超聲波技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

龔菲菲

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建廈門 361101）

近年來，我國食品行業(yè)的競爭越來越激烈，在這樣的背景下，食品行業(yè)必須跟隨時代一起進(jìn)步，更新食品檢測技術(shù)，才能在未來的發(fā)展中搶占更多的市場份額。超聲波技術(shù)是一種全新的食品檢測技術(shù)。在傳統(tǒng)觀念里，超聲波技術(shù)多數(shù)被用于海底探測和回聲定位，但是在食品行業(yè)中，也可以利用超聲波技術(shù)檢驗食品的安全性。超聲波技術(shù)相較于其他技術(shù)而言，有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，可以更好地確保食品的安全性。

1 超聲波檢測的簡要概述

1.1 超聲波檢測特點

超聲波最主要的一個特點是頻率高，相較于其他的檢測技術(shù)而言，超聲波的穿透性也比較好，而且它的振動頻率通常是在2 000 Hz以上，其在液體和固體間都可以傳播[1]。在傳統(tǒng)觀念中，超聲波可能多數(shù)被用于航海探測和回聲定位，但是近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波在食品行業(yè)的應(yīng)用也越來越多，超聲波檢測技術(shù)是食品行業(yè)中重要的應(yīng)用之一，超聲波可對食品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量方面進(jìn)行嚴(yán)格地檢測，利用超聲波對食品進(jìn)行檢測，不會造成食品的污染。且在檢測過程中，超聲波的檢測速率非?？?，極大提升了食品的檢測效率。但是超聲波自身具有不穩(wěn)定性因素，在檢測的過程中很容易被外界因素影響，造成較大的誤差，在超聲波的使用過程中，一定要做好管理工作，保障超聲波能夠發(fā)揮出在食品檢測中的效果。

1.2 超聲波檢測的種類

超聲波在工業(yè)中的應(yīng)用可以分為兩個類型，①頻率比較低，但是能量很高，能夠用來清洗一些設(shè)備和管道，或破壞生物的細(xì)胞，進(jìn)而影響一系列化學(xué)反應(yīng)，這類的超聲波需要連續(xù)式操作，在過程中不能中斷。②超聲波利用頻率高，但是能量低，對待測對象不造成任何損傷，而且在很多脈沖操作中也會利用這種能量低、頻率高的超聲波，具有預(yù)期能量比較低的特性，所以在探測的過程中不會改變待測物品的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)等。在食品檢測技術(shù)中，所運(yùn)用到的超聲波檢測設(shè)備如圖1所示。低頻率超聲波在探測物體時，通過向帶測物體發(fā)射脈沖信號，然后再根據(jù)超聲波在食品內(nèi)的傳播狀況以及時間來確定食品的安全和成熟程度。而這一類技術(shù)在食品加工中的各個方面有廣泛的應(yīng)用，尤其是在乳液類制品和肉制品中，對超聲波探測技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛[2]。

圖1 超聲波檢測儀

2 超聲波技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

2.1 肉類檢測

在我國的食品市場中，肉制品比重較大，在日常飲食結(jié)構(gòu)中，肉制品也扮演著重要的角色。肉制品的安全問題一直以來都受到廣泛關(guān)注。雖然超聲波技術(shù)可以對肉制品進(jìn)行安全檢測，但是超聲波檢測技術(shù)還沒有達(dá)到成熟階段，在肉制品中的應(yīng)用還存在一些不足之處，雖然目前還在探索，但是近年來我國的科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，相信在不遠(yuǎn)的將來，超聲波技術(shù)在肉制品的檢測中也可以得到有效地應(yīng)用。超聲波在肉制品檢測的應(yīng)用中還沒有達(dá)到成熟階段的主要原因就在于，肉質(zhì)品中的纖維蛋白會被透過的超聲波所破壞，而且肉制品最大限度內(nèi)能承受超聲波的范圍是10 kHz左右，檢測過程中所用到的超聲波頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 kHz，如果利用超聲波對肉制品進(jìn)行檢測，會破壞肉制品類的纖維蛋白，導(dǎo)致有液體滲出，這些液體會讓肉質(zhì)纖維之間互相粘連，一旦出現(xiàn)這樣的情況，會影響肉的品質(zhì)。雖然超聲波技術(shù)在肉制品檢測過程中沒有廣泛應(yīng)用，但是利用超聲波來檢測肥肉和瘦肉之間的區(qū)別可以達(dá)到明顯的效果。因為超聲波技術(shù)獨(dú)特的穿透性，可以穿透脂肪和肌肉，便于五花肉和其他肉的檢測，提高了肉的檢測速率。

