1、wv/yr91ClM. 亠 超聲波住介質中代播時彳 i 彳公使介質溫度升高，、超聲波形成熱的主要原因有：鼻n 1.1.1 超聲振動能量在通過介質中不斷地被介質破收，部分振動能被轉變為熱能。 1.1.2 由于超聲波的振動，使介質質點產生強烈的 K高頻振蕩，介質間相互摩擦而發熱。12 1.1.3 在不同組織的分界部分由于組織分層介質聲 r 阻抗不同，將產生反射，形成駐波引起分子間和 對運動，產生摩擦 1 伯形成熱，此時在與駐波引起 分子間相對運動，產生摩擦而形成熱。當超聲波在介質屮傳播時， 將引起傳播空間內介 質質點的振動，使它們具合交變的速度、加速度、 位移、聲壓、壓力、張力、切應力（彈性的或粘

2、 滯的）、膨脹、壓縮等。如果超聲波對介質作用 所引起的效應與上述一個或兒個力學量有關，便 可把產生效應的機理歸納為機械（力學）效應。 1.2.1 由于介質質點在超聲波作用下的振動加速度 與振動頻率的平方成正比，雖然振動質點的位移 和速度不大，由于頻率很高，故振動加速度卻和 當大，有時超過重力加速度的數萬倍。如此大的 加速度足以造成對介質極人的機械效應，其至起 到破壞介質的作用。 1.2.2 當超聲介質是不均勻的分層介質時，各層介 質聲阻抗不同將使傳播的聲波產牛反射、形成駐 波，駐波的波腹、波節造成壓力、張力和加速度 的變化。由于不同介質質點的質量不同，則壓力 變化引起的振動速度有羌異，使得介質

3、質點間的 相對運動所造成的壓力變化，是引起超聲機械效 應的另一原因。 1.2.3 利用超蘆的機械效應進行加工處理（打孔、切割、表面強化、焊接、清洗拋光以及去除不 希望的薄膜和贓物等），也用于加速分散、均質、 乳化、粉碎、殺菌及其它過程。x) )4xJ-cn1 2機械效應1111.3空化效應當超聲波在液休中傳播時，會產生一種特殊現象一 空化。廣義地說，超聲空化是指激活氣泡或空穴的 各種動力學表現。也就是說，當超聲波金液體中傳 播時，液體中的微小氣泡（或空穴），在聲場的作 用卜被激活，它表現為這些氣泡（空化核）的振蕩、 半長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。空化泡收 縮及崩潰瞬間，泡內可呈現 500

4、0C 以上的高溫和兒 仃到上 r 個人氣壓的禹壓，溫度變化率同到 109K/S, 逐漸導致產生自由基及聲致發光、次諧波、噪聲等 頂 J 豫，并伴隨有強大的沖占波（對均相液體介質） 剋速彗 400km 陰護、化 V1if1.4化學效應超聲波坯w起化學作用，促進化學作用，尤其是氧化還原、聚合、電化學及其它過稈。例如在溶有氮的水中， 經為聲波處理后就產生硝酸。超聲還有還原作用和影響 金傷的也離分解祚用訐/ -卩J：超聲波對向分子物質有分解作用，超克波在有機體內 能引起分子產生高振動速度，高速振動分子間產生摩擦飆劇魏霸歙輔瑚到破壞起到解聚的作用。超聲波能分裂葡萄糖、果糖、乳糖、表芽糖、蔗糖及 ，核酸等

5、。超聲有脫氨（NH3）,分裂 NH 鍵的作用，還可破壞維/索 C,時氧化齣、脫氫 IW 失去活力，提屈袒 化酶的作用,影響蛋白酶及胰島素作用的發揮。超聲還 能使絲狀巨型分子解聚，蛋白質凝固，這是超聲波殺菌、 涓毒的原因之一。超聲還引起氫離子濃度的改變，引起 生物組織 pH 發生愛花。X（對非均相介質） ，會產生勿效應。旳1 5彌散效應超聲能量可以強化和加速滲透通過薄膜、篩網、過濾器、半透膜等的擴散過程，強 化攪拌過程，會減薄固一液分界面有效厚 度從而提高擴散速度。超聲能使藥物更易 進入微生物體內。將消毒藥物與超聲合并使用，可提高細菌對藥物的敏感性，增強 約物的殺菌作用，這就是約物的透入療法發生

