超聲波技術(shù)嫩化機(jī)理及其在肉制品中應(yīng)用效果的研究進(jìn)展

王頌萍，王雪羽，楊欣悅，李海靜，夏秀芳,

（1.河北工程大學(xué)科信學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

嫩度是指食用肉口感的老嫩，反映了肉的質(zhì)地，它會影響肉制品的營養(yǎng)、口感、風(fēng)味和消化等，有研究表明，消費(fèi)者愿意花費(fèi)更多的錢去購買具有較好嫩度的肉類產(chǎn)品[1]。而肉制品的不當(dāng)處理會使它們出現(xiàn)肉質(zhì)硬、嫩度差等問題，很難咀嚼，因此，在其加工過程中需進(jìn)行嫩化處理[2]。

肉品中常用的嫩化方法包括物理（自然熟化法[3]、電刺激法[4]、超高壓法[5]、沖擊波法[6]和超聲波法[7]等）、化學(xué)（鹽法[8]、一磷酸腺苷法[9]和有機(jī)酸法[10]）和酶法嫩化（內(nèi)源酶法[11]和外源酶法[12]）等，而化學(xué)和酶法嫩化需要精確控制化學(xué)試劑的用量和純度并嚴(yán)格控制生物酶的用量和作用條件[13]，相比之下，物理嫩化簡單安全，可操作性更強(qiáng)。其中，超聲波作為90年代提出的一種新興的嫩化技術(shù)，憑借其安全性高、綠色環(huán)保、高效節(jié)能、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于肉及肉制品中[14?15]。

超聲波是一種由縱波產(chǎn)生的能量，其振動頻率大約每秒20000次（20 kHz），超出人類的聽覺極限，它還可以穿透各種物質(zhì)[16]。在超聲系統(tǒng)中，電能轉(zhuǎn)化為振動能，即機(jī)械能，它通過超聲介質(zhì)傳遞，產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)等[7]。其中，空化效應(yīng)是使肉制品發(fā)生化學(xué)、物理和生物變化的主要原因。本文將從肉制品嫩化理論、嫩度的主要影響因素以及超聲嫩化的原理和影響因素進(jìn)行概述，并從兩個(gè)方面（肌纖維和結(jié)締組織特性）闡明超聲波技術(shù)對肉制品嫩度的影響。為超聲波技術(shù)在肉制品嫩度領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)并提供參考。

1 肉制品的嫩化

1.1 嫩度的定義

嫩度是決定肉制品品質(zhì)的主導(dǎo)因素及感官特征的決定性因素，它直接影響著肉的食用價(jià)值和商品價(jià)值，反映了肌肉中不同蛋白的結(jié)構(gòu)特性[17]。肉的嫩度是指肉易切割的程度，一般用剪切力來表征，剪切力越大，嫩度越差[18]。肉的嫩度指肉入口咀嚼時(shí)，其對舌或頰的柔軟性、對牙齒壓力的抵抗力、咬斷肌纖維的難易程度和嚼碎程度[5]。

1.2 肉制品嫩化的理論

肉制品嫩化機(jī)制是不同的嫩化方法通過其物理和化學(xué)作用改變?nèi)庵破返慕M織結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生生物、物理、化學(xué)反應(yīng)的過程[19]。在肉制品成熟過程中，諸如肌原纖維聯(lián)接蛋白、肌膜鏈接蛋白以及肌細(xì)胞基板連接蛋白等維持肌原纖維結(jié)構(gòu)完整的蛋白被降解，即推進(jìn)肉的嫩化過程[20]。肉制品四大成熟理論（鈣蛋白酶、溶酶體組織蛋白酶、細(xì)胞凋亡酶和蛋白酶體理論）所涉及的鈣蛋白酶在降解宰后肌肉蛋白質(zhì)的過程中起主導(dǎo)作用[21]。因此，鈣蛋白酶體系主導(dǎo)成熟過程中肉類的嫩化。其中，m-和μ-鈣蛋白酶較為活躍，而m-鈣蛋白酶的激活受限于極高的Ca2+濃度，所以μ-鈣蛋白酶較廣泛地應(yīng)用于肉制品的嫩化[13]。

肌肉可食化過程中，Ca2+滲出并激活鈣蛋白酶，進(jìn)而降解肌原纖維中肌聯(lián)蛋白以及肌間線蛋白等維持肌原纖維完整性的主要蛋白[21]，Z盤結(jié)構(gòu)弱化、M線消失、Z線和I帶斷裂以及H區(qū)腫脹，肌原纖維及肌纖維結(jié)構(gòu)被破壞，弱化細(xì)絲及細(xì)絲與Z線間相互作用，增加肌原纖維小片化程度，從而提高肉制品嫩度[13]（如圖1所示）。

圖1 鈣蛋白酶嫩化機(jī)制[13]Fig.1 Tenderization mechanism of calpain[13]

