食品物理加工的技術優勢、研究進展及其發展背景
食品物理加工的發展歷史悠久，自19世紀開始，各個國家便將超高壓、超聲波等技術應用于食品加工方面。近10年來，高光譜技術在食品農產品無損檢測領域嶄露頭角。它不是一種歷史，而是發展的必然。
食品物理加工是指利用現代聲學、光學、電學、磁學、力學等一些物理學方法對食品生物大分子結構、食品加工過程等因素的影響，改進傳統食品加工效果的一種新方法。在國家倡導工業4.0的大背景下，物理加工技術具有提高加工效率——降低生產成本、提高食品品質——保障食品安全、實現節能減排——促進綠色發展、發展高端制造——引領食品產業升級轉型等技術特征及優勢。物理學無損快速檢測方法：高光譜、紅外線、超聲波、電子鼻、人工視覺、X射線、射頻等技術不斷應用于食品制造業。
今年，馬海樂院長所在的江蘇大學食品與生物工程學院組織召開了食品物理加工技術創新座談會，主要探討了將相關技術產業化問題。
世界食品非熱加工創始人解讀相關領域發展歷程
世界食品非熱加工的創始人廖曉軍教授在該專題報告會上詳細介紹非熱加工領域的發展現狀。食品領域科研人員在探尋食品加工方法過程中，不外乎要研究食品加工儲藏保存中的顏色、香氣、自衛、營養、功能、安全等問題。傳統的熱加工方法對食品品質破壞極大，在某些情況下會對食品安全性構成威脅。為解決這些問題，科學家提出將熱加工轉變為非熱加工，既可以解決殺菌問題，又能保證食品安全與良好品質，非熱加工概念正是在此背景下應運而生。食品非熱加工的發展離不開相關領域科學家的默默耕耘與不斷求索。那么，非熱加工到底有何用處，使得科學家們為之注入心血？非熱加工可以用于食品保藏，質構修飾，加速傳質，促進反應。
對于食品非熱加工歷史的探究過程同樣十分漫長：1997年以前，食品非熱加工領域就有科學家涉足；1998年由中國農業大學教授廖小軍正式提出；2009年，在北京召開了國際非熱食品加工會。會議的召開提升了非熱加工的系統性與完整性，使業內人士對非熱加工概念的理解變得越來越清晰。2013年，成立了中國食品科學技術學會食品非熱加工公會。
超聲波在食品輔助提取、改性、殺菌與強化特定反應中的應用
超聲技術是食品物理加工領域備受關注的一項技術，1929年被發現，1962年被應用到超聲提取領域。近幾年，科學家對于超聲領域的研究，一直在不斷深入，但是，超聲技術的應用實際上一直面臨很多瓶頸。此次專題報告的主題主要針對相關團隊將超聲波應用在食品輔助提取、改性、殺菌與強化特定反應中時尋求的一些關鍵技術點。
（一）超聲波在食品輔助提取中的應用
超聲波技術實際上非常簡單。超聲波作為機械重波，在非極高頻率的拉伸和壓縮過程中，會產生空化效應，這種效應會使它產生一種非常極端的效果，在這種效應下，會產生自由基，導致它的波動，根據頻率不同，它有一定的空化閾值，空化泡的破碎所產生的能量會隨著外部的壓力和聲能密度的不同而不同。在提取、加工、儲藏方面都有廣泛的應用。提取的基理非常的簡單：通過空化效應的產生，對細胞進行破壞，內壁的機制被釋放出來。
在對目標物質提取的過程中，大家關注的主要因素和關鍵問題一個是超聲波的發生器類型以及發生波關鍵的參數，頻率和功率、時間的選擇，另一個主要因素是容積選擇和提取溫度問題。近幾年，研究團隊致力于探索如何明確目標產物以及最基本的因素和目標產物之間的關系。通過自己開發的模擬平臺，可以把聲場的分布展示出來。
（二）超聲波應用于改性和降解
超聲波應用于改性和降解的機理是它的剪切力作用與自由基對它的協同作用。例如，研究人員希望通過降解將柑桔果膠變得更加均勻，將它的分子量變小、嘗試實現對它的定向性改造。超聲可以明顯地降低果膠分子量分布，可以使其分子量變小而且更加均勻。要獲得穩定的工業性產品，這是必經的一步。
（三）超聲波應用于殺菌技術
超聲殺菌技術最好的應用領域是污水處理、生鮮果蔬處理與液態食品殺菌。目前，食品工廠中最難解決的問題是食品機械表面的去污和清潔。利用超聲波色流與空化技術使細胞壁破碎，細胞裂解。在殺菌過程中，大家最關注的是效果和對食品品質的影響問題。如果把聲、熱、壓聯用，殺菌效果更加顯著，大大縮短殺菌時間，風味具有非常好的可比性，這是細胞破碎不可逆轉的過程。美國的FDA已經批準可以在生鮮果蔬上應用超聲殺菌技術。
目前，超聲在提取、降解、殺菌方面都有它獨特的優勢，但是在定向控制的加工過程中、以及與產物的關系和在均衡能量的傳輸方面，仍然需要更多的關注和研究。
