吳宇桐，崔夢(mèng)晗，王宇琦，孔保華，陳 倩*

冷凍是最常用的食品保藏技術(shù)之一，冷凍會(huì)降低食品的水分活度、酶活性，延緩食品腐敗，延長(zhǎng)食品的儲(chǔ)存期，保留食品原有的風(fēng)味并減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失[1]。在食品冷凍過(guò)程中，結(jié)晶對(duì)食品冷凍品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的食品冷凍技術(shù)，如空氣吹風(fēng)、板式接觸、流化床冷凍、浸泡冷凍等，在結(jié)晶過(guò)程中通常會(huì)形成大小、分布不均勻的冰晶，對(duì)食品結(jié)構(gòu)造成損害，降低食品品質(zhì)[2]；因此，提高食品冷凍品質(zhì)的關(guān)鍵在于控制并優(yōu)化結(jié)晶過(guò)程。

超聲波是一種方向性好、穿透力強(qiáng)、能量較為集中的聲波，已在精密的機(jī)械零件和實(shí)驗(yàn)器具的清洗與醫(yī)療檢測(cè)等方面廣泛應(yīng)用[3]。近年來(lái)，超聲波技術(shù)飛速發(fā)展，超聲波加工技術(shù)也愈加成熟，其在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用日益增加。超聲波技術(shù)在食品中的應(yīng)用可依據(jù)超聲波的性質(zhì)分為兩類(lèi)：一種是低強(qiáng)度超聲波，頻率較高（5～10 MHz），所含能量低，主要用于食品加工過(guò)程中的品質(zhì)監(jiān)控與無(wú)損檢測(cè)等方面[4]；另一種是高強(qiáng)度超聲波，頻率較低（20～100 kHz），所含能量高，主要用于食品加工過(guò)程中的干燥、冷凍、萃取、殺菌、乳化、脫氣、肉嫩化、老化等加工工藝中[5-12]。

超聲輔助冷凍（ultrasonic-assisted freezing，UAF）技術(shù)作為一項(xiàng)新型的加工冷凍技術(shù)，對(duì)食品冷凍過(guò)程中晶體的形成與生長(zhǎng)具有極為顯著的改善作用，它可以促進(jìn)晶核的形成，控制冰晶的大小，提高凍結(jié)速率，從而改善食品冷凍品質(zhì)[2]。本文闡述了超聲波輔助食品冷凍的作用機(jī)理，綜述了其對(duì)食品冷凍品質(zhì)的影響，列舉了一些食品的UAF工藝參數(shù)，以期使UAF技術(shù)改善食品的冷凍效果、提升食品冷凍品質(zhì)的能力引起更多的關(guān)注，讓更多人有所了解。

1 食品冷凍概述

圖1 冷凍過(guò)程典型的溫度變化曲線[2]Fig. 1 Typical temperature record during freezing[2]

冷凍并不是瞬時(shí)完成的，而是溶液熱量的轉(zhuǎn)移與形態(tài)改變的一個(gè)過(guò)程，此過(guò)程可以分為3 個(gè)階段：液態(tài)降溫階段、相變階段和固態(tài)降溫階段[13]。其中每個(gè)階段都伴隨著熱量的傳遞與溫度的改變，并引起冷凍介質(zhì)相的轉(zhuǎn)變。如圖1所示，當(dāng)溫度逐漸下降到初始凝固點(diǎn)（Tf）以下時(shí)，液體被認(rèn)為是過(guò)冷液，而Tf和Ts之間的差值被稱(chēng)為過(guò)冷度。在A～B階段，隨著潛熱釋放，液體溫度回升，初始晶體形成，并形成熱靜止平臺(tái)（B～C）。在B～C階段，液體相變?yōu)楣腆w，潛熱隨著冷凍進(jìn)行而喪失。在相變過(guò)程（C）結(jié)束時(shí)，潛熱被除去，相變基本完成，溫度再次下降[2]。冷凍過(guò)程中的晶體形成主要發(fā)生在相變階段（即B～C階段），包含初次成核、二次成核和晶核生長(zhǎng)3 個(gè)過(guò)程。其中，初次成核是溶液相變的開(kāi)始階段，指溶液中生成晶種進(jìn)而生成晶核的過(guò)程；二次成核是指初次成核生成的晶體破碎后生成的碎片作為新的晶核并繼續(xù)生長(zhǎng)的過(guò)程；晶核生長(zhǎng)是指晶核形成后由于水分的黏附使晶體繼續(xù)生長(zhǎng)的過(guò)程。在晶體形成過(guò)程中，生成的晶核越多，晶核與水分接觸的總面積越大，結(jié)晶的速率越快，結(jié)晶過(guò)程消耗的時(shí)間越短，有助于生成體積較小的晶體[14]。

