邱爽，李學(xué)鵬，*，王金廂，儀淑敏，勵(lì)建榮，李婷婷，牟偉麗，黃建聯(lián)，丁浩宸

（1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧錦州121013；2.大連民族大學(xué)，生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116600；3.蓬萊京魯漁業(yè)有限公司，山東煙臺(tái)265600；4.遼寧安井食品有限公司，遼寧鞍山361003）

凍藏在低溫抑制食品中微生物的生長(zhǎng)和酶活性的同時(shí)可以降低食品中的水分活度，是保證食品質(zhì)量并延長(zhǎng)其貨架期的主要方法之一，廣泛用于畜禽肉類、水產(chǎn)品、米面制品、果蔬類等易腐食品的生產(chǎn)、運(yùn)輸和貯藏，在食品工業(yè)中占有重要的地位。冷凍過(guò)程包括3 個(gè)階段，即將產(chǎn)品冷卻至其凝固點(diǎn)的預(yù)冷階段、去除結(jié)晶潛熱的相變階段以及將產(chǎn)品冷凍至儲(chǔ)存溫度的終了階段[1]。其中，晶核形成（成核）與冰晶的形態(tài)、尺寸與分布密切相關(guān)，被認(rèn)為是優(yōu)化冷凍工藝過(guò)程的重要因素。另外，結(jié)晶發(fā)生在冷凍過(guò)程的相變階段，同樣是決定冷凍過(guò)程的效率和冷凍食品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。一般而言，結(jié)晶過(guò)程分為兩個(gè)階段，即成核階段和晶體生長(zhǎng)階段，這兩個(gè)階段共同決定了晶體的形態(tài)、尺寸與分布[2]。冰核在一定的溫度范圍內(nèi)自發(fā)且隨機(jī)地生成，并受雜質(zhì)、表面粗糙度等難以被監(jiān)測(cè)和控制的因素影響。因其發(fā)生的概率性與過(guò)程的不可重復(fù)性，精確地預(yù)測(cè)和控制成核溫度與結(jié)晶過(guò)程是非常困難的。眾所周知，在冷凍食品時(shí)，不均勻的胞外冰晶的形成會(huì)對(duì)食品的微觀結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的損傷，導(dǎo)致解凍后的食品色澤、風(fēng)味和質(zhì)地發(fā)生改變，如組織褐變、組織軟化和持水力下降等[3]。相反，形成在細(xì)胞內(nèi)的均勻的冰晶使食品組織受到的損傷較小，因此可以使食品更好地進(jìn)行保存。

目前，食品的商業(yè)冷凍主要采用傳統(tǒng)的冷凍方法，如空氣冷凍法、接觸冰冷凍法、浸沒冷凍法等[4]。然而，這些方法存在冷凍效率低、冷凍食品質(zhì)量差等問(wèn)題。近年來(lái)，食品冷凍技術(shù)發(fā)展迅速，為了提高冷凍食品的質(zhì)量，滿足人們對(duì)高質(zhì)量的冷凍食品的需求，涌現(xiàn)出了幾種新型冷凍技術(shù)，包括高壓冷凍技術(shù)、微波輔助冷凍技術(shù)、射頻輔助冷凍技術(shù)和超聲波輔助冷凍技術(shù)等。它們通過(guò)控制食品冷凍過(guò)程中冰晶的生長(zhǎng)和分布，使食品的微觀結(jié)構(gòu)避免受到損傷，同時(shí)可以提高傳熱和傳質(zhì)速率，從而縮短食品的凍結(jié)時(shí)間，提高冷凍食品的質(zhì)量[5-6]。作為一種新興的技術(shù)，超聲波輔助冷凍在食品加工領(lǐng)域備受關(guān)注。超聲波是一種以超出人類聽覺閾值（20 Hz～20 000 Hz）的頻率振蕩的聲波，根據(jù)應(yīng)用的強(qiáng)度和頻率，可以將超聲波分為高頻低強(qiáng)度超聲波（＞100 kHz）和低頻高強(qiáng)度超聲波（20 kHz～100 kHz）[7]。前者主要應(yīng)用于食品的無(wú)損分析[8]，后者又稱為功率超聲，可應(yīng)用于食品加工過(guò)程中的乳化、提取、干燥和冷凍[9-10]等。盡管超聲波輔助冷凍是一種相對(duì)較新的食品冷凍技術(shù)，很多研究已經(jīng)證明其對(duì)食品冷凍過(guò)程的控制和冷凍食品的保藏有顯著影響。超聲波可以使結(jié)晶過(guò)程的概率性與隨機(jī)性轉(zhuǎn)化為可操作與可重復(fù)性，從而提高冷凍食品的質(zhì)量。本文綜述了超聲波輔助冷凍機(jī)制、影響成核的因素及其在食品中研究和應(yīng)用的最新進(jìn)展，旨在為超聲波輔助冷凍技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 超聲波輔助冷凍機(jī)制與影響因素

