KỸ THUẬT SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN

BỘ CÔNG THƯƠNG 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM 

 

TIỂU LUẬN: 

Môn: Công nghệ bảo quản và chế biến nông sản 

Đề tài: 

Tìm hiểu về 

GVHD: Nguyễn Thị Hoàng Yến 

Lớp HP : 210503301 

Tên: Lê Nguyễn Ngọc Trân 

Lớp: DHTP7A MSSV:11058191 

Tp HCM, Tháng 5 năm 2015

https://twitter.com/daykemquynhon 

plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 

www.facebook.com/daykem.quynhon 

https://daykemquynhon.blogspot.com 

http://daykemquynhon.ucoz.com 

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / 

Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định 

Mục lục 

I. NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ..................................................................................... 1 

II. MÁY MÓC VÀ THIếT BỊ SIÊU ÂM: ................................................................................... 6 

1. MÁY PHÁT ĐIỆN (ELECTRICAL GENERATOR) ........................................................... 7 

2. BỘ CHUYỂN ĐỔI (TRANSDUCER) .................................................................................... 7 

3. BỘ PHẬN PHÁT (EMITTER) ................................................................................................ 9 

4. VÍ DỤ Về NHỮNG HỆ THỐNG SIÊU ÂM TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM........... 10 

III. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM .............. 11 

1. ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG QUÁ TRÌNH TRÍCH LY ............................................. 12 

2. ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG QUÁ TRÌNH KÊT TINH ............................................. 14 

3. ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG QUÁ TRÌNH BÀI KHÍ .................................................. 16 

5. ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG QUÁ TRÌNH SẤY .......................................................... 18 

6. KHẢ NĂNG KHƯ BỌT CỦA AIR-BORNE ULTRASOUND .......................................... 28 

7. ỨNG DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG THỰC PHẩM .................................. 29 

7.1. CƠ CHẾ CủA SIÊU ÂM TRONG QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG .................................... 30 

7.2. TÁC ĐỘNG CỦA SIÊU ÂM ĐẾN BẢO QUẢN LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM TƯƠI 33 

7.3. TÁC ĐỘNG CỦA SIÊU ÂM ĐẾN CÔ ĐẶC LẠNH VÀ SẤY LẠNH ........................... 35 

7.4. CÁC YẾU Tố ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ SIÊU ÂM ............................................. 36 

DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

8. ỨNG DỤNG SIÊU ÂM TRONG KỸ THUẬT CẮT THỰC PHẨM ................................. 36 

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 44 

Skype : live:daykemquynhonbusiness 

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/ 

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú 

www.facebook.com/daykemquynhonofficial 

www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial









I. Nguyên lý của phương pháp 

Siêu âm bao gồm một loạt các sóng âm với tần số cao, bắt đầu tại 16 kHz, mà là gần 

giới hạn trên của ngưỡng nghe được ở con người (Elmehdi và cộng sự, 2003; Hecht, 

1996). Khi cho một nguồn bức xạ âm thanh vào một môi trường gần đó có khối lượng (ví 

dụ, không khí, chất lỏng, hoặc chất rắn), âm thanh lan truyền dạng sóng hình sin. Môi 

trường phản hồi lại sự lan truyền của các sóng này và cũng có thể duy trì chúng bằng 

cách dao động đàn hồi. Những sự rung động đàn hồi của môi trường có hai dạng: sự 

ngưng tụ và sự làm thoáng (Hecht, 1996; Knorr và cộng sự, 2004). Trong thời gian 

ngưng tụ, những phân tử của môi trường bị nén (ví dụ như khoảng cách giữa các phần tử 

tích tụ lại), gây nên sức ép và mật độ của môi trường tăng (Gallego- Juárez và cộng sự, 

2003; Hecht, 1996). Trong thời gian có sự làm thoáng, những phần tử trong môi trường 

chuyển dịch một phần, vì thế mật độ và áp lực của môi trường giảm (American Heritage, 

2002; Hecht, 1996)… 

McClement (1995) mô tả sâu sắc trạng thái của sóng siêu âm bằng cách quan sát sóng 

từ hai góc nhìn: thời gian và khoảng cách. Tại một vị trí cố định trong môi trường, sóng 

âm có dạng hình sin theo thời gian. Như được thể hiện ở (1), khoảng thời gian từ một 

biên độ đỉnh cao đến biên độ đỉnh cao khác là khoảng thời gian τ của sóng hình sin. Điều 

này theo vật lý có nghĩa là mỗi phần tử tại độ sâu nào đó trong môi trường (dọc theo 

đường cách đều nào đó) phải chờ khoảng thời gian t trước khi trải qua sóng âm khác bằng 

với một sóng âm vừa trải qua. Tần số f của đường sin đại diện cho số lần hoàn tất một 

dao động trong một đơn vị thời gian và là nghịch đảo của khoảng thời gian như trong 

phương trình sau đây (1) (McClements, 1995): 

F = 1/τ (1) 





Kĩ thuật siêu âm Page 1 












Hình 1. Trạng thái của sóng siêu âm (McClements, 1995) 

Khoảng cách xem xét hiệu ứng của sóng âm tại bất kỳ thời điểm cố định nào trên các 

phần tử trong môi trường đều sâu hơn. Tại bất kỳ thời điểm nào, biên độ của sóng âm 

được nhận thấy mạnh mẽ bởi những phân tử gần nguồn sóng âm, nhưng những phần tử 

sâu hơn trong môi trường trải qua sóng âm thì kém mạnh mẽ hơn. Sự giảm biên độ sóng 

mâ thanh theo khoảng cách vì sự suy giảm từ môi trường. Đường biểu diễn của khoảng 

cách biên độ sóng âm thực sự là một đường hình sin theo hàm số mũ giảm dần, như thể 

hiện trong hình 2, khoảng cách giữa những đỉnh biên độ tiếp theo là bước sóng (λ). 

Bước sóng liên quan đến tần số xuyên qua vận tốc ánh sáng c, theo phương trình (2) 

(McClement, 1995): 

λ= c/f (2) 

















Hình 2. Biểu đồ thể hiện sóng âm dạng hình sin, khoảng cách đối lập và biên độ sóng âm. 

Kết quả là, những sóng siêu âm di chuyển xuyên qua môi trường với tốc độ có thể đo 

được bởi việc tác dụng lên các phần tử (hạt) của môi trường tại những vị trí cân bằng. Tại 

một thời điểm nào đó, những phần tử đổi chỗ qua lại cho nhau. Sự thay đổi này gây ra sự 

tăng giảm tỷ trọng/mật độ và áp suất. Do đó, chỉ có một loại năng lượng truyền vào môi 

trường từ sống siêu âm là cơ học, nó được liên kết với sự dao động của các phần tử (hạt) 

trong môi trường (Hecht, 1996). 

Với mong đợi đạt được năng lượng truyền, những quá trình xử lý sử dụng sóng siêu 

âm tạo sự khác nhau với những quá trình xử lý có sử dụng sóng điên từ phổ 

(electromagnetic –EM) và vi sóng (microwaves – MV) (Kardos và Luche, 2011), cũng 

tốt như xung điên trường (pulsed electric fields – PEF). Sóng điện từ phổ (EM) và xung 

điên trường (PEF) tạo ra năng lượng điện từ lên môi trường, nó được hấp thu bởi các 

phần tử (hạt) của môi trường. Ví dụ như ánh sáng UV từ mặt trời có thể truyền đủ năng 

lượng nguyên tử (4Ev) để phá hủy liên kết carbon-carbon. Các sóng điện từ phổ (EM 

waves) tồn tại khi những thành phần của nguyên tử thay thế - có phần điện tích dương và 

điện tích âm – di chuyển tự do trong sự chuyển động không định hướng. Giữa các phần 


tử mang điện tích âm và dương, lộ ra các vùng điện từ. Các vùng điện từ này đi vào môi 

trường và tác động sâu vào các nguyên tử, các ion hoặc các phân tử trong môi trường. Ví 
















dụ, vi song xen vào các phân tử phân cực (có một đầu dương và một đầu âm) trong môi 

trường bởi việc làm cho chúng quay quanh và sắp xếp thẳng hàng với các vùng mang 

điện liên kết với vi sóng. Trong các lò vi sóng, các phần tử nước trong thực phẩm hấp thu 

nhiều bức xạ vi sóng, và những chuyển động quay sau đó được chuyển thành năng lượng 

nhiệt (Hecht, 1996). Do đó, sóng điện từ phổ (EM) truyền năng lượng điện từ vào môi 

trường, trong khi sóng âm chỉ truyền năng lượng cơ học. 

Cũng rất quan trọng để ghi nhớ trong việc so sánh các sóng siêu âm với ánh sáng là 

chỉ có sóng âm không chứa những phần tử (hạt) của chính nó. Sóng âm chỉ làm gián đoạn 

sự yên tĩnh cua3 môi trường để tạo dao động các phân tử thuộc môi trường. Không như 

âm thanh, các nhà vật lý học dường như làm sáng tỏ một diều bí ẩn chưa được giải quyết, 

sóng âm lan truyền đồng thời hai dòng là dòng tập trung năng lượng giống phần tử (hạt) 

và những sóng không tập trung. Sự khác biệt này trở nên hiển nhiên trong một khoảng 

không. Khi những khoảng không không chứa những phần tử (hạt) môi trường, những 

sóng âm không tập trung không thể truyền bởi vì chúng không thể tạo sự tập trung hay 

phân tác các phần tử (hạt). 

Áp lực tác dụng lên tai người bởi âm thanh lớn là rất nhỏ (









phẩm. Những thay đổi được tạo ra bởi hiện tượng xâm thực khí quán tính có định hướng 

để tạo ra những thay đổi mong muốn trong thực phẩm. Những thay đổi được tạo ra bởi 

hiện tượng xâm thực khí bao gồm việc vô hoạt hệ vi sinh vật và trích ly dầu hoặc các hợp 

chất dinh dưỡng thông qua việc ăn mòn những cấu trúc tế bào của thực phẩm (Knorr và 

cộng sự, 2004; Riera – Franco de Sarabia và cộng sự, 2000). Do đó, hiện tượng xâm 

thực khí được tránh trong một nhánh chế biến thực phẩm có sử dụng sóng siêu âm và 

được nghiên cứu trong những lĩnh vực khác khi cơ chế thích hợp cho tất các các hiệu quả 

mong muốn. 

❖ Hiện tượng xâm khí thực: 

Khi sóng siêu âm được truyền vào chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp 

được tạo thành. Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ 

liên kết hóa học. Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và 

trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa. Áp lực âm trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng 

các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí nhỏ. Bọt khí trở thành hạt 

nhân của hiện tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm thời 

(Kuldiloke J, 2002). 

Các bọt khí ổn định là nguồn gốc của những bong bóng khí nhỏ, kích thước của 

chúng dao động nhẹ nhàng trong các chu trình kéo và nén. Sau hàng ngàn chu trình, 

chúng tăng thêm về kích thước. Trong suốt quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể 

chuyển thành bọt khí tạm thời. Sóng siêu âm làm rung động những bọt khí này, tạo nên 

hiện tưởng “sốc sóng” và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng. Bọt khí ổn định có 

thể lôi kéo những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau và tạo thành 

dòng nhiệt nhỏ (Kuldiloke J., 2002). 

Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình 

chúng bị vỡ ra. Trong suốt chu trình kéo/nén, bọt khí kéo giãn và kết hơp lại cho đến khi 


đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí. Diện tích bề mặt bọt khí 

trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuếch tán khí trong chu trình 
















kéo lớn hơn và kích cỡ bọt khí cũng tăng lên theo mỗi chu trình. Các bọt khí lớn dần đến 

một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ để duy trì pha khí 

khiến các bọt khí nổ tung dữ dội (Kuldiloke J., 2002). 

❖ Các hiệu ứng vật lý và hóa học khi chiếu siêu âm lên hệ chất lỏng 

Hiện tượng sủi bọt (cavitation): sóng siêu âm được tạo ra bằng các dao động cơ ở 

tần số cao hớn 15kHz. Khi truyền trong môi trường lỏng, các phần tử trong trường siêu 

âm trải qua các chu trình nén và duỗi và những dao động này sẽ lan truyền cho các phần 

tử kế cận. Khi năng lượng đủ lớn, tại chu trình duỗi, tương tác giữa các phân tử sẽ vượt 

quá lực hấp dẫn nội tại và các lỗ hỏng nhỏ trong lòng chất lỏng được hình thành. Hiện 

tượng trên còn được gọi là hiện tượng sủi bọt. NHững bóng sủi này sẽ lớn dần lên bởi 

quá trình khuếch tán một lượng nhỏ các cấu tử khí (hoặc hơi) từ pha lỏng trong suốt pha 

dãn nở và không được hấp thụ hoàn toàn trở lại trong quá trình nén. 

Hiện tượng vỡ bóng: khi chúng đạt đến một thể tích mà chúng không còn có thể 

hấp thu được năng lượng, chúng vỡ ra một cách đột ngột và nhanh chóng. Trong suốt quá 

trình vỡ, nhiệt độ và áp suất sẽ tăng lên rất cao. Thể tích chất lỏng bị gia nhiệt là rất nhỏ 

và nhanh chóng bị tiêu tan, mặc dù nhiệt độ tại vùng này rất cao trong vào μs. Mặt khác, 

nhiệt độ và áp suất cao tạo ra khi nổ bong bóng sẽ dẫn tới sự tạo thành các gốc tự do như 

H . và OH . 

II. Máy móc và thiết bị siêu âm: 

Bất cứ ngành công nghiệp hoặc ứng dụng nào liên quan, những thành phần hệ thống 

cơ bản cần để sinh ra và truyền sóng siêu âm đều giống nhau. Thiết bị siêu âm gồm có 

máy phát điện (electrical power generator), bộ chuyển đổi (transduccer) và máy phát 

(emitter), nó có nhiệm vụ phát sóng siêu âm vào môi trường (Povey và Mason, 1998). 


Ngoại trừ “tiếng huýt từ chất lỏng”, chúng sử dụng năng lượng cơ học thuần túy mà 

không có phát điện để sinh ra siêu âm (Mason và cộng sự, 1996), và những hệ thống làm 
















thoáng không khí (airborne systems), chúng không yêu cầu có máy phát (Gallego – 

Juarez và cộng sự, 2003; Povey và Mason, 1998) 

Hai loại hệ thống siêu âm được báo cáo thường được sử dụng trong công nghiệp thực 

phẩm, một loại sử dụng thanh siêu âm (horn) như một máy phát âm thanh và loại khác sử 

dụng bể (bath). Loại bể được sử dụng một cách truyền thống trong công nghệ thực phẩm 

vì dễ dàng sử dụng (Povey và Mason, 1998). Hệ thống sử dụng thanh siêu âm được sử 

dụng tốt như dạng bể trong nhiều ứng dụng, từ quá trình chế biến thực phẩm dùng siêu 

âm đến việc rửa các bề mặt của thiết bị chế biến thực phẩm. 

1. Máy phát điện (Electrical Generator) 

Máy phát điện là một nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống siêu âm, nó phải làm 

cho bộ chuyển đổi (transducer) hoạt động (Povey và Mason, 1998). Tóm lại, một máy 

phát điện sinh ra dòng điện với một mức năng lượng được xác định rõ. Hầu hết những 

máy phát năng lượng được hiệu chỉnh một cách gián tiếp qua việc cài đặt hiệu điện thế 

(V) và cái đặt cường độ dòng điện (I). Hiệu điện thế biểu thị thế năng được dự trữ trong 

các electron (do bằng volts); cường độ dòng điện biểu thị bằng điện tích của các electron 

di chuyển qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (đo bằng amps); và năng 

lượng được tạo ra từ hai giá trị trên được biểu thị trong phương trình (3) (Hecht, 1996). 

P = IV [W] , [volt, amps] , [VA] (3) 

Các máy phát điện được thiết kế đặc biệt cho siêu âm chủ yếu tập trung trong việc vệ 

sinh công nghiệp, và những ứng dụng để xử lý, kết nối và những ứng dụng khử trùng, và 

có tác dụng trong khoảng tần số thấp hơn (10 – 40 kHz). Những tần số thấp thường 

không phải kiểm tra việc phá hủy cấu trúc thực phẩm, nhưng siêu âm năng lượng có 

nhiều ứng dụng tiềm năng trong quá trình chế biến thực phẩm. 

2. Bộ chuyển đổi (Transducer) 


Mọi hệ thống siêu âm bao gồm một bộ chuyển đổi như một chi tiết trung tâm, vai trò 

của nó là để phát siêu âm thực tế. Bộ chuyển đổi chuyển điện năng (hay cơ năng, trong 
















trường hợp tạo tiếng huýt chất lỏng) thành năng lượng âm thanh bằng việc rung động cơ 

học tại những tần số siêu âm (Povey và mason, 1998). Lee và cộng sự (2003) giải thích 

rằng một bộ chuyển đổi được đính kèm với một máy phát điện sẽ tạo ra sự chuyển đổi, ví 

dụ, 20kHz được chuyển từ điện năng của máy phát thành năng lượng siêu âm của cùng 

tần số bằng việc rung độn tại 20.000 chu kỳ cơ học trong mỗi giây. 

Povey và Mason (1998) tổng kết ba kiểu bộ chuyển đổi chính: dẫn động chất lỏng 

(liquiddriven), từ giảo (magnetostrictive), và áp điện (piezoelectric-pzt). Những bộ 

chuyển đổi được điều khiển bởi chất lỏng dựa trên năng lượng cơ học thuần túy để tạo ra 

siêu âm, nhưng những bộ chuyển đổi từ giảo và những bộ chuyển đổi áp điện chuyển đổi 

điện năng và từ tính thành cơ năng, năng lượng siêu âm. Trong khi việc tạo tiếng huýt 

trong chất lỏng làm cho các quá trình trộn và đồng hóa diễn ra tốt hơn, ngày nay đa số 

thiết bị siêu âm năng lượng sử dụng những bộ chuyển đổi áp điện hay từ giảo (Knorr và 

cộng sự, 2004; Povey và Mason, 1998). 

Hình3. Máy phát từ giảo (Magnetostrictive transducer) 

Bộ chuyển đổi áp điện (pzt) là kiểu chung nhất và được sử dụng trong hầu hết những 

bộ xử lý và những bể phản ứng siêu âm (Povey và Mason, 1998). Bộ phận biến đổi áp 


điện cũng có hiệu quả nhất, đạt được tốt hơn 95% hiệu suất, và nó được dựa trên một vật 

liệu ceramic trong suốt để đáp ứng năng lượng điện. 
















Hình 4. Máy phát điện áp (Piezoelectric transducer) 

Tâm của máy phát điện áp là một hoặc hai đĩa mỏng làm từ vật liệu ceramic. Vật liệu 

ceramic này bị đè nén giữa hai khối kim loại (một bằng nhôm, một bằng thép). Khi điện 

áp được đặt vào ceramic, ceramic sẽ giãn ra, phụ thuộc vào chiều phân cực, do những 

thay đổi trong cấu trúc lưới của nó. Chính sự dịch chuyển vật lý này làm cho sóng âm lan 

truyền vào bên trong dịch được xử lý. 

3. Bộ phận phát (Emitter) 

Mục đích của bộ phận phát là tỏa ra sóng siêu âm từ bộ chuyển đổi vào trong môi 

trường. Những máy phát cũng có thể hoàn thành vai trò của việc khuếch đại những sự 

rung động siêu âm trong khi phát ra chúng. Hai dạng chính của những bộ phận phát là bộ 

phận phát dạng bể và bộ phận phát dạng thanh (ví dụ, những đầu dò); những máy phát 

dạng thanh thường được đính kèm một sonotrode (Povey và Mason, 1998). 

Những bộ phận phát dạng bể thông thường gồm có một bể (tank) với một hoặc nhiều 

bộ chuyển đổi được gắn liền. Bể chứa mẫu cần xử lý và những bộ chuyển đổi tỏa ra siêu 

âm trực tiếp vào trong mẫu (Povey và Mason, 1998). Trong hệ thống dạng thanh, một 

thanh được gắn với bộ chuyển đổi đến bộ khuếch đại tín hiệu và truyền vào cho mẫu. 


Đầu của thanh, thường được gắn riêng biệt được biết như là một sonotrode, phát ra sóng 

siêu âm vào trong mẫu. Hình dạng của thanh tạo nên độ lớn của sự khuếch đại. Do đó, 
















cường độ phát ra siêu âm có thể được điều khiển bằng cách lựa chọn những thanh có hình 

dạng khác nhau. Sự khác biệt chính trong thiết bị được sử dụng trong phòng thí nghiệm 

so với thiết bị công nghiệp trên thị trường là loại bộ phận phát. Những bộ phận phát mạnh 

hầu như không bị giảm dần chất lượng sau nhiều giờ sử dụng được yêu cầu trong sản 

xuất thực phẩm. 

4. Ví dụ về những hệ thống siêu âm trong chế biến thực phẩm 

Nhiều ứng dụng trong thực phẩm với quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công 

nghiệp sử dụng một hệ thống tích hợp được gọi là bộ xử lý siêu âm. Bộ xử lý siêu âm 

cũng được gọi là bộ phản ứng (ví dụ như “đầu dò phản ứng” hoặc “bể phản ứng”) nếu 

quá trình xử lý siêu âm có khả năng làm biến đổi hóa học trong môi trường (Mason, 

2003). Những thiết bị sản xuất luôn luôn được thiết kế bộ xử lý (bộ phản ứng) này với 

máy phát điện và bộ chuyển đổi, tất cả được chứa trong một vỏ máy (có trọng lượng nhẹ 

và có thể di chuyển( và cung cấp vài loại máy phát khác nhau, chúng được lựa chọn dựa 

trên việc ứng dụng. Máy phát dạng thanh (tức là các đầu dò) hoặc dạng sonotrode. Một số 

lượng lớn các công ty trên thế giới bán bộ xử lý siêu âm như Hielscher, Branson, 

Undatim, Sonicmaster, Giken, Sonics & materrials, Vibra Cell. 

