食品加工中超聲波生物學效應的研究進展

□ 郭　焰　新疆輕工職業(yè)技術學院

食品加工中超聲波生物學效應的研究進展

□ 郭焰新疆輕工職業(yè)技術學院

近年來，隨著對超聲波技術生物學效應的不斷拓展，其在食品加工產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮至關重要的作用，不僅可以促進微生物的快速生長，還利用其有效殺菌、誘變菌種等積極作用，進一步促進食品加工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

超聲波，作為一種超頻率高于2×104Hz的機械聲波，具有穿透性強等特點，可以利用其不同聲波的傳播形式，影響載聲介質(zhì)產(chǎn)生不同的反應。超聲波對生物的作用，則可以產(chǎn)生一系列的生物學性質(zhì)改變，最終引發(fā)出一定的生物學效應。近年來，超聲波的生物學效應在食品加工生產(chǎn)領域中得到廣泛應用，并發(fā)揮出不容忽視的技術效應。

超聲波生物學效應對食品加工微生物的影響

在超聲波所產(chǎn)生的生物學效應中，對微生物的影響是多樣化的，尤其在食品加工領域中，主要可以歸納為3個方面。①利用超聲波，可以促進微生物細胞的健康生長，實現(xiàn)對代謝產(chǎn)物的有效合成。②利用超聲波，可以實現(xiàn)對菌種的誘變，從而改變蛋白質(zhì)的表達形式。③利用超聲空化效應可以實現(xiàn)對細胞壁的改變，并達到殺菌的作用。

超聲波，可以加速真菌的發(fā)酵過程，并將有效的鞏固酵母細胞，使其可以在不受環(huán)境干擾的情況下，提升自身的抗受能力。據(jù)周慧吉等相關學者研究發(fā)現(xiàn)，超聲波可以被用于對酵母細胞的處理和移動。而馬亞琴等研究人員針對超聲波生物學效應對微生物所產(chǎn)生的影響進行實驗，選擇對釀酒酵母細胞進行處理。在此過程中，首先，選用頻率較高，2 MHz左右的超聲，在30 ℃的恒定條件下，實現(xiàn)對釀酒酵母的處理，結果發(fā)現(xiàn)其形態(tài)等發(fā)生改變，但其細胞的存活率得到明顯提升。其次，實驗選用低強度的超聲，24 kHz、2 W并于29 ℃的環(huán)境中進行處理，結果發(fā)現(xiàn)此次實驗有效的提升細胞內(nèi)Ca2+的含量，并使酵母生物的產(chǎn)量得到迅速提升。分析發(fā)現(xiàn)，超聲波可以有效地促進細胞膜的通透性，其表面的電勢，加速鈣通道的激活，提高細胞內(nèi)Ca2+濃度，縮短其原本的生長周期。

超聲波生物學效應對食品加工酶學的影響

根據(jù)孫健等學者的研究發(fā)現(xiàn)，超聲波可以在低強度的頻率，適宜的環(huán)境條件下，具有一定的空穴作用、磁致伸縮作用等，不僅可以用于對酶分子構象的改變，同時也加速細胞在代謝過程中底物與酶分子的接觸，從而實現(xiàn)產(chǎn)物的釋放，增加生物的活性。同時，針對堿性蛋白酶的超聲生物學效應進行實驗，結果發(fā)現(xiàn)聚能式超聲波將對其活性產(chǎn)生一定的影響，而當超聲波功率達到80 W、并超聲4 min時，蛋白酶的活性值為最高，比普通活性數(shù)值增加5.9%，而熱力學相關參數(shù)也分別產(chǎn)生下降現(xiàn)象。同時，熒光光譜與色譜的結果分析中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超聲波所處理過的堿性蛋白酶，表面的色氨基酸數(shù)量得到增加。

除此之外，程新峰等學者在研究中發(fā)現(xiàn)，超聲波使某些酶活性不斷下降。對堿性磷酸酶進行處理的過程中，發(fā)現(xiàn)酶的活性相對下降9%，持續(xù)處理24 h后，發(fā)現(xiàn)酶的活性下降30%，結果證明超聲波有滅酶的作用。在相應的壓力作用下，將熱處理的方式與超聲波進行結合，并以此來處理番茄果實，結果發(fā)現(xiàn)可以更快速地實現(xiàn)對果膠甲酯酶的有效抑制，同時也降低半乳糖醛酸酶活性。對比發(fā)現(xiàn)，處于63℃內(nèi)所處理的果膠甲酯酶的D值，相對降低53倍，而在86 ℃以及53 ℃進行處理時，其D值則分別降低86.1倍和26.5倍。在利用脈沖超聲波處理新鮮哈密瓜的過程中，發(fā)現(xiàn)哈密瓜汁在6 min之內(nèi)未受到顯著影響，但在10 min后，經(jīng)過超聲處理的多酚含量明顯下降。綜上所述，超聲波生物學效應對食品加工中酶的影響是雙重性的，既可以促進其生物活性的提高，也可以導致其生物活性的下降。

結語

超聲波作為一種獨特的聲波，可以產(chǎn)生不同的生化效應，也將產(chǎn)生不同的生物學效應，廣泛應用于我國的食品加工產(chǎn)業(yè)中。在應用超聲波生物學效應的過程中，不僅可以實現(xiàn)對物質(zhì)性質(zhì)的改變，同時也可以利用能量相對較高的超聲波，實現(xiàn)對醫(yī)學、交通、食品等多個產(chǎn)業(yè)領域的積極影響。在使用超聲波時應當根據(jù)具體的需求及條件進行綜合考量。目前，超聲波的生物學效應日益成為研究學者所重點關注的對象，相關的機理研究相對欠缺，無法實現(xiàn)對超聲波生物學效應的積極利用。因此，我國必須實現(xiàn)對生物技術領域的全面性學習，開發(fā)出新型的生物設備等，促進我國食品加工以及生物基礎產(chǎn)業(yè)的雙重發(fā)展。