1.3 肉制品嫩度的影響因素

肉制品嫩度受宰前和宰后因素的影響，主要表現(xiàn)在：a.宰前因素：畜禽品種、年齡、性別、飼養(yǎng)條件和肌肉部位等[5]。畜禽的品種不同，肌肉嫩度不同，例如：西門塔爾肉牛和夏洛萊肉牛的嫩度比利木贊肉牛嫩度差；同一種動物年齡小的其肉質(zhì)嫩，因?yàn)殡S動物年齡的增長，膠原蛋白的交聯(lián)增加，膠原纖維間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度變大，肌內(nèi)膜和肌束膜變得更有規(guī)則，厚度增加，導(dǎo)致肉嫩度下降；公畜肉要比母畜肉嫩度差；圈養(yǎng)或很少放養(yǎng)的牛肉嫩度高于經(jīng)常放養(yǎng)的牛肉；同一種動物的不同部位肌肉嫩度存在差異，一般來說腰部肉比腿部肉更嫩，這主要是由肌肉中結(jié)締組織的分布情況決定的[22?23]。b.宰后因素：宰后排酸和成熟、烹調(diào)方法和溫度等[8]。在pH較高的肉中很難形成僵直收縮，同時(shí)肌肉中鈣激活酶的活性較強(qiáng)，故肉的嫩度較高；肉在烹飪過程中，采用煮、燜、燒等烹飪方法時(shí)，肉的嫩度要高于采用炒、炸、烤等方法；肉在鹵煮時(shí)，隨溫度升高其硬度增加，烤制時(shí)，肉的嫩度隨肉中心溫度的升高而降低[24]，這可能是由于肉在加熱過程中，蛋白質(zhì)會發(fā)生變性，從而影響嫩度。

宰前和宰后因素對嫩度影響的不同，究其根本是肌纖維和結(jié)締組織的含量和性質(zhì)的不同[21]。肉的成熟嫩化經(jīng)歷快速和慢速兩個(gè)階段：快速嫩化階段，肌原纖維結(jié)構(gòu)弱化；慢速嫩化階段，肌束膜和肌內(nèi)膜結(jié)締組織結(jié)構(gòu)變?nèi)鮗12]。

1.3.1 肌纖維特性對嫩度的影響 肌肉由肌纖維組成，肌節(jié)是肌纖維的重復(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[25]。肌纖維分為：紅?。á裥停├w維和白?。á蛐停├w維，其中慢收縮氧化Ⅰ型纖維的蛋白酶與其抑制劑的比例要比快收縮糖酵解Ⅱ型纖維的小，因此，白肌成熟更快，故在宰后成熟過程中高紅肌（Ⅰ型）纖維含量肉的嫩化效果劣于高白?。á蛐停├w維含量肉[26]。臧大存[27]研究發(fā)現(xiàn)肌纖維直徑越小，其密度越大，保水性越強(qiáng)，肌肉嫩度越大，因此，肌纖維密度與肉嫩度呈正相關(guān)。當(dāng)肌肉發(fā)生冷收縮時(shí)，肌纖維直徑增加，加劇了肌節(jié)的縮短，引起肉的嫩度下降。此外，肌原纖維是肌纖維獨(dú)特的細(xì)胞器。有研究表明肌原纖維降解對肌肉嫩度具有重要作用[21]，它會使Z盤結(jié)構(gòu)被弱化，肌原纖維斷裂，使肉嫩化。

1.3.2 結(jié)締組織特性對嫩度的影響 結(jié)締組織呈網(wǎng)狀且質(zhì)地堅(jiān)硬，構(gòu)成了肌肉的支撐骨架，且具有較好的鎖水能力，故其分布越廣，持水力越強(qiáng)，嫩度越好，其中，肌束膜厚度、膠原蛋白含量、熱溶解性和共價(jià)交聯(lián)等對肌肉嫩度的影響較大[23]。肌肉中占結(jié)締組織總量90%的肌束膜的厚度是導(dǎo)致不同部位肉嫩度差異的決定性因素[25]，二者呈正相關(guān)。此外，結(jié)締組織成分中膠原纖維的直徑也會影響肉類嫩度，由于蛋白水解酶能有效地攻擊細(xì)小的纖維束，降解纖維，故可通過有效控制蛋白水解酶的活性來改善肉制品的嫩度[28]。膠原蛋白是肌內(nèi)結(jié)締組織的主要成分[12]，其含量與肌肉嫩度呈負(fù)相關(guān)[29]，且其熱溶解性與肉嫩呈正相關(guān)[30]。膠原蛋白在成熟過程中會形成多重多種共價(jià)交聯(lián)，包括：二共價(jià)鍵的分子間交聯(lián)和三共價(jià)鍵的分子內(nèi)交聯(lián)（吡啶交聯(lián)）[12]，其中，分子間交聯(lián)只是暫時(shí)的，隨著時(shí)間的推移，它會消失并被吡啶交聯(lián)所代替[27]，吡啶交聯(lián)形成的羥賴氨酸吡啶啉和賴氨酸吡啶啉反映了肌肉中的交聯(lián)情況[23]，隨著動物年齡的增長，膠原蛋白共價(jià)交聯(lián)數(shù)目增加，溶解度下降，最終導(dǎo)致肉嫩度降低。