Những công bố trong công nghệ chế biến thực phẩm bao gồm nhiều ví dụ về những 

hệ thống siêu âm thành công được thiết kế theo yêu cầu của khách hàng. Ví dụ như, 

những nhà nghiên cứu Furuta và cộng sự (2004), trong một báo cáo về sự vô hoạt những 

tế bào Escherrchia coli, biểu diễn một sơ đồ của một bộ máy bao gồm một máy phát điện, 

một bộ chuyển đổi và một máy phát. Một máy phát điện chức năng bổ sung thêm máy 

khuếch đại năng lượng được liên kết với một bộ chuyển đổi siêu âm, loại máy phát sử 

dụng là dạng thanh (tức là dạng đầu dò) nhúng ngập trong mẫu. Họ sử dụng một đồng hồ 

để đo độ lệch của biên độ dao động vào/ra của bề mặt thanh để kiểm tra năng lượng âm 

được sinh ra truyền đến mẫu. Một hệ thống theo yêu cầu khách hàng nhằm mục đích vô 

hoạt E.coli trong dịch lỏng trứng gà (liquid whole egg – LWE), được báo cáo bởi Lee và 


cộng sự (2003). Thiết bị với quy mô phòng thí nghiệm của họ bao gồm một máy phát 

điện (với đầu ra cung cấp năng lượng có thể điều chỉnh được), một bộ chuyển đổi từ điện 
















máy Bandelin, và một thanh phát có thể khuếch đại siêu âm đầu ra và truyền nó vào trong 

dịch lỏng trứng gà. 

Những nhà nghiên cứu khác đã thành công trong việc khảo sát sự rã đông của những 

mẫu thịt và cá bằng siêu âm với những bộ chuyển đổi được thiết kế đặc trưng cho những 

thí nghiệm của họ (đường kính của nó gần bằng với kích thước của mẫu). Gallego-Juarez 

và cộng sự (2003) tiến hành thí nghiệm bằng cách sử dụng siêu âm trong không khí hệ 

thống đặc biệt trong đó một máy phát điện được nối với một bộ chuyển đổi dạng bước đĩa 

thiết kết theo yêu cầu của khách hàng. Siêu âm được phát ra bởi một bộ truyền tản siêu 

âm và một tấm phẳng song song với nó. Tấm mẫu được treo và hoạt động như một bộ 

tương phản để hỗ trợ hình thành một làn sóng đứng. 

III. Ứng dụng kỹ thuật siêu âm trong công nghệ thực phẩm 

Siêu âm là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và phát triển nhanh trong công nghệ 

thực phẩm. Nó có thể được phân loại thành 2 lĩnh vực được ứng dụng chính trong công 

nghiệp thực phẩm (Liyun Zheng và Da-Wen, 2006) 

Tần số cao và năng lượng thấp, siêu âm chuẩn đoán, trong khoảng tần số MHz. Phần 

này được sử dụng như một kỹ thuật phân tích đảm bảo chất lượng, qui trình điều khiển và 

kiểm tra không làm phá huỷ cấu trúc, điều này được ứng dụng trong xác định tính chất 

thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm…( Floros và Liang, 1994; 

McClements,1995; Mason, Paniwnyk và Lorimer, 1996; Mason1998). 

Tần số thấp và siêu âm năng lượng cao. Phần này được ứng dụng rộng rãi như một 

qui trình hỗ trợ trong hàng loạt các lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài khí, trích ly, lọc, đồng 

hoá, làm mềm thịt, quá trình oxi hoá, quá trình tiệt trùng …(Mason, 1998; Mason và 

cộng sự, 1996; McClements, 1995). 

III. Ứng dụng năng lượng siêu âm trong công nghệ thực phẩm (Povey và Mason, 


1998) 

❖ Tác dụng cơ học: 
















Quá trình kết tinh 

Quá trình bài khí 

Quá trình phá bọt 

Trích ly 

Quá trình lọc và sấy 

Lạnh đông 

Trộn và đồng hoá 

Làm mềm thịt 

❖ Tác động hoá học và vi sinh 

Quá trình oxi hoá 

Tiệt trùng dụng cụ 

Ưc chế enzym 

Tiêu diệt vi sinh vật 

Ta sẽ đi vào tìm hiểu một số ứng dụng cụ thể của kỹ thuật siêu âm trong công 

nghệ thực phẩm: 

1. Ứng dụng siêu âm trong quá trình trích ly (Povey và Mason, 1998; Mason và cộng 

sự, 1996) 

Cơ chế của sóng siêu âm giúp làm tăng khả năng trích ly của các qui trình trích ly cổ 

điển là dựa trên: 

¯ Tạo ra một áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vật liệu 


¯ Tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phân cách 
















¯ Phá vỡ thành tế bào trên bề mặt và bên trong của vật liệu, giúp quá trình thoát chất 

tan được dễ dàng. 

Siêu âm năng lượng cao được áp dụng trong quá trình trích ly đường từ củ cải đường 

(Chendke và Fogler, 1975). Siêu âm hỗ trợ cho quá trình trích ly còn đước ứng dụng 

trong sản xuất các hợp chất dược như helicid, berberine hydrochloride, và berberine từ 

những loại cây Trung Quốc (Zhaovà cộng sự,1991). Helicid, thường được trích ly bằng 

phương pháp trích ly ngược dòng trong ethanol, nhưng khi sử dụng sóng siêu âm thì 

lượng helicid thu nhận cao hơn 50 % trong khoảng thời gian chỉ bằng một nửa phương 

pháp cổ điển ở nhiệt độ thường. 

Quá trình trích ly protein từ đậu nành cũng được nghiên cứu bởi Wang (1975). Một 

qui trình sản xuất liên tục đã được phát triển, trong đó có áp dụng siêu âm hoạt động ở 

tần số 20 kHz, đầu dò 550 W, sẽ cho kết quả trích ly tốt hơn các phương pháp từng sử 

dụng trước đây. Nhờ đó ta có thể nhân rộng quá trình trích ly protein đậu nành lên mô 

hình pilot (Moulton và Wang,1982). 

Quá trình trích ly các chất tan trong trà từ lá trá là một quá trình quan trọng về mặt 

thương mại, vì nó tạo ra một điểm khởi đầu trong công nghệ sản xuất trà hoà tan. Trà hoà 

tan là sản phẩm dạng bột từ quá trình sấy phun dịch trà. Việc sử dụng sóng siêu âm có thể 

tăng quá trình trích ly ở 60 0 C lên 20 % (Mason và Zhao, 1994) bảng 2.2 . Hiệu quả của 

trích ly siêu âm thì tốt hơn phương pháp trích ly nhiệt thông thường, nó đòi hỏi thời gian 

ngắn hơn, những chất tan chính sẽ được trích ra trong vòng 10 phút đầu của phương pháp 

siêu âm. 

Bảng 1. Trích ly trà xanh bằng sóng siêu âm (20 kHz, xử lý trong 10 phút) 

Điều kiện trích ly 

Sử dụng nhiệt ở 100 o C 

Sử dụng nhiệt ở 60 o C 

Sử dụng siêu âm ở 60 o C 

Chất rắn được trích ly (% khối lượng) 

38 


28 

33 













Siêu âm ở 60 – 100 o C 40 




2. Ứng dụng siêu âm trong quá trình kết tinh (Hong Li và cộng sự, 2006; Povey và 

Mason, 1998) 

Siêu âm năng lượng cao đã được chứng thực là một phương pháp rất hữu ích trong 

quá trình kết tinh. Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình gieo mầm ban đầu, sau đó 

là hình thành tinh thể và phát triển. Một tính năng hữu ích khác của siêu âm trong quy 

trình này là dựa vào hoạt động làm sạch của các bong bóng khí giúp ngăn cản việc hình 

thành một lớp vỏ bên ngoài tinh thể trong quá trình làm lạnh, do đó giúp làm tăng hiệu 

quả truyền nhiệt. Ngoài ra một ứng dụng quan trọng đáng kể đó là nó có khả năng điều 

khiển thời điểm bắt đầu xảy ra kết tinh ở quy mô sản xuất lớn. Thông thường quá trình 

kết tinh xảy ra thì không thể điều khiển một cách dễ dàng thông qua giảm nhẹ nhiệt độ 

hay áp suất. Hơn thế nữa việc điều khiển thời điểm bắt đầu kết tinh thường vô cùng khó 

khăn bởi vì điều này có thể xảy ra mà không phải do tác động của các nhân tố bên ngoài 

như nhiệt độ hay áp suất. Siêu âm có thể cải tiến cả tốc độ tạo thành tinh thể và tốc độ 

phát triển của tinh thể trong môi trường bão hoà hoặc làm lạnh bằng cách tạo ra trong 

môi trường có nhiều vị trí kết tinh. Điều này là do các bọt khí được tạo thành sẽ đóng vai 

trò như các tâm cho tinh thể phát triển hoặc nó sẽ phá vỡ các mầm đã tồn tại trong môi 

trường do đó nó sẽ làm tăng các tâm hoạt động trong dung dịch. 

Việc nhân rộng mô hình siêu âm hỗ trợ cho quá trình kết tinh đã rất thành công trong 

việc sản xuất ra các dược phẩm kết tinh. Nguồn phát siêu âm được đặt tại đáy của tháp 

kết tinh nhằm 2 mục đích. Đầu tiên dung dịch bão hoà sẽ được gieo mầm kích thích bằng 

siêu âm, những mầm tinh thể sẽ lớn dần khi dòng chảy được khuấy trộn, nó sẽ tiếp tục 

phát triển cho tới khi nó đủ lớn để chìm xuống dưới tác dụng của trọng lực. Các tinh thể 

lớn này sẽ vị vỡ ra do tác động của các bọt khí khi chúng chìm xuống gần nguồn phát 


siêu âm. Những mảnh vỡ nhỏ này lại tiếp tục lớn lên, chúng đóng vai trò cung cấp một 

lượng lớn các mầm tinh thể cho quá trình kết tinh hơn nữa. 
















Một lĩnh vực vô cùng quan trọng liên quan đến quá trình kết tinh trong công nghệ 

thực phẩm đó là việc hình thành các tinh thể đá trong quá trình lạnh đông nước. Khi rã 

đông các sản phẩm đông lạnh thì chất lượng của thực phẩm có thể bị giảm do sự thay đổi 

cấu trúc sản phẩm. Điều này đặc biệt xảy ra với những trái cây mềm như dâu tây. Điều 

này là do các tinh thể đá nhỏ được hình thành trong giai đoạn đầu trong tế bào sản phẩm 

sẽ lớn dần lên, khi các tinh thể đá lớn nó có thể phá vỡ cấu trúc tế bào của nguyên liệu 

dẫn tới việc phá huỷ cấu trúc sản phẩm. Có một khoảng thời gian ” dừng ” đáng kể giữa 

thời điểm bắt đầu kết tinh (khoảng – 3 0 C) đến khi kết tinh hoàn toàn và từ điểm này 

nhiệt độ của toàn hệ thống sẽ giảm xuống (hình 5). Dưới tác dụng của siêu âm thì tốc độ 

kết tinh sẽ nhanh hơn và do đó khoảng thời gian ” dừng ” sẽ ngắn hơn (Acton và Morris, 

1992). 

