以来，研究人员还把检测范围扩大到对鱼类、家禽类动物肉类产品的固脂含量检测上。

6.2 充气食品检测

对于充气类食品的检测，如果操作不当的话空气中一些气泡会影响到超声波的传播，一旦出现传播偏差则检测结果也会出现偏差，所以必须对食品检测的每一个过程都要做到细节化管理。当前的充气食品检测的应用范围比较广泛：冰激凌检测、水果酒检测、面包吐司检测。当然在冲氮食品包装检测中也广泛应用，但是由于食品包装袋中充满着氮气，所以超声波检测的精确性会受到一定的影响，因为氮气的物理特性会对超声波的传播造成一定的误差影响。

6.3 饮品检测（酒精）

作为饮品其主要是液体形式，大多的基本溶剂都是水，但是由于溶质不同会对液体混合物的物理特性造成很大的影响。其中由于各种液体之间密度不同，融合的时候就会产生出新密度形式的液体，而液体密度的变化，就意味着超声波在空气中传播和液体中传播的速度会产生偏差，从而使得检测结果发生变化。在饮品检测过程中，都可以利用这种检测结果的变化，区别出不同液体的特征和种类，通过相关的参考值对比，就能够对相关饮品进行超声波技术的安全检测。

6.4 乳制品检测

由于一些乳液状的粒子具有很好的散光作用，这就会导致液体浑浊不清，举例来说，由于牛奶是不透光性的，并且粒子分散体积较大，如果通过光学显微镜对牛奶产品粒子进行检测观察的话，很难观察到产品相关分子粒子结构的变化。这时候如果运用超声波技术来检测的话，就能够检测出包装内部的乳制品液体是否产生凝聚沉降等情况，并且还能够提高产品检测速度，实现对乳制品安全性和变化情况的快速安全检测。

7 超声波检测的应用范围

由于其物理特性和化学特性，超声波能够在以下范围内对产品的相关特性进行检测：

1）物质体现模量，刚性模量检测。

2）物质相转变。

3）物体的流动速度检测。

4）在多相体系中的相体积比例和分散相的压缩率检测。

5）相关体系的温度检测。

6）分散体系以及胶体体系的分散相力度大小和其他的物质相关性质检测。

7）物质的复合剪切黏度检测，黏弹性的介质检测。散射性可检测体系的热扩散性质检测。

8）具有不同超声传播性质的介质层的厚度或者是深度检测。

8 结束语

总体而言，超声波检测技术凭借其良好的物理效应和化学效应在食品检测中取得了非常好的效果，这些都和其独特优势是息息相关的。不断完善和发展的超声波检测技术，可以保障食品的安全和健康，还能够促进食品工业行业的安全管理发展。超声波检测技术和其他的检测技术相比，大大简化了检测的程序和方式，降低了操作成本和操作难度，还能够得出非常精确的检测效果。由于现代食品工业的不断发展，各种食品种类和形式不断增加，社会对于食品安全问题关注度日益提高，超声波检测技术的应用范围不断加大。它可以应用到各种各样食品的检测过程中，不断地发挥出检测的精确性和准确度，让食品安全的检测能够变得简单和实用，推动我国检测技术发展的同时，也推动了我国食品工业行业的发展。