6、在超聲場中的宏觀和微觀穩定的液體 渦流稱為聲流。在空化泡振蕩時，在固體 （或微粒）表面附近會形成這種特殊的聲 流；當超聲射入不同聲阻抗的介質截而上, 動量發生變化， 所產生的輻射壓力也會引 起聲流。在聲流的作用液體介質也會 出現一些特殊的物理、化姿和生物效應。 例如會引起生物組織分子的移動或轉動，當這種運動的幅度足夠大時，會引起組織1 7毛細效應在轉動介質的稀疏相內，液體的沸點降低, 水分穿過孔隙和毛細孔的過程加劇，結果 加快了低溫下粉末狀材料及多孔材料的干 燥過程。這些效應促使液體或液態金屬更 快、更好地滲透到多孔材料和其它非均質 材料中。在超聲能量的作用下，能大大提 高毛細管內液體上升的速

7、度與水平。1 8觸變效應超聲波的作用還會引起綸物組織結合狀態 的改變，如引起粘滯性降低，造成血漿變 稀，血球沉淀等。這種效應稱為觸變效應。 當聲強過高時，觸變效應是不町逆變化， 會使組織造成損傷。小結一般認為，超聲波所具有的殺菌效力主要 由于超聲波所產生的空化作用，使微生物 細胞內容物受到強烈的震蕩從而達到對微 生物的破壞作用。利用超聲波空化效應在 液體中產生的局部瞬間高溫及溫度交變變 化、局部瞬間高壓和壓力變化，使液體中 某些細菌致死，病毒失活“甚至使體積較小的一些微生物的細胞壁破壞，保鮮期。從而延長2影響殺菌效果的因素 21 聲強為了在液體介質中產牛空化效應（這是殺菌的主動 力），聲強的必

8、要條件是大于具體情況下的空化閾 值。據研究，殺菌所用的聲強蜃低也要大于 1W/cm2o 聲強增人，聲空化效應增強，殺菌效果增強，但也 使聲散射哀減增人；同時，聲強增人所引起的非線 性附加聲衰減亦隨之增大，因而為取得同樣的殺菌 效來所付出的功率消耗增加。當聲強超過某一界限 時，空化泡在聲波的膨脹和內可能增長過大，以至 它在聲波的壓縮相內來不及發生崩潰，使空化效應 反而減弱，殺菌效果會下降。可見，為獲得滿意的 超聲殺菌效杲，沒有必要無限制的追求提高聲強， 一般情況殺菌聲強宜于取在 1-61W/C m2 的范圍內。2.2頻率頻率越高，越容易獲得較大的聲壓和聲強。另一方面， 隨著超聲波在液體中傳播，液

9、體中微小核泡被激活，有振蕩、/匸長、收縮及崩潰等一系列動力學過程所表 現的超聲空化效應也越強，從而超聲波對微生物細胞 繁殖能力的破壞性也就越明顯，宏觀上表現出來的微 生物滅菌效果就越好。但頻率升高，聲波的傳播衰減將增大。因此，一般說 來，為了獲得同樣的殺菌效果，對于高頻聲波則需要 付出較大的能力消耗。例如有報道，為了在水中獲得 空化，使用 400kHz 超聲所消耗的功率,要比使用、？10kHz 的超聲高出 10 倍。由于這個原兇，冃前用于超 聲殺菌的超聲頻率多選擇早20-50kHZo諾増2.3殺菌時間隨著殺菌時間增加，殺菌效果大致成正比 增加，但進一步增加殺菌時間，殺菌效果 并沒有明顯增加，而

10、趨于一個飽和值。對 其它的聲化學反應也如此。因此一般的殺 菌時間都定在 10min 內。另外還有一個問題 必須引起充分注意，隨著殺菌時間的增加， 介質的溫度會加大，這對于某些熱敏性的 食品殺菌是不利的。2.4超聲波形的影響超聲殺菌町取連續波和脈沖波兩種波形。連續 波工作時，聲能在整個殺菌過程中不斷連續作 用。而脈沖是間斷作用的，可防止介質的顯著 熱效應，這對與熱敏性食品的殺菌是有利的。 有研究認為在進行超聲殺菌時，利用混響聲場 要比行波蘆場有效得多，在同樣的超聲能量輸 入條件 廠 叮達到高得多的殺菌效果。當使用 脈沖應聲波時，為建穗定MJ混響場得以建立，以期獲得高的殺菌效率，應使脈沖寬度有足夠

