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1、超声检测技术及其在食品安全检测中的研究进展 宴I j 东红朱潘炜 ( 浙江大学嫩物系统工程玛品科学学院杭州3 1 0 0 2 9 ) 籀要；低髓超声检测技术由p 就 破坏姓，快逡、精确、耪母实现融潮化润时熊地新燃电“f 技术鞠比较价格 低糜。而晟能封岗浓成食赫昶l 光不透明性丰孑料进行梭灞，镬食热检测中自+ ；I l ；独特肫忧势目莉寝食I 锖蜜垒检测巾 的应用也越寐越r 泛。奉空：辩越声检测技术谯食品外源黔物榆测、成分榆测、包装食赫的光桶掩测稍微生物检测 汀礁的威用和避餍避符了综述。 关键渝：食品 津学；超声检测t食黯交仝；笼搅梭灞 T e c h n o l o g yo fU l t r
2、 a s o n i cI n s p e c t i o na n dR e s e a r c hP r o g r e s si n F o o dS e c u r i t yD e t e c t i o n L I UD o n g h o n g ，Z H UP a n w e i ( D e p a r t m e n to f F o o dS c i e n c e & N u t r i t i o n ，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y , H a n g z h o u ，C h i n a3 1 0 0 2 9 ) A b s t
3、 r a c t ：T e c h n o l o g yo fl o w - d e n s i t yu l t r a s o n i ci n s p e c t i o ni sa p p l i e dm o r ea n dm o r ee x t e n s i v e l yi n f o o di n d u s t r y F o rt h e i rp a r t i c u l a ra d v a n t a g e so fr a p i d + n o n d e s t m c t i v e ，p r e c i s i o na n di u e x p
4、e n s i v e c o m p a r e dw i t ho t h e re l e c t r o n i ct e c h n o l o g y ，l o w - i n t e n s i t yu l t r a s o u n dh a sg r e a tp o t e n t i a li nf o o ds a f e t y d e t e c t i o n e s p e c i a l l yf o rt e s t i n go fh i g hc o n c e n t r a t i o ns o l u t i o na n ds o m eo p
5、 a q u el n a t e r i a l T h e a p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to fu i t r a s o n i ci n s p e c t i o nw e r er e v i e w e di nt h ep a p e ra b o u tf o o df o r e i g n b o d yd e t e c t i o n ，f o o dc o m p o s i t i o nd e t e c t i o n ，n o n d e s t r u c t i v ed e t e c t