Ngoài ra, các tinh thể đá được tạo thành sẽ nhỏ hơn do đó ít nguy hại đến các tế bào 

hơn. Trong các lĩnh vực có liên quan khác, thì việc sử dụng siêu âm trong sản phẩm kem 

que cũng đã được nghiên cứu (Wiltshire,1992). Siêu âm giúp tạo ra các tinh thể đá nhỏ và 

phân bố đều trong sản phẩm. Giúp sản phẩm kem que mềm và mịn hơn, dễ cắn hơn kem 

que truyền thống. Đây là một ưu điểm lớn, tuy nhiên nó làm cho kem dính chặt hơn vào 

que gỗ. 

















Hình 5. Ảnh hưởng của siêu âm đến quá trình lạnh đông 

3. Ứng dụng siêu âm trong quá trình bài khí (Povey và Mason, 1998) 

Kết quả tạo bọt của siêu âm đã được áp dụng trong việc bài khí trong chất lỏng. Bất kì 

các loại khí hay các bong bóng khí hoà tan trong môi trường đều đóng vai trò như một 

tâm hình thành các bọt khí. Các bọt khí này không dễ dàng vỡ dưới lực nén chu kỳ của 

sóng do nó chứa các khí và chúng sẽ tiếp tục lớn dần, và cuối cùng sẽ nổi lên bề mặt. Chu 

kỳ này khí xảy ra rất nhanh (40.000 lần/ giây), các bọt khí lớn rất nhanh và sự bài khí sẽ 

diễn ra ngay lập tức. 

Việc loại các khí không mong muốn là một qui trình rất quan trọng trong công nghiệp 

thực phẩm, và nó được xem nhu là một qui trình vô cùng khó khăn đối với các chất lỏng 

có độ nhớt cao như chocolate. Siêu âm hỗ trợ giúp quá trình bài khí diễn ra cực nhanh. 

Nó đóng vai trò quan trọng khi quá trình bài khi đòi hỏi tốc độ cao và được điều khiển. 

4. Ứng dụng siêu âm trong quá trình lọc (Povey và Mason, 1998; Takaobi Kobayasi và 

cộng sự, 2003) 

Việc loại bỏ các pha huyền phù trong chất lỏng là một qui quan trọng trong hoá học 

và kỹ thuật, đặc biệt là trong thực phẩm. Quá trình lọc này nhằm loại các chất rắn tự do 

hay các chất rắn dạng huyền phù trong dung dịch. Quá trình lọc siêu âm nhằm loại bỏ các 

phần tử cực nhỏ từ chất lỏng ngày càng được quan tâm, bởi vì tốc độ dòng chảy qua lọc 

có thể gia tăng một cách đáng kể khi áp dụng siêu âm. 

Thông thường, rất nhiều loại membrane được sử dụng từ những tấm lọc đơn giản đến 

các loại membrane bán thẩm thấu. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống này thường dẫn 

tới nghẹt màng lọc do đó ta phải thường xuyên thay các màng lọc. Siêu âm được áp dụng 

để cải tiến kỹ thuật lọc này là do: nó sẽ cung cấp một năng lượng rung đủ lớn di chuyển 

các phân tử huyền phù ra khỏi rãnh lọc, do đó tạo ra nhiều rãnh trống cho chất lỏng đi 


qua, vì vậy làm tăng tốc độ lọc nhanh hơn các phương pháp thông thường khác trong 

cùng thời gian như nhau. 
















Trong nghiên cứu Takaomi Kobayashi và cộng sự (2003) đã đề nghị sử dụng kỹ thuật 

làm sạch siêu âm để làm giảm hiệu ứng fouling của màng siêu lọc (UF) và màng vi lọc 

(MF) khi chúng dùng để lọc dung dịch pepton và dung dịch sữa. Hiệu ứng fouling là hiện 

tượng giảm lưu lượng dòng permeate do màng membrane bị nghẹt. Siêu âm được áp 

dụng ở tần số 28, 45 và 100 kHz và năng suất đầu ra là 23 W/cm2. Các nghiên cứu được 

tiến hành trên các membrane làm từ vật liệu polysulfone của UF và cellulose của MF khi 

có hiện tương fouling xảy ra. Tác giả cho rằng ở tần số 28 kHz của siêu âm sẽ có hiệu 

quả làm sạch lại màng membrane khi màng đã xảy ra hiện tượng fouling.. Ngoài ra, tác 

giả còn tiến hành nghiên cứu siêu âm cải thiện tính thấm của màng membrane. Kết quả 

cho thấy rằng siêu âm có thể làm giảm hiện tượng fouling trong cả hai hệ thống màng 

trên khi siêu âm được áp dụng trước khi xảy ra hiện rượng fouling. Cơ chế ảnh hưởng của 

siêu âm lên các màng xốp membrane thì vẫn chưa hiểu rõ hoàn toàn, nhưng hầu hết các 

nghiên cứu đều cho rằng siêu âm giúp loại bỏ các tác nhân gây nghẹt màng, ngoài ra 

cường độ và tần số siêu âm giúp làm tăng tốc độ dòng permeate. 

Hình 6. Sơ đồ minh hoạ hiệu quả của siêu âm trên (a) Cải thiện tính thấm của màng, hạn 


chế hiện tượng fouling và (b) làm sạch màng sau khi hiện tương fouling xảy ra (Takaomi 

Kobayashi và cộng sự (2003) 
















5. Ứng dụng siêu âm trong quá trình sấy (Povey và Mason, 1998; Fuente-Blanco và 


Trong thời gian gần đây, việc tiêu thụ các sản phẩm sấy đang ngày càng gia tăng. Các 

phương pháp sấy truyền thống dựa trên không khí nóng đã được sử dụng một cách rộng 

rãi nhưng chúng có thể làm giảm chất lượng của sản phẩm cuối cùng, một số hợp chất 

hương, màu và vitamin bị phá huỷ, và thất thoát một số các acid amin cần thiết. Vì vậy, 

ngày nay người ta quan tâm đến các phương pháp sấy mà không ảnh hưởng nhiều đến 

chất lượng sản phẩm. Giữa các kỹ thuật mới nổi bật thì sấy siêu âm là một kỹ thuật đầy 

hứa hẹn, bởi vì quá trình sấy siêu âm ở nhiệt độ thấp sẽ làm giảm thiểu sự thất thoát các 

cấu tử quí nhạy cảm với nhiệt độ. Ngoài ra siêu âm cho phép loại ẩm từ thể rắn mà 

không cần chuyển qua thể lỏng. Ngoài ra siêu âm còn được ứng dụng trong sấy những 

nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ 

Nguyên lý: khi sóng siêu âm cường độ cao tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, chúng sẽ 

xuyên qua môi trường rắn và tạo ra hàng loạt các hoạt động nén giãn liên tục. Các lực nén 

trên các bề mặt làm tạo ra các kênh rãnh nhỏ giúp cho quá trình thoát hơi nước được dễ 

dàng hơn. Ngoài ra, siêu âm sẽ tạo ra bọt giúp làm tăng khả năng thoát ẩm liên kết. Và 

một số ảnh hưởng khác được quan tâm đó là sự biến đổi của độ nhớt, sự biến dạng của 

các vật liệu rắn xốp, các ảnh hưởng này giúp tạo ra các rãnh siêu nhỏ, làm giảm sự 

khuếch tán ở các lớp biên, và làm gia tăng sự đối lưu vật chất trong thực phẩm. Tuy 

nhiên, chưa có bằng chứng thực nghiệm nào xác định cơ chế nào là có ảnh hưởng lớn 

nhất đến quá trình sấy siêu âm. Đây chính là lý do chính giải thích tại sao tính khả quan 

của phương pháp này vẫn dưới dạng tiềm năng. 

Từ những kết quả hứa hẹn đã nhận được từ mô hình thí nghiệm, đã làm tăng tiềm 

năng sử dụng năng lượng rung siêu âm. Tuy nhiên trong công nghiệp thì hệ thống sấy 

siêu âm đòi hỏi phải điều khiển được các thông số trong quá trình sấy. Có nghĩa là chúng 


ta cần tập trung vào: 
















¯ Những hiểu biết sâu hơn về những cơ chế chính giúp làm thoát ẩm bên trong vật 

liệu bằng siêu âm 

¯ Phát triển các mô hình sấy siêu âm mẫu trong thời kỳ tiền kỹ nghệ 

Theo nhóm tác giả Fuente-Blanco và cộng sự ( 2006) đã tiến hành nghiên cứu sấy 

mẫu cà rốt hình trụ, tuy nhiên công việc này có thể mở rộng cho một số sản phẩm khác 

như khoai tây và táo. Trong nghiên cứu này các vật liệu có cấu trúc đặc trưng khác nhau 

(thân củ, rễ, quả) sẽ được xử lý. 

Các vật mẫu sẽ được cắt thành dạng hình trụ (đường kính 24 mm, dày 8 mm). Để chuẩn 

bị sấy mẫu cà rốt chúng ta phải tuân theo một số qui định chung: chọn rau quả non, rửa 

sạch , loại bỏ phần hư hỏng và cắt chúng thành các mẫu nhỏ đồng đều, ngoài ra mẫu còn 

được chần một thời gian trong nước nóng truớc khi sấy. Tất cả các quá trình chuẩn bị này 

nhằm tránh enzym tấn công và sự oxi hoá sản phẩm. Sau đó mẫu sẽ được trữ đông. 

Mô hình thí nghiệm được đưa ra như sau: 

















Hình 7. Mô hình hệ thống sấy siêu âm trực tiếp, bao gồm: Buồng sấy, hệ thống phát năng 

lượng siêu âm, bộ điều khiển , đơn vị thu thập dữ liệu và máy tính. (Fuente-Blanco và 


Hệ thống bao gồm một số phần như sau: (a) buồng sấy, (b) hệ thống phát năng lượng 

siêu âm, (c) bộ điều khiển, (d) đơn vị thu thập dữ liệu và (e) máy tính để xác định và 

điều khiển các thông số của quá trình sấy. 

(a) Buồng sấy: quá trình sấy diễn ra trong buồng sấy. Máy biến năng siêu âm đặt phía 

trên buồng sấy. Buồng chân không đặt trong buồng sấy song song với máy biến năng, bề 

mặt xốp phía trên của buồng chân không được đặt các mẫu trên đó và cũng được sử dụng 

để thoát ẩm ra khỏi mẫu. Một trụ khí áp suất được điều kiển bởi một máy điều chỉnh 

được đặt dưới buồng chân không và chúng tạo ra một áp lực ổn định giữa bề mặt phân 

cách giữa máy biến áp và vật thể. Một thiết bị thổi không khí cưỡng bức với tốc độ dòng 

khí và nhiệt độ được điều khiển, giúp làm tăng khả năng thoát ẩm trên bề mặt vật thể. 