11、 的寬余（一般取 10ms 左右）:在保證穩定的 混響場聲場得以建立的情況下，所獲得的殺菌 效皋等效于連續波輻崩3超聲波殺菌設備超聲波殺菌設備只宜用于液態食品的殺菌, 其基木形式有三種：液動式超聲發生器， 清洗槽式超聲發生系統和變幅桿式超聲發 生系統。4超聲殺菌效果超聲殺菌的機理是基于超聲牛物、物理和化學效應。 研究發現許含有空氣或其它氣體的液體屮，超聲輻舉贏蠶霸龍勰聲辣魏能有效地破壞和例如熒光細菌在超聲作用下會受到破壞，人腸桿菌族 細菌也有同樣的結果。傷寒沙門氏菌可以用 4.6MHz 頻 率的超聲來全部殺死。用 960kHz 的超聲在水溶液和生 理鹽水中作用尸百日咳菌，發現超聲對這些微生物有

12、 顯著的破抹作用。在輻射各種細菌時發現，在細菌死亡的同時，發生了 紐菌的門溶，即形態結構也受到破壞，以至在超聲作 用以后不僅培養物屮的菌落數冃減少，而冃在形態上 保留原狀的細菌也減少了。受過輻射的殺菌懸浮液的 渾濁程度也減小，透明度提高，這是由于每個單個細 胞組成膠體的分敬程應的減小和細唱巽的浴解（母表 現為溶液屮含氮化合勃的增加和細菌陸減貳）所敎。5.超聲波案菌技術的應用現狀超聲波滅菌適合于果蒯胳長酒炎、牛 奶、礦泉水、醬汕等液體食甜。超聲波滅菌較之傳統高溫加熱殺菌匸藝，超聲作用 欣會改變食品的色、香、味，也不會破 壞迪組缶蝕 凝聚作用癲纟 達到殺菌酈。舉產空化能提高細菌的 耨霞力喪失或死亡

13、，從而5.1果蔬汁飲料綠為涉料在加工過程中，由于茶多酚的氧化等原因，L 顏色含變深，即發個褐變，這便綠茶飲料的外觀效 像及飲料昭質受到嚴重影響。實驗研究衣明，用 U菌處理再加適最防腐劑可以防土爾變， 保證飲1 用安全，但飲料顏色仍然較深。經微波和超聲波滅 菌的茶湯飲用安全性能夠得到保證，各菌種牛長極 少，茶湯顏色穩定，透明性好，也不褐變。三種滅 菌方法中以超聲波滅菌的茶湯顏色變深最少，透明 性最小，茶湯中保留的茶多酚也最多，是綠茶火菌 和保護茶多酚盡量不受損失的一種較好的茶湯處理 技術。可見，引入超聲波滅菌技術對堆高飲料品質， 保證食品安全都是十分自益的。5.2牛乳牛乳的營養元索全面，是老少皆

14、宜的營養食品, 但對微生物來說也是極好的培養基，囚此，牛 乳極易腐敗變質，擠出的生鮮牛奶稍有不慎就會失去食用價值。在牛奶保質中殺菌是必不町少的一步。然而，原料孚直熱殺菌后極易破壞其營養價值，因此，原米脣 L區菌要盡量在較低訶以達到此溫度下進行。超聲波殺菌技術就件卜傑鮮 45 h,號養物質嫵任何破壞，且在 15條尋優良的感官，輦。有5.3醬油醬汕是采用人豆（或豆餅）、小麥粉、麥秋、食鹽等為 原料，經微生物發酵而得到的一種液態食品，具合營 養豐富、濃度高、粘度大、微生物存活總數多等特點。、 它在生產過程中極易受到尙害細菌、霉菌等的污染，- 氣溫高于 20C 時，在醬汕農面易出現口色的斑點，興 力 而加厚，會形成皺膜，顏色山口色變成黃褐色，此吧* 為醬汕牛霉，牛霉的醬油濃度變淡，鮮味減少，世養 成分被朵菌消耗，嚴重影響醬油的質量。用超聲波対 醬汕進行殺菌對比實驗，發現用超聲波處理醬汕5min, 殺菌率為 72.9%,處理 lOmin,殺菌率為 75%,略低于 巴氏殺菌 72C 時的殺菌率 78.7%O超聲波消毒特點是 速度快，無外來添加物，對人體無害，対物品無損傷。展存在的問題與展望5為撕L超聲波殺菌的特點是速度較快，設備較成熟易操作， 對人無傷害，對物品無傷害，但也存在消毒不徹底，影響因素較多等問題。超聲波殺菌一般只適用于液 體或浸泡在液體中的