肉品物理嫩化技術(shù)研究進展

廖博群，李昕炫，王文琪，李加慧，彭增起，張雅瑋

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210095）

傳統(tǒng)的物理嫩化技術(shù)，如電刺激、水分灌注技術(shù)和傳統(tǒng)嫩度拉伸技術(shù)等，雖然廣泛應(yīng)用于肉及肉制品的嫩化加工，但在線應(yīng)用差這一缺陷導(dǎo)致消費者接受度較低，因此推進了新興物理嫩化技術(shù)的研究[1]。目前在牛肉生產(chǎn)中新引入的脈沖電場（pulsed electric field，PEF）、超聲波（ultrasonic，US）和高壓加工（high pressure processing，HPP）等技術(shù)在牛肉生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注[2]。

嫩度對肉類及其制品的感官和品質(zhì)特性有很大影響[3-5]。 肉類產(chǎn)品的不一致性和紋理不均勻是肉類行業(yè)遇到的主要問題，影響嫩度和顧客的滿意度[6-7]。同時，肉的嫩度與肉的色澤、保水性、安全性和氧化穩(wěn)定性等其他品質(zhì)密切相關(guān)，物理嫩化技術(shù)在改善肉嫩度的同時需要考慮對其他肉品質(zhì)的影響。目前已經(jīng)有許多研究證實PEF、US和HPP在肉嫩化方面具有巨大潛力[8-12]，但是它們對改善其他肉品質(zhì)方面存在各自的應(yīng)用缺陷。PEF作為一種新型冷殺菌技術(shù)，最適合應(yīng)用于沒有氣泡和低導(dǎo)電性的食品[13]，對肉品的殺菌效果研究較少且存在爭議，在牛乳、果汁等流質(zhì)食品殺菌中已得到廣泛應(yīng)用[14-16]。US作為一種新型食品加工技術(shù)，其產(chǎn)生的負面影響同樣不容忽視，特別是由空穴效應(yīng)產(chǎn)生的局部高溫高壓和高活性自由基引發(fā)的自由基鏈式反應(yīng)[17]，促使脂肪和蛋白質(zhì)發(fā)生氧化[18]。通常，脂質(zhì)氧化會產(chǎn)生不愉快風(fēng)味，而蛋白質(zhì)氧化會對肉嫩度產(chǎn)生不良影響[19]。肉的HPP處理對肉的顏色有很大影響，無論“紅肉”還是“白肉”，即使在低壓水平（350 MPa）下處理也能觀察到肉的變色，而肉的顏色是消費者在購買肉品時最關(guān)注的質(zhì)量特征之一[20]。

可見確定物理嫩化對肉其他品質(zhì)的影響是發(fā)展該技術(shù)的前提，同時提出相應(yīng)的改善措施也至關(guān)重要。因此，本文就PEF、US和HPP技術(shù)的作用機理及應(yīng)用效果進行綜述，同時，針對它們在嫩化時的不足和缺陷，分析其影響因素并提出相應(yīng)的改善措施。

1 肉品的嫩度

肌肉由存在于復(fù)雜的結(jié)締組織網(wǎng)絡(luò)中高度收縮的肌原纖維結(jié)合形成，其中的結(jié)締組織相互交叉融合，形成應(yīng)力和黏連，直接或間接與骨骼相連[21]。肌原纖維和肌內(nèi)結(jié)締組織是肌肉的主要結(jié)構(gòu)成分，它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)共同決定了肉的嫩度。