Tốc độ không khí được điều khiển bởi PWM (điều rộng xung). Nhiệt độ của mẫu được 

đo bằng cặp nhiệt điện và được theo dõi trong suốt quá trình thông qua máy tính. 

(b) Hệ thống phát năng lượng siêu âm: gồm một hộp trở kháng thích hợp, một bộ phận 

khuếch đại và một hệ thống điều khiển tần số cộng hưởng. Hệ thống này đươc điều khiển 

đặc biệt để giữ cho năng lượng cung cấp được ổn định ở tần số cộng hưởng của máy biến 

năng trong suốt qúa trình sấy, không phụ thuộc vào sự thay đổi của trở kháng âm thanh 

của tải trọng. Hệ thống phát siêu âm có công suất tối đa là 250 W. Các thông số của máy 

biến năng (tần số, hiệu điện thế, dòng điện và pha) được điều khiển ổn định liên tục thể 

hiện trên máy tính 

Tất cả các hệ thống cơ điện và khí được đặt trong buồng sấy được điều khiển trực tiếp 

bằng máy tính bằng các phần mềm đặc biệt ( LabView và Mathematica code), và máy 

điều hoà tín hiệu và năng luợng bằng PWM. Ngoài ra hệ thống sấy siêu âm có thể tiến 


hành các bước khác nhau của quá trình sấy tự động bằng phần mềm tự động. Việc đánh 
















giá các thông số của quá trình cũng được phân tích. Ngoài ra quá trình này cho phép áp 

dụng, giám sát, điều khiển các thông số của quá trình 

Kết quả và bàn luận 

Thí nghiệm đầu tiên được tiến hành để khảo sát ảnh hưởng của năng lượng siêu âm ( 0 

W, 25W, 50 W, 75 W và 100 W) vào động lực quá trình sấy. Trong các thí nghiệm thì 

một số thông số đuợc giữ cố định như: 

- Nhiệt độ buồng sấy: 24-260C và độ ẩm tương ứng là : 30 – 46 % 

- Ap suất tĩnh: 0.06 kg/cm2 

- Lực hút: 60 mBar 

- Tốc độ dòng khí: 2 m/s 

- Nhiệt độ dòng khí: 30 0C 

Hàm ẩm của mẫu được đo thông qua khối lượng mỗi 15 phút một lần. 

















Hình 8. Ảnh hưởng của năng lượng siêu âm đến động lực của quá trình sấy mẫu cà rốt 

hình trụ (Fuente-Blanco và cộng sự, 2006) 

Hình 8 thể hiện sự thay đổi phần trăm khối lượng trong suốt quá trình sấy của 30 mẫu cà 

rốt khi có sử dụng siêu âm và không sử dụng siêu âm. Việc sấy mẫu chuẩn trong nghiên 

cứu này nhằm thể hiện vai trò của công suất siêu âm đến động lực quá trình sấy trong khi 

các thông số khác được giữ cố định. Kết quả đã thể hiện rất rõ ảnh hưởng của công suất 

âm đến quá trình sấy. Khi công suất siêu âm tăng thì tốc độ sấy tăng. 

Hình 9. Sơ đồ hệ thống sấy siêu âm đa mẫu 

Ngoài ra theo các tác giả Povey và Mason (1998) cũng đề cập tới 2 phương pháp sấy 

kết hợp với siêu âm là: 

Quá trình sấy bằng không khí cưỡng bức kết hợp với siêu âm có áp suất tĩnh( tương tự 

như hệ thống đã được trình bày ở trên). Quá trình sấy này được mô tả như hình (hình 10). 

Trong đó vận tốc dòng khí áp dụng là 1m/s ở 22 0 C, hiệu quả của quá trình sấy được tính 

toán thông qua trọng lượng của mẫu ở các thời điểm khác nhau trong quá trình sấy. Hình 

11 là kết quả nhận được khi sấy các mẫu cà rốt dày 2, 4 và 8 mm với đường kính 14 mm 

















Hình 10. Mô hình sấy bằng không khí cưỡng bức kết hợp với siêu âm (air-borne 

ultrasonic) 

















% Khoái löôïng 

0% 

100 

80 

60 

40 

20 

Thôøi gian 

(phuùt) 

Hình 11. Đường cong sấy sử dụng siêu âm và áp suất tĩnh với không khí (22 0 C, 1m/s) + 

US (100W) 

Ta có thể nhận thấy rằng hiệu quả sấy đươc cải thiện đáng kể 

Mô tả hệ thống ( hình 11): gồm có thiết bị cung cấp không khí nóng, máy biến năng siêu 

âm dạng đĩa cùng với máy phát điện tương ứng, song song với đĩa siêu âm là một đĩa 

phẳng đóng vai trò phản xạ lại sóng đứng được tạo thành, đồng thời cũng là nơi đặt mẫu 

cần sấy ( khác với hệ thống sấy kết hợp với siêu âm có áp suất tĩnh, trong hệ thống này 

thì mẫu sấy sẽ được đặt trực tiếp trên đĩa siêu âm và được áp dụng một áp suất tĩnh trên 

chúng xem hình 11), ngoài ra còn có các thiết bị đo nhiệt độ, tốc độ dòng khí nóng và đo 

trọng lượng mẫu. Trong đó năng lượng siêu âm được đo và điều khiển thông qua giá trị 

của dòng điện và điện thế 

0 

0 10 20 30 40 50 

Maãu 14 x 2 mm Maãu 14 x 4 mm Maãu 14 x 8 mm 

















Trong tất cả các thí nghiệm thì tần số siêu âm luôn được giữ ở 20 kHz và sẽ thay 

đổi áp suất, các mẫu sấy là các lát cà rốt, mẫu có thể hình chữ nhật ( 12 x 12 mm) hoặc 

hình tròn ( đường kính 14 mm, bề dày lần lượt 2 , 4 và 8 mm), các kết quả được thể hiện 

ở hình 12 và 13 

Hình 12 là kết quả đạt được khi dòng khí nóng ở 60, 90 và 115 0 C có hoặc không 

có siêu âm ( 155 dB). Trong đó mẫu cà rốt hình chữ nhật 12 x 12 mm, dày 2 mm. Siêu 

âm có hiệu quả cao ở khoảng nhiệt độ thấp, và hiệu quả của chúng sẽ giảm khi tăng nhiệt 

độ. Tại nhiệt độ cao nhất 115 0 C, ảnh hưởng của siêu âm là không đáng kể và đường cong 

của nó cũng không khác biệt đáng kể 

% Khoái löôïng 

100 

80 

60 

40 

20 

0% Nöôùc 

0 

0 10 20 30 40 50 

Thôøi gian ( phuùt) 

Khoâng khí(60C,1.3m/s) 

Khoâng khí ( 60 0 C, 1.3 m/s) 

Khoâng khí (60C,1.3m/s+US(155dB)) 

Khoâng khí ( 60 0 C, 1.3 m/s+ US 155dB)) 

Khoâng khí(90C,1.3m/s) 

Khoâng khí(110C, 1.3 m/s) 

Khoâng khí ( 90 0 C, 1.3 m/s) 

Khoâng khí(60C,1.3 m/s+US(155dB)) 

Khoâng khí ( 90 0 C, 1.3 m/s+ US(155dB)) 

Khoâng khí ( 115 0 C, 1.3 m/s ) 


Hình 12. Đường cong sấy sử dụng không khí cưỡng bức, có hoặc không có siêu âm 

(155dB), mẫu 14 x 2 mm 
















Hình 13 thể hiện ảnh hưởng của siêu âm ở áp lực cao (163dB) đến hiệu quả quá trình sấy. 

So với hình 12 thì hình 13 thể hiện áp lực siêu âm tăng thì có ảnh hưởng đáng kể và hàm 

ẩm của mẫu giảm nhanh (trong 10 phút đầu). 

(1): Không khí ( T=50 0 C, v=1.6 m/s) 

(2): Không khí ( T=50 0 C, v=1.6 m/s) + US (163 dB) 

(3): Không khí ( T=83 0 C, v=1.6 m/s) 

(4): Không khí ( T=83 0 C, v=1.6 m/s) + US (163 dB) 

Hình 13. Đường cong sấy sử dụng không khí cưỡng bức có hoặc không có siêu âm 


(163dB) 
















Một số thí nhgiệm khác được tiến hành bằng cách tăng tốc độ dòng khí nóng lên thành 3 

m/s. Và kết quả cho thấy rằng tại tốc độ dòng khí này thì kết quả đạt được khi có áp dụng 

siêu âm và không có siêu âm thì khác nhau không đáng kể ( hình 14) 

(1): Không khí ( T=70 0 C, v=3 m/s) 

(2): Không khí ( T=70 0 C, v=3 m/s) + US (155 dB) 

Hình 14. So sánh với đường cong sấy có hoặc không có kết hợp với siêu âm ở tốc độ 

dòng khí là 3 m/s 

Tóm lại: việc ứng dụng siêu âm ( air-borne ultrasound) sẽ làm gia tăng hiệu quả của quá 

trình sấy bằng không khí cưỡng bức. Tuy nhiên, ứng dụng này chỉ áp dụng trong một giới 

hạn nhất định, và siêu âm cũng bị giới hạn bởi các mẫu và cách vận hành. 


Ngoài ra khi kết hợp phương pháp sấy truyền thống và sóng siêu âm, thì có thể sấy các 

tinh thể đường tới hàm ẩm thấp hơn từ 50 – 70% so với phương pháp sấy thông thường 
















trong cùng một khoảng thời gian (Boucher, 1971). Một kỹ thuật tương tự có thể làm giảm 

thời gian sấy của các cặn lên men ở nhiệt độ thấp hơn 40 0 C (Boucher, 1959). Ảnh hưởng 

của siêu âm trong suốt quá trình sấy các hạt ngũ cốc đã bóc vỏ và sấy các hạt lúa mì đã 

được nghiền, là làm gia tăng tốc độ sấy trong điều kiện nhiệt độ thấp (Huxsoll và Hall, 

1970). Việc gia tăng tốc độ sấy lên 130% ở nhiệt độ 21 0 C nhận được khi chiếu siêu âm. 

Ở 63 0 C thì tốc độ sấy tăng 66% trong khi ở 76.5 0 C thì chỉ tăng 6%. 

Ensminger (1988) đã nghiên cứu ảnh hưởng của sấy siêu âm trong suốt quá trình sấy 

vật liệu mà có sử dụng thẩm thấu điện. Điều này liên quan đến sự di chuyển của các phân 

tử nước, các phân tử được sẽ được tác động di chuyển lên bề mặt xốp khi áp dụng một 

điện thế điện trực tiếp lên vật liệu. Tuy nhiên, quá trình điện phân nước có thể xảy ra hình 

thành hydro ở cathode và oxi ở anode. Sự hiện diện của những khí này sẽ làm giảm điện 

thế cực điện và hạn chế sự di chuyển của các phân tử nước. Khi sử dụng siêu âm sẽ hỗ 

trợ cho quá trình loại các khí này khỏi điện cực và tạo điều kiện cho điện thế cao hơn và 

tốc độ sây nhanh hơn. 