1.1 超聲波輔助冷凍機(jī)制

超聲波作為一種輔助冷凍的手段，能有效地控制凍結(jié)過(guò)程中樣品組織內(nèi)晶核的形成與晶體的生長(zhǎng)。目前已經(jīng)報(bào)道的超聲波輔助冷凍機(jī)制主要有誘導(dǎo)成核、強(qiáng)化二次成核、抑制冰晶生長(zhǎng)以及增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)機(jī)制。

1.1.1 誘導(dǎo)成核

當(dāng)液體中通入超聲波時(shí)，由于聲波的傳輸，會(huì)使液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體中逸出，形成大量的小氣泡，即空化泡。超聲波的空化效應(yīng)是指存在于液體中的空化泡在聲波的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)發(fā)生的生長(zhǎng)和崩潰的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這些氣泡在超聲波縱向傳輸形成的負(fù)壓區(qū)生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合，從而在交替的正負(fù)壓強(qiáng)下受到壓縮和拉伸[11]。超聲波在液體中傳播時(shí)引起的空化效應(yīng)見圖1。

圖1 超聲波空化效應(yīng)Fig.1 Ultrasound cavitation

空化泡被壓縮直至崩潰的一瞬間會(huì)產(chǎn)生局部瞬時(shí)高壓（＞5 GPa），從而導(dǎo)致高過(guò)冷度。其中，形成的高過(guò)冷度可以作為瞬時(shí)成核的驅(qū)動(dòng)力[12]。另外，這些空化泡只要達(dá)到臨界的核心尺寸，就可以作為冰核的核心[13]。根據(jù)空化泡是否破裂，空化效應(yīng)可以分為穩(wěn)定空化效應(yīng)和瞬時(shí)空化效應(yīng)。穩(wěn)定空化效應(yīng)產(chǎn)生的空化泡不會(huì)立即崩潰，其運(yùn)動(dòng)引起的微流也可以作為凍結(jié)過(guò)程中成核的驅(qū)動(dòng)力[14]。一些研究證明，微流同樣可以提高傳熱速率[2，12，15]。此外，由空化泡產(chǎn)生的壓力梯度導(dǎo)致的分子分離也是誘導(dǎo)冷凍過(guò)程中成核的機(jī)制之一?？栈菰诒罎⒌乃查g產(chǎn)生的壓力梯度可以有效地分離液體中的物質(zhì)，從而提高成核速率。目前，超聲波輔助冷凍誘導(dǎo)成核的確切機(jī)制尚未形成統(tǒng)一的理論，可能是各種機(jī)制共同作用的結(jié)果，有待于進(jìn)一步研究。

1.1.2 強(qiáng)化二次成核

在冷凍過(guò)程中施加超聲波時(shí)，空化效應(yīng)產(chǎn)生的空化泡不僅可以作為冰核的核心，提高成核速率，并且其爆破瞬間引起的爆破力還可以強(qiáng)化二次成核。超聲波對(duì)二次成核的強(qiáng)化作用見圖2。

圖2 超聲波對(duì)二次成核的強(qiáng)化作用Fig.2 Strengthening effect of ultrasonic on secondary nucleation

二次成核是指已經(jīng)存在的晶體被外力作用后碎裂成晶體碎片，其可以作為二次成核的晶核，從而誘導(dǎo)更多的冰晶生成，進(jìn)一步保證了冰晶細(xì)小而均勻地分布在組織內(nèi)[4]。研究表明，超聲波輔助冷凍過(guò)程中具有強(qiáng)化二次成核作用。圖2 顯示了15%蔗糖溶液中施加超聲波作用17.38 s 后，已經(jīng)存在的冰晶碎裂成了許多細(xì)小的碎冰晶，這些碎冰晶可以重新分散在溶液中并作為二次成核的晶核，從而加快了冷凍速率[15]。