（四）超聲強化海藻鈉包埋木瓜蛋白酶活性機制
酶的固定化可以分為兩類，一類是化學法，一類是物理法�；瘜W法是通過化學的方法將酶和載體連起來，這樣的化學反應可能會對酶的活性產生很大的影響。即便如此，由于它連接得比較牢固，所以從工業化的角度講，它的潛力依然很大。相對吸附來講，包埋的方法穩定性更好，應用更廣泛，但是，酶的活性會大大降低。研究發現，超聲可以強化游離酶。
超聲波主要利用三個效應對物質進行強化，一是熱、二是機械、三是空化效應。超聲可以強化微環境的擴散效應，在提取的過程中，強化溶質在固體的原料中容積的擴散效果非常重要，它的擴散效果是傳統擴散方法不可能達到的。
通過實驗總結出：超聲對于介質的擴散影響非常大，但是也會影響酶的結構，有利有弊。不同頻率的超聲波對于介質的擴散影響不同。介質也會受到超聲的影響，反過來改變對酶的作用，這種酶的作用也會影響到其它酶。對酶本身的影響，有介質的作用，也有超聲本身的作用。
（五）食醋超聲波催陳技術研究
鎮江香醋是我國傳統的調味品。傳統的方法采用的是自然陳釀，設備的占用率較多，生產周期較長。一般方法有高壓靜電、紅外線、超聲波、微波、加臭氧技術、激光技術、超高壓技術。各個方法都有它的局限性和優點。臭氧技術難以控制，紅外線燈光壽命短，微波的揮發作用會影響成香物質。比較好的方法包括高壓脈沖電場，伽瑪射線和超聲波。超聲波基本上集合了前面幾種方法的優點。首先它帶有高壓。同時，它能形成電場和磁場。
最后，通過實驗與對比發現超聲波確實有促進鎮江香醋陳釀的效果，進一步的產業化工作還在開展。
采后農產品射頻滅菌新技術與高壓電場冷殺菌技術
美國的低水分食品頻頻發生安全事故，比如嬰兒配方奶粉感染；加拿大發生杏仁的沙門氏菌感染以及2009年在美國發生的花生醬沙門氏菌感染等；國內在細菌防控方面也發生過食品安全事故，比如，粽子大腸桿菌超標等。美國FSC每年的數據顯示，每年造成經濟損失3500億美元。我國衛生部每年收到的食物中毒報告中微生物生物化食物中毒事件中毒人數最多，占總數的56.1%。
從研究的角度，如何在殺滅微生物的情況下，還要保證食物的品質？如果能夠了解微生物所需要的熱量和主要的農產品能夠忍耐的溫度和時間，可以找到一個比較好的加熱工藝，既能保證殺滅微生物，又能保證產品的品質和營養成分不發生較大變化。采后農產品射頻滅菌新技術很好的解決了上述問題，提升了滅菌效率。
另外的一項新興殺菌技術是高壓電場冷殺菌技術。美國的生鮮食品，盡管有完備的冷鏈物流儲藏，但是微生物繁殖引起的腐敗變質頻有發生。我國的生鮮包裝產品，十一五以來發展迅猛，市場前景穩定向好，但是產品缺乏安全有效的殺菌保障技術，二次污染等問題成為我國產業化發展的主要技術瓶頸，研究開發生鮮食品保鮮技術成為食品加工的一個熱點問題。
目前在超市或者物流配送里的包裝產品基本上沒有殺菌，所以保質期短。冷殺菌技術有很多的局限性，比如超高壓殺菌技術，盡管有很好的殺菌效果和性能，但是裝備成本比較高，因此在我們國內發展速度非常緩慢，商業化應用開發存在許多問題。
高壓電場冷源等離子技術，與MAP氣調保鮮包裝技術完美結合，是食品冷殺菌保鮮包裝技術的重要突破，不會產生二次污染。產生紗巾作用的等離子體來源于包裝內部氣體，不會產生化學殘留，安全性高。盡管使用的電壓非常高，仍舊是一項具有非常大的利用空間和良好發展前景的技術。
目前南京農業大學食品與包裝工程研究所與美國農業部正在合作研究，也聯合企業在進行設備的前期研究開發。
核磁共振技術應用于食品無損快速檢測
核磁共振技術是一項源于古代的技術。核磁共振現象是在外磁場的作用下，磁性為零的原子核可以發生分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振也是電磁波的一種，電磁波的頻率從高到低，分為可見光、紅外等等，每一個頻段的電磁波都有相應的技術與之對應。在食品領域中，主要關注低場時域譜，來探討分子之間的相互作用。目前，設備向高端、高場的核磁發展，需要嚴格的屏蔽環境才可以進行操作。
核磁共振在食品領域應用十分廣泛，在糧油、乳制品、微生物、海洋食品、茶葉、肉制品、果蔬等領域實現快速無損檢測，在檢測真假方面可以起到良好作用，也可以用于含脂肪與含糖的食物，還可以進行干燥、復水過程的檢測。