6. Khả năng khử bọt của air-borne ultrasound (Povey và Mason, 1998) 

Hệ bọt là sự phân tán của khí trong lỏng và trong đó khoảng cách giữa các bọt là rất 

nhỏ. Trong một hệ bọt thì tỉ lệ thể tích giữa khí với lỏng là rất lớn. 

Bọt thường được tạo ra trong nhiều qui trình sản xuất. Sự tạo bọt có thể xảy ra khi ta 

sục khí vào trong lòng chất lỏng, hay do các khí đã hoà tan sẵn trong pha lỏng, hoặc xảy 

ra trong một số qui trình ( như gia nhiệt, bốc hơi, …), hoặc do một số các tác nhân hoá 

học hoặc sinh học tạo bọt. 

Thông thường bọt sẽ gây khó khăn trong việc điều khiển các quá trình. Thí dụ như 

trong công nghệ lên men thì bọt tạo ra là một vấn đề lớn cần giải quyết. Có nhiều phương 

pháp khử bọt đã được sử dụng dựa vào hiệu quả của nhiệt, hoá học, điện và cơ học 


(Viesturs et al.,1982). 
















Phương pháp nhiệt, phương pháp này sẽ tạo ra một ứng suất nhiệt để phá bọt. Ta có 

để gia nhiệt hoặc làm lạnh hệ bọt, phương pháp nhiệt thường khó khăn và tốn kém. 

Phương pháp hoá học, phương pháp này sử dụng các tác nhân phá bọt nhằm lảm giảm 

sức căng bề mặt. Các tác nhân này cho hiệu quả phá bọt cao nhưng sự có mặt của chúng 

có thể gây ô nhiễm quá trình đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. 

Phương pháp dòng điện, ta sử dụng dòng điện chạy qua hệ bọt. Các lực tạo ra trong 

pha lỏng và pha khí là khác nhau. Phương pháp này vẫn chưa được sử dụng phổ biến. 

Phương pháp cơ học, ta sử dụng các va chạm cơ học để phá bọt. Một số thiết bị được 

sử dụng như: thiết bị quay, cyclone, các tia khí hoặc lỏng, hệ thống chân không, … 

Thông thường phương pháp cơ học chỉ áp dụng cho hệ bọt thô. 

Phương pháp siêu âm có thể bao gồm cả phương pháp cơ học. Âm cường độ cao và 

siêu âm đều là tác nhân gây phá bọt. Cơ chế phá bọt băng siêu âm thì vẫn chưa được hiểu 

rõ ràng, có thể là do sự kết hợp của các nhân tố sau: áp lực siêu âm cao, sự tương tác của 

các dòng siêu âm đến hệ bọt (Boucher và Weiner, 1963). 

Tiềm năng của việc sử dụng siêu âm năng lượng cao đến quá trình pha bọt đã được 

biết nhiều năm trước. Tuy nhiên, chỉ một số các thiết bị phá bọt siêu âm là được thể hiện 

trong các tài liệu kỹ thuật, nhưng chúng vẫn chưa được sử dụng ở quy mô lớn trong công 

nghiệp. Khó khăn chính của các hệ thống này đó là tiếng ồn ( chúng thường làm việc ở 

tần số âm hơn là siêu âm), chúng đòi hỏi cần có một máy phát dòng khí công suất cao, 

phải điều khiển và tiệt trùng dòng khí, tiêu thụ năng lượng cao. 

7. Ứng dụng trong quá trình lạnh đông thực phẩm 

(Bing Li và Da-Wen Sun, 2002; Ibrahim và cộng sự, 2007; Liyun Zheng và Da-Wen 

Sung, 2006; Povey và Mason, 1998) 


Mặc dù việc ứng dụng siêu âm năng lượng cao đến bảo quản thực phẩm là một vấn đề 

mới, nhưng những nghiên cứu gần đây đã cho thấy rằng tiềm năng của nó đầy hứa hẹn. 
















Thuận lợi của việc sử dụng năng lượng siêu âm được thể hiện thông qua hàng loạt các tác 

động của siêu âm lên môi trường mà nó truyền qua. Trong đó thì sự tạo bọt là tác động 

quan trọng nhất, nó không chỉ tạo ra các bọt khí mà còn làm xuất hiện các vi dòng 

(microstreaming). Tác động đầu giúp đẩy mạnh quá trình tạo thành tinh thể đá trong khi 

tác động thứ hai thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền khối xảy ra trong quá trình lạnh 

đông. Giống như các vật liệu dày đặc và không nén được, các tinh thể đá sẽ vỡ ra dưới 

tác động của siêu âm, và kết quả là tạo ra sự phân bố các tinh thể có kích thướt nhỏ hơn. 

Đây là một khía cạnh quan trọng mà nhiều quá trình lạnh đông hướng tới. 

Kết quả từ những tác động của siêu âm này, thì việc áp dụng năng lượng siêu âm rất 

thuận lợi trong quá trình lạnh đông thực phẩm. Khi siêu âm được áp dụng trong quá trình 

bảo quản lạnh đông thực phẩm tươi thì nó có thể rút ngắn quá trình lạnh đông, và tạo ra 

các sản phẩm có chất lượng tốt hơn. Khi nó được áp dụng trong quá trình cô đặc lạnh và 

sấy lạnh, thì nó được sử dụng để điều khiển sự phân bố kích thướt của các tinh thể đá 

trong sản phẩm đông lạnh. Hơn thế nữa, siêu âm năng lượng cao còn được sử dụng trong 

quá trình lạnh đông kem, nó giúp giảm kích thướt tinh thể, chống lại sự tạo thành lớp vỏ 

đá ở bề mặt truyền nhiệt trong thiết bị lạnh đông vì vậy làm tăng khả năng truyền nhiệt và 

truyền khối. Do đó lạnh đông siêu âm được áp dụng cho các thực phẩm giá trị cao và 

dược phẩm. 

Tuy nhiên trong sự phát triển tương lai của kỹ thuật này vẫn còn một số vấn đề còn 

tồn tại. Nhiều nghiên cứu nền tảng vẫn rất cần để xác định các nhân tố ảnh hưởng đến 

khả năng áp dụng siêu âm năng lượng cao. 

7.1. Cơ chế của siêu âm trong quá trình lạnh đông 

















Hình 15. Sự di chuyển của các bọt khí trong suốt quá trình tạo bọt 

Quá trình truyền sóng siêu âm vào pha lỏng có thể gây ra sự tạo bọt nếu như biên độ 

của nó vượt quá một giới hạn nhất định (hình 1) (Zheng& Sun, 2005). Áp suất âm trong 

suốt quá trình hút chân không sẽ làm cho chất lỏng bị đứt đoạn, dẫn đến việc hình thành 

các bọt bong bóng (Ashokkuman&Grieser,1999; Gong& Hart, 1998). Trong suốt chu kỳ 

âm của sóng siêu âm, các bong bóng (bao gồm cả các bong bóng có sẵn trong chất lỏng) 

sẽ không ngừng lớn lên và tạo ra một áp lực chân không và làm cho các khí hoà tan trong 

chất lỏng sẽ khuếch tán vào chúng. Khi áp suất âm giảm và đạt tới áp suất khí quyển thì 

các bong bóng khí này bắt đầu co lại dưới sức căng bề mặt. Và trong chu ký nén , chu kỳ 

có áp suất dương, các khí đã khuếch tán trong các bọt khí sẽ thoát ra lại chất lỏng. Quá 

trình này chỉ diễn ra trong giai đoạn các bọt khí bị nén. Tuy nhiên trong khi các bọt khí bị 

nén thì khả năng khuếch tán ở bề mặt ngoài của nó giảm, do đó lượng khí thoát ra khỏi 

các bọt khí sẽ ít hơn lượng khí đã khuếch tán vào, kết quả là các bọt khí sẽ ngày càng lớn 

hơn qua mỗi chu kỳ sóng âm. 

Những bọt khí này sẽ đóng vai trò như là các nhân cho quá tình tạo tinh thể đá đến 


kích thước tới hạn (Mason và cộng sự, 1996). Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng siêu âm làm 

gia tăng một cách đáng kể số lượng các nhân kết tinh trong dung dịch sucrose cô đặc 
















(Suslick, 1988). Các vi dòng cũng là một hiện tượng âm qua trọng khác liên quan đến sự 

tạo bọt. Nó xảy ra khi các bọt khí dao động một cách mãnh liệt và tạo ra các dòng xoáy 

mãnh liệt trong chất lỏng xung quanh chúng (Scheba et al.,1991). Sự khuếch tán vào và 

ra của các khí cũng làm tăng các vi dòng xung quanh chúng và kéo dài hơn nữa trong 

chất lỏng (Hughes & Nyborg,1962). 

Sự dao động mãnh liệt của hiện tượng vi dòng được ứng dụng làm tăng khả năng 

truyền nhiệt và truyền khối trong nhiều quá trình (Ensminger,1998; McClement ,1995). 

Do khả năng dao động mãnh liệt trong pha lỏng mà các vi dòng được ứng dụng trong quá 

trình làm lạnh bằng cách giảm thiểu sự cản trở quá trình truyền nhiệt và truyền khối tại bề 

mặt phân chia pha lỏng/rắn và do đó làm tăng tốc độ lạnh đông . 

Tương tự như các vật liệu đặc và không nén được, các tinh thể đá sẽ bị gãy vỡ dưới 

tác dụng siêu âm (Zheng và Sun, 2005). Ảnh hưởng này đã được chứng minh bởi Acton 

và Morris (1992), các tác giả cho rằng khi chiếu một xung siêu âm lên dung dịch sucrose 

lạnh đông, cách nhau mỗi 30 s trong vòng 10 phút thì các mảnh đá tạo thành trên bề mặt 

sẽ bị phá vỡ, các mảnh vỡ sẽ được phân tán vào phần lỏng chưa đông. Quá trình vỡ của 

các tinh thể đá sẽ làm giảm kích thướt tinh thể. 

Hình 16, được xây dựng dựa trên quá trình xử lý dung dịch sucrose đông lạnh với siêu 

âm trong suốt quá trình đông lạnh, 32% nước tồn tại dưới dạng tinh thể đường kính 50μm 

và lớn hơn, so với 77% khi không xử lý với siêu âm. Ảnh hưởng của siêu âm năng lượng 

cao đến quá trình làm giảm kích thướt tinh thể đã được ứng dụng thành công trong sản 

xuất dược phẩm kết tinh (Mason và cộng sự, 1996) 

















Hình 16. Ảnh hưởng của năng lượng siêu âm lên sự phân bố kích thước tinh thể trong 

dung dịch sucrose lạnh đông. 