1.1 肌纖維特性對嫩度的影響

單個肌纖維主要由不同類型的肌原纖維蛋白組成，這些肌原纖維蛋白分為收縮性、細胞骨架性、肌漿性和調(diào)節(jié)性蛋白質(zhì)[22]，它們具有高度組織化的超微結(jié)構(gòu)，由稱為肌節(jié)的重復(fù)結(jié)構(gòu)交替形成[23]。肌節(jié)是肌原纖維的重復(fù)構(gòu)造單位，也是肌肉伸縮與松弛的基本單元，故肌纖維類型、密度、直徑和肌節(jié)長度等因素的不同會引起肉嫩度的差異[1]。肌球蛋白重鏈（myosin heavy chain，MyHC）亞型在肌肉收縮中起作用，因為它們具有ATPase活性，為肌肉收縮提供能量[22]，MyHC基因的多態(tài)性表達決定肌纖維類型，可分為I、2a、2x、2b型4 種類型，I、2a型屬偏氧化型肌纖維，2x、2b型屬偏酵解型肌纖維，氧化型肌纖維含量高則肌肉品質(zhì)較好，酵解型肌纖維含量高則肌肉品質(zhì)較差[24]。如Zlotnicka斑點豬的特點是胸長肌中2b型肌纖維的比例明顯較小，I和2a型肌纖維的比例較高，由其獲得的煙熏生腰肉在相比較的3 個品種（Zlotnicka斑點豬、杜洛克豬和波蘭大白豬）中最嫩[25]。 此外，肉的嫩度與成熟過程中肌原纖維結(jié)構(gòu)的變化有直接聯(lián)系，特別是肌原纖維直徑、肌原纖維之間的間距及其相互作用；而肌原纖維直徑、肌原纖維之間的間距、肌節(jié)長度和蒸煮損失解釋了肉嫩度的非均勻性[26]。

1.2 結(jié)締組織特性對嫩度的影響

肌內(nèi)結(jié)締組織是肌肉組織的重要組成部分，對肉的質(zhì)地和品質(zhì)具有重要作用，在很大程度上影響了肉的 嫩度[27]。結(jié)締組織呈網(wǎng)狀且質(zhì)地較硬，構(gòu)成肌肉的支撐骨架，它的結(jié)構(gòu)特性決定了肉的背景嫩度，其中膠原蛋白是結(jié)締組織最主要的成分[28]。肌內(nèi)結(jié)締組織對肉嫩度的貢獻主要是通過肌束膜和肌內(nèi)膜中的膠原蛋白變化實現(xiàn)的，膠原蛋白的含量、溶解性、酶解性、熱性質(zhì)等特性均與肌內(nèi)結(jié)締組織的強度密切相關(guān)[29]。Zhang Min等[30]研究發(fā)現(xiàn)，增加輻照劑量可以通過引起膠原蛋白片段的降解而顯著降低樣品的剪切力。與肌原纖維蛋白不同的是，膠原蛋白的熱變性即膠原的明膠化會導(dǎo)致肉嫩度的下降，而烹飪是消費者完成消費的最后一步，也是至關(guān)重要的一步，因此研究膠原蛋白的熱穩(wěn)定性具有重要意義。加熱過程中結(jié)締組織的主要變化之一是膠原蛋白的準晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡S機狀結(jié)構(gòu)，這種分子變化導(dǎo)致結(jié)締組織縮短，并使它們具有橡膠樣的性能[29]。在這種狀態(tài)下，它們的機械性能取決于肌肉單位體積存在的交聯(lián)鍵總數(shù)，這里的交聯(lián)鍵主要是指分子內(nèi)交聯(lián)，即成熟交聯(lián)，具有更好的熱穩(wěn)定性，有研究[31]表明，熟肉中膠原蛋白交聯(lián)鍵數(shù)量的增加與肉嫩度降低的幅度接近一致。此外，肌內(nèi)脂肪沉積與膠原蛋白交聯(lián)有關(guān)，Liu Xiangdong等[32]研究發(fā)現(xiàn)，大理石紋等級更高的牛肉嫩度更好，而這與較低的膠原蛋白交聯(lián)程度有關(guān)。