6、 i o no fp a c k a g e df o o d ，m i c r o b i o l o g i c a l d e t e c t i o no ff o o d K e y w o r d ：f o o ds c i e n c e ，u l t r a s o n i ci n s p e c t i o n ， f o o ds a f e t y ，n o n d e s t r u c t i v et e S t 1 绪论 低能照超声检澜披术成用予食龈t 她领域始予2 0 僦纪4 0 訇芝代，假谯到近：二十年来才引起研究人员的 熏视，它不仪被雕予监测禽晶加，J 二
7、过程( 如装料蹒度、物糕流爨等的监测) ，而且可以提供食品组成、质 构及流变特性等性质，因此可以随用于产黼质疑控雠等领域l 。该技术通过检测低能爨超声波岛食晶物料 之间羲I 互作掰的类型翻程度求判断食晶的物理化学性质。与冀他揄测方法棚比，超声稔测有鹱独特的优势： ： F 碾坏性、快速、精确、舄I 了：变线国动化，润时与其他撕型电“F 技术栩比较价撩低廉，掰且能对商浓度食 赫和光刁；透明性材料进行检测【I 2 】。利用超声技术对鳄裂、胡萝卜、举果簿产品组缀缡构特性的授澜已经 取得成功睁剐，闽时还呵利用超声梭测肉涮龋、烹饪制晶和奶酪等f l 句缀织结构釉耥弹性 9 - | 4 J 。并呵般控食品
8、的生产过程l l 孓博l 。目前瑷譬1 人注嗣的研究领域是对食品组成成分及獒分敞特性的研究，例如：利用趣声技 作囊筒介：洲寐纨，女，牌。“教授研究方向为食品搋- 一装_ 赫及I ! = l 渤化。E m a i l ：d h l i u z j u e d u c n l 术对原料肉成分的检测1 钟；对氟槊中耩禽爨的研究p J ；对巧克力中固体脂肪禽爨的研究【2 0 l 。以及对蔗糖在 油水体琢中分散特性的研究游【2 。同时低能盘翘声检测技术= | f j = 食黼安全检测镢域| _ I 的殿j ! l j 也其商巨大潜力 1 2 2 。因此本文对越芦检测技爿乏的机联及在食龋蜜全梭测巾的研究进
9、鹱避行介绍，以摊幼该技术程食晶蜜全 检测中的成脚。 2 超声检测机理 超声就是绷帛高于2 0 k H z 、翘冰人们耳朵辨别躯力辩J 疆穿透性很强的芦波。超声波程弹性介质中传播 盯以脊多种叛动模式。包括横被、纵波、寝嘲波等( 圈1 I ) 。 l H l f l | f l l i f l I H I l f l l l l l f l m f f i l l f l l l l l l 粕0 I I I II t l l l l 删嗍啪删呲荆 来受予拢介质 觚缀波 蘑甥被 图1 媒质中超声波的传播i l 参式 疆缩波对撼质在平衡位嚣峭近产生连续的纸缩和拉撺媒质的运动方向和超声波的抟播方肉相同
10、。剪 切波坶致的攥质运动方I 魂浮超声传播方向黍文，丽袭颟波则类似：f ：海水淡删的波纹。兰 j I I 不嗣形式的波运 动以不同的物理特性与缀质栩鬣作用。璀缩波出复原力煅大，传播速度最快。实际。f ：它也是最简单的波 的形式，闲为它怒作周力备向掏同的平面波( 压力波) 。剪切波比压缩波运动得慢同时会淡现出极化作用， 因此对下非均棚媒质特性的榆测堕有优势同时剪切波的衰减也比艨缩波六。寝耐波更为复杂，需爱特豫 的检测仪器。因此态媒质特性检测中缀常用豹趣声波形式为艇缩波。 根掇波动方程，出趣声波弓i 起的媒质波动呵液示为弘3 i ： 鼍= 鼍。e l “e 她 。铺号进入样晶点的辆 直 彩 k 波
11、父殿，J | ；惫，十汝，其中：席4 了 七= i a 搬挺波动方程和牛顿第二定纷阿以推蟹出角频率( ”) 和波欠鼍( k ) 豹美袭： mj 霹 一= ： 一 是 Vp 式中：u 角频帛E 复数弹性嫫徽p 媒顼密度 从式中对见魁声波在媒质中羽传播特性( 频謇、波灸镶) 与媒质的特性( 密度、弹性模爨) 密切相关 闲此瓤以利用超声在媒质中传播特性的捻测来液祗媒质豹腆特征。如：颗拣火小、分子特性、成分确定 和结豁般控簿。超净榆渊技术趋利用超声波在媒质t 和传播时，声传播速度、声衰减茅f l 声黼抗等超声最和媒 质特性及状态豁关的特怯避错测定，通过测掇这脯声学壤。可以r 解被渊媒质的特性和成分的变
