超声波在食品中的应用

邓勇,蒋良全

(云南大学生化学院应用化学系)

摘要:超声波在媒质中传播时产生力学效应、空化效应和热效应,并由此增强质量传输和热传递,对介质产生强的切向力。本文对超声波在辅助或强化提取、冷冻、乳化、过滤、结晶和干燥等食品的加工技术中应用加以综述。

关键词 超声波,食品加工,强化,乳化,过滤,干燥,陈化
 

引言 对于以往超声波被应用于金属探伤、水下定位、化学与化工、医学诊断与治疗等领域我们已不在陌生。近来,人们的兴趣转移到将超声波用于食品加工技术。本文将介绍超声波在食品加工技术中的应用及研究进展。

1) 超声波对提取过程的强化作用
经典的提取方法是针对某种目标成分,选取正确的溶剂,同时采用加热或搅拌等方法进行提取。但是这些方法所耗的时间太长,会让你等得不耐烦,如果在提取过程中引入超声波,便可大大提高溶剂提取的过程。超声波的力学效应赋予溶剂对细胞膜的更大的渗透力,并强化细胞内外的质量传输。超声波的另一个作用在于破坏细胞的细胞壁,使细胞内含物更易释放。超声波形成的微流效应也是其提高提取过程的一个重要原因。梁汉华【2】等人用超声波处理大豆浆体后,发现大大提高了蛋白质和固形物的萃取率。从茶叶中提取固形物具有重要的商业意义,因为这是生产速溶茶的第一步,其常规工艺为用喷雾干燥出去茶浸提液中的水分而得到粉状物了。郭孝武【3】等用超声波提取黄连素时标明,提出率随超声频率的增大而减小,随超声处理时间的增加而提高。

总的说来,超声提取在食品技术中已得到较为广泛的发展。

2) 超声波在肉类产品加工中的应用【4】
传统的肉类嫩化方法要将肉机械捣碎,这常使肉质本来就不好的肉产品更加老化。但是用超声波处理过的肉,因为肉的肌原纤维被破坏并释放出粘稠的渗出液,肉纤维得以相互粘贴,从而改良产品的强度。Roberts等在室温下用40KHz,2W/c㎡的超声波处理肉产品2小时,可以清楚地看到结缔组织的减少。

3) 超声波对结晶和冷冻的强化作用
超声波在结晶过程中十分有用,它对晶种的形成,晶体的生长,以及防止晶体在冷冻条件下结壳,从而确保连续有效的传热作用,具有明显的效果。

美国的一项专利报道【5】,曾用一个操作单元成功地进行了药物结晶生产。在美国的专利设计中,超声波通过一排喇叭从底部传入溶液中。当超声波进入容器底部时随着溶液的流动,小的晶核上升并继续长大,最后在重力作用下沉降,大的晶体接近超声波源时被振碎并再次上升,这样就形成大量的晶体碎片。这些碎片可作为晶种。 在食品工业中,与结晶有关的一个重要领域是水在冷冻时结成冰晶,所以经过冷藏后的食品,其质量、质地都不太令人满意。但是在超声波的作用下,材料温度下降更快,晶种形成更快,导致“肿胀时间”更短。此外,存在大量晶种,冰晶的最终大小和细胞的损害程度都大大下降。

4) 超声乳化
谈到乳化,也许你会想到螺旋桨、胶体磨和均质器等一大堆机械,但我们这里说的乳化与前者并没有太大的关系,它是超声乳化,即由于容器壁附近破裂的气泡使液体残缺不全地射入另一种液体中进一步分散成细滴而形成。超声波乳化的可能机理有三种:一是超声空化(油水体系),二是表面不稳定性(汞水体系),三是超声波引起的微冲流。 超声乳化是超声波最早用于食品加工的技术之一,如用于果酱、人造奶油、番茄酱、巧克力等其它混合食品,其具有许多优点【6】:(1)所形成的乳液平均液滴尺寸小(0.2-2μ),液滴尺寸分布范围窄(0.1-10μ);(2)浓度高,所形成的乳液更加稳定。纯乳液浓度可超过30%,外加乳化剂可高达70%。(3)可以控制乳状液的类型。采用超声乳化法,在某些声场条件下,O/W(水包油)和W/O(油包水)型乳液都可制备,然而用机械乳化法是无法实现的。(4)生产乳液所需功率小。 5) 超声过滤和干燥
过滤总是和各式各样的膜联系在一起,但遗憾的是膜滤器经常被堵塞,所以用起来并不方便。这里我给大家介绍一种方便、不堵塞的技术——超声过滤,超声处理会使微细颗粒凝聚(使过滤速度更快),产生足够的振动能量,使颗粒部分悬浮于液体中从而为溶解成分留出更多的通道(防堵塞)。将这一技术用于水果提取物和饮料时,可提高效率,具有非常高的商业价值。

对于超声干燥的应用,主要是在低温下进行从而减少对产品的氧化和降解作用。也不象高速气流干燥把物料吹得四处飞溅或给物料带来破坏作用。

6) 超声波在酒类酿造中的应用
超声波用于酿酒业在国外还是近几年的事,尤其日本在这方面做了不少的工作,国内却很少见到有关超声波应用于酒类的研究。为了确认超声波照射对酿造的影响,董华强【7】等人通过超声波强化杨桃酒的处理,促使酒体协调,加速陈化,对超声波在果酒催陈的应用作了一初步的研究。发现经超声波处理后,强化杨桃酒的各项感光指标不受影响外,香、味和体及总分均有增加,说明超声波处理对提高强化杨桃酒品质有促进作用。酒体内经过超声波的振动,酯类加速与乙醇和水结合,经短时间放置,酒味醇厚,甘润柔和。

结束语 超声波在加工过程中的应用带来了方法学上的创新,对传统的技术形成了有益的补充。研究表明,超声波在提取、结晶、冷冻和过滤方面尤其有用。采用这些技术可以缩短加工时间,提高加工效率。目前的超声波应用又分出了以些新领域,包括刺激活细胞和酶,改进肉类加工和谷类处理方法等。尽管有些技术目前还限于实验室内,应用于工业生产时会遇到实际困难,如大规模处理时难以找到合适的超声源。如果超声源生产领域和食品加工领域的工作者加强合作,在超声源、超声测量及超声波在食品加工中的应用等方面进行深入的研究,无论是从经济角度还是从学术角度都是非常有意义的。

参 考 文 献
【1】 雷德柱、高大维等,应用声学,2000,19(5):44.

【2】 梁汉华、杨汝德等,食品工业科技,1998,No.5:4.

【3】 郭孝武、张福成等,声学技术,1994,13(4):185.

【4】 雷德柱、高大维等,应用声学,2000,19(5):44.

【5】 Midler.US patent,1970.3,510,266.

【6】 雷德柱、高大维等,应用声学,2000,19(5):44.

【7】 董华强、钟希琼等,食品工业科技,1999,Vol.20.No.3:18-19.

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