1.1.3 抑制冰晶生長(zhǎng)

冰晶的生長(zhǎng)是繼晶核形成后另一個(gè)影響結(jié)晶過(guò)程的重要因素，同樣與過(guò)冷度有密切關(guān)系。超聲波對(duì)冰晶生長(zhǎng)的影響具有兩面性：一方面，超聲波的空化與微流作用產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)會(huì)為傳熱傳質(zhì)過(guò)程提供驅(qū)動(dòng)力，從而加快冰晶的生長(zhǎng)速率；另一方面，由超聲波產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)抑制冰晶的生長(zhǎng)[16-17]。此外，微流機(jī)制會(huì)使不規(guī)則的冰晶破裂，阻礙冰晶繼續(xù)生長(zhǎng)。

1.1.4 增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)

超聲波不僅可以作為輔助冷凍過(guò)程成核、抑制冰晶生長(zhǎng)的工具，其產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)還可以增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)過(guò)程，提高冷凍速率。研究證明，當(dāng)超聲波穿過(guò)樣品時(shí)，會(huì)引起組織基質(zhì)快速交替的壓縮和拉伸，這種現(xiàn)象可以保持孔隙暢通無(wú)阻，從而促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程[18-19]。

1.2 超聲波輔助冷凍效果的影響因素

超聲波可以通過(guò)不同的機(jī)制來(lái)改善冷凍過(guò)程。然而，作為冷凍過(guò)程的重要階段，成核的過(guò)程受到超聲波的顯著影響[1]。影響超聲波誘導(dǎo)成核和冷凍效果的因素有很多，如超聲波的作用參數(shù)、載冷劑的特性以及樣品的屬性等。

1.2.1 超聲波的作用參數(shù)

過(guò)冷是指將樣品的溫度降低到凍結(jié)點(diǎn)以下而不凍結(jié)的現(xiàn)象。過(guò)冷度的大小與冷凍速度密切相關(guān)，過(guò)冷度越大，形核率的增加比晶核生長(zhǎng)的速度越快，從而可以獲得更細(xì)小的冰晶。有研究表明超聲波的應(yīng)用功率與溫度對(duì)成核過(guò)程有顯著影響。Zhang 等[12]對(duì)超聲功率與形核率之間關(guān)系的研究結(jié)果表明，在超冷水中施加超聲波會(huì)生成大量的樹枝狀冰晶。另外，不同溫度下的超聲波會(huì)產(chǎn)生不同的過(guò)冷度，并受溫度的影響而下降[20]。

1.2.2 載冷劑的特性

一般來(lái)說(shuō)，在超聲波輔助冷凍過(guò)程中，樣品都浸沒在載冷劑中，因此，超聲波輔助冷凍技術(shù)可以被看作是一種特殊的浸沒式冷凍技術(shù)。載冷劑對(duì)于耗散冷凍過(guò)程中產(chǎn)生的熱量有重要的意義，因此，載冷劑需要具備導(dǎo)熱系數(shù)大、比熱大、化學(xué)穩(wěn)定性好、有一定的蓄冷能力等特點(diǎn)。目前，超聲波輔助冷凍過(guò)程中常使用的載冷劑有乙二醇、酒精、CaCl2鹽溶液等[4]。不同的載冷劑具有不同的散熱效果及不同的使用限制條件。如Kiani 等[21]報(bào)道，載冷劑的特性會(huì)顯著影響傳熱與結(jié)晶過(guò)程。

1.2.3 樣品的屬性

應(yīng)用超聲波輔助冷凍的樣品一般可分為流體樣品與固體樣品。如前所述，超聲波引起的空化泡的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生微流，從而加快冷凍速率，但是微流僅能在流體樣品中產(chǎn)生。因此，流體樣品相對(duì)來(lái)說(shuō)比固體樣品具有更高的凍結(jié)速率。Kiani 等[2]比較了超聲波輔助冷凍對(duì)液體樣品和固體樣品冷凍過(guò)程的區(qū)別，結(jié)果表明，由于微流的存在，超聲波能夠更有效地觸發(fā)液體樣品中的成核，從而加快了液體樣品冷凍過(guò)程中的傳熱速率。

