超声波杀菌技术

超声波杀菌技术

摘要：超声波杀菌技术用于食品杀菌具有能耗低、时间短、有效保存食品营养成分和天然色、香、味等特点，具有广阔的应用前景。本文综述了超声波杀菌机理、影响因素与国内研究现状及前景等问题。

关键词：超声波；杀菌技术

超声波是由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播。当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核，空化核的寿命约为０．１μｓ，它在爆炸的瞬间可以产生约４０００Ｋ和１００ＭＰａ的局部高温和高压环境，并产生速度约为１１０ｍ／ｓ具有强烈冲击的微射流，这种现象称为超声空化［７，８］。微射流作用会在界面之间形成强烈的机械搅拌效应，而这种效应可以突破层流边界的限制，从而强化界面间的化学反应过程和传递过程。

1 超声波杀菌机理

超声波是频率大于20kHz 的声波，是在媒质中传播的一种机械振动。由于其频率高、波长短，除了具有方向性好、功率大、穿透力强等特点以外，超声波还能引起空化作用和一系列的特殊效应，如力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。一般认为，超声波所具有的杀菌效力主要由于超声波所产生的空化作用，使微生物细胞内容物受到强烈的震荡，从而达到对微生物的破坏作用。所谓的空化作用是当超声波作用在介质中，其强度超过某一空气阀值时，会产生空化现象，即液体中微小的空气泡核在超声波作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空气泡在绝热收缩及崩溃的瞬间，泡内呈现5000℃以上的高温及109K/s 的温度变化率，产生高达108N/m2 的强大冲击波[3]。利用超声波空化效应在液体中产生的局部瞬间高温及温度交变变化、局部瞬间高压和压力变化，使液体中某些细菌致死，病毒失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏，从而延长保鲜期[4]。

2 影响超声波灭菌的因素

超声波的生物学效应与空化作用有关，而空化效应的发生会受到诸如声场参数、媒质性质以及环境等因素的影响。 2.1 超声波的频率、强度及照射时间低频率的超声波杀菌效果较差，在较高频率范围内，超声波能量大，杀菌效果好。但超声波频率太高，不易产生空化作用，杀菌效果反而有所降低。Joyce[5] 等人研究了不同功率对杀菌效果的影响，结果发现，低强度高功率对细菌集团的分散效果较好，而高强度低功率对细菌的杀灭作用较强。利用较高强度超声波照射菌液时，整个容器中的菌液发生对流，从而将细菌全部破碎。当超声波的输出功率为50W，容器底部振幅为10.5μm 时，对50ml 含有大肠杆菌的水作用10～15min，细菌全部破碎。输出功率增加，则作用时间缩短。超声杀菌效果与其照射时间成正比，照射时间越长，效果越好。研究表明，绿脓杆菌、枯草杆菌的杀灭率和超声波作用时间显著相关。在较低强度的超声照射下，以绿脓杆菌杀灭率随时间提高最快[6]。

3 超声波杀菌技术的应用现状

超声空化能提高细菌的凝聚作用，使细菌毒力丧失或死亡，从而达到杀菌目的。超声灭菌适于果蔬汁饮料、酒类、牛奶、酱油等液体食品，这对延长食品保鲜、保持食品安全性有重要意义。较之传统高温加热灭菌工艺，超声作用既不会改变食品的色、香、味，也不会破坏食品组分。 3.1 果蔬汁饮料绿茶饮料在加工过程中，由于茶多酚的氧化等原因，颜色会变深，由最初的黄绿色逐渐变成棕褐色，即褐变，这使绿茶饮料的外观效果及饮料品质受到严重影响。吴雅红[7]等人的实验研究表明，用高温灭菌处理再加适量防腐剂可以防止褐变，保证饮用安全，但饮料颜色仍然较深。经微波和超声波灭菌的茶汤饮用安全性能够得到保证，各菌种生长极少，茶汤颜色稳定，透明性好，也不褐变。三种灭菌方法中

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