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超声空化作为一种具有代表性的非热过程强化技术，近年来在食品加工领域引起了越来越多的关注。然而，现有的大多数研究主要聚焦于评估特定食品体系中加工性能的改善，而空化行为与食品基质结构响应之间的内在关联仍未得到充分理解。这一知识空白阻碍了超声技术从实验室规模研究向工
超声空化作为一种具有代表性的非热过程强化技术，近年来在食品加工领域引起了越来越多的关注。然而，现有的大多数研究主要聚焦于评估特定食品体系中加工性能的改善，而空化行为与食品基质结构响应之间的内在关联仍未得到充分理解。这一知识空白阻碍了超声技术从实验室规模研究向工业应用的进一步转化。本文遵循“超声诱导空化—空化驱动的加工效应—食品基质响应—工程应用”的逻辑框架，系统综述了超声空化在天然生物活性化合物提取、食品安全控制、界面结构调控、大分子修饰以及复合食品加工中的最新研究进展。特别强调了机械效应（mechanical effects）和声化学效应（sonochemical effects）在不同食品基质中的差异化作用。值得注意的是，超声加工的性能不能仅由单一操作参数决定，而取决于空化特性与食品体系固有性质之间的协同交互作用。
1. 声空化的物理基础与作用机制
该部分阐述了声空化的基本物理原理。声空化是指超声波的交替声压场诱导液体中空化泡的成核、振荡及剧烈溃灭的物理现象，这一过程在微秒级时间内释放出巨大的局部能量。超声按频率和声强分为低频高强度（功率超声，20–100 kHz，10–1000 W/cm2）和高频低强度（>100 kHz，<1 W/cm<2）两类，只有功率超声才能诱发显著的物理和声化学效应。空化可分为稳态空化和瞬态空化：稳态空化指气泡围绕平衡半径进行多周期温和振荡，诱导产生局限于气泡附近的声微流，减小扩散边界层厚度，温和促进混合与传质；瞬态空化则是当声压超过空化阈值时，气泡快速膨胀后剧烈溃灭，产生高温高压、冲击波、高速微射流以及水分子均裂生成的·OH和·H自由基。此外，该部分系统归纳了四种空化作用模式：传质强化、食品基质结构修饰、界面重构及声化学反应，并指出这些机制在超声处理中紧密耦合并协同决定加工性能。
2.1 天然生物活性化合物的超声辅助提取
该部分总结了空化效应对不同生物活性组分提取的促进作用及差异性响应。超声辅助提取（UAE）的核心机制在于空化引发的组织破坏（如细胞壁破裂、表面侵蚀、孔隙形成）与传质强化（如声毛细效应和海绵效应）的协同作用。多酚类化合物受益于适度的空化强化，可在短时间内获得高提取率，并能与天然低共熔溶剂（NADES）结合实现绿色提取。类胡萝卜素因结构高度不饱和、热稳定性差，要求平衡释放效率与生物活性保持，过强的空化强度反而有害。多糖类化合物需要在提高提取率的同时保持分子完整性和生物活性，超声可能改变其分子量和高级结构。植物蛋白则通过适度的构象展开增强溶解性、持水性及乳化性。精油类物质需兼顾挥发性组分的有效释放与蒸发损失抑制，通常可采用超声-微波协同萃取或NADES预处理等联合策略。不同活性组分对空化的敏感性差异意味着不存在普适的最优处理条件，而应针对特定目标物确定合适的“空化窗口”。工业化放大面临的主要挑战是声场空间分布不均导致的空化区域与欠空化区域共存问题。
2.2 超声在食品安全控制与保鲜中的应用
该部分讨论了空化效应在不同食品基质中实现微生物控制的作用模式。超声的抗菌作用主要依赖机械效应与声化学效应的协同贡献，但二者的相对重要性因食品基质而异。对于鲜切果蔬等表面污染体系，污染物主要集中在表面和天然孔隙，空化产生的微射流和剪切应力可直接破坏微生物附着结构，机械效应贡献比声化学氧化更直接，因此通常与过氧乙酸（PAA）、等离子体活化水（PAW）或有机酸等结合形成栅栏技术。对于果汁饮料等均相液体体系，声能在整个处理体积内相对均匀传播，热声处理（TS）将空化与温和加热相结合，可在有效灭活微生物的同时减少对风味和营养品质的损害。对于肉类等复杂组织体系，肌肉纤维、脂肪层和骨骼造成显著的声波衰减与屏蔽，超声单独难以达到理想灭活效果，更适宜作为辅助强化手段，通过增强消毒剂渗透和传质来提高联合处理效率。乳制品等富含蛋白质的液体分散体系则需要平衡微生物灭活与胶体稳定性保持之间的冲突。研究强调，不能仅依据名义功率或处理时间来评价超声效率，而应考虑处理体积、频率、比能量密度和实际声能利用率等综合参数。
2.3 超声驱动的界面结构工程
该部分探讨了超声空化在食品多相体系界面调控中的多层次作用。首先在乳化剂分子层面，超声空化可促进蛋白质聚集体解离，加速乳化剂向油水界面迁移吸附，并诱导适度构象展开。动物蛋白（如乳蛋白浓缩物（MPC）、肌原纤维蛋白）本身具有良好界面活性，单独超声处理即可显著改善其乳化性能；而植物蛋白（如豌豆蛋白分离物（PPI）、桑叶蛋白）由于分子间相互作用强、固有界面活性较低，通常需要与pH偏移处理或复合乳化剂策略联用。其次在颗粒稳定界面层面，超声的作用从分子构象修饰转向固体颗粒的分散、表面润湿性调控及界面自组装增强，有助于构建致密的Pickering乳液颗粒屏障。对于乳液凝胶、高内相乳液（HIPEs）及高内相Pickering乳液凝胶（HIPPEGs）等网络级体系，超声的调控靶标扩展到颗粒间相互作用和三维凝胶网络构建，可与转谷氨酰胺酶交联和pH偏移等策略协同。该部分指出，超声界面工程的未来发展应从单一超声参数优化转向连续化设备设计和声场增强策略。
2.4 食品大分子的结构修饰与功能调控
该部分分析超声空化对蛋白质和多糖等食品大分子本体结构特性的影响。对于蛋白质，空化产生的机械效应可破坏维持高级结构稳定的非共价相互作用，促进分子展开和聚集行为改变；强化处理条件下，空化产生的活性自由基可参与侧链氧化和分子间交联。适度的超声处理促进蛋白质展开、减小粒径并暴露疏水基团，从而改善溶解性、乳化活性和起泡性；而过度处理可能导致不可逆聚集和结构损伤。超声引发的构象松弛还利于形成更致密的凝胶网络，提高凝胶强度和持水性。对于多糖体系，结构调控主要体现在分子链状态和有序结构排列的变化上。以淀粉为例，超声处理可改变其内部结晶结构和双螺旋有序度而不破坏颗粒基本完整性，并可通过改变直链淀粉与配体的复合程度（如形成V型结晶结构）来调节抗性淀粉（RS）含量和体外消化特性。研究强调，超声对大分子的功能调控本质上是通过重构分子构象、聚集行为和有序结构来实现的靶向性调控，需要精确控制机械扰动与声化学反应的平衡。
