◎ 周婷婷

（山西省檢驗(yàn)檢測(cè)中心（山西省標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量技術(shù)研究院），山西 太原 030012）

食品是日常生活中的重要組成部分，其質(zhì)量好壞與人們的身體健康、生命安全有著密切聯(lián)系。因此，檢測(cè)技術(shù)必須結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，超聲波技術(shù)便是其中之一，其具有適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單與使用設(shè)備投資較少的特點(diǎn)，能夠通過超聲波相位與幅度變化判斷食品狀態(tài)，進(jìn)而提高食品的安全性。

1 超聲波技術(shù)檢測(cè)概述

1.1 超聲波檢測(cè)特點(diǎn)

超聲波可選擇高頻與低頻兩種模式，實(shí)際應(yīng)用中振動(dòng)頻率可達(dá)2 000 Hz以上，可通過與物質(zhì)之間的相互作用獲取物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，且聲波的整體穿透性較強(qiáng)，在液體和固體中傳播也不會(huì)出現(xiàn)明顯的衰減。最早我國將超聲波應(yīng)用在航海探測(cè)和回聲定位中，后隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)如今在食品行業(yè)的應(yīng)用也越來越多，現(xiàn)已成為該行業(yè)發(fā)展中重要的檢測(cè)手段之一。

1.2 超聲波檢測(cè)的種類

超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，在食品檢測(cè)中的應(yīng)用可以分為低頻率與高頻率兩種，在頻率比較低時(shí)可以激發(fā)自身能量，通過向待測(cè)物體發(fā)射脈沖信號(hào)，能夠用來破壞生物細(xì)胞產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，可根據(jù)超聲波在食品內(nèi)的傳播狀況以及時(shí)間來確定食品的安全和成熟程度，在應(yīng)用過程中需要進(jìn)行連續(xù)操作[1]。

2 超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)中的原理分析

利用超聲波進(jìn)行食品檢測(cè)參數(shù)是聲速和振幅衰減，這種超聲波由于能量低的特點(diǎn)，對(duì)光學(xué)不透明物體有著較好的效果，下文將對(duì)超聲波檢測(cè)原理進(jìn)行分析。

2.1 聲速測(cè)定

超聲波技術(shù)在聲速測(cè)定中，必須以平面波性質(zhì)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)分析與整理，結(jié)合公式計(jì)算出食品的質(zhì)量以及成分，其中最常見的便是利用平面波穿過介質(zhì)時(shí)的性質(zhì)計(jì)算公式，即（κ/ω）2＝ρ/E完成本次測(cè)定，并結(jié)合信息進(jìn)行詳細(xì)判斷，最終獲取相關(guān)結(jié)果。在性質(zhì)計(jì)算公式中，ρ代表了介質(zhì)的密度，E則代表的是彈性模量，兩者的比可以作為聲速測(cè)定結(jié)果，計(jì)算中需要明確κ這一介質(zhì)的復(fù)合波數(shù)，以及角頻率ω，避免計(jì)算中出現(xiàn)錯(cuò)誤問題。而對(duì)于固態(tài)介質(zhì)，彈性模量可以用E＝K+（4/3）G進(jìn)行計(jì)算，其中K是體積彈性模量，而G則是剛性彈性模量；液態(tài)介質(zhì)的表達(dá)式則為C2＝K/ρ，數(shù)學(xué)符號(hào)意義與上述一致。在聲速測(cè)定中，信號(hào)發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生脈沖電子波，通過樣品壓縮傳遞后再轉(zhuǎn)化為電子波，傳送中時(shí)間計(jì)數(shù)器開始記錄，根據(jù)已知聲速的物質(zhì)測(cè)量最終的出聲速[2]。

2.2 衰減測(cè)定

超聲波傳播過程中不僅會(huì)隨著時(shí)間、距離的影響而削弱，且會(huì)在經(jīng)過介質(zhì)時(shí)被削弱，從而產(chǎn)生不同程度的衰減，因此必須要注重衰減測(cè)定，在食品檢測(cè)的過程中進(jìn)行精細(xì)化管理，提高最終結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。同時(shí)，超聲波在傳輸過程中能力會(huì)出現(xiàn)散射的情況，在介質(zhì)不連續(xù)處因偏移而出現(xiàn)方向變化，所以需要結(jié)合A＝A0exp（-ad）進(jìn)行計(jì)算，A是聲波通過介質(zhì)后產(chǎn)生的振幅，A0是初始振幅，d是聲波所通過的距離，將時(shí)間測(cè)量改變?yōu)橄噜徎夭ǖ恼穹白兓?，最終得出衰減值，以此保證最終結(jié)果的精確度。