2 超聲波輔助冷凍技術(shù)在食品中的研究進(jìn)展

冰晶的尺寸與分布是評(píng)估冷凍食品質(zhì)量的重要參數(shù)，冰晶細(xì)小而均勻地分布有利于提高冷凍食品的質(zhì)量。超聲波作為一種操控冷凍過(guò)程中成核的工具，已被廣泛地應(yīng)用于食品的冷凍研究中。本文采用詞頻分析法對(duì)Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)知網(wǎng)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)中2008-2018 年間的食品科學(xué)與工程領(lǐng)域超聲波輔助冷凍研究相關(guān)論文進(jìn)行了檢索和高頻關(guān)鍵詞分析（高頻關(guān)鍵詞在一定程度上可以反映出某一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)），結(jié)果見圖3。超聲波輔助冷凍技術(shù)方面的研究熱點(diǎn)主要集中在成核、冰晶、品質(zhì)、過(guò)冷度、微觀結(jié)構(gòu)等方面，研究對(duì)象主要集中在果蔬類、肉類、面點(diǎn)類食品，水產(chǎn)品方面的研究明顯偏弱。

圖3 2008-2018 年食品科學(xué)與工程領(lǐng)域超聲波輔助冷凍論文高頻關(guān)鍵詞分析Fig.3 High-frequency keyword analysis of ultrasonic-assisted freezing papers in food science and engineering in 2008-2018

2.1 果蔬類食品

冷凍處理會(huì)降低果蔬的呼吸作用與氧化速度，從而延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期。然而，如果在冷凍的過(guò)程中產(chǎn)生較大的冰晶，會(huì)對(duì)果蔬的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等組織造成機(jī)械損傷，導(dǎo)致汁液損失嚴(yán)重，影響果蔬的品質(zhì)。超聲波技術(shù)在改善果蔬冷凍過(guò)程中的應(yīng)用已得到了廣泛的研究。Xu 等[8]發(fā)現(xiàn)超聲波能夠有效地誘導(dǎo)蘿卜樣品的成核，并且超聲持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度均顯著影響成核溫度。在超聲時(shí)間7 s，超聲功率0.26 W/cm 時(shí)得到成核溫度與超聲溫度之間擬合良好的線性方程。Sun 等[22]觀察了超聲波輔助冷凍（25 kHz，15.85 W）對(duì)馬鈴薯組織微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與浸漬冷凍相比，超聲波輔助冷凍在馬鈴薯組織中產(chǎn)生了細(xì)小均勻的冰晶，保持了微觀結(jié)構(gòu)完整性，縮短了冷凍時(shí)間。同時(shí)，由于更高空化強(qiáng)度的產(chǎn)生，提高超聲功率可以提高傳熱速率，然而當(dāng)過(guò)高的超聲功率在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)將聲能轉(zhuǎn)換成熱能，導(dǎo)致傳熱和冷凍速率降低。Xin 等[23]的研究證明了超聲波輔助冷凍能較好地保持西蘭花的顯微結(jié)構(gòu)和硬度，與傳統(tǒng)的冷凍方法相比，滴水損失顯著減少。這是由于適當(dāng)?shù)某暪β试黾恿死鋬鏊俣?，使冰晶?xì)小而均勻地分布在組織內(nèi)。Islam 等[24]研究了超聲波輔助冷凍對(duì)蘑菇冷凍質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，超聲波的應(yīng)用（0.39 W/cm，20 kHz）顯著降低了解凍過(guò)程中的滴水損失。然而，組織內(nèi)水分含量的減少導(dǎo)致冷凍后蘑菇彈性降低，并且由于超聲引起空化和微流，蘑菇中多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）的活性顯著降低。Cheng等[25]在對(duì)草莓樣品凍結(jié)和成核的研究結(jié)果中顯示，超聲波的應(yīng)用可以使樣品在較低的過(guò)冷度下引發(fā)成核，并且超聲溫度與草莓過(guò)冷度之間呈線性關(guān)系。因此，適當(dāng)?shù)某暡囟群统暪β实膽?yīng)用可以有效地控制易腐爛的水果的成核和冷凍過(guò)程。然而，果蔬含有不同含量的空氣、碳水化合物和其他一些可以充當(dāng)冰核的成分，復(fù)雜的系統(tǒng)導(dǎo)致了不同的成核溫度[8]。Miano等[26]研究了超聲波在甜瓜塊和低水分活度食品中增強(qiáng)傳質(zhì)的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在水分活度不同的樣品中，增強(qiáng)傳質(zhì)過(guò)程的效應(yīng)有所差異，空化作用作為直接效應(yīng)在甜瓜塊內(nèi)產(chǎn)生了微通道以促進(jìn)傳質(zhì)，而微流作為間接效應(yīng)增強(qiáng)了低水分活度食品中的傳質(zhì)過(guò)程。