2.2 乳液檢測

乳制品體系是比較分散的粒子，平均的液滴尺寸在0.2～2 μm，在整個乳制品中呈現(xiàn)的是一種渾濁而且不透明的狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)下用傳統(tǒng)的方法不能確保食品的安全性，因為普通的光束檢測大于2 μm，無法達(dá)到檢測要求，但是利用超聲波技術(shù)可以完美地解決這一問題。在液體靜止?fàn)顟B(tài)下，粒子會由于重力的原因而開始移動，而且在乳狀液體系中還會存在一定的油脂，油脂的密度比水的密度小，通常會向上移動，超聲波的頻率為40 kHz，在功率為0.8 W時可以檢測到這些粒子的移動狀態(tài)，根據(jù)這些粒子的移動狀態(tài)，可以檢測到乳狀液體的安全性。如果利用傳統(tǒng)的檢測方式，需要利用快速冷凍來讓粒子達(dá)到固定位置，然后再對液體的含油量進(jìn)行檢測，才能夠檢驗乳狀液體的安全情況，但是相較于前者而言，后者的工作效率低，而且取樣工作也比較煩瑣，相較于這一技術(shù)而言，超聲波檢測技術(shù)操作過程較為簡單，非專業(yè)技術(shù)人員也可以操作，在很大程度上提高了檢測效率[3]。

2.3 充氣食品檢測

超聲波技術(shù)在檢測的過程中很容易受到外界因素的影響，因此，想要利用超聲波來檢測充氣類食品的安全狀況，需注意整個操作過程，如果在充氣類食品檢測時樣品存在氣泡，會導(dǎo)致超聲波出現(xiàn)傳播偏差，檢測結(jié)果的誤差也會增大。食品檢測的每一個步驟都必須要認(rèn)真細(xì)致，盡量避免偏差的產(chǎn)生。超聲波技術(shù)在充氣類食品的檢測中廣泛應(yīng)用，利用超聲波技術(shù)監(jiān)測充氣產(chǎn)品相較于傳統(tǒng)技術(shù)，準(zhǔn)確率會提高0.6倍，檢測速率也可以提升0.4倍。這一點在對薯片這一類的充氣食品中效果尤其明顯，雖然會存在誤差，但處于允許范圍之內(nèi)。超聲波檢測技術(shù)相較于其他技術(shù)而言，具有明顯的使用優(yōu)勢，因為超聲波技術(shù)不會對包裝內(nèi)的氣體造成任何污染，也不會影響氣體的穩(wěn)定性。

2.4 乳制品檢測

乳制品中的粒子有非常良好的散光作用，但會導(dǎo)致液體渾濁，如果在乳制品當(dāng)中利用其他傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行檢測，需要取樣，把乳制品中的油相和水相分離出來，再通過傳統(tǒng)的技術(shù)對油相進(jìn)行檢測和判定，這樣的方法不僅耗時費(fèi)力，而且檢測的結(jié)果也不一定準(zhǔn)確。還可利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢測，對乳制品液體進(jìn)行取樣，利用顯微鏡觀察。以最簡單的牛奶為例，利用光學(xué)顯微鏡對牛奶進(jìn)行檢測，觀測不到液體分子的運(yùn)行狀況和結(jié)構(gòu)變化，相較于其他技術(shù)而言，準(zhǔn)確性也比較低，但是利用超聲波技術(shù)對牛奶進(jìn)行檢測，不僅不需要取樣還可以提高檢測效率，測測速率提升0.4倍，還可以檢測出包裝內(nèi)部的產(chǎn)品有沒有發(fā)生凝聚現(xiàn)象，而且利用超聲波技術(shù)會使牛奶的脂肪球直徑由2.79～3.08 μm降低到0.57～0.95 μm，可以促進(jìn)油脂和水結(jié)合，減少分層。

2.5 飲料酒類檢測

近年來我國的飲品行業(yè)也十分發(fā)達(dá)，而飲品存在的主要形式都是液體，在飲品中最基本的溶劑是水，雖然飲品整體基本是以液體形式存在的，但是在飲品的各個溶質(zhì)之間，由于溶解度的問題，并不會充分地相融。傳統(tǒng)的飲品混合率只有80%，而且它們的混合物在物理性質(zhì)上也會有很大的差異，而且在一些口味比較豐富的飲品中，由于各種溶質(zhì)的密度不同，因此在融合的過程中會出現(xiàn)一種新密度的液體。由于液體密度之間存在變化，超聲波在不同密度液體之間會產(chǎn)生傳播偏差，相關(guān)人員可以利用這個現(xiàn)象區(qū)分不同的液體種類，然后再和標(biāo)準(zhǔn)對比，最后得出結(jié)果。以奶制品為例，奶制品的密度在1.35左右，而純奶的密度大約在1.2左右，過期飲品的密度更低，能夠輕易的區(qū)分出飲品是否處于安全范圍之內(nèi)，而且超聲波對飲品進(jìn)行檢測，不會引起飲品內(nèi)部成分以及性質(zhì)的變化，在很大程度上保證了檢測過程中飲品的安全性[4]。

3 結(jié)語

超聲波技術(shù)在食品檢測中可以應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，如肉食品檢測、乳狀液體檢測、充氣類食品檢測、乳制品及飲料等檢測的過程中。超聲波技術(shù)相較于其他技術(shù)而言不僅不會對食品造成任何污染，而且超聲波技術(shù)對食品檢測的安全性比其他技術(shù)更精確。