2 PEF嫩化技術(shù)

2.1 PEF的作用機理

PEF是一種新型的非熱技術(shù)，其改變細胞膜結(jié)構(gòu)和增強傳質(zhì)的能力引起了肉類科學(xué)家和技術(shù)專家的關(guān)注[33]。 PEF根據(jù)電壓大小分為高壓脈沖電場（high voltage pulsed electric field，HPEF）和低壓脈沖電場（low voltage pulsed electric field，LPEF）。PEF的作用模式是在2 個電極之間施加電流，從而誘導(dǎo)電穿孔現(xiàn)象，實現(xiàn)對組織結(jié)構(gòu)的非侵入性改變[34]。電穿孔現(xiàn)象（圖1）是指HPEF可以改變脂肪的分子結(jié)構(gòu)和增大部分蛋白質(zhì)通道的開放度，此時，細胞膜在外加電場的作用下收縮并形成小孔，使細胞膜失去半透膜性質(zhì)，小分子物質(zhì)，如水分子可透過細胞膜進入細胞內(nèi)，致使細胞體積膨脹而死 亡[35]。在低PEF強度下，電穿孔通常是可逆的，可逆穿孔往往在電場消失后自主恢復(fù)，而要形成不可逆穿孔則需要更高強度的PEF[36]。這也是經(jīng)過HPEF處理后一些微生物會處于亞致死狀態(tài)的原因，如熱殺索絲菌，它們會在貯藏過程中恢復(fù)一定的生長量，最終參與肉品的 腐敗變質(zhì)[37]。

圖1 PEF作用下細胞膜穿孔模型機理示意圖[36]Fig. 1 Schematic diagram of cell membrane perforation model under the action of PEF[36]

PEF的參數(shù)設(shè)置會影響它的應(yīng)用效果，其中，主要部件的幾何形狀、脈沖特性等工藝參數(shù)決定了生物效應(yīng)[38]，生物效應(yīng)主要指改變膜的通透性和使微生物 失活[39]，細胞膜因電穿孔而變得更加通透，從而引起肉品質(zhì)的變化。細胞膜損傷會導(dǎo)致以下3 個變化[40]：一是從細胞器中釋放鈣，從而激活鈣依賴性蛋白酶-鈣蛋白酶；二是從溶酶體中釋放組織蛋白酶；三是由于鈣的釋放，會加速前期肌肉的糖酵解，這些都可以通過加速肌原纖維蛋白和膠原蛋白的降解提高肉的嫩度。

另外，基于空穴理論[41]，當(dāng)液體食品流經(jīng)HPEF時，主間隙放電產(chǎn)生強大的脈沖電流，使液體汽化成溫度高達數(shù)萬攝氏度以上的等離子體，形成高壓通路。正是由于這種高壓脈沖能量直接轉(zhuǎn)化成的沖壓式機械能，引起液體食品中微生物細胞內(nèi)部的強烈振動和細胞膜破裂等現(xiàn)象，從而對液體食品產(chǎn)生良好的殺菌效應(yīng)[42]。