12、化。判断材 料内部的物理化学性质。 2 2 1 声速 超南波在材斟中的传播速度取漱予村料的物理特性，对f ：低衮减的材料( 口 _ ( e o c ) c 2 = k p 。( 矽) 因此村料的声速简单地与它煅綦本的两个物理特性：弹性模+ 精羊密度趣接： I i | 关。材料的鬻度越小。耐 作用力疑霄璺丈豹抵抗 力，就悫崃瓣超声在材料t ，的转播速度越快。通常糙刳弹性模爨的羲始比 曾度犬， 嘲此声速受弹性模爨影晌比密度大。 绝熟压缩率能反映媒质的结构和弹性。不阍燃质副其微观熊掏翱组成豹本同懿雷不同的膳缩系数，因 此通过检测媒质声速l 】隧髑娥变化甜以愆性戏斑缀地滥测赚质的物理性质旗鬻魑分子承平
13、的站构变化。 2 2 声衰减 超声在媒质中传播时，其振幅随髂播鼷离增加硫逐渐减小豹现象称为声衰碱。衰躐的主螫来源是媒质 对超声的吸收和镢粒结掏对超声波的散射。吸收源j ：蠛l 质的粘性、热传譬、边界摩擦和器季I l I 巡豫观镦镩锑， 使衡声能转化为其他形式的能缀。散射的产生则避幽于媒质本嶷的黼较结构、赚质一扣的悬浮较子、杂质和 气泡簿逑成的，它使矧声波翔不问方向传播。遗成接收方I 捆超声能鼹的降低。因此声衮减的程度反赕”r 媒质的物化性质及超卢与媒质疵分予水s Fj 二的棚驻作用怒研究! 瞻均栩系特性的：翦要移辙。燃质的声衰减 定义为： = Ao e ”5 式中：壮为疑减系数：A o 为钥熊
14、振幅；A 为传播x 躐离餍的趣声幅德。 2 。3 声阻抗 超声在两种：_ _ l f i 闼媒质中悔接时，在界圈l i 处会发生砭射现承，反射波的强弱取决j ：趟声波在两摹4 I 媒质巾 的陬抗簸鼯犬小。声阻抗定义为降愿对体积振速( 声速c 藤秘A ) 的眭：率。嘲Z = p c A 对y - 警谶波即只 有洛趣声传援方向钶声蹉传递的波，声阻抗为密糜和声速的梁积，即Z = P c ，刚此芦I 魁抗取决1 ：超声传 播速度和媒质的密度。声阻抗柱媒质特性榆谰巾的成翔方颟是通过芦速和声阻抗测定，确定媒磺的密度。 另方瓣由”J 二超声检测r 卜常采用豳波检凋技术，因此出声阻抗特性决定的疑射，麓垮在超声
15、捡测巾i f # 常关 键。 3 超声检测技术在食品安全检测中的研究进展 3 1 外源异物和污染的检测 外源黪物，例如盒瞩、玻璃、术头碎耩、发瞒等经常在加工过瓣t l _ 1 澎絷食双，这赚物质在食蹋巾存在 魁小受欢迎的，因此，有效的辨源辣物分析方法对_ i l 二像诳食；镪懿餍楚替常霞葵的。实际。乜缀多食物楚小透 明的所以基于光学透射的方法楚不适用豹。栩反，声波可以红火多食物中传播，阑此阿以超声检测技术 进行外潦辩物的研究。当个趣声脉冲传播剿个样黼中时会在遇到不同物质介筒发生反射( 暇如个 物体与周嗣物体在声隰抗 ：有足够火的隰蹦) 。如玻璃、盒扁翱木头材誊幸的声雕扰比火多数的食品成分的 芦
16、睚执高。因此能很窖勘隰别这黪物质。样晶巾。个翻标物的存程可以通过测镊从它翻容器骥笈财回来的 时阍间隔来测定。通过围绕样品移动超声按能器，可以分辨物质的大小和能露研J 。B o s e nZ h a o t J 等研究汪 实用超声回波的方法研以订效的检测大小在2 5 1 0m t l l 2 的外源异物。 在食晶生产过程中，京线管通的污染状况越米越受到人们的荧注。蒋邋t l 污染物的存在会避成输送裂 额外豹功耗降低管道中的能壤交换效率，同时也碍致掰嫩产的食懿质最和蜜仓饿的降低。摊前笈现污；1 3 1 剃污垢穰艘的爨化可以降低机器的瓣损所避成的成本增 攘| 、管道的缀游时涧和生产的纷滞时间。超膨检测 可以提供褥效的釉低成本的在线管道污染状况检测。K e n n e t hR L o h 一l 簿雕超芦潆波和声脉冲附方法检测 3 管邀豹污染物，并指蹦静波检测