3 超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)中的作用與價(jià)值

3.1 超聲波技術(shù)的作用

食品檢驗(yàn)是判斷當(dāng)前物品質(zhì)量好壞的主要依據(jù)，實(shí)際執(zhí)行中需要獲取當(dāng)前食品的各類參數(shù)信息，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行全面、詳細(xì)的檢測(cè)，包括原材料、配料、添加劑、營(yíng)養(yǎng)成分、所含物質(zhì)等，在完成檢測(cè)之后出具報(bào)告進(jìn)行判斷，不符合要求的食品不允許銷往市場(chǎng)。

3.2 超聲波技術(shù)的價(jià)值

食品安全與人們健康息息相關(guān)，而質(zhì)量檢測(cè)是確保食品安全的重要內(nèi)容，將超聲波技術(shù)應(yīng)用在食品檢測(cè)中，屬于最有效、最便捷的方法，能夠進(jìn)一步確保食品安全。超聲波技術(shù)具有成本低廉、簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，可用于肉類食品、果蔬食品、乳制品、充氣食品、飲料酒水等方面，如在肉類食品中可以對(duì)細(xì)胞液的外流進(jìn)行控制，憑借定向效應(yīng)可以影響食品物質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)晶核的形成，提升物質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)晶核的形成速度；而在果蔬等食品檢測(cè)中，無需對(duì)物理或者化學(xué)材料的破壞處理，便可以有效分析性質(zhì)、組織、含水量、結(jié)構(gòu)等，可以避免出現(xiàn)細(xì)胞組織的破裂、損壞、凍傷等問題，體現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值[4]。

4 超聲波技術(shù)在食品檢測(cè)中的運(yùn)用方向

4.1 肉類檢測(cè)

我國肉制品在市場(chǎng)中的整體占比較大，其安全問題一直以來都受到廣泛關(guān)注，將超聲波技術(shù)應(yīng)用在檢測(cè)中還存在一些不足之處，其原因在于肉制品僅可以承受10 kHz左右的聲波，而超聲波的頻率遠(yuǎn)高于此，因此檢測(cè)中可能導(dǎo)致肉制品中的纖維蛋白破壞，且在液體滲出后纖維之間會(huì)互相粘連，降低了肉制品的品質(zhì)。但可以利用超聲波對(duì)肉禽類食品進(jìn)行分析，如用于檢測(cè)成品魚和雞肉的固體脂肪含量，進(jìn)而區(qū)分肉類的質(zhì)量，在未來需要對(duì)此進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

4.2 乳液檢測(cè)

乳狀液體是不透明的食物，結(jié)合超聲波Wave技術(shù)分析乳液結(jié)塊的原因，避免乳狀液體出現(xiàn)結(jié)塊的情況，結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀提出相應(yīng)解決方案，且并不會(huì)影響食物本身，能夠有效提高樣品掃描效率和速度。乳制品體系是比較分散的粒子，還會(huì)存在一定的油脂，液滴尺寸在0.2～2 μm，用傳統(tǒng)的方法不能確保食品的安全性，而利用超聲波技術(shù)可以在液體靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行無損檢測(cè)，在40 kHz下降功率為0.8 W可以檢測(cè)粒子的移動(dòng)狀態(tài)，以此判斷出乳狀液體的安全性，且整個(gè)過程較為簡(jiǎn)單，非專業(yè)技術(shù)人員也可以在標(biāo)準(zhǔn)操作下完成。

4.3 充氣食品檢測(cè)

充氣類食品的氣泡會(huì)對(duì)超聲波檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生很大影響，市面上常見食品包括餅干、面包、蛋糕、薯片等類型，每個(gè)包裝袋均灌有較多空氣，而空氣會(huì)導(dǎo)致超聲波結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，影響最終的檢測(cè)結(jié)果[5]。因此，在檢測(cè)過程中必須注重操作細(xì)節(jié)，每一個(gè)步驟都必須要認(rèn)真細(xì)致，在檢測(cè)后結(jié)合誤差值進(jìn)行對(duì)比分析。超聲波技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)來講，該技術(shù)不會(huì)對(duì)包裝內(nèi)的氣體造成任何污染，也不會(huì)影響氣體的穩(wěn)定性，且準(zhǔn)確率能夠提高0.6倍以上，效率也會(huì)提升40%左右。

4.4 乳制品檢測(cè)

