《超声波杀菌技术在食品中的应用》.ppt

超声波杀菌技术在食品中的应用 新疆农业大学科学技术学院 食品科学与工程082班 张彩宁 085202633 超声波的概念 超声波 超声波的简介科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。 1. 超声波杀菌机理 超声波是指频率从20 kHz到10 MHz范围内的声波,具有频率高、方向性恒定、穿透力强、能量集中的特点,超声波技术的传统用途主要是超声波定位、医疗诊断、清洗、探伤等。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。 1.1热学效应 超声波在介质中传播时往往会使介质的温度升高，超声波形成热的主要原因有： 1.1.1超声振动能量在通过介质中不断地被介质吸收，部分振动能被转变为热能。 1.1.2由于超声波的振动，使介质质点产生强烈的高频振荡，介质间相互摩擦而发热。 1.1.3在不同组织的分界部分由于组织分层介质声阻抗不同，将产生反射，形成驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热，此时在与驻波引起分子间相对运动，产生摩擦而形成热。 1.2机械效应 当超声波在介质中传播时，将引起传播空间内介质质点的振动，使它们具有交变的速度、加速度、位移、声压、压力、张力、切应力（弹性的或粘滞的）、膨胀、压缩等。如果超声波对介质作用所引起的效应与上述一个或几个力学量有关，便可把产生效应的机理归纳为机械（力学）效应。 1.2.1由于介质质点在超声波作用下的振动加速度与振动频率的平方成正比，虽然振动质点的位移和速度不大，由于频率很高，故振动加速度却相当大，有时超过重力加速度的数万倍。如此大的加速度足以造成对介质极大的机械效应，甚至起到破坏介质的作用。 1.2.2当超声介质是不均匀的分层介质时，各层介质声阻抗不同将使传播的声波产生反射、形成驻波，驻波的波腹、波节造成压力、张力和加速度的变化。由于不同介质质点的质量不同，则压力变化引起的振动速度有差异，使得介质质点间的相对运动所造成的压力变化，是引起超声机械效应的另一原因。 1.2.3利用超声的机械效应进行加工处理（打孔、切割、表面强化、焊接、清洗、抛光以及去除不希望的薄膜和赃物等），也用于加速分散、均质、乳化、粉碎、杀菌及其它过程。 1.3空化效应 当超声波在液体中传播时，会产生一种特殊现象－空化。广义地说，超声空化是指激活气泡或空穴的各种动力学表现。也就是说，当超声波在液体中传播时，液体中的微小气泡（或空穴），在声场的作用下被激活，它表现为这些气泡（空化核）的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空化泡收缩及崩溃瞬间，泡内可呈现5000℃以上的高温和几百到上千个大气压的高压，温度变化率高到109K/s，逐渐导致产生自由基及声致发光、次谐波、噪声等现象，并伴随有强大的冲击波（对均相液体介质）或时速达400km的射流（对非均相介质），会产生一系列物理、化学或生物效应。 1.4化学效应 超声波还引起化学作用，促进化学作用，尤其是氧化还原、聚合、电化学及其它过程。例如在溶有氮的水中，经超声波处理后就产生硝酸。超声还有还原作用和影响金属的电离分解作用。 超声波对高分子物质有分解作用，超声波在有机体内能引起分子产生高振动速度，高速振动分子间产生摩擦力，此力能使聚合的高分子遭到破坏，起到解聚的作用。可使淀粉变为糊精，糖原还原。 超声波能分裂葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖及核酸等。超声有脱氨（NH3），分裂NH键的作用，还可破坏维生素C，时氧化酶、脱氢酶失去活力，提高转化酶的作用，影响蛋白酶及胰岛素作用的发挥。超声还能使丝状巨型分子解聚，蛋白质凝固，这是超声波杀菌、消毒的原因之一。超声还引起氢离子浓度的改变，引起生物组织pH发生变化。 1.5弥散效应 超声能量可以强化和加速渗透通过薄膜、筛网、过滤器、半透膜等的扩散过程，强化搅拌过程，会减薄固－液分界面有效厚度从而提高扩散速度。超声能使药物更易进入微生物体内。将消毒药物与超声合并使用，可提高细菌对药物的敏感性，增强药物的杀菌作用，这就是药物的透入疗法的原理 1.6声流效应 发生在超声场中的宏观和微观稳定的液体涡流称为声流。在空化泡振荡时，在固体（或微粒）表面附近会形成这种特殊的声流；当超声射入不同声阻抗的介质截面上，动量发生变化，所产生的辐射压力也会引起声流。在声流的作用下，液体介质也会出现一些特殊的物理、化学和生物效应。例如会引起生物组织分子的移动或转动，当这种运动的幅度足够大时，会引起组织的损伤甚至