冷凍對(duì)食品品質(zhì)的影響主要取決于冰晶的形成過(guò)程，但結(jié)晶是自發(fā)且隨機(jī)的一種過(guò)程，難以完全預(yù)測(cè)和控制結(jié)晶的時(shí)間以及產(chǎn)品的最終質(zhì)量。冰晶的大小、生成速率以及分布的均勻程度都是影響冷凍食品品質(zhì)的重要參數(shù)。使用常規(guī)的冷凍方式時(shí)，細(xì)胞內(nèi)外溶液濃度不同，結(jié)晶所需的過(guò)冷度不同，使胞內(nèi)結(jié)晶難以生成，胞外結(jié)晶不斷生長(zhǎng)直至破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，對(duì)食品品質(zhì)造成不利影響[15]。此外，常規(guī)的冷凍方式凍結(jié)速率慢，易造成大體積冰晶體的形成，損害食品微觀結(jié)構(gòu)，并使食品品質(zhì)下降[16]。高強(qiáng)度超聲波可以使食物內(nèi)局部壓力改變，形成局部高過(guò)冷度，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)外同時(shí)結(jié)晶，并縮短冷凍過(guò)程消耗的時(shí)間、提高結(jié)晶率，有利于生成均勻、細(xì)小的冰晶，起到改善食品冷凍品質(zhì)的作用[17]。

2 超聲波輔助食品冷凍的作用機(jī)理

2.1 UAF技術(shù)

UAF技術(shù)通過(guò)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)、熱效應(yīng)來(lái)影響晶核的形成以及生長(zhǎng)，從而改善冷凍食品品質(zhì)[18]。該技術(shù)從物理層面改善了食品的組織結(jié)構(gòu)與細(xì)胞結(jié)構(gòu)，既可以保證食品的安全性，又可以滿足消費(fèi)者對(duì)食品加工安全的需求，符合現(xiàn)代食品工業(yè)向綠色食品生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。在食品冷凍中，高強(qiáng)度超聲波可以加快成核速率并控制晶體的形成和生長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的冷凍方式相似，UAF工藝也會(huì)經(jīng)歷液態(tài)降溫、相變和固態(tài)降溫等階段。通常來(lái)說(shuō)，使用UAF時(shí)無(wú)需作用于整個(gè)冷凍過(guò)程，只需在相變階段進(jìn)行射頻式發(fā)射，便可影響其晶核生成與改善的過(guò)程，達(dá)到改善食品品質(zhì)的目的。因此，超聲波對(duì)食品冷凍過(guò)程中冰晶形成階段的影響決定了其作用效果與價(jià)值。

2.2 超聲波對(duì)初次成核的影響

在食品內(nèi)部溫度降至冰點(diǎn)時(shí)，溶液并不會(huì)立即結(jié)晶，只有在達(dá)到一定的過(guò)冷度時(shí)，才可能形成晶核。成核是指溶液生成晶核的過(guò)程，若溶液中沒(méi)有已經(jīng)存在的晶體，則初次成核是溶液結(jié)晶的起始步驟，也是極其重要的步驟[19]。如果成核發(fā)生在具有較大過(guò)冷度或過(guò)飽和度的單質(zhì)系統(tǒng)中，則認(rèn)為是均相成核。然而，大部分食品樣本并不是純凈的單質(zhì)結(jié)構(gòu)，在有雜質(zhì)存在的情況下，晶體會(huì)在非單質(zhì)系統(tǒng)下生長(zhǎng)，被稱(chēng)為非均相成核[20]。非均相成核由于自身所處環(huán)境的不均勻，生成的晶核大小、分布不均，不利于提升食品的冷凍品質(zhì)。UAF可以通過(guò)對(duì)超聲介質(zhì)連續(xù)且循環(huán)的壓縮和擴(kuò)張進(jìn)行傳播，產(chǎn)生空化氣泡，氣泡經(jīng)歷形成、生長(zhǎng)、振蕩和破碎等過(guò)程，改變了食品的內(nèi)部環(huán)境，這也就是所謂的“空化效應(yīng)”，它可以促進(jìn)晶核形成，并使其分布均勻[21-22]。

