超声波技术在食品检测中运用研究分析

◎ 周婷婷

（山西省检验检测中心（山西省标准计量技术研究院），山西 太原 030012）

食品是日常生活中的重要组成部分，其质量好坏与人们的身体健康、生命安全有着密切联系。因此，检测技术必须结合现代化技术进行优化，超声波技术便是其中之一，其具有适应性强、操作简单与使用设备投资较少的特点，能够通过超声波相位与幅度变化判断食品状态，进而提高食品的安全性。

1 超声波技术检测概述

1.1 超声波检测特点

超声波可选择高频与低频两种模式，实际应用中振动频率可达2 000 Hz以上，可通过与物质之间的相互作用获取物理性质与化学性质，且声波的整体穿透性较强，在液体和固体中传播也不会出现明显的衰减。最早我国将超声波应用在航海探测和回声定位中，后随着我国科学技术的不断发展，其应用范围也在不断扩大，现如今在食品行业的应用也越来越多，现已成为该行业发展中重要的检测手段之一。

1.2 超声波检测的种类

超声波检测技术的应用较为广泛，在食品检测中的应用可以分为低频率与高频率两种，在频率比较低时可以激发自身能量，通过向待测物体发射脉冲信号，能够用来破坏生物细胞产生一系列化学反应，可根据超声波在食品内的传播状况以及时间来确定食品的安全和成熟程度，在应用过程中需要进行连续操作[1]。

2 超声波技术在食品检测中的原理分析

利用超声波进行食品检测参数是声速和振幅衰减，这种超声波由于能量低的特点，对光学不透明物体有着较好的效果，下文将对超声波检测原理进行分析。

2.1 声速测定

超声波技术在声速测定中，必须以平面波性质为基础，通过数据分析与整理，结合公式计算出食品的质量以及成分，其中最常见的便是利用平面波穿过介质时的性质计算公式，即（κ/ω）2＝ρ/E完成本次测定，并结合信息进行详细判断，最终获取相关结果。在性质计算公式中，ρ代表了介质的密度，E则代表的是弹性模量，两者的比可以作为声速测定结果，计算中需要明确κ这一介质的复合波数，以及角频率ω，避免计算中出现错误问题。而对于固态介质，弹性模量可以用E＝K+（4/3）G进行计算，其中K是体积弹性模量，而G则是刚性弹性模量；液态介质的表达式则为C2＝K/ρ，数学符号意义与上述一致。在声速测定中，信号发生器会产生脉冲电子波，通过样品压缩传递后再转化为电子波，传送中时间计数器开始记录，根据已知声速的物质测量最终的出声速[2]。

2.2 衰减测定

超声波传播过程中不仅会随着时间、距离的影响而削弱，且会在经过介质时被削弱，从而产生不同程度的衰减，因此必须要注重衰减测定，在食品检测的过程中进行精细化管理，提高最终结果的准确性[3]。同时，超声波在传输过程中能力会出现散射的情况，在介质不连续处因偏移而出现方向变化，所以需要结合A＝A0exp（-ad）进行计算，A是声波通过介质后产生的振幅，A0是初始振幅，d是声波所通过的距离，将时间测量改变为相邻回波的振幅及变化，最终得出衰减值，以此保证最终结果的精确度。

3 超声波技术在食品检测中的作用与价值

3.1 超声波技术的作用

食品检验是判断当前物品质量好坏的主要依据，实际执行中需要获取当前食品的各类参数信息，结合国家标准要求进行全面、详细的检测，包括原材料、配料、添加剂、营养成分、所含物质等，在完成检测之后出具报告进行判断，不符合要求的食品不允许销往市场。

3.2 超声波技术的价值

食品安全与人们健康息息相关，而质量检测是确保食品安全的重要内容，将超声波技术应用在食品检测中，属于最有效、最便捷的方法，能够进一步确保食品安全。超声波技术具有成本低廉、简单方便等优点，可用于肉类食品、果蔬食品、乳制品、充气食品、饮料酒水等方面，如在肉类食品中可以对细胞液的外流进行控制，凭借定向效应可以影响食品物质结构结晶核的形成，提升物质结构结晶核的形成速度；而在果蔬等食品检测中，无需对物理或者化学材料的破坏处理，便可以有效分析性质、组织、含水量、结构等，可以避免出现细胞组织的破裂、损坏、冻伤等问题，体现出了较好的经济价值和使用价值[4]。

4 超声波技术在食品检测中的运用方向

4.1 肉类检测

我国肉制品在市场中的整体占比较大，其安全问题一直以来都受到广泛关注，将超声波技术应用在检测中还存在一些不足之处，其原因在于肉制品仅可以承受10 kHz左右的声波，而超声波的频率远高于此，因此检测中可能导致肉制品中的纤维蛋白破坏，且在液体渗出后纤维之间会互相粘连，降低了肉制品的品质。但可以利用超声波对肉禽类食品进行分析，如用于检测成品鱼和鸡肉的固体脂肪含量，进而区分肉类的质量，在未来需要对此进行持续优化。