2.2 PEF在肉嫩化方面的應(yīng)用

PEF對肉嫩度的作用效果與工藝參數(shù)、肌肉類型密切相關(guān)。表1列出了一些PEF處理對肉品嫩度的影響。

表1 PEF處理對肉嫩度的影響Table 1 Effect of PEF treatment on meat tenderness

PEF主要通過加速肌原纖維蛋白的水解和破壞肌肉的微結(jié)構(gòu)2 個途徑來改善肉嫩度[52]，同時它的嫩化效果對樣品本身的依賴程度很大，樣品的溫度、類型、pH值和預(yù)處理都對結(jié)果有影響。Suwandy等[8]評估PEF處理（5、10 kV，0、50、90 Hz）對牛肉腰長肌和半膜肌嫩度的影響。結(jié)果表明，隨著處理頻率的增加，牛腰長肌變得更堅韌，而半膜肌的剪切力降低21.6%；但是與未處理的對照樣品相比，低強度PEF處理（20 Hz）后的腰長肌顯示肌鈣蛋白和肌間線蛋白的降解均有所增加。與該研究結(jié)果不同的是，Suwandy等[43]利用重復(fù)（1、2、3 次）PEF（10 kV、90 Hz、20 μs）處理腰肌和半膜肌時發(fā)現(xiàn)，每增加1 次PEF處理，腰肌的剪切力降低2.5 N，而半膜肌無明顯變化。而Bhat等[53]通過對鹿肉進行相近的PEF處理（2.5 kV、50 Hz；10 kV、90 Hz），結(jié)果顯示，剪切力并沒有顯著下降，但是鈣蛋白酶活性和蛋白質(zhì)降解均有小幅度增長的趨勢。以上結(jié)果表明，應(yīng)繼續(xù)探索適用于不同部位、不同種類肉品的PEF工藝參數(shù)。此外，對樣品進行一些合適的預(yù)處理有助于肉的嫩化，F(xiàn)aridnia等[44]研究發(fā)現(xiàn)，在PEF處理前進行凍融處理有助于牛肉的嫩化，同時該處理工藝并不改變處理后牛肉的脂肪酸組成。Suwandy等[8]利用PEF對低pH值（5.5～5.8）與高pH值（大于6.1）樣品分別進行處理，結(jié)果表明，相比于高pH值樣品，PEF改善低pH值樣品嫩度的效果更明顯。同時，也有研究表明，PEF處理對肉品結(jié)締組織的膠原蛋白特性有顯著影響，PEF能夠降低結(jié)締組織的熱穩(wěn)定性，可以將其應(yīng)用于富含結(jié)締組織的低值分割[34]。 Alahakoon等[45]研究發(fā)現(xiàn)，PEF處理可以減少硬肉切塊的烹飪時間，因為它可以增加膠原蛋白的溶解性。

2.3 PEF與其他技術(shù)聯(lián)用改善肉品安全性

PEF對肉制品的殺菌效果不及果汁、飲料等液體物料，僅可減少肉胴體表面部分革蘭氏陰性菌，而且加大PEF在處理固體食品時的電場強度也不能使其殺菌效果達到較理想的水平[54]。因此考慮到PEF在肉品殺菌方面的局限性，需要結(jié)合其他方式來保障肉品的安全性。

PEF會使微生物的細胞膜受損，從而增強對乳酸鏈球菌素等抗菌劑的敏感性[55]。由于一些乳酸菌菌株對HPEF處理具有耐受能力，經(jīng)HPEF處理后仍能夠在低溫條件下生長繁殖[37]。對此，李霜[37]研究HPEF（30.5 kHz、45 kV/cm、7 min）結(jié)合乳酸鏈球菌素處理對調(diào)理牛排貨架期的影響，結(jié)果表明，乳酸鏈球菌素與該HPEF聯(lián)合使用的最佳質(zhì)量濃度為0.006 g/100 mL，經(jīng)聯(lián)合處理后，調(diào)理牛排的貨架期較單獨經(jīng)HPEF處理的樣品延長約7 d。此外，PEF聯(lián)合精油、有機酸等天然防腐劑在改善肉品安全性方面也有相關(guān)研究。Clemente等[56]研究表明，僅經(jīng)過HPEF處理不足以降低生雞肉上腸炎沙門氏菌、大腸桿菌和空腸彎曲桿菌的數(shù)量，而聯(lián)合精油、有機酸的協(xié)同處理對雞腿肉中空腸彎曲桿菌的殺菌效果明顯優(yōu)于單獨使用HPEF殺菌，這種協(xié)同殺菌方式可使空腸彎曲桿菌的最大減少量接近1.5 CFU/g。該研究表明，HPEF與多種精油、有機酸結(jié)合可用作禽肉加工中控制胴體空腸彎曲桿菌水平的措施。另外，A??k-Canbaz等[57]研究中等強度PEF（2.50、4.67、7.00 kV/cm）對冷藏（4 ℃）期間雞胸肉品質(zhì)特性和一些致病菌（銅綠假單胞菌、空腸彎曲桿菌、金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特菌、腸炎沙門氏菌和大腸桿菌）生長情況的影響。實驗測定了各處理樣品在一定時間段內(nèi)的總嗜溫需氧菌數(shù)，結(jié)果表明，未經(jīng)PEF處理的樣品在貯藏6 d時的總嗜溫需氧菌數(shù)為7.04（lg（CFU/g）），已超過腐敗限值 7（lg（CFU/g）），而經(jīng)4.67、7.00 kV/cm PEF處理的樣品在貯藏8 d后的總嗜溫需氧菌數(shù)才高于腐敗限值，將保質(zhì)期延長2 d以上。該研究表明，使用中等強度的直流脈沖結(jié)合冷藏可實現(xiàn)對雞胸肉片的微生物抑制，從而改善肉品的安全性。