在超聲波對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，超聲波的周期性波動(dòng)給予介質(zhì)拉應(yīng)力，使其局部介質(zhì)的壓力升高或降低，當(dāng)局部壓力降低時(shí)，液體破裂形成空化氣泡，當(dāng)局部壓力升高時(shí)，對(duì)氣泡起壓縮作用。超聲波進(jìn)行周期性傳播，原本溶于水中的空氣開(kāi)始擴(kuò)散到空化氣泡中，上述過(guò)程不斷重復(fù)使空化氣泡逐漸增大。但當(dāng)空化氣泡的體積增加到一定程度時(shí)，其不再穩(wěn)定，在超聲作用下破裂?？栈瘹馀莸钠扑槭且环N短暫而劇烈的現(xiàn)象，會(huì)在瞬間釋放巨大的能量，使局部壓力在很短的時(shí)間內(nèi)（通常為納秒級(jí)）達(dá)到5 GPa，并產(chǎn)生極高的溫度，影響溶液結(jié)晶[23-24]。王全海[25]觀察到該過(guò)程（圖2），證實(shí)了空化效應(yīng)的確與晶核的形成有關(guān)，空化效應(yīng)產(chǎn)生的高壓增加了過(guò)冷或過(guò)飽和的程度，從而誘導(dǎo)了溶液成核。依據(jù)此理論，溶液會(huì)在超聲作用瞬間生成晶核。但Zhang Xu等[26]發(fā)現(xiàn)晶核并不是在超聲作用瞬間產(chǎn)生，而是在作用短暫時(shí)間后才觀察到晶核的形成；他們認(rèn)為空化氣泡破碎后產(chǎn)生以破碎部位為中心的壓力梯度也可能是成核的驅(qū)動(dòng)力，有助于晶核的形成與擴(kuò)散；因?yàn)閿U(kuò)散需要時(shí)間，所以該實(shí)驗(yàn)中觀察到的氣泡破碎與核形成之間的時(shí)間間隔可以用壓力梯度來(lái)解釋。Grossier等[27]認(rèn)為在冷凍結(jié)晶過(guò)程中，溶液處于亞穩(wěn)態(tài)，而液體壓力的變化會(huì)促使液體中的微粒移動(dòng)，從而使溶液的亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生了變化，水分子聚集形成分子簇，在達(dá)到臨界體積后成核并進(jìn)一步形成冰晶。因此，超聲傳播引起的溶液壓力變化也可能會(huì)影響晶核的形成。研究者們推測(cè)在初次成核過(guò)程中不止一種機(jī)制在發(fā)揮作用。

圖2 UAF結(jié)晶過(guò)程微觀圖[25]Fig. 2 Micrograph of crystallization process during ultrasonic-assisted freezing[25]

2.3 超聲波對(duì)二次成核的影響

二次成核是指已存在的晶體碎裂后形成的晶體碎片轉(zhuǎn)移到其他位置作為新的晶種形成新的晶核。普遍認(rèn)為在二次成核過(guò)程中存在以下幾種機(jī)制的影響：一是超聲過(guò)程中，空化氣泡在冰晶處破裂引起高溫高壓并使冰晶碎裂；二是空化氣泡破碎引起微射流沖擊冰晶，使其碎裂[28-29]。其中，微射流是影響溶液二次成核的主要因素，它的形成與超聲波的空化效應(yīng)有關(guān)[25]。超聲波的空化效應(yīng)產(chǎn)生空化氣泡，氣泡在液體中發(fā)生振蕩和混合效應(yīng)，使空氣不斷地?cái)U(kuò)散到氣泡中，當(dāng)氣泡擴(kuò)散到一定程度后，氣泡破碎，高壓使氣體快速射出便形成微射流，并對(duì)溶液的二次成核產(chǎn)生影響[19,30]。

圖3 低溫顯微鏡下觀察冰晶生長(zhǎng)過(guò)程[31]Fig. 3 Growth of ice crystals observed by low temperature microscope[31]