4.2 乳液检测

乳状液体是不透明的食物，结合超声波Wave技术分析乳液结块的原因，避免乳状液体出现结块的情况，结合当前现状提出相应解决方案，且并不会影响食物本身，能够有效提高样品扫描效率和速度。乳制品体系是比较分散的粒子，还会存在一定的油脂，液滴尺寸在0.2～2 μm，用传统的方法不能确保食品的安全性，而利用超声波技术可以在液体静止状态下进行无损检测，在40 kHz下降功率为0.8 W可以检测粒子的移动状态，以此判断出乳状液体的安全性，且整个过程较为简单，非专业技术人员也可以在标准操作下完成。

4.3 充气食品检测

充气类食品的气泡会对超声波检测结果产生很大影响，市面上常见食品包括饼干、面包、蛋糕、薯片等类型，每个包装袋均灌有较多空气，而空气会导致超声波结构发生重大变化，影响最终的检测结果[5]。因此，在检测过程中必须注重操作细节，每一个步骤都必须要认真细致，在检测后结合误差值进行对比分析。超声波技术相较于传统技术来讲，该技术不会对包装内的气体造成任何污染，也不会影响气体的稳定性，且准确率能够提高0.6倍以上，效率也会提升40%左右。

4.4 乳制品检测

乳制食品是人们生活中常见的食品种类之一，我国市场中此类所包含的食品较多，如奶酪、调味乳、奶油、冰淇淋等，为了确保食物的安全性，需要加强对乳制食品的研究，合理应用超声波技术开展检测工作。乳制品中的粒子有非常良好的散光作用，在传统检测中需要先进行取样，再对分离后的油相进行检测和判定，如奶酪食品利用光学显微镜进行检测，首先对乳制品液体进行取样观察，分析液体分子的运行状况和结构变化，而利用超声波技术则不需要取样，便可以检测出包装内部的产品有没有发生凝聚现象，且可以通过相互作用使脂肪球直径降低到0.57～0.95 μm，检测速率可提升40%。

4.5 果蔬类检测

蔬菜和水果的细胞结构特殊，超声波检测中会出现共振效应，导致内部结构、水分含量的变化，影响最终的检测结果。检测苹果与梨等贮藏水果时，借助无损检测技术可以分析水果的含水量、含糖量、组织结构，然后以此为依据对水果的等级进行确定，还可以对水果的衰败时间进行预测。

4.6 饮料酒类检测

饮品存在的主要形式都是液体，由于溶解度的问题并不会充分地相融，且在融合的过程中会出现一种新密度的液体，超声波在不同密度液体之间会产生传播偏差，可以利用这个现象区分不同的液体种类，最后得出结果。

5 食品检测中超声波技术的后续优化

5.1 推动超声波技术的融合

食品检测若想契合时代发展需求，就必须对其进行优化与创新，从而促进检验检测技术的发展，因此需要将超声波技术与信息技术融合，这样不仅可以简化烦琐的检测过程，且能够确保管理流程的完整性[6]。在此过程中需要制定出相应的服务标准，准确地判断工作中信息技术的应用方向，工作者要保证结果的完整性，从抽样的保存、试验材料的配备、相关操作流程等方面进行规范，在应用过程中结合实际进行深度优化，促进检验检测技术的发展。

5.2 健全检测相关管理机制

若想优化食品质量检测，必须从管理机制方面入手，超声波检测前需要了解食品样品的种类，如果蔬类食品需要注意季节、时间、样品采集的地点等不同因素，利用标签管理的方式进行规范记录，确保全过程的安全性和稳定性。

5.3 完善食品安全检验法律

食品安全直接影响着人们的生命安全，必须杜绝假冒伪劣产品流入市面，通过法律法规进行约束和控制，以我国相关法律标准为基础，要求执行中地方根据社会的发展形势及时调整检测标准，使法律法规能够科学、公正、先进、精确。同时，法律内容需要从细节入手，使每一项规定都能保持紧密性，通过质量把关保证检测结果的准确性，在此基础上操作必须严格按照标准进行性能检测，并撰写检测报告记录各类数据，以免给人们的生命安全带来不可弥补的损失。

6 结语

食品的质量安全对于广大消费者的安全健康及社会的稳定发展具有重要作用，超声波测试技术应用范围正不断扩大，从长远发展角度来看，该技术有着较为广阔的应用前景，通过对超声波技术的应用能够显著提升食品检测精确度，并且该技术具有操作便捷的优势，检测速度相较于其他技术更快，不会对人体造成伤害，今后还需要继续加强相关研究。