3 US嫩化技術(shù)

3.1 US的作用機理

US是21世紀90年代提出的一種物理嫩化技術(shù)，憑借安全性高、綠色環(huán)保、高效節(jié)能、運行成本低等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于肉及肉制品中[1]。US已成功用于肉類嫩化，是傳統(tǒng)肉類嫩化方法的替代方法，用于改善肉類的 品質(zhì)[58]。US是一種頻率高于20 kHz的聲波，屬于機械波的范疇，在人類的可聽頻率范圍之外[59]。US在液體介質(zhì)中的聲物理效應(yīng)和聲化學(xué)效應(yīng)包括空化效應(yīng)、彌散效應(yīng)及機械效應(yīng)（高剪切力、攪拌和破碎效應(yīng)等）[60-63]，這些效應(yīng)會影響肉的品質(zhì)。

US的空化效應(yīng)是指當(dāng)介質(zhì)中存在水時，水流發(fā)生空化后，US會引起液體中的微氣泡經(jīng)過振蕩生成、長大、收縮、潰滅（圖2），氣泡潰滅之后會導(dǎo)致微氣泡附近的液體生成強烈的激波，引發(fā)局部點的極端高溫與高壓，這種局部點的高能量足以使水分子內(nèi)部的鍵斷裂，進而發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生羥自由基和氫自由基[64]。

圖2 空化氣泡的增長及崩潰[65]Fig. 2 Growth and collapse of cavitation bubbles[65]

機械效應(yīng)是指空化效應(yīng)過程中伴隨的局部高壓、湍流及高能剪切力；熱效應(yīng)是指介質(zhì)吸收超聲波產(chǎn)生能量后發(fā)生劇烈振蕩，介質(zhì)之間相互摩擦導(dǎo)致溫度上升的過程；彌散效應(yīng)是指超聲波強化液體介質(zhì)中物質(zhì)的擴散過程[65]，具體來說，US可以通過上述效應(yīng)改善與肌肉嫩度有關(guān)的肌纖維（主要由肌原纖維構(gòu)成）和肌內(nèi)結(jié)締組織（主要由膠原纖維構(gòu)成）的特性，以達到嫩化肉制品的目的?？偟膩碚f歸因于2 個主要方面：直接破壞肌肉組織結(jié)構(gòu)完整性和間接激活相關(guān)酶的活性[19]。

