液態(tài)食品超聲傳播特性及品質(zhì)超聲檢測技術(shù)的研究.pdf

1、低能量超聲檢測技術(shù)（Low-intensity Ultrasonic Measurements）是一種利用能量低于1W/cm<'2>而頻率高于100kHz的超聲波獲取被測媒質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物化特性等信息的測量技術(shù)。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)探傷和醫(yī)學(xué)影像學(xué)等研究領(lǐng)域，由于其具有非破壞性、精確、設(shè)備廉價，能夠?qū)Ω邼舛纫后w和非透明性材料進行檢測的獨特優(yōu)勢，不僅在工業(yè)檢測上有其應(yīng)用價值，而且在食品加工過程監(jiān)控和食品質(zhì)量控制上有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以

2、食品中常見的液態(tài)食品和配料為研究載體，探討了超聲特性與液態(tài)食品微觀結(jié)構(gòu)特性之間的關(guān)系，分析了液態(tài)食品品質(zhì)超聲定性分析技術(shù)和定量分析技術(shù)，同時將超聲檢測技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜液態(tài)食品體系—牛乳的檢測分析，為超聲檢測技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下： 1．研究了超聲傳播特性—聲速與液態(tài)食品—醇溶液、糖溶液微觀分子結(jié)構(gòu)特性的關(guān)系，結(jié)果表明超聲傳播速度受醇、糖溶液的微觀結(jié)構(gòu)、立體化學(xué)特性和濃度的影響，這表明可應(yīng)用超聲研究手段對液

3、態(tài)食品的微觀特性進行研究： （1）分子自由程、分子自由體積以及分子內(nèi)部壓力是液體的重要微觀特性。用聲速可以直接確定這些微觀參數(shù)的數(shù)值，本研究發(fā)現(xiàn)單純從熱力學(xué)特性和分子體積特性推導(dǎo)的模型計算結(jié)果與醇溶液分子結(jié)構(gòu)（分子量、羥基數(shù)目、烴鏈長度）有一定差別，而結(jié)合超聲傳播特性推導(dǎo)的模型與醇溶液分子結(jié)構(gòu)更加一致。建立了聲速和分子自由體積、內(nèi)部壓力間關(guān)系的模型（c=K<,0>ρ<'a>Vf<'b>i<'c>），同時利用回歸分析確定了模型的參

4、數(shù)，并將該模型應(yīng)用于醇溶液的分析，與實際檢測結(jié)果差別很小。 （2）混合溶液偏摩爾體積（partial molar volume）、偏摩爾絕熱壓縮系數(shù)（partial Adiabatic compressibility）和水合數(shù)（solvation number）是反映混合溶液中各組分相互作用的參數(shù)。本研究推導(dǎo)了利用聲速確定混合溶液偏摩爾體積和偏摩爾絕熱壓縮系數(shù)的方法，并利用超聲檢測確定了糖溶液的偏摩爾體積、偏摩爾絕熱壓縮系數(shù)及水

5、合數(shù)。通過分析糖的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)與上述參數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)聲速與糖溶液的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)以及和水相互作用的方式有關(guān)，表明聲速可以用來研究混合溶液中溶質(zhì)與溶劑的相互作用及立體化學(xué)結(jié)構(gòu)。 2．研究了一種快速識別單一醇種類的方法。通過分析超聲波在不同醇溶液（甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、丙三醇、正丁醇）中傳播的時域和頻域信號，分別提取了對溶液進行定性研究的時域特征（聲速、聲衰減）和頻域（諧頻頻率、諧頻峰值及頻域能量）；利用時域特征和頻域特征建立了

6、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別模型，通過對不同模型的訓(xùn)練和識別比較，發(fā)現(xiàn)采用多 個不同濃度時域特征值能較好地進行溶液的定性分析；單獨的時域特征用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)醇溶液識別不能得到滿意的結(jié)果（識別率<50％）；而頻域特征用于醇溶液的定性分析識別率高（90％），收斂速度快，因此可以將頻譜分析技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)液態(tài)食品品質(zhì)的定性分析。 3．研究了液態(tài)食品品質(zhì)超聲定量分析技術(shù)。研究了利用聲速這一檢測最方便，檢測精度最高的超聲參量實

7、現(xiàn)對混合糖溶液各組分糖濃度定量分析的方法。利用理論分析和回歸模型相結(jié)合的方法，建立了混合溶液中利用聲速確定各組分濃度的方法和模型（R<'2>＞0.9980）。同時利用該模型對市售果汁產(chǎn)品進行了檢測，發(fā)現(xiàn)結(jié)果與HPLC法和傳統(tǒng)化學(xué)分析方法沒有顯著差異，表明建立的超聲定量分析方法可以用于混合糖溶液中各組分糖濃度的測定。進一步研究有可能應(yīng)用于其它類似的檢測。 4．應(yīng)用超聲檢測技術(shù)開發(fā)了超聲乳成分分析儀，完成了儀器檢測方法的確定、分析模