乳制食品是人們生活中常見的食品種類之一，我國市場(chǎng)中此類所包含的食品較多，如奶酪、調(diào)味乳、奶油、冰淇淋等，為了確保食物的安全性，需要加強(qiáng)對(duì)乳制食品的研究，合理應(yīng)用超聲波技術(shù)開展檢測(cè)工作。乳制品中的粒子有非常良好的散光作用，在傳統(tǒng)檢測(cè)中需要先進(jìn)行取樣，再對(duì)分離后的油相進(jìn)行檢測(cè)和判定，如奶酪食品利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)，首先對(duì)乳制品液體進(jìn)行取樣觀察，分析液體分子的運(yùn)行狀況和結(jié)構(gòu)變化，而利用超聲波技術(shù)則不需要取樣，便可以檢測(cè)出包裝內(nèi)部的產(chǎn)品有沒有發(fā)生凝聚現(xiàn)象，且可以通過相互作用使脂肪球直徑降低到0.57～0.95 μm，檢測(cè)速率可提升40%。

4.5 果蔬類檢測(cè)

蔬菜和水果的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特殊，超聲波檢測(cè)中會(huì)出現(xiàn)共振效應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水分含量的變化，影響最終的檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)蘋果與梨等貯藏水果時(shí)，借助無損檢測(cè)技術(shù)可以分析水果的含水量、含糖量、組織結(jié)構(gòu)，然后以此為依據(jù)對(duì)水果的等級(jí)進(jìn)行確定，還可以對(duì)水果的衰敗時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.6 飲料酒類檢測(cè)

飲品存在的主要形式都是液體，由于溶解度的問題并不會(huì)充分地相融，且在融合的過程中會(huì)出現(xiàn)一種新密度的液體，超聲波在不同密度液體之間會(huì)產(chǎn)生傳播偏差，可以利用這個(gè)現(xiàn)象區(qū)分不同的液體種類，最后得出結(jié)果。

5 食品檢測(cè)中超聲波技術(shù)的后續(xù)優(yōu)化

5.1 推動(dòng)超聲波技術(shù)的融合

食品檢測(cè)若想契合時(shí)代發(fā)展需求，就必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，從而促進(jìn)檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，因此需要將超聲波技術(shù)與信息技術(shù)融合，這樣不僅可以簡(jiǎn)化煩瑣的檢測(cè)過程，且能夠確保管理流程的完整性[6]。在此過程中需要制定出相應(yīng)的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確地判斷工作中信息技術(shù)的應(yīng)用方向，工作者要保證結(jié)果的完整性，從抽樣的保存、試驗(yàn)材料的配備、相關(guān)操作流程等方面進(jìn)行規(guī)范，在應(yīng)用過程中結(jié)合實(shí)際進(jìn)行深度優(yōu)化，促進(jìn)檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

5.2 健全檢測(cè)相關(guān)管理機(jī)制

若想優(yōu)化食品質(zhì)量檢測(cè)，必須從管理機(jī)制方面入手，超聲波檢測(cè)前需要了解食品樣品的種類，如果蔬類食品需要注意季節(jié)、時(shí)間、樣品采集的地點(diǎn)等不同因素，利用標(biāo)簽管理的方式進(jìn)行規(guī)范記錄，確保全過程的安全性和穩(wěn)定性。

5.3 完善食品安全檢驗(yàn)法律

食品安全直接影響著人們的生命安全，必須杜絕假冒偽劣產(chǎn)品流入市面，通過法律法規(guī)進(jìn)行約束和控制，以我國相關(guān)法律標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，要求執(zhí)行中地方根據(jù)社會(huì)的發(fā)展形勢(shì)及時(shí)調(diào)整檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，使法律法規(guī)能夠科學(xué)、公正、先進(jìn)、精確。同時(shí)，法律內(nèi)容需要從細(xì)節(jié)入手，使每一項(xiàng)規(guī)定都能保持緊密性，通過質(zhì)量把關(guān)保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上操作必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能檢測(cè)，并撰寫檢測(cè)報(bào)告記錄各類數(shù)據(jù)，以免給人們的生命安全帶來不可彌補(bǔ)的損失。

6 結(jié)語

食品的質(zhì)量安全對(duì)于廣大消費(fèi)者的安全健康及社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要作用，超聲波測(cè)試技術(shù)應(yīng)用范圍正不斷擴(kuò)大，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，該技術(shù)有著較為廣闊的應(yīng)用前景，通過對(duì)超聲波技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提升食品檢測(cè)精確度，并且該技術(shù)具有操作便捷的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)速度相較于其他技術(shù)更快，不會(huì)對(duì)人體造成傷害，今后還需要繼續(xù)加強(qiáng)相關(guān)研究。