3.2 US在肉嫩化方面的應(yīng)用

US對肉嫩度的作用效果與工藝參數(shù)、肌肉類型密切相關(guān)。表2列出了一些US處理對肉嫩度的影響。

表2 US處理對肉嫩度的影響Table 2 Effect of US treatment on meat tenderness

US嫩化作用的機制可歸結(jié)為以下幾點：肌肉結(jié)構(gòu)的物理破壞；促進肌原纖維蛋白水解，該過程主要與內(nèi)源性蛋白酶系統(tǒng)有關(guān)，例如激活鈣蛋白酶、增加肌纖維斷裂指數(shù)[72]。已有的研究表明，US處理對酶活性有激活或抑制作用，如Barekat等[9]通過US結(jié)合木瓜蛋白酶處理牛肉，研究發(fā)現(xiàn)，US處理可以作為改善酶擴散的新工藝，達到提高酶活性、促進酶滲透的效果，從而更好改善肉的嫩度，這也促使更多的相關(guān)研究集中于探究US處理對肉成熟進程的影響。Chen Lin等[68]對宰后5 d的雞肉進行US處理（1500 W、40 kHz），研究發(fā)現(xiàn)，US通過影響細胞凋亡過程促進了肌原纖維蛋白的降解，縮短了肉的成熟進程。Gonzalez-Gonzalez等[67]研究發(fā)現(xiàn)，相較于其他部位，高強度超聲對牛腰部肌肉的成熟有更明顯的促進作用，并發(fā)現(xiàn)這與總膠原蛋白含量顯著降低有關(guān)。Wang Lin等[73]評估US處理（0、300、600 W，20 min，20 kHz）結(jié)合宰后成熟時間（0、4、8 d）對牛半腱肌品質(zhì)的影響，研究表明，300 W US處理是提高組織蛋白酶B、L活性的最優(yōu)功率，在成熟進程中提高了膠原蛋白的熱溶解性，可以將成熟進程縮短到4 d。以上的研究表明，US嫩化處理可以作為肉類企業(yè)縮短肉成熟時間的一個有效措施。

3.3 US與其他技術(shù)聯(lián)用改善肉品氧化穩(wěn)定性

應(yīng)用US嫩化技術(shù)時，由空穴效應(yīng)產(chǎn)生的局部高溫高壓和高活性自由基引發(fā)的自由基鏈式反應(yīng)會使得肉品在加工和保質(zhì)期極易受到氧化，隨之而來的是質(zhì)量的劣化，氧化現(xiàn)象包括脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化[74-75]。脂質(zhì)氧化對肉的質(zhì)量有潛在的負面影響，會引起肉品的感官和營養(yǎng)特性發(fā)生不理想變化[76]，而蛋白質(zhì)氧化則主要對肉品嫩度產(chǎn)生不良影響[19]。具體來說，肉品的氧化會導(dǎo)致異味的產(chǎn)生、顏色的惡化以及由于必需脂肪酸和維生素的分解而導(dǎo)致營養(yǎng)質(zhì)量的下降[77]。

抗氧化物質(zhì)可以通過清除氧化引發(fā)的自由基、打破鏈式反應(yīng)、分解過氧化物、降低局部氧濃度以及與金屬離子催化劑等形成鏈式的催化劑結(jié)合來抑制脂質(zhì)氧化[78]。 目前的研究多集中于天然抗氧化物質(zhì)，其中的多酚類物質(zhì)因為具有相當(dāng)于或優(yōu)于合成抗氧化劑的抗氧化性及抗微生物活性而備受相關(guān)研究者的關(guān)注[79]。de Araujo等[80]研究US處理結(jié)合針葉櫻桃提取物腌制對豬肉嫩度和脂質(zhì)氧化的影響，結(jié)果表明，US協(xié)同該天然抗氧化提取物的處理方式在改善肉硬度和咀嚼性的同時，抑制了肉品的脂質(zhì)氧化，最終提高了肉的品質(zhì)。Demir等[81]研究未腌制組、洋蔥汁腌制組及US聯(lián)合腌制處理組對牛背最長肌嫩度和脂質(zhì)氧化水平的影響，結(jié)果表明，聯(lián)合處理可以在顯著降低牛肉硬度的同時降低脂質(zhì)氧化水平。原因在于洋蔥汁中含有阿魏酸、沒食子酸、原兒茶酸、槲皮素和有機硫酸等抗氧化物質(zhì)，該研究也表明US協(xié)同天然抗氧化提取物腌制處理在改善肉品氧化穩(wěn)定性方面具有顯著作用。此外，Zhang Mingcheng等[82]通過180 W超聲輔助浸泡冷凍處理豬背最長肌，結(jié)果表明，該方法得到的冰晶小且分布均勻，有助于在長期冷凍貯藏期間顯著降低脂質(zhì)氧化程度。Vaz Leaes等[83]研究US聯(lián)合堿性電解水處理對低鈉熟香腸氧化特征的影響（5 ℃下貯藏90 d），結(jié)果表明，US處理時堿性電解水的存在會加速脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化，而US處理結(jié)合2 種質(zhì)量濃度的氯化鈉溶液（2.50、1.75 g/100 mL）均不會加速貯藏期間的脂質(zhì)氧化。

