超声技术对杂粮的应用及其研究进展

2021-03-30李建华

现代食品 2021年11期

◎ 魏雪，李建华

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001）

目前，超声技术主要应用于食品的提取、保鲜和加工中，它还在冷冻、干燥、嫩化、浓缩、解冻等众多单元操作中有着重要的应用[1-2]。杂粮是现在研究的热点和难点，由于杂粮口感较差并且不易成型，所以杂粮主食化和功能化也成为了如今研究的难题。对杂粮中有效成分的提取和处理通常会用到超声技术，因此本文综述了国内外超声处理在杂粮食品中的应用，并对其发展前景进行展望。

1 超声技术的原理及应用

1.1 超声技术的原理

超声波是由于机械振动在介质中传播的超出人耳听力范围的一种机械波[3]。超声的基本原理类似于光波和声波的反射和散射[4]，是一种新型的技术，它可以提高食品加工过程中的效率，还能够与温度、压力等因素相结合而产生协同作用[5]。根据超声波技术在食物中实际应用的强度和频率，可以将其大致划分为低强度的超声波和高强度的超声波两类。

1.2 超声技术的主要应用

1.2.1 超声辅助提取

超声波辅助提取食品中的有效成分应用较为广泛，它克服了传统技术的缺点，提高了产量，在提高提取率的同时有效缩短了提取时间[6]。侯磊等[7]利用超声辅助提取小米中的谷糠油，并对提取工艺进行了优化，提取率达到72.31%，结果表明超声辅助无水乙醇提取小米谷糠油的工艺路线是可行的，这就为小米谷糠进一步的开发利用提供了一定的理论支撑。目前，超声波辅助提取已被广泛运用于食品和天然产物的提取与分离[8]。

1.2.2 超声灭菌及保鲜

超声为非热效应，因此在杀菌过程中可以较好地保留食品中的营养物质，并且可以杀死食物表皮的病毒和细菌，所以成为近年来研究的热点。由于超声发生空化作用使压力和温度瞬时增大，从而导致细胞质溶出；同时空化作用还会激发产生大量的自由基，从而达到杀菌灭毒的效果[9]。超声波以及超声波和其他技术协同杀菌与传统的一些高温高压杀菌的方法相比具有除菌速度快、灭菌效果好等优点，能够杀死某些细菌和病毒，达到保鲜蔬菜水果等食品的作用。

1.2.3 超声解冻

因为超声波具有加速传质和传热的作用，所以可以把它作为食品解冻过程中的一个辅助手段。马翼飞等[10]用静水解冻、流水解冻、微波解冻、低温空气解冻和超声波解冻5种方法对小黄鱼进行解冻。5种方式中，用超声波解冻的方法能够有效维持鱼肉的质构，同时还能在色泽、pH值、蛋白质和脂质氧化以及水分迁移变化上使解冻后小黄鱼的品质保持较高水平，其他方法的加工效率不高或对小黄鱼的品质影响较大。因此超声解冻不仅可以缩短食品的解冻时间，并且可以有效维持食品的品质。

1.2.4 超声干燥

超声可以增加水分在食品中的转移速度，加快脱水速度。孟繁博等[11]探究了在超声波的预处理下，用热风干燥的方法使火龙果片脱水，测定火龙果片的品质变化情况。结果表明，超声预处理能够提高火龙果片的干燥速率，节约干燥时间，改善了干燥过程中火龙果片体积收缩的状况，并且脱水后还能维持果干原有的色泽，对后续复水时间和品质等没有影响，由此可知，在热风干燥前对火龙果片进行超声预处理可以提高火龙果片的品质。