2.2 肉類食品

研究表明，功率超聲處理會(huì)誘導(dǎo)食物蛋白質(zhì)的修飾，從而改善功能特性，如溶解度、乳化作用及凝膠特性等[26]。肉類含有豐富的蛋白質(zhì)，因此很容易受到超聲波的影響。一般來(lái)說(shuō)，超聲波可以在肉類組織中通過(guò)破壞肌肉細(xì)胞的完整性和促進(jìn)酶促反應(yīng)這兩種方式來(lái)發(fā)揮作用。超聲波在肉類制品的加工過(guò)程中應(yīng)用較多，如改善肉的嫩度、加速肉的成熟過(guò)程、提高持水性和抑制微生物的生長(zhǎng)等[27]。此外，超聲波在肉類的解凍中應(yīng)用較廣泛，可以通過(guò)減少滴水損失來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量[28]。然而，對(duì)于超聲波輔助冷凍肉和肉類制品的研究較少。Zhang 等[29]研究了在超聲波輔助冷凍過(guò)程中，應(yīng)用不同的超聲功率對(duì)豬背最長(zhǎng)肌冷凍速率和質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，施加180 W 的超聲功率效果最好，顯著降低了冰晶的尺寸，使其在組織內(nèi)的分布更均勻，同時(shí)降低了結(jié)合水和游離水的流動(dòng)性。然而，功率超聲處理對(duì)樣品解凍后的a*、b*值沒有顯著影響，這可能是因?yàn)闃悠方鈨龊蠹〖t蛋白恢復(fù)了其天然構(gòu)象并恢復(fù)了顏色?；谝陨系难芯?，Zhang 等[30]繼續(xù)研究了在最優(yōu)的超聲條件下，超聲波輔助冷凍在貯藏期間對(duì)豬背最長(zhǎng)肌微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、水分分布等變化的影響。結(jié)果證明，與空氣冷凍和浸漬冷凍相比，經(jīng)超聲波輔助冷凍后的樣品，其冰晶分布均勻，解凍損失與蒸煮損失顯著降低，減少了水分遷移，同時(shí)脂質(zhì)氧化得到了有效的控制。

2.3 水產(chǎn)品

冷凍是水產(chǎn)品常用的保藏方法之一，可以最大程度地維持水產(chǎn)品的新鮮度。然而，冷凍方式對(duì)水產(chǎn)品的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響?？諝夤娘L(fēng)凍結(jié)仍然是目前應(yīng)用最廣泛的凍結(jié)方式，但會(huì)在水產(chǎn)品內(nèi)形成較大的冰晶，冰晶的生長(zhǎng)不僅會(huì)對(duì)肌肉纖維和細(xì)胞造成破壞[31]，還會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，造成解凍后汁液損失嚴(yán)重，品質(zhì)下降。同時(shí)，傳統(tǒng)冷凍方式存在能耗大、溫度易波動(dòng)等缺點(diǎn)。因此，有待于研究應(yīng)用新型冷凍技術(shù)使冰晶細(xì)小均勻地分布，減小冰晶對(duì)水產(chǎn)品內(nèi)部組織的損傷，維持水產(chǎn)品質(zhì)量。向迎春等[32]研究了超聲輔助凍結(jié)中國(guó)對(duì)蝦的冰晶狀態(tài)與水分變化，發(fā)現(xiàn)只需130 s即可通過(guò)最大冰晶生成帶，且與傳統(tǒng)冷凍方式相比，凍結(jié)速率快，對(duì)組織的破壞程度最小。Sun 等[33]的研究結(jié)果顯示，超聲波輔助冷凍與傳統(tǒng)冷凍方式相比，能減少凍藏過(guò)程中冰晶對(duì)鯉魚肌肉組織的損害，使其組織具有最小的冰晶直徑，顯著降低了結(jié)合水與游離水的流動(dòng)性，從而降低了解凍損失。同時(shí)，超聲波輔助冷凍處理后的鯉魚肌肉組織具有更高的蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性，并減少了凍藏期間樣品中TVB-N 的形成。Sun 等[34]隨后證明了超聲波輔助冷凍功率的不同對(duì)鯉魚的冷凍速率及質(zhì)量有較大影響，在適當(dāng)?shù)某暪β剩?75 W）下，可以顯著降低樣品冷凍時(shí)間，提高凍品質(zhì)量。而施加較高的超聲功率時(shí)，由于空化泡的破裂產(chǎn)生高溫和高壓，反而降低了冷凍速率。同時(shí)，施加適當(dāng)?shù)某暪β剩梢杂行У乇３值鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性，較高的超聲功率會(huì)破壞局部氨基酸序列或分子間相互作用，從而破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性[35]。Gao等[36]研究了在超聲波輔助冷凍草魚魚糜過(guò)程中添加水溶性大豆多糖對(duì)凍藏過(guò)程中魚糜質(zhì)量變化的影響。結(jié)果表明，水溶性大豆多糖與超聲波輔助冷凍發(fā)生了協(xié)同作用，可同時(shí)用于防止魚糜中Ca2+-ATPase 活性的降低。當(dāng)使用300 W 功率進(jìn)行超聲冷凍處理時(shí)，可以顯著提高魚糜冷凍效率，同時(shí)改善冷凍魚糜質(zhì)量。然而，超聲波輔助冷凍在水產(chǎn)品上的應(yīng)用研究較少，需進(jìn)一步拓展和深入。