4 HPP嫩化技術(shù)

4.1 HPP的作用機理

HPP通過液體傳輸器將壓力以等靜壓的方式均勻地傳遞到產(chǎn)品上[40]。HPP在食品和肉類中的應(yīng)用側(cè)重于延長保質(zhì)期和提高食品安全性，其改善肉類嫩度的作用也已經(jīng)得到證實[84]。HPP可以在環(huán)境溫度、低溫及高溫下應(yīng)用，對肉的蛋白質(zhì)和質(zhì)地產(chǎn)生不同的影響：高溫變性的蛋白質(zhì)有聚集趨勢，并且聚集體在冷卻后保持穩(wěn)定；而壓力有利于蛋白質(zhì)的解離和展開，一旦壓力消除，就會重新折疊和重新結(jié)合[85]。肉類的嫩化通常與蛋白質(zhì)溶解度的增加有關(guān)，HPP處理似乎通過增加蛋白質(zhì)的溶解度來誘導(dǎo)嫩化，這是蛋白質(zhì)在壓力下解聚的結(jié)果[86]。超高壓作用下，蛋白質(zhì)分子間的氫鍵作用逐漸減小，蛋白質(zhì)分子間的相互作用逐漸減弱，從而導(dǎo)致氫鍵斷裂，蛋白質(zhì)分子展開，非極性基團暴露出來，肌球蛋白和肌動蛋白的二級結(jié)構(gòu)被破壞，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性并提高肉制品嫩度（圖3）[87]。

圖3 超高壓誘導(dǎo)下的蛋白質(zhì)變性提高肉制品嫩度過程[87]Fig. 3 Protein denaturation induced by ultra-high pressure improves the tenderness of meat products[87]

然而，HPP處理不適用于生肉，因為它會導(dǎo)致生肉的亮度值和黃度值增加，有時會出現(xiàn)“煮熟”的 外觀[88]?？赡艿脑虬ǜ邏赫T導(dǎo)的蛋白質(zhì)變性、非共價鍵的破壞、色素在不透明的肉中不易表現(xiàn)以及肌紅蛋白的氧化[89]。有研究表明，超高壓處理導(dǎo)致肉的黃度值增大，這與肌紅蛋白二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋的減少有關(guān)[87]。

4.2 HPP在肉嫩化方面的應(yīng)用

HPP對肉嫩度的作用效果取決于肌肉的類型和宰后時間以及所使用的壓力、溫度、時間等，這些條件的不同會導(dǎo)致截然不同的結(jié)果出現(xiàn)[40]。Morton等[90]研究發(fā)現(xiàn)，HPP嫩化的原理與肉的低溫長時間成熟嫩化原理不同，低溫長時間成熟導(dǎo)致的嫩化主要是基于內(nèi)源酶系統(tǒng)對蛋白質(zhì)的水解。而該實驗中HPP處理（175 MPa、3 min）會導(dǎo)致肌纖維斷裂指數(shù)降低、肌節(jié)縮短和鈣蛋白酶1激活減少，而這些參數(shù)變化在低溫長時間成熟過程中會導(dǎo)致肉嫩度的下降。同時，HPP也直接破壞了Z盤、 M線和A帶的組織結(jié)構(gòu)，嫩度顯著改善，說明HPP主要通過對肌纖維結(jié)構(gòu)完整性造成物理破壞來改善肉的嫩度。與之不同的是，Zhang Huijuan等[91]對豬腰肌進行HPP處理（300～400 MPa），發(fā)現(xiàn)肌纖維斷裂指數(shù)隨著壓力的增加而線性增加，同時鈣蛋白酶活性降低，該處理可以有效抑制僵直的發(fā)生并改善肉的嫩度。Zhou Yajun等[92]利用HPP處理鹿肉，發(fā)現(xiàn)肌纖維斷裂指數(shù)和膠原蛋白的熱溶解度均增加，肉的硬度和咀嚼度分別下降58.7%和75.0%。