2 超声技术在杂粮中的应用

刘贤钊等[12]通过改变超声波的功率来探究对玉米淀粉糊化和流变特性的影响，实验表明：经过超声波处理后的玉米淀粉与未加处理的相比稠度更高，流动性相对较差；当超声功率增大时，玉米淀粉糊的触变性反而减小。李欢欢等[13]对玉米淀粉进行不同的超声时间处理，利用淀粉粘度仪来测定玉米淀粉糊化特性的有关参数并进行分析。结果表明，玉米淀粉进行超声处理的时间与起糊温度、总回生度呈显著正相关，与峰值黏度、淀粉降落数值呈显著负相关，由此说明对玉米淀粉进行超声处理可以改变它的糊化特性。有研究表明[14]，由于超声作用产生的瞬时高温高压能够加速淀粉分子的降解反应，在一定程度上改变了蛋白质的空间结构，所以会造成玉米淀粉糊化和流变特性的变化。

王成祥等[15]通过4种不同的方法（微粉碎、超声波、酶解及超声辅助酶解法）处理青稞膳食纤维，测定处理后青稞膳食纤维的指标。测定结果表明：膳食纤维通过超声辅助酶解处理后，可溶性膳食纤维（SDF）含量和持油力最高，并且持水力、膨胀力和α-淀粉酶抑制力都比其他几种处理方法要好，由此可见，超声辅助酶解法应用于青稞膳食纤维的功能改性有较为明显的效果。牛希等[16]对燕麦的膳食纤维进行超声处理，比较超声处理和未经超声处理燕麦膳食纤维的理化特性和结构特征的变化情况。结果表明：经过超声处理后的燕麦膳食纤维，其持水力、水膨胀力和持油力方面都优于未经超声处理过的；通过DSC分析仪可以发现经过超声处理后的燕麦膳食纤维的热焓值显著增加，从而使膳食纤维的热稳定性得到较大的改善。因此，超声技术可以应用于一些杂粮膳食纤维的稳定化处理。

吴云雪等[17]利用超声-温度协同技术，通过响应面法建立了苦荞粉脱苦后的营养成分、苦味评分与浸提温度、浸提时间、料液比之间的数据模型，确立了苦荞粉通过超声-温度协同技术在原有脱苦工艺中的最佳参数：当浸提时间为19 min、料液比为1∶16.5时，得到的脱苦后的苦荞粉营养提高并且苦味程度降低。因此可知在原有脱苦工艺的基础上加入了超声-温度辅助技术，超声和温度会形成协同效应，加速苦荞粉脱苦，能够在保留苦荞粉中营养成分的同时显著降低苦味评分。金文苑[18]对原有经过浸泡法脱苦的燕麦进行了超声处理，发现超声可以加快燕麦脱苦的速度，并且探究了超声时间、温度和功率对于燕麦脱苦效果的影响。研究表明：当超声时间在1 h内时，燕麦的苦味值随着超声时间的延长而降低；当超声温度≤60 ℃ 时，燕麦的苦味程度会随着温度的升高而减小；当超声功率≤200 W时，燕麦的苦味程度随着超声功率的增大而减小；当超声功率≥200 W时，燕麦的苦味程度会随着超声功率的增大而增大。因此超声技术对于杂粮的脱苦工艺有着一定的改善和促进作用。

丁芳芳等[19]采用超声技术对豌豆蛋白进行改性，发现超声功率、时间和豌豆蛋白质量浓度会影响豌豆蛋白的乳化特性，通过单因素实验和正交方法进行改性条件的优化，结果表明：豌豆蛋白超声改性最好的工艺条件是豌豆蛋白质量浓度30 mg·mL-1、超声持续时间40 min、超声波功率500 W，超声改性通过破坏蛋白质空间结构，进一步改善了豌豆蛋白的功能性特征。望运滔等人[20]在不同的超声时间下分别对鹰嘴豆分离蛋白进行预处理，分析了超声时间对鹰嘴豆分离蛋白的物理化学特征和功能特性的影响。结果表明，超声处理对鹰嘴豆分离蛋白的乳化具有明显的改善作用，当超声强度为450 W时可以明显改善鹰嘴豆分离蛋白的功能特性，说明高强度的超声波处理可以改变鹰嘴豆分离蛋白的结构，从而改变其功能特性。