Chow等[19]觀察超聲處理對(duì)溶液二次成核的影響，發(fā)現(xiàn)位于晶體末端的樹(shù)枝狀晶體在空化氣泡破裂的瞬間被微射流沖擊并形成晶體碎片，這些晶體碎片可以作為晶核誘導(dǎo)更多的冰晶形成。如圖3所示，正在生長(zhǎng)的冰晶體在微射流的作用下冰簇破碎，破碎后的細(xì)小冰晶體隨著微射流散入其余部位，作為新的晶核促進(jìn)溶液結(jié)晶，加快冷凍速率。此外，Zhang Xu等[26]發(fā)現(xiàn)蔗糖溶液在高強(qiáng)度UAF過(guò)程中由于微射流產(chǎn)生的晶體碎片的生長(zhǎng)模式與初次成核形成的晶核的生長(zhǎng)模式相似，說(shuō)明初次成核與二次成核形成的晶體并無(wú)顯著差異。

2.4 超聲波對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響

除了成核之外，晶體生長(zhǎng)也是結(jié)晶過(guò)程中的關(guān)鍵步驟。晶體生長(zhǎng)的實(shí)質(zhì)是固態(tài)晶體表面發(fā)生的分子黏附過(guò)程[30]。圖3為在低溫顯微鏡下觀察到的圓形晶核生長(zhǎng)為枝狀晶體的過(guò)程，即晶體生長(zhǎng)過(guò)程[31]。在晶體生長(zhǎng)階段，過(guò)冷度仍然是影響冰晶大小、粒徑分布的重要因素；因此，超聲波可以作用于冰晶形成的全過(guò)程來(lái)影響晶體的形成。Delgado等[32]認(rèn)為超聲功率會(huì)影響水分子從液體轉(zhuǎn)移到晶體的過(guò)程以及晶體在晶格中生長(zhǎng)的過(guò)程。同時(shí)，超聲波的空化和機(jī)械效應(yīng)造成介質(zhì)流動(dòng)，有助于介質(zhì)的傳熱和傳質(zhì)，使晶體生長(zhǎng)速率增加。但是，Ohsaka等[28]發(fā)現(xiàn)，在空化氣泡旁邊測(cè)量的晶體生長(zhǎng)速率比理論計(jì)算的速率要慢；這可能是由于空化效應(yīng)引起空化氣泡壓縮，導(dǎo)致壓力變化與溫度升高，使得晶核周?chē)膶?shí)際過(guò)冷度小于液體的平均過(guò)冷度，傳質(zhì)與傳熱效率減慢，降低了晶體的生長(zhǎng)速率。此外，早期生成的晶核會(huì)不斷生長(zhǎng)形成大體積不規(guī)則型冰晶，破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而微射流使得大型結(jié)晶破碎，阻止了冰晶繼續(xù)生長(zhǎng)，有助于在溶液中形成均勻且細(xì)小的晶體[24]。

然而，超聲波的空化效應(yīng)和微射流現(xiàn)象不能解釋一些特殊的冰晶生長(zhǎng)現(xiàn)象。例如，Arends等[33]指出，當(dāng)使用超聲強(qiáng)度1.5 W/cm2（沒(méi)有空化效應(yīng)）誘導(dǎo)過(guò)飽和結(jié)晶時(shí)，油的結(jié)晶應(yīng)與不使用超聲作用時(shí)相似，但觀察到與未使用超聲作用相比，油的晶體尺寸、形狀和分布狀況改善，凍結(jié)率翻倍，差異明顯；這與之前得出的空化作用是超聲波影響液體結(jié)晶的主要機(jī)理的結(jié)論并不符合。對(duì)于過(guò)飽和液體中的結(jié)晶，Li Hong等[34]觀察到使用高強(qiáng)度超聲處理后晶體的尺寸反而有所增加，這與超聲空化理論相矛盾。這些物質(zhì)的結(jié)晶在UAF過(guò)程中可能并不是空化效應(yīng)起主要作用。由此推斷，針對(duì)不同類(lèi)型的物質(zhì)，超聲對(duì)其結(jié)晶過(guò)程的主要影響機(jī)制或許并不相同，造成這種結(jié)果的具體機(jī)理仍不清楚，有待進(jìn)一步研究。

3 UAF對(duì)食品品質(zhì)的影響

食品的冷凍品質(zhì)會(huì)受到晶體體積與分布的影響，通過(guò)UAF技術(shù)可使晶體最小化、分布均勻，提高冷凍食品的保水性、流變學(xué)特性和顏色等品質(zhì)特性[15]。目前，UAF技術(shù)主要應(yīng)用于果蔬、肉制品及面團(tuán)等食品領(lǐng)域中。