7.2. Tác động của siêu âm đến bảo quản lạnh đông thực phẩm tươi 

Các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng siêu âm năng lượng cao có thể thúc 

đẩy quá trình đông lạnh các thực phẩm tươi, chủ yếu là do nó làm tăng quá trình truyền 

nhiệt và truyền khối (Li & Sun,2002). Trong suốt quá trình nhúng chìm đông lạnh các lát 

khoai tây (Li & Sun,2002) ta áp dụng năng lượng siêu âm một cách gián đoạn khi nhiệt 

độ đã giảm xuống từ 0 đến – 7 0 C. Mục đích của xử lý gián đoạn là để chống lại sự tăng 

nhiệt độ làm lạnh, bởi vì khi áp dụng liên tục siêu âm năng lượng cao có thể dẫn tới việc 

kéo dài ảnh hưởng nhiệt trong quá trình làm lạnh. Và kết quả đã chỉ ra rằng, siêu âm năng 

lượng cao có thể làm gia tăng tốc độ lạnh đông đáng kể. Ví dụ , đường cong lạnh đông 

các mẫu khoai tây được xử lý bằng năng lượng siêu âm 15.85W so sánh với không xử lý 

siêu âm (hình 17). Mason và cộng sự (1996) cũng công bố rằng áp dụng siêu âm năng 

lượng cao trong quá trình đông lạnh thực phẩm cũng làm tăng hiệu quả lạnh đông. 

















Hình 17. Ảnh hưởng của siêu âm lên tốc độ lạnh đông trong suốt quá trình lạnh đông các 

lát khoai tây (Li & Sun,2002) 

Bên cạnh đó, siêu âm năng lượng cao cũng được áp dụng để cải tiến chất lượng của 

sản phẩm đông lạnh (Sun & li, 2003). Quá trình lạnh đông có sự hỗ trợ của siêu âm thì 

cho cấu trúc tế bào tốt hơn do sự phá huỷ tế bào xảy ra ít hơn phương pháp không xử lý 

siêu âm (Li & Sun, 2003). Điều này là do quá trình lạnh đông nhanh bởi năng lượng siêu 

âm (Li & Sun, 2002), bởi vì quá trình lạnh đông nhanh giúp hình thành các tinh thể đá 

nhỏ và cải tiến chất lượng của sản phẩm đông lạnh. 

Ngoài ra có thể do sự hình thành các bọt bong bóng trong tế bào khi quá trình lạnh 

đông đủ nhanh. Các bọt khí này giúp làm giảm kích thướt tinh thể, giảm tối thiểu sự khử 

nuớc tế bào, và giữ cho hình dạng cùa sản phẩm. Các bọt khí có thể làm tăng tốc độ hình 

thành tinh thể đá ở vùng ngoài tế bào, điều này thuận lợi cho việc hình thành các tinh thể 

có kích thướt nhỏ hơn. 

Các mảnh tinh thể hình thành do siêu âm cũng là một nguyên nhân khác, bởi vì nó 

giúp làm giảm kích thướt tinh thể. Vì các tinh thể nhỏ sẽ tác động các lực cơ học lên tế 

bào ít hơn và do đó ít phá vỡ tế bào hơn. 

















7.3. Tác động của siêu âm đến cô đặc lạnh và sấy lạnh 

Cô đặc lạnh một thực phẩm lỏng là quá trình kết tinh nước và sau đó loại bỏ các tinh 

thể đá (Fellow, 2000). Thông thường ta mong muốn các tinh thể đá lớn hơn, vì ta có thể 

dễ dàng tách chúng ra khỏi dung dịch lạnh đông (Schwartzberg, 1990). 

Sấy lạnh là một quá trình mà trong đó sản phẩm sẽ được lạnh đông và sau đó nước sẽ 

bị loại đi bằng cách thăng hoa. Tương tự như cô đặc lạnh, các tinh thể đá lớn cũng được 

ưa thích hơn do tốc độ thăng hoa của chúng nhanh hơn (Fellow, 2000). 

Do khả năng điều khiển việc tạo thành các tinh thể đá từ giai đoạn đầu ở một nhiệt đo 

nhất định, siêu âm trở thành một phương pháp hiệu quả điều khiển kích thướt và sự phân 

bố các tinh thể đá trong sản phẩm cuối cùng. Việc tạo thành các tinh thể đá trong suốt quá 

trình lạnh đông gồm 2 quá trình : sự tạo thành tinh thể đá, và các tinh thể đá phát triển, cả 

hai đều phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh của hệ thống. Tốc độ làm lạnh nhanh thì việc tạo 

thành các tinh thể đá sẽ nhiều hơn, còn tốc độ làm lạnh thấp thì việc phát triển của các 

tinh thể đá sẽ chiếm ưu thế. Do đó siêu âm được áp dụng vào hệ thống ở tốc độ làm lạnh 

chậm, khi đó chỉ một số tinh thể được tạo thành và nó sẽ phát triển tới kích thướt lớn. 

Mặt khác, nếu ta áp dụng ở tốc độ làm lạnh cao thì sẽ tạo ra một lượng lớn các mầm tinh 

thể và ta sẽ thu được các tinh thể đá nhỏ hơn. 

Nguyên tắc trên đã được ứng dụng thành công bởi Acton và Morris (1992) trong quá 

trình sấy lạnh. Acton và Morris (1992) cho thấy rằng khi áp dụng siêu âm trong 5s đối với 

dung dịch sucrose ở 1 0 C thì một lượng nhỏ các tinh thể đá lớn được hình thành, trong khi 

nếu áp dụng ở 5 0 C thì có sự tạo thành và phân bố rộng khắp của các tinh thể đá nhỏ. Sau 

quá trình sấy lạnh thì cấu trúc của mẫu thứ nhất sẽ xuất hiện các khoảng trống lớn, còn 

mẫu thứ hai thì xuất hiện các khoảng trống nhỏ hơn. Như vậy nếu ta mong muốn tạo các 

tinh thể đá lớn, thì ta phải áp dụng siêu âm trong một khoảng thời gian ngắn, thường là 

vài giây, vì nếu ta chiếu siêu âm liên tục thì có thể xảy ra sự phá vỡ các tinh thể đá 

















7.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả siêu âm 

Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp siêu âm có thể chia làm hai 

loại chính: bản chất nguyên liêu và tính chất siêu âm. Về nguyên liệu thì bao gồm các 

thông số như: cấu trúc sản phẩm, hàm ẩm, sự phân bố ẩm, nhiệt độ và độ nhớt của sản 

phẩm lỏng, hàm lượng khí và kích thướt bọt ban đầu có trong nguyên liệu … Còn về ảnh 

hưởng của tính chất siêu âm thì bao gồm: năng lượng, thời gian chiếu siêu âm, tần số siêu 

âm, thiết bị siêu âm… Hai loại nhân tố chính này cũng có mối quan hệ với nhau 

Một số ý kiến cho rằng nhân tố siêu âm đóng vai trò ảnh hưởng chính đến hiệu quả 

của phương pháp siêu âm. Thí dụ như, khi áp dụng siêu âm trong giai đoạn đầu của quá 

trình kết tinh thì năng lượng sử dụng là hơn 2W/L, tần số 20 – 40 kHz, thời gian chiếu 

ngắn nhất có thể, thường là chưa tới 5s (Acton & Morris, 1992). Còn sử dụng siêu âm 

nhằm phá vỡ các tinh thể thì năng lượng siêu âm khoảng 1w/cm2, thời gian tối thiểu là 

10s (Acton & Morris, 1992). 

Giữa các nhân tố trên thì ảnh hưởng của năng lượng siêu âm đã được đề nghị chi tiết 

bởi Li và Sun,2002. Trong đó tác giả chú ý đến ảnh hưởng của năng lượng siêu âm nhằm 

thúc đẩy quá trình lạnh đông. Trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển pha, nhiệt độ của 

sản phẩm khi được xử lý với siêu âm năng lượng cao sẽ giảm một cách nhanh chóng, tuy 

nhiên trong giai đoạn cuối của quá trình chuyển pha nhiệt độ của sản phẩm được xử lý 

bằng siêu âm năng lượng cao sẽ giảm rất chậm so với khi áp dụng siêu âm năng lượng 

thấp. 

8. Ứng dụng siêu âm trong kỹ thuật cắt thực phẩm (Povey và Mason, 1998) 

Trong thương mại, thực phẩm hầu như có rất nhiều loại được nấu hoặc nướng trong 

một khối lớn. Để ăn hoặc bán thực phẩm, nó phải được cắt nhỏ ra phù hợp với việc ăn 

hoặc cầm tay. Có rất nhiếu loại thiết bị được thiết kế để làm việc này dễ dàng và hiệu 

quả. Nhưng yêu cầu chung của chúng là sản phẩm phải được cắt nhanh, sạch, không biến 


dạng, chất lượng cao, hình dạng đẹp, và ít hao hụt nhất. 
















Quá trình cắt tồi là quá trình làm bẹp, đập vụn, hay xé rách sản phẩm, và tỉ lệ hao hụt 

cao. Còn đối với sản phẩm nhiều lớp thì nó làm sản phâm sau cắt bị vấy bẩn hay tách lớp. 

Mặt khác sản phẩm có thể bị méo mó, dư hoặc thiếu trọng lượng. 

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cắt truyền thống đó là hình dạng, độ bén và tốc 

độ cắt của dao, trong đó thì lực cắt là rất quan trọng. Tất cả các nhấn tố này thì dễ dàng 

được điều khiển bởi người vận hành, được giám sát và điều khiển trong thiết bị cắt tự 

động. Nhân tố ảnh hưởng khả năng cắt: nhiệt độ, hàm ẩm, tính chất: giòn, dai, có xơ, 

nhớt 

Kỹ thuật cắt siêu âm có rất nhiều thuận lợi trong sản xuất thực phẩm, ngay cả khi nó 

kết hợp với dây chuyền sản xuất thực phẩm tự động. Chúng dễ dàng tự động hoá, chất 

lượng cắt cao trên đa dạng các loại sản phẩm. 

Ưu điểm của kỹ thuất cắt siêu âm 

o Chất lượng bề ngoài mặt cắt thì rất tuyệt 

o Bề ngoài sản phẩm không bị biến dạng 

o Lực cắt yêu cầu thì giảm xuống đáng kể 

o Các phần tử cứng vẫn có thể được cắt trong mạng mềm 

o Sự chảy nhớt của sản phẩm giảm 

o Các sản phẩm nhiều lớp thì được cắt dễ dàng. 

o Dao bản mỏng (blade) có khả năng tự làm sạch 

o Sự tạo bọt của siêu âm có tác dụng tiêu diệt vi sinh vật. 

o Sự đập vụn, làm bẹp giảm đáng kể. 

o Các sản phẩm giòn ít có xua hướng bị vỡ 

o Hiệu quả cao 

o Độ bén đòi hỏi của các dao bản mỏng thì thấp hơn so với phương pháp 

truyền thống 


o Dễ dàng tự động hoá 

o Tốc độ cắt tương tự với phương pháp truyền thống 
















Hầu hết các loại thực phẩm đều có thể được cắt thành công bởi hệ thống cắt siêu âm 

bản mỏng. Sự giới hạn là do hình dạng của sản phẩm và hành dạng của bản mỏng. Nhiều 

loại thực phẩm khó cắt như: bánh mì nóng, bánh kẹo nhớt, bánh kem mềm, tất cả đều có 

thể được cắt thành công bởi phương pháp cắt siêu âm bản mỏng hơn là các phương pháp 

thông thường khác. Bảng 14.3 liệt kê nhiều loại thực phẩm đã được cắt thành công trong 

thương mại. Đá tinh khiết và sản phẩm có hàm ẩm rất cao thì hiện giờ vẫn chưa áp dụng 

cắt siêu âm bản mỏng được. Các sản phẩm giòn thì cắt siêu âm sẽ tốt hơn phương pháp 

truyền thống, nhưng vẫn phải đòi hỏi sự chuẩn bị chu đáo. 