2.4 面類食品

在面包、饅頭、糕點(diǎn)等食品的運(yùn)輸與加工過(guò)程中，常在半成品階段把面團(tuán)凍藏一段時(shí)間，待需要時(shí)再解凍進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)加工，直至成品。冷凍面團(tuán)的質(zhì)量直接影響了后續(xù)的加工過(guò)程，因此，已有研究將超聲波應(yīng)用于面團(tuán)的冷凍過(guò)程中。Hu 等[37]在25 kHz 與5 種不同超聲功率水平下研究了超聲波對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)量和微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)超聲功率在288 W 或360 W時(shí)，凍結(jié)總時(shí)間縮短了11%以上。并且，在冷凍面團(tuán)內(nèi)部形成了大量細(xì)小的冰晶，改善了面團(tuán)的質(zhì)量。此外，Song 等[38]在超聲輔助冷凍濕面筋過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，超聲空化作用促進(jìn)了濕面筋中冰的初級(jí)和次級(jí)成核，使其內(nèi)部形成了細(xì)小且均勻的冰晶，有利于減小面筋網(wǎng)絡(luò)的裂化，改善冷凍濕面筋的質(zhì)量。

3 結(jié)論與展望

作為一種新型的食品冷凍技術(shù)，超聲波輔助冷凍能夠有效地提高傳熱傳質(zhì)效率、控制成核與結(jié)晶過(guò)程，提高冰晶的質(zhì)量和數(shù)量，提高冷凍速度的同時(shí)降低冷凍對(duì)食品組織結(jié)構(gòu)的損傷，改善冷凍食品品質(zhì)。其空化效應(yīng)與微流效應(yīng)能較好地保持食品的微觀結(jié)構(gòu)，具有提高冷凍食品持水性和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、修飾食品質(zhì)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。因此，超聲波輔助冷凍技術(shù)在食品冷凍研究和應(yīng)用中有著廣闊的應(yīng)用前景。但另一方面，超聲波輔助冷凍技術(shù)的一些基礎(chǔ)性研究尚有待完善，超聲波輔助冷凍的機(jī)理尚未形成統(tǒng)一的理論，超聲波與其他技術(shù)聯(lián)合使用時(shí)的相互作用機(jī)理、對(duì)復(fù)雜體系中的成核及冰晶生長(zhǎng)方面的影響機(jī)制等都有待進(jìn)一步研究。此外，超聲波輔助冷凍技術(shù)目前并不是一種成熟的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，盡管已有一些商業(yè)設(shè)備開始使用，但發(fā)展規(guī)模不大，目前仍主要處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，因此，與其相關(guān)的應(yīng)用程序和工業(yè)設(shè)備也亟待開發(fā)和推廣。