3.1 UAF對(duì)果蔬品質(zhì)的影響

近年來(lái)快速冷凍作為一種新的果蔬保藏或加工方式，因其能更好地保留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提升果蔬冷凍品質(zhì)而逐漸興起[35]。Cheng Xinfeng等[36]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理能顯著縮短草莓的凍結(jié)時(shí)間，能夠在較低的過(guò)冷度下誘導(dǎo)成核。Islam等[37]使用超聲輔助浸液冷凍蘑菇，縮短了蘑菇浸泡冷凍過(guò)程中的冰晶成核時(shí)間和總凍結(jié)時(shí)間，并增加了蘑菇硬度，減少了水分損失。在UAF過(guò)程中，超聲波會(huì)對(duì)食品的結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生影響，促進(jìn)食品冷凍過(guò)程中形成的冰晶更為細(xì)小且均勻，對(duì)食品結(jié)構(gòu)有更好的保護(hù)作用。Xin Ying等[38]發(fā)現(xiàn)超聲處理能較好地維持冷凍西蘭花細(xì)胞結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性，對(duì)西蘭花的色澤以及組織結(jié)構(gòu)的破壞較小。Xu Baoguo等[39]研究表明，UAF可以縮短紅蘿卜的凍結(jié)時(shí)間和減少滴水損失，更好地保持紅蘿卜的硬度和色澤。

3.2 UAF對(duì)肉及肉制品品質(zhì)的影響

冷凍保藏是肉及肉制品最為常用的一種保鮮方式。肉具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并且肌細(xì)胞內(nèi)胞外溶液存在濃度差，超聲空化會(huì)影響肉制品冷凍效果。Zhang Mingcheng等[40]在溫度達(dá)到0 ℃時(shí)以180 W的超聲波處理豬背最長(zhǎng)肌8 min，超聲工作、停歇間期分別為30、30 s；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UAF明顯減小了肌肉中冰晶的尺寸，并且使得冰晶的分布更加均勻，降低了肉的解凍損失，改善了肉的冷凍品質(zhì)。此外，谷小慧[41]使用功率為36 W的超聲波處理臀部豬肉，工作、停歇間期分別為10、30 s，結(jié)果同樣證明超聲波作用縮短了豬肉冷凍時(shí)間，改善了豬肉冷凍品質(zhì)。

3.3 UAF對(duì)面團(tuán)品質(zhì)的影響

在面包、蛋糕等烘焙類(lèi)食物的生產(chǎn)過(guò)程中，大規(guī)模的面團(tuán)生產(chǎn)與運(yùn)輸經(jīng)常出現(xiàn)，通常使用冷凍技術(shù)處理面胚來(lái)保持其食用品質(zhì)，使其適用于大規(guī)模生產(chǎn)很有必要。研究者們將UAF技術(shù)應(yīng)用于面團(tuán)冷凍中，以求改善面團(tuán)冷凍品質(zhì)。Hu Songqing等[42]使用超聲處理冷凍面團(tuán)，在功率為288 W或360 W超聲處理下，面團(tuán)冷凍消耗的總時(shí)間縮短了11%以上，特別是相變階段消耗的時(shí)間明顯縮短。此外，超聲波還增加了晶核生成率，使冷凍面團(tuán)內(nèi)部形成大量微小的冰晶，改善了冷凍面團(tuán)質(zhì)量。宋國(guó)勝等[43]用掃描電子顯微鏡觀察了冷凍濕面筋蛋白解凍后的微觀結(jié)構(gòu)、孔洞口徑的大小及分布，結(jié)果表明用360 W的超聲波輔助冷凍濕面筋，濕面筋蛋白內(nèi)可以形成細(xì)小且分布均勻的冰晶體。相對(duì)于普通浸液冷凍，UAF對(duì)面筋組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞顯著降低，UAF降低了冰晶對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的損傷，改善了冷凍面團(tuán)的品質(zhì)[44]。

4 超聲輔助食品冷凍工藝

盡管UAF技術(shù)可以促進(jìn)溶液成核，增加凍結(jié)速率，并對(duì)食品凍結(jié)品質(zhì)有顯著的改善作用，但在冷凍過(guò)程中，隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)、功率的增加，超聲波的熱效應(yīng)對(duì)食物造成的影響也增強(qiáng)。當(dāng)超聲波熱效應(yīng)對(duì)冰晶形成的負(fù)面影響大于其誘導(dǎo)作用時(shí)，會(huì)對(duì)食品結(jié)晶起阻礙作用，使凍結(jié)速率減慢，并增加晶體體積，降低食品冷凍品質(zhì)[45]。因此，合理地利用UAF技術(shù)以求達(dá)到最好的冷凍效果，就須要降低超聲效應(yīng)造成的負(fù)面影響，即通過(guò)優(yōu)化超聲工藝，選擇最佳的工藝參數(shù)。對(duì)于不同的食品而言，由于其組成成分及含量的差異較大，加工條件也有所不同，其最適宜的冷凍工藝參數(shù)也不盡相同，表1列舉了幾種實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的食品UAF的最適工藝參數(shù)。