Thiết bị cắt siêu âm 

















Hình 18. Các thiết bị cắt siêu âm thực phẩm 

Máy phát điện (power generator): nhằm chuyển dòng điện đầu vào là 50 Hz, 240 V 

thành đầu ra là 20 kHz,1000V rồi đi vào máy biến năng siêu âm 

Máy biến năng (transducer): biến năng lượng điện đầu vào 20 kHz,1000V thành các 

dao động rung cơ học, rồi truyền qua máy tăng áp (booster) trung gian sau đó đến dao cắt 

Dao cắt (cutting blade horne): dao cắt (bản mỏng blade) gồm có lưỡi dao và cán dao. 

Dao động rung siêu âm ở 20 kHz sẽ làm mũi dao chuyển động lên xuống một cách 

nhanh chóng có thể đạt tốc độ 5m/phút. Sự dao động này được sử dụng như một lực cắt 

không liên tục, và điều khiển quá trình cắt, đồng thời tạo ra một ứng lực thấp nhất lên 

khối sản phẩm cần cắt. Quá trình cắt siêu âm sẽ làm giảm áp lực cục bộ lên sản phẩm do 


nó làm giảm đáng kể lực yêu cầu để phá vỡ các liên kết của khối thực phẩm. Ngoài ra 

quá trình cắt siêu âm còn làm giảm ma sát của cán dao khi nó di chuyển cùng lưỡi dao 
















trong quá trình cắt. Trong kỹ thuật cắt truyền thống, dao sẽ tạo ra một lực nén lớn lên 

khối thực phẩm để tạo ra một khe hở rộng cho dao đi qua, lực nén này có thể gây gãy vỡ 

sản phẩm tại mũi dao cắt. Với cắt siêu âm thì toàn bộ dao (blade)di chuển hoặc rung liên 

tục khi nó nén giãn liên tục. Hiệu quả chuyển động với tần số cao này sẽ làm giảm hệ số 

ma sát đến mức thấp, cho phép lưỡi dao di chuyển qua khối thực phẩm với lực nén thấp, 

và giảm sự biến dạng sản phẩm. 

Các thông số của quá trình cắt siêu âm 

o Biên độ mũi dao 

o Loại mũi dao 

o Tốc độ cắt 

o Năng lượng siêu âm 

o Tần số siêu âm 

o Cấu trúc sản phẩm 

Một số ví dụ về việc cắt có sử dụng hỗ trợ siêu âm và cắt thông thường 

















Hình 19. Hình dạng của ruột bánh mì đại mạch trong suốt thời gian cắt thông thường và 

cắt siêu âm. Các điều kiện thử nghiệm: vận tốc cắt, 1.000 mm/phú; tần số kích thích, 40 

kHz; biên độ siêu âm, 12μm. Mẫu mặt cắt ngang là 30× 30 mm 

Hình 20. Hình dạng của các sản phẩm ánh nướng nhiều lớp sau khi cắt thông thường và 

cắt siêu âm. Điều kiện thử nghiệm: vận tốc cắt, 1.000 mm/phút; tần số kích thích, 40 kHz; 

biên độ siêu mẫu, 12μm. Chiều rộng mẫu xấp xỉ 30 mm 

Qua đây ta thấy được việc cắt có hỗ trợ siêu âm thì sử dụng lực cắt nhỏ hơn, nhưng cho 

sản phẩm có vẻ cảm quan bên ngoài hấp dẫn. Đồng thời, phương pháp cắt này cũng giúp 

giảm tối đa lượng thất thoát so với phương pháp cắt thông thường. 

















Bảng 2. Tổng kết các ứng dụng của siêu âm năng lượng cao trong công nghệ thực phẩm 

Ứng dụng Cơ chế Lợi ích 

Chiết suất 

Nhũ hóa hay đồng hóa 

Kết tinh 

Gia tăng sự truyền khối của 

dung môi, giải phóng 

nguyên liệu tế bào thực vật 

(sự phá vỡ bằng xâm thực 

khí) 

Vi dòng 

Sự hình thành nhân và điều 

chỉnh sự hình thành tinh thể 

Hiệu suất chiết suất được 

gia tăng trong dung môi, 

nước hay hệ thống siêu tới 

hạn 

Hình thành những tinh thể 

nhỏ hơn 

Lọc Làm xáo trộn các lớp biên Tốc độ lọc được gia tăng, sự 

Phân riêng 

Thay đổi độ nhớt 

Phá bọt 

Ép đùn 

Sự kết tụ các thành phần ở 

các điểm nút áp suất 

Điều chỉnh cấu trúc thuận 

nghịch và không thuận 

nghịch qua tác động vi dòng 

và rung động. Điều chỉnh về 

hóa học liên quan đến các 

liên kết ngang và việc tái 

cấu trúc 

Sóng áp suất trong không 

khí gâ ra vỡ bong bóng. 

Chấn động cơ học, giảm ma 

sát 

giảm tắt nghẽn 

Không dùng phụ gia hóa 

học 

Điều chỉnh không dùng chất 

hóa học giúp cải thiện các 

đặc tính chế biến, giảm 

lượng phụ gia, nhiều công 

dụng khác. 

Gia tăng sản lượng, giảm 

lượng hóa chất phá bọt, 

giảm mất mát trong quá 

trình đóng chai. 

Gia tăng năng suất 


Vô hoạt enzyme và vi Gia tăng truyền nhiệt và lực Vô hoạt enzyme ở hiệt độ 
















khuẩn 

Lên men 

Truyền nhiệt 

cắt, phá hủy trực tiếp màng 

tế bào vi khuẩn 

Gia tăng vận chuyển cơ 

chất, kích thích tế bào sống 

và enzyme 

Cải thiện truyền nhiệt qua 

tác động dòng chảy và xâm 

thực khí 

thấp, giúp cải thiện chất 

lượng 

Gia tăng sản lượng các chất 

trao đổi, làm nhanh quá 

trình lên men 

Gia tăng truyền nhiệt, làm 

nhanh sự gia tăng làm lạnh 

và sấy sản phẩm ở nhiệt độ 


thấp 
















Tài liệu tham khảo 

[1] American Heritage Stedman’s Medical Dictionnary. (2002). Boston, Ma. Houghton 

Mifflin. 

[2] Bing Li, Da-Wen Sun *, Effect of power ultrasound on freezing rate during 

immersion freezing of potatoes, Journal of Food Engineering, vol 55, (2002), 277–282 

[3] Chemat, F., Grondin, I., Cheong Sing, S., and Smadja, J. (2004). Deterrioration of 

edible oils during food processing by ultrasound. Ultrasonics Chemistry, 11, 13 – 15. 

[4] David Julian McClements, Ultrasonic characterisation of emulsions and 

Suspensions, Advances in Colloid and Intetface Science, Vol 37, (1991) ,33-72 

[5]Elmehdi, H.M., Page, J.H., and Scanlon, M.G. (1003). Using ultrasound to investigate 

the cellular structure of bread crumb. Journal of Cereal Science, 38, 33 – 42. 

[6] Furuta, M., Yamaguchi, M., Tsukamoto, T., Yim, B., Stavarache, C.E., Hasiba, K., 

and Maeda, Y. (2004). Inactivation of Escherichia coli by ultrasonic irradiation. 

Ultrasonics Sonochemistry, 11(2), 57 – 60. 

[7] Galego-Juarez, J. A., Elvira-Segura, L., and Rodriguez-Corral, G (2003). A power 

ultrasonic technology for deliquoring. Ultrasonics, 41, 255 – 259. 

[8]Hecht, E. (1996). Physics: Calculs, pp. 445 – 450, 489 – 521. Pacific Grove, CA, 

Brooks/Cole. 

[9] Hong Li a,*, Hairong Li b, Zhichao Guo b, Yu Liu b, The application of power 

ultrasound to reaction crystallization, Ultrasonics Sonochemistry, vol 13, (2006) 359– 

363 

[10] Knorr, D., Zenker, M., Heinz, V., and lee, D. (2004). Applications and potential of 

ultrasonics in food processing. Trends in Food Science and Technology, 15, 261 – 266. 

















[11] Kardos, N., and Luche, J. L. (2001). Sonochemistry of carbohydrate compounds. 

Carbohydrate Research, 332, 115 – 131. 

[12] Lee, D. U., Heinz, V., and Knorr, D. (2003). Effects of combinnation treatments of 

nisin and high intensity ultrasound with pressure on the microbial inactivation in liquid 

whole egg. Innovative Food Science and Engineering Technologies, 4, 387 – 393. 

[13] Ibrahim Gu¨ lseren, John N. Coupland *, Ultrasonic velocity measurements in frozen 

model food solutions, Journal of Food Engineering, vol 79, (2007), 1071–1078 

[14] John N.Coupland*,D.Julian MC Clements, Doplet size determination in food 

emulsions: comparison of ultrasonicand light scattering methods, Journal of Food 

Endineering, vol 50, 2001, 117- 120 

[15] Liyun Zheng and Da-Wen Sun*, Innovative applications of power ultrasound during 

food freezing processes—a review, Trends in Food Science & Technology, vol 17, 

(2006), 16–23 

[16] Riera-Franco de Sarabia, E., Gallego-Juarez, J.a., Rodriguez-Corral, G., Elvira- 

Segura, L., and Gonzalez-Gomez, I. (2000). Application of high-power ultrasound to 

enhance fluid/solid particle separation processes. Ultrasonics, 38, 642 – 646. 

[17] Malcolm J.W.Povey và Timothy J. Mason, Ultrasound in food processing,1998, 

282p 

[18] S. de la Fuente-Blanco *, E. Riera-Franco de Sarabia, V.M. Acosta-Aparicio, A. 

Blanco-Blanco, J.A. Gallego-Jua´rez, Food drying process by power ultrasound , 

Ultrasonics, vol 44, (2006), e523–e527 

[19]Takaomi Kobayashi *, Tsuyoshi Kobayashi, Yoho Hosaka, Nobuyuki Fujii, 

Ultrasound-enhanced membrane-cleaning processes applied water treatments: influence 


of sonic frequency on filtration treatments, Ultrasonics, vol 41, (2003) 185–190 
















[20]T.J. Mason *, L. Paniwnyk, J.P. Lorimer, The uses of ultrasound in food technology, 

Ultrasonics Sonochemistry, vol 3, (1996), S253-S260 

i

KỸ THUẬT SIÊU ÂM TRONG CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?