2 超聲波嫩化原理及影響因素

20世紀(jì)90年代，SOLOMON等[31]發(fā)現(xiàn)了超聲波嫩化（又稱水波嫩化）是一種嫩化原理完全異于其他技術(shù)的全新技術(shù)，它是機(jī)械波在食品領(lǐng)域應(yīng)用的新進(jìn)展。超聲嫩化是指超聲作用于液體產(chǎn)生的震蕩波可以穿透肉塊，改變了影響肉嫩度的蛋白質(zhì)之間的相互作用力及聯(lián)接鍵，進(jìn)一步改善肉的嫩度[32]?，F(xiàn)在通常利用低頻超聲波（20～100 kHz）的“聲耦”作用使肉受迫振動，從而提高嫩度。超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，受壓力和位移的影響，表現(xiàn)為一種由密部（高壓區(qū)）和疏部（低壓區(qū)）交替組成的縱波[33]。超聲波會產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)，其中，對肉制品嫩化起主要作用的是空化效應(yīng)。張?zhí)K蘇[14]對牛仔蓋肉排進(jìn)行超聲波處理，得出最佳超聲嫩化條件：溫度44 ℃，功率187 W，時(shí)間19 min，此時(shí)牛仔蓋肉排的剪切力最小，這可能是由于超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)使肌肉中的肌原纖維發(fā)生斷裂，從而有效地改善了牛仔蓋肉排的嫩度。

2.1 超聲波嫩化肉制品的原理

超聲波是在介質(zhì)中傳播的彈性波，當(dāng)波的能量達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，就會產(chǎn)生空化現(xiàn)象[34]。超聲空化指當(dāng)適度頻率的超聲波作用于液體時(shí)，聲波在正負(fù)壓之間傳播引起微小氣泡發(fā)生膨脹、壓縮、崩潰和震蕩等一系列非線性過程[16]。超聲波作用下液體中氣泡的運(yùn)動包括兩個(gè)階段：穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化。穩(wěn)態(tài)空化，即空化氣泡在超聲波的作用下膨脹或震蕩，在此過程中泡內(nèi)溫度變化很小，故可理解為等溫過程[35]。瞬態(tài)空化是指超聲波作用于液體時(shí)，負(fù)壓聲強(qiáng)會破壞液體分子間的結(jié)合鍵或其它相互作用，導(dǎo)致液體分子斷開，形成微小的空穴，即氣泡核，氣泡核與原來存在于液體中的微小氣泡由于泡內(nèi)壓強(qiáng)高于泡外壓強(qiáng)而膨脹，同時(shí)從聲場中吸收大量能量；當(dāng)進(jìn)入正壓時(shí)，氣泡會被壓縮而急劇崩潰，并且產(chǎn)生瞬時(shí)高溫（5000 K）、高壓（50 MPa）、自由基及微射流等，引起組織結(jié)構(gòu)改變，從而起到嫩化肉的效果[35?36]（如圖2所示）。

圖2 超聲產(chǎn)生空化效應(yīng)示意圖Fig.2 Diagrammatic sketch of cavitation effect produced by ultrasound

嫩化肉制品的機(jī)制可推斷為：a.超聲波在傳播過程中引起極小的介質(zhì)顆粒位移，但引起的加速度很大，它將導(dǎo)致介質(zhì)顆粒的機(jī)械振動劇烈而迅速變化[37]。因此，超聲波本身的振動以及超聲空化的破壞作用將通過破壞力弱的分子間相互作用，如氫鍵和范德華力等，引起肌肉組織結(jié)構(gòu)受到物理破壞，破壞Z盤的完整性，導(dǎo)致肌動蛋白絲解聚[38]；b.超聲處理破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，加速細(xì)胞凋亡，促使肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+外流，活化鈣激活酶，進(jìn)而促進(jìn)了肌原纖維蛋白的分解，改善肉的嫩度[19]；c.空化氣泡的內(nèi)爆會產(chǎn)生一些物理效應(yīng)，包括微射流、微湍流、自由基和高剪切應(yīng)力等，這些物理效應(yīng)可以導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，對蛋白質(zhì)產(chǎn)生理化破壞，從而達(dá)到嫩化效果[33]。

2.2 超聲波參數(shù)對肉制品嫩化的影響因素

超聲波依頻率和功率的差異可以分為：高頻低強(qiáng)度（>1 MHz，?1 W/cm2）和低頻高強(qiáng)度（20～100 kHz，10～1000 W/cm2）[16]。其中，低頻高強(qiáng)度超聲波較多用于食品分析、蛋白質(zhì)改性和肉制品嫩化等方面。除頻率與功率外，超聲時(shí)間以及溫度等對嫩度的影響也較大。

2.2.1 超聲波頻率對嫩度的影響 超聲波在低頻條件下可以產(chǎn)生較高能量，易在液體中產(chǎn)生較強(qiáng)的空化效應(yīng)。鐘賽意[39]研究發(fā)現(xiàn)鹽水鴨經(jīng)不同頻率（26.4、49.8、70.2 kHz）超聲處理后，剪切力都較未超聲組小，其中，26.4 kHz處理組剪切力約為2700 g，70.2 kHz處理組剪切力約為3100 g，這可能是由于低頻超聲產(chǎn)生了較強(qiáng