表1 幾種食品的UAF工藝Table 1 Ultrasound-assisted freezing parameters of several different kinds of foods

此外，改變UAF過(guò)程中食物的氣體含量，亦會(huì)影響食品冷凍效果。一些研究者的研究證明，溶液中初始O2含量越高，形成的冰晶體積就越小[53]。向固體食物中灌注CO2并結(jié)合UAF技術(shù)可以顯著縮短冷凍時(shí)間與減小冰晶尺寸[54]。所以，在UAF過(guò)程中，可以根據(jù)冷凍對(duì)象的不同，調(diào)節(jié)UAF的工藝參數(shù)或加入外源無(wú)毒無(wú)害氣體，以達(dá)到最好的冷凍效果。陳竹兵等[55]采用真空脫氣方式對(duì)蘿卜組織中氣體含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，蘿卜組織中的氣體含量分別為0.00%、4.01%、6.46%和9.91%，采用28 kHz、0.33 W/cm2的超聲進(jìn)行超聲輔助浸液冷凍處理；結(jié)果表明，隨著蘿卜組織中氣體含量降低，超聲輔助浸液冷凍的凍結(jié)速率顯著提高，并且蘿卜解凍后的硬度、微觀結(jié)構(gòu)以及鈣離子含量均有顯著改善。由此可見(jiàn)，氣體含量確實(shí)對(duì)UAF的效果造成影響；但研究者們?cè)诖祟I(lǐng)域的研究并不多，氣體含量對(duì)不同種類(lèi)食品的UAF品質(zhì)的影響以及作用機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究。

5 實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

現(xiàn)在市場(chǎng)中還沒(méi)有可以用于實(shí)際生產(chǎn)的UAF設(shè)備，大批量冷凍加工過(guò)程需要大功率的大型設(shè)備，但由于材料與技術(shù)上的瓶頸，目前市場(chǎng)上只存在小型的實(shí)驗(yàn)室用UAF設(shè)備。由于超聲波在傳播過(guò)程中會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象，使能量損失，而在大批量冷凍過(guò)程中傳播距離增長(zhǎng)，能量損失會(huì)加劇。如何保證UAF過(guò)程中超聲功率穩(wěn)定、統(tǒng)一還需要結(jié)合機(jī)械工程方面的技術(shù)具體研究。

此外，由于UAF技術(shù)的作用機(jī)理并未完全明確，且冷凍結(jié)晶過(guò)程本身具有隨機(jī)性。在使用UAF技術(shù)時(shí)，不同的物質(zhì)結(jié)晶往往需要不同的頻率，在實(shí)際生產(chǎn)中并不適用。若能發(fā)現(xiàn)UAF頻率與冷凍物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系，則可以降低成本到可接受的范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中，一項(xiàng)成熟的技術(shù)最重要的是其商業(yè)利益，UAF技術(shù)如何在實(shí)際生產(chǎn)中低成本還需要進(jìn)一步研究。

6 結(jié) 語(yǔ)

UAF技術(shù)通過(guò)利用超聲波的空化作用達(dá)到改善食品結(jié)晶品質(zhì)的目的。相比較傳統(tǒng)的冷凍技術(shù)，該技術(shù)能夠提高傳質(zhì)傳熱速率并加快食品結(jié)晶速率，使得形成的冰晶細(xì)小且分布均勻，從而改善食品的冷凍品質(zhì)。UAF技術(shù)是一種在物理層面加工的技術(shù)，相較于其他的工藝，滿足了現(xiàn)代食品工業(yè)向綠色食品生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)，雖然技術(shù)還未成熟，但前景良好。該技術(shù)在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，可以與其他新型冷凍技術(shù)，如超高壓冷凍技術(shù)、生物冷凍蛋白技術(shù)等配合，拓寬超聲作用參數(shù)范圍，降低UAF在技術(shù)與材料方面的要求，為UAF技術(shù)在食品生產(chǎn)過(guò)程中的大規(guī)模應(yīng)用提供幫助。