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超声由于空穴作用产生的剪切力和冲击力可以破坏细菌,如病原体和腐败酶。但由于单独超声（Ultrasound,US）的空化效应性对较弱,无法完全杀灭食品中的腐败菌或酶,为此研究者一直在探索和改进超声处理技术。近年来的研究表明,将温和热处理和（高功率）超声及高压处理相结合,可极大地提高空化作用的破坏性,为此压-热-声（Manothermosonication,MTS）技术可望成为热灭菌关键替代技术之一。为此,本文在研究了MTS系统的设计开发基础上,研究了该技术在豆乳体系中致病菌和酶处理的应用,并初步探讨了其多重复合作用机制,主要研究内容和结果如下:1.MTS技术工程领域研究及实验室规模MTS设备组装。研究了温度和外加压力对超声空化效应的影响,发现加热有助于降低蒸气压并加速化学反应,而外加压强则产生了反压条件,两者共同作用会导致空化泡破裂更加剧烈,从而释放出更多的破坏性能量。设计了实验室规模设备的必需参数并组装MTS系统,对设备的各项参数进行了评估,利用COMSOL模型对反应室的热分布进行建模,揭示了空化效应在探针尖端发出并通过液体样品传播。此外,通过量热功率方程测量了超声效应,发现400 k Pa超声处理时介质的升温速率比100 k Pa时提高了175%。在性能方面,在每个压力水平下,约28%的输入电功率可转换为热能。此外,MTS用于牛奶灭菌仅需1 min,其能耗（214.98 KJ/kg/h）将比传统的低温长时（Low temperature long time,LTLT）巴氏灭菌（295.65 KJ/kg/h）降低27.29%;升级后MTS设备的电力消耗（514.29 L/h,2.92 W/L）比类似容量的蒸汽巴氏灭菌法（500 L/h,5.1 W/L）也大幅降低。据此提供了MTS用于商业用途的设计建议。2.研究MTS设备灭活革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的效果。对大肠杆菌ATCC 25922和金黄色葡萄球菌ATCC 25923样品分别进行温和热处理（Thermal,T,50℃）、超声处理（US,100 k Pa）、声热处理（Thermosonication,TS,50℃,100 k Pa）、声压处理（Manosonication,MS,400 k Pa）以及可精确控温的脉冲模式下的压热声处理（MTS,50℃,400 k Pa）。结果表明:MTS处理5 min后,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌浓度分别降低了6.25和4.55 log CFU/m L,通过非线性两相模型拟合（D值）得到的最高灭活率分别为91.35%和94.24%。加入温度和压力处理提高了空化泡的数量并增大其尺寸,破裂后释放更强的剪切力,从而导致细菌结构性致死及蛋白质变性。声热处理在400 k Pa下灭活作用（78.24%和62.56%）明显优于100 k Pa（3.98%和0.66%）,表明联合压强后可以较大程度地增加热与超声波协同灭活细菌的效果。由于加压时超声波可产生高达0.88℃/秒的额外热效应,因此进一步利用这部分热量结合连续超声波处理进行了杀菌实验,即连续声压处理（Continuous Manosonication,MTSn）。热功率强度为3.69 W/m L（或电功率强度为14.29 W/m L）时,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小线性D值分别为0.17 min和0.18 min。结果表明,革兰氏阳性金黄色葡萄球菌比革兰氏阴性大肠杆菌对超声的抗性更强,但是在更剧烈的空化作用下,二者致死率差异较小。此外,本研究还将MTS技术与常规LTLT和高温短时（High temperature short time,HTST）巴氏灭菌法的灭活效果进行了比较:在相同的处理温度下,MTS灭活时间较短;在固定的处理时间下,MTS处理可在较低温度下达到与其他技术相同的灭活水平。扫描电镜和透射电镜的结果还显示了超声处理对细胞的破坏作用,并进一步证实了热、压强与超声的协同作用。3.将MTS技术应用于具有高生物活性的生豆乳中酶的灭活,进一步验证了MTS在商业用途中的应用潜力。本节分析了生豆浆中四种酶经加热和超声处理后的失活情况。酶样品分别进行了5min的热处理（T,65℃/70℃,100 k Pa）、超声处理（US,25℃,100 k Pa）、声热处理（TS,65℃,100 k Pa）、声压处理（MS,25℃,400 k Pa）和声热压处理（MTS,65℃,400 k Pa）。结果显示:在65℃热处理下,脂肪氧化酶（Lipoxygenase,LOX）、过氧化物酶（Peroxidase,POD）、多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase,PPO）和胰蛋白酶抑制剂（Trypsin Inhibitor,TI）的D值分别为130.09、65.26、261.24和52.44 min。MTS处理后LOX、POD、PPO和TI的活性显著降低（<0.05）,D值分别为12.04、18.34、31.85和8.83 min。MTS处理产生的强烈空化作用产生了大量热量,对酶的二级结构及三级结构产生了不可逆的破坏作用。结果还表明,热和声压处理在LOX、POD和TI的灭活过程中产生了显著的协同效应,协同率分别为115.78%、71.43%和68.97%,而在二者对PPO的失活过程中未检测到协同作用。此外对豆乳进行了无温度控制的连续加压超声处理,得到LOX、POD、PPO和TI的D值分别为0.64、5.15、17.61和3.28min。4.研究了不同超声处理后豆乳的特性和品质变化。研究表明,豆浆的总体质构和感官未发生变化。但是,在较高的外部压力下进行超声处理时,由于剧烈的空化效应和氮气的使用,豆浆样品中会出现大量气泡。同时MTS处理也存在有益的作用,其作用于豆浆时可产生均质作用,分解豆浆成分从而提高整体质量。储存7天后,大多数处理过的豆浆样品开始出现分离等酸败迹象,而经过MTS和MTSn（70℃）处理的样品品质仍与新鲜样品相同。此外,通过研究生豆浆中微生物灭活情况发现,MTS处理（脉冲模式5 min）和MTSn处理（1.5 min）分别使细菌菌落总数降低了0.22和0.27 log CFU/m L。结果表明,在超声技术基础上加入温度和压力的MTS技术空化效应增强,是细菌灭活效果提高的主要机理。对处理过的样品进行为期11天的保质期研究发现,声压处理还会对细胞造成亚致死伤害,从而进一步降低了存储初期微生物的存活数。MTS和MTSn处理后,每天最低微生物生长速率为0.02 log CFU/m L。此外,所有处理均增加了样品中的蛋白质含量,其中65℃处理的样品蛋白含量仅增加6.01%,而MTS处理的样品蛋白含量增加可高达20%以上。所有样品的总可溶性固形物含量和可滴定酸度与对照组无显著差异。但是,由于脂肪球或其他豆浆成分的改变,MTS处理使样品总色差偏移最大,达18.55。尽管MTS技术通过施加适当温度和外部压力可使空化作用变得更加激烈,但其依然能够保持或改善食品质量。本研究成功开发了一套可靠的实验室规模MTS系统。温度和外部压力的加入在多个方面协同提高了超声波效应,如增加空化气泡的数量和尺寸、降低介质粘度、产生更强的自由基清除作用及通过热提供化学破坏作用。MTS气泡破裂可释放更强的剪切力,从而有效清除有害微生物、酶和其他有害食品成分,达到巴氏灭菌的主要目标。结果还表明,相比强超声或常规热巴氏灭菌法,MTS技术可更快、更精细地达到目标。此外,MTS还可用于包含多种生物活性成分的豆乳的巴氏灭菌中,其处理后的豆乳质量优于热巴氏杀菌法处理的豆乳质量。因此,MTS技术具有广阔的工业应用前景。