超聲波在食品工業(yè)的應用課件

超聲波技術在食品工業(yè)中的最新應用

1低強度超聲波技術高強度超聲波技術超聲技術的分析測定原理低強度超聲波技術的應用高強度超聲波技術的應用超聲波技術在輕工業(yè)中的應用1超聲波技術在食品領域的應用依能量強度主要分為兩大類:低強度超聲波技術低強度超聲波由于能量低,當超聲波通過體系時不會對介質產生物化破壞作用。通常應用于食品分析檢測領域,提供食品組成,質構及流變學性質數據。高強度超聲波技術高強度超聲波因為能量高足以使介質發(fā)生物理裂解和加速某些化學反應。用于促進乳化，破解細胞壁和分散聚沉物等。最近,超聲波技術已應用于食品起晶過程的控制、酶活力的鈍化、肉的嫩化、加速干燥、縮短過濾時間及促進氧化反應等領域。1（1）聲速測定

當一個平面波通過介質時,超聲波性質與介質的物理性質可用一個簡單的數學式關聯:（Κ/ω）2=ρ/Е由于衰減系數α<<ω/C,Е和ρ基本上與f無關,動態(tài)和靜態(tài)測定的數值相差很小。上式簡化為:

c2=Е/ρ只要測出介質的聲速,即可探知介質的物理性質。所以可通過檢測超聲波性質的區(qū)別或變化來定性或定量監(jiān)測介質的物理性質甚至分子水平的變化。1（2）衰減測定當聲波通過介質時,其振幅會出現減小。這種聲波衰減主要是由于傳遞過程中聲波能量發(fā)生吸收和散射。吸收的機理可能是聲能在過程中被轉化成了其它形式的能量(最終成為熱能)。而散射則是當聲波入射到一個介質不連續(xù)處(如分散粒子的表面或其它兩相界面)時,它會被散射而偏移入射波方向。不同于吸收機理的是散射機理中超聲波的能量形式上并不發(fā)生改變,但由于被散射到其它方向以及相位發(fā)生了變化,所以接收器難以檢測到這些能量。1通常超聲波在液態(tài)介質中的吸收表現為三種基本形式:熱傳導、粘滯耗散和分子弛豫衰減系數a可以表述為:A=A0exp(-ad)A為聲波通過介質后檢測到的振幅,A0為初始振幅,d為聲波通過的距離。衰減系數的測定與測量聲速的原理相同,只不過此時測量的參數不是時間而是示波器上相鄰回波的振幅及其變化。1低強度超聲波技術的應用低強度超聲波技術應用于食品領域的定性測量約始于上世紀40年代,這項技術一直到最近才得到研究人員的重視,這主要由如下三方面原因:a、食品工業(yè)界越來越重視形成一項分析檢測復雜食品體系新技術,包括監(jiān)控加工過程食品理化性質的變化,而超聲波技術能夠滿足這些要求。b、超聲波儀器能實行全自動操作,檢測快速,精度能滿足食品分析的要求,且低強度超聲波技術檢測時不破壞體系的物化性質同時能不干擾生產并能實現在線操作,另外能應用于光學非透明體系,這彌補了光學檢測儀的一些不足。c、微電子技術的快速發(fā)展降低了超聲波儀器設備的造價。超聲分析測量技術在食品工業(yè)中的應用主要基于可測量的超聲波的幾個主要特征參數(聲速、衰減系數和聲學阻抗)能反映食品體系物化特性參數(如組成、質構和流變學等物理性質)。1（1）測定介質的厚度超聲儀器設備能準確測定介質的厚度。將一超聲波發(fā)送探頭安放在待測介質原料的一端,并使脈沖超聲波輸送到待測樣中。測出超聲波脈沖穿過待檢樣并返回到探頭的時間t,則只要測出超聲波在檢樣中的傳播速度c就能確定檢樣的厚度(d=ct/2)。目前此技術已用于糖果中巧克力涂層的厚度,肉的厚度,罐頭中液層厚度以及蛋殼的厚度的測定。1（2）探測食品中的雜質異物食品加工過程中經常會被金屬屑,玻璃碎片及木屑等雜質污染。這些雜質的存在嚴重影響到產品的品質,必須予以檢出剔除。測定原理是將一超聲波脈沖被導入檢樣中時脈沖將從所遇到的所有介質表面反射回來,由于雜質和產品成分聲學阻抗存在明顯差異,表現出來的超聲波性質也明顯不同,所以能將雜質檢測出來。待檢樣中若存在玻璃等雜質時,通過測定超聲波從該雜質反射回來和從檢樣室遠端器壁反射回的時間差異能檢測到該雜質,另外通過移動超聲波發(fā)生器至樣品周圍的各個方向進行檢測可進一步確定雜質的大小和位置。1（4）流速的測定在許多食品加工操作中,控制食品物料流速的大小顯得非常重要,科研人員已研制出一系列用來測量食品物料流經一管子的流速,如Doppler流速計。超聲波流速計的測量范圍跨度很大,從每秒幾毫米到幾十米。這些超聲波流量計一般測定的是物料的平均流速。最近研制成功的更為精密的流量計可被用來定性測定流體流經一管子的截面狀態(tài)參數。許多超聲波流速計被用來準確測定流體中不同組分的流速而不是局限于測定單一流體的流速。11流速計（5）乳狀液分層的檢測超聲在食品工業(yè)另一日益廣泛的應用是用來觀測乳狀液和懸浮液是否發(fā)生分層。一般情況下油的密度低于水的密度,這導致水包油液中的液滴向液面上浮起泡而分層,而油包水體系中的液滴會因沉淀而致使液體分層。起泡和沉淀的發(fā)生經常影響到一些產品的貨架壽命。應用超聲波技術測定聲波在體系中的傳播速度或衰減系數能給產品貨架壽命的確定提供重要參考數據。這一技術可完全自動化且能在肉眼無法看到的時候檢測到。另外,此技術還被用于研究牛乳乳狀液、果汁、人造奶油、啤酒泡沫及色拉奶油的穩(wěn)定性。1高強度超聲波技術的應用高強度超聲波因能量高,能在介質中產生強大壓力、剪切力和高溫,改變介質的物理結構、促進某些化學變化。食品工業(yè)中高強度超聲波技術的應用較為廣泛，早期應用包括細胞的破解、液體脫氣、超聲清洗和分散聚沉物等。近年來高強度超聲不斷應用于食品工業(yè)新領域。1（1）超聲殺菌高強度超聲波因能產生高壓,強剪切力和高溫而用于殺滅微生物。目前超聲波殺菌技術已應用于食品工業(yè)。超聲波殺菌與熱處理加氯處理等殺菌技術配合使用時更有效。1（2）超聲嫩化延長肉與超聲波的作用時間可使肉獲得明顯的嫩化效果。應用超聲波對肉進行處理可使肌纖維蛋白迅速釋放,肌纖維蛋白主要對肉制品中各組分起粘連作用。因而超聲波技術可改善肉制品持水性、嫩化度及凝聚能力等物理性質。1超聲波洗衣機

根據超聲波能量集中，在液體中能產生高溫和空化作用的原理，日本一家公司開發(fā)出一種新型超聲波洗衣機。洗衣時，洗衣機把超聲波和空氣流一起壓入水中，從而使衣物上的油脂或污垢脫離纖維，將衣服洗干凈。其主要優(yōu)點是不用洗滌劑，不損傷織物的