1 超聲波機理探討
通常把頻率大于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波將聲能通過換能器轉化為機械能,從而使超聲介質產(chǎn)生振動，進而產(chǎn)生的一系列物理生化效應。從物理學角度可歸結為三大效應，即熱效應、空化效應和機械效應，超聲波的頻率和強度決定了超聲波機械作用強弱。超聲波將聲能通過換能器轉化為機械能，導致介質不斷地振動，從而產(chǎn)生大量的能量，能量的大小與超聲波的頻率、功率以及介質自身的特性（密度和流動性）有關，能量不斷的聚集就會導致介質溫度的升高。空化效應一般在液體介質中完成，由于超聲波的振動使得液體介質也發(fā)生相應的振動，在振動中的液體出現(xiàn)拉應力，從而產(chǎn)生負壓，負壓迫使液體介質中的氣泡逃逸出來，形成小氣泡，而這些氣泡非常不穩(wěn)定，它們隨著周圍介質的振動不斷地運動、長大，終破裂。 而在氣泡破裂的一瞬間伴隨著激波會產(chǎn)生高溫、高壓等特殊的物理現(xiàn)象。超聲波通過換能器將電能轉換為聲波能,而聲波可以產(chǎn)生振動，即所謂的機械效應。機械效應的強弱與聲波能的大小有關，而超聲波的頻率和功率均與超聲波所產(chǎn)生的機械能成正比。超聲波的機械效應是通過介質（一般是液體介質）的傳播作用到物體的,并且不同強度的機械效應作用在不同物體上所產(chǎn)生的物理效應是不同的。
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超聲波的物理效應對食品機械加工具有深遠的意義，研究超聲波的機理也是為了更好地將超聲波運用到食品機械加工過程中來。如利用超聲的空化效應、機械效應促進晶核的形成,影響晶體粒徑的分布,改善食品的品質;利用超聲強化傳熱、傳質效應，可提高生產(chǎn)效率，縮短工藝時間;另外，超聲波還可用于食品機械加工的其他不同方面。因而，超聲技術在食品工業(yè)中具有廣闊的應用價值。
2 超聲波在食品機械加工單一過程中的應用
超聲波技術在食品中的應用已經(jīng)得到了相關領域人士的高度認可，這些應用大多是在食品機械加工過程中某一關鍵環(huán)節(jié)或特定環(huán)節(jié)使用超聲波，其作用單一而不簡潔，但在某種程度上使用超聲波可以提高食品機械加工效率和改善食品的品質等。
2.1 超聲波在蛋白質提取中的應用
超聲波提取是一種較為高效提取方法。超聲波提取就是利用了超聲波的空化效應，而提取需要一定的介質，提取過程中當超聲波的頻率達到一定值時，介質中產(chǎn)生的氣泡會發(fā)生破裂，繼而釋放出大量的能量，能量可以使細胞的細胞壁和細胞膜破裂，迫使細胞內(nèi)的蛋白質流出到提取介質中，終實現(xiàn)提取的效果。
馮磊等研究了茶葉籽蛋白提取方式,發(fā)現(xiàn)超聲波提取茶葉籽蛋白的佳工藝條件是：液料比1: 25、溫度40 °C、H 9.5和超聲時間40min,此條件下超聲波提取茶葉籽蛋白的提取率達到了79.54%,相比其他傳 統(tǒng)的提取方法,超聲波提取法的提取率提高了20%左右。李盼盼等S研究了超聲波輔助提取銀杏蛋白，發(fā)現(xiàn)超聲波輔助提取銀杏蛋白的佳工藝條件是：液料比1:25、溫度45 C、H 10、功率310 W和處理時間20 min,此工藝條件下所提取的蛋白質含量是61.75mg/g，相比其他傳統(tǒng)的提取方法超聲波提取法的提取率提高了 15.42%。王麗敏等在研究超聲波輔助提取大豆蛋白的過程中發(fā)現(xiàn),超聲波輔助丁二酸二異辛酯磺酸鈉（AOT)、十二烷基磺酸鈉（SDS)、十六烷基甲基溴化銨（CTAB)和十二烷基二甲基芐基氯化銨（DMBAC)這4種反膠束體系提取大豆蛋白的提取率分別是98.91%、82.08%、86.73%和81.44%，而傳統(tǒng)的非超聲波的提取方法對大豆蛋白的提取率只有72.38%,間接說明超聲波輔助不同的介質提取蛋白質的效果有所差異。實例說明超聲波對蛋白質的提取率較傳統(tǒng)提取方法均有大幅度的提高。
2.2 超聲波的殺菌作用
超聲波的殺菌作用已經(jīng)得到了證實，利用超聲波的殺菌作用可以大大緩解食品工業(yè)依賴防腐劑的垢病,而超聲殺菌的機理則是依靠它的三大效應實現(xiàn)的，即熱效應、機械效應和空化效應。超聲波內(nèi)放入一定的液體介質，液體介質在一般條件下均溶有一定的氣體,一旦超聲波開始工作,超聲波的空化作用使得這些 氣泡破裂，產(chǎn)生強大的機械作用，從而破壞大多數(shù)細菌或病毒的細胞壁或細胞膜，其穿透力穿透細胞核，終使細菌或病毒致死。例如大腸桿菌在超聲作用下作用一定時間會被殺死,金黃色葡萄球菌等一些致病菌在一定程度也會被殺滅。傷寒沙門氏菌可以用4.6MHz頻率的超聲小組來全部殺死。在不同頻率超聲波條件下作用原始微生物含量較高的食品原料,發(fā)現(xiàn)超聲波對這些微生物有顯著的殺滅作用。