4.3 HPP與其他技術(shù)聯(lián)用改善肉品色澤

當(dāng)HPP應(yīng)用在生肉上時，壓力超過400 MPa會導(dǎo)致肉品質(zhì)顯著下降，主要是顏色和氣味上的變化[93]。其原因在于肌紅蛋白在約400 MPa時變性，同時肉中血紅色素和鐵蛋白的復(fù)合物釋放出鐵，此時肉的色澤會呈現(xiàn)褐色[11]。而Zhang Huijuan等[91]的研究則發(fā)現(xiàn)，壓力超過200 MPa時，豬肉色澤有變白的趨勢，當(dāng)壓力超過300 MPa時，肉的顏色會變成灰色，該顏色變化趨勢變得不可接受。

肉的顏色變化主要取決于色素肌紅蛋白的氧化或還原程度[94]。氧化作用最終在宰后肌肉中占主導(dǎo)地位，促氧化因子和抗氧化因子之間平衡的轉(zhuǎn)變是肉色的一個重要決定因素[95]。因此控制氧化穩(wěn)定性對色澤的控制也發(fā)揮著重要作用。天然來源的抗氧化劑是目前的一個研究熱點，但是關(guān)于HPP結(jié)合天然抗氧化劑處理對肉品色澤的影響研究較少，近期有以下研究表明天然抗氧化物質(zhì)的添加并不能在HPP中起到改善肉品色澤的作用。Cunha等[96]研究表明，HPP處理（500 MPa、10 min）結(jié)合微膠囊化的火龍果皮提取物（100、1000 mg/kg）對豬肉餡餅的顏色沒有改善作用。Villamonte等[97]的研究表明，HPP處理（500 MPa、20 ℃、6 min）結(jié)合抗壞血酸鈉（0.05%，m/m）和迷迭香提取物（0.05%，m/m）處理不影響豬肉氧化過程的顏色變化。值得關(guān)注的是，HPP技術(shù)結(jié)合氣調(diào)包裝技術(shù)在肉品護色方面具有改善作用，張慧娟等[98]研究表明，2% CO協(xié)同300 MPa以內(nèi)的壓力可以在一定范圍內(nèi)對冷卻肉進行有效殺菌，同時能夠保證肉的顏色，且先充氣包裝后HPP處理效果更顯著。具體來說，CO無殺菌效果，但有一定的抑菌效果，其協(xié)同超高壓可以延長肉的貯藏期，該技術(shù)的重點在于尋找合適的氣體組成以獲取最佳顏色并提高顏色穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

化學(xué)嫩化法和生物嫩化法分別存在安全性低和過度嫩化的缺陷，而物理嫩化法因其綠色、高效等優(yōu)點在肉類企業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景。但是隨著消費者對預(yù)制食品需求的快速增長，如預(yù)制牛排等，現(xiàn)有的一些物理嫩化技術(shù)并不能達到所需要的效果，因此仍需要探索新的物理嫩化技術(shù)并改良傳統(tǒng)的腌制工藝。同時，為滿足消費者對營養(yǎng)、健康類肉制品的需求，天然來源的提取物與物理嫩化技術(shù)聯(lián)用將是一個研究熱點，這將為研究和開發(fā)綠色、健康的肉類產(chǎn)品提供相應(yīng)的理論支撐。