超声波杀菌技术在食品行业中的应用.docx

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1、超声波杀菌技术在食品行业中的应用一、超声杀菌效果 超声杀菌的机理是基于超声生物、物理和化学效应。研究发现在含有空气或其它气体的液体中，在超声辐射下，主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。例如荧光细菌在超声作用下会受到破坏，大肠杆菌族细菌也有同样的结果。伤寒沙门氏菌可以用4.6MHz频率的超声来全部杀死。用960kHz的超声在水溶液和生理盐水中作用于百日咳菌，发现超声对这些微生物有显著的破坏作用。     在辐射各种细菌时发现，在细菌死亡的同时，发生了细菌的自溶，即形态结构也受到破坏，以至在超声作用以后不仅培养物中的菌落数目减少，而且在形态上保留原状的

2、细菌也减少了。受过辐射的杀菌悬浮液的浑浊程度也减小，透明度提高，这是由于每个单个细胞组成胶体的分散程度的减小和细胞囊的溶解（这表现为溶液中含氮化合物的增加和细菌的减小）所致。 二、影响杀菌效果的因素 1．声强 为了在液体介质中产生空化效应（这是杀菌的主动力），声强的必要条件是大于具体情况下的空化阈值。据研究，杀菌所用的声强最低也要大于1W/cm2。 声强增大，声空化效应增强，杀菌效果增强，但也使声散射衰减增大；同时，声强增大所引起的非线性附加声衰减亦随之增大，因而为取得同样的杀菌效果所付出的功率消耗增加。当声强超过某一界限时，空化泡在声波的膨胀相内可能增长过大，以至它在声波的压缩相内来

3、不及发生崩溃，使空化效应反而减弱，杀菌效果会下降。可见，为获得满意的超声杀菌效果，没有必要无限制的追求提高声强，一般情况杀菌声强宜于取在1－61W/cm2的范围内。 2．频率 频率越高，越容易获得较大的声压和声强。另一方面，随着超声波在液体中传播，液体中微小核泡被激活，有振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程所表现的超声空化效应也越强，从而超声波对微生物细胞繁殖能力的破坏性也就越明显，宏观上表现出来的微生物灭菌效果就越好。 但频率升高，声波的传播衰减将增大。因此，一般说来，为了获得同样的杀菌效果，对于高频声波则需要付出较大的能力消耗。例如有报道，为了在水中获得空化，使用400kHz超

4、声所消耗的功率，要比使用10kHz的超声高出10倍。由于这个原因，目前用于超声杀菌的超声频率多选择早20－50kHz。 3．杀菌时间 随着杀菌时间增加，杀菌效果大致成正比增加，但进一步增加杀菌时间，杀菌效果并没有明显增加，而趋于一个饱和值。对其它的声化学反应也如此。因此一般的杀菌时间都定在10min内。另外还有一个问题必须引起充分注意，随着杀菌时间的增加，介质的温升会加大，这对于某些热敏性的食品杀菌是不利的。 4．超声波形的影响超声杀菌可取连续波和脉冲波两种波形。连续波工作时，声能在整个杀菌过程中不断连续作用。而脉冲是间断作用的，可防止介质的显著热效应，这对与热敏性食品的杀菌是有利的。

5、有研究认为在进行超声杀菌时，利用混响声场要比行波声场有效得多，在同样的超声能量输入条件下，可达到高得多的杀菌效果。当使用脉冲超声波时，为使稳定的混响场得以建立，以期获得高的杀菌效率，应使脉冲宽度有足够的宽余（一般取10ms左右）；在保证稳定的混响场声场得以建立的情况下，所获得的杀菌效率等效于连续波辐射。 三、超声波在食品工业上的具体应用 1.超声波解冻 大块冻结食品在空气、水中解冻很慢，增加加工成本，浪费时间。  Shore等人(1986)发现，超声波在冻结肉制品中比在末冻结组织中衰减程度大，也就是说，已冻结的区域对超声波的吸收比未冻结的区域要高出几十倍，而且这种衰减随着温度显著增加，

6、在起始冷冻点达到最大值。即，超声波大部分能量将被食品中处于冻结临界区域的组织吸收。  Miles等发现，500kHz 0.5W每平方厘米，10～15cm厚的冷冻牛肉，猪肉在1.5～2.5h内即可完全解冻。 超声波解冻后局部最高温度与超声波的加载方向、超声波的频率和超声强度有关。 2.干燥、除沫 超声波在液体表面形成超声喷雾（可用来除沫），并使液体产生空化，大大增加了液体的蒸发面积。具有干燥速度快、温度低，最低含水率低且具有物料不被破坏等优点而适用于食品、药品及生化制品的热敏性物质的干燥。  超声波干燥常用频率为16～50kHz，声强大于150dB。Boucher 超声波干燥蔗糖，迅速使

7、水分降至1.2％，继续处理16min，可除去所有水分。 一般的喷雾干燥只能用与粘度比较低的物料，而超声波干燥可用于粘度较高的物料。 3.分离、提取 超声波能够增大溶剂向原料细胞的渗透量并强化传质，因此它可以明显地加速植物体和种子中有机成分的提取过程。功率超声波还能破坏细胞壁，释放细胞内的物质。 功率超声用于过滤系统，可以防止过滤阻塞，使过滤速度提高几倍至几百倍，原因：1.超声辐照会使过细的颗粒发生凝聚，从而使过滤速度加快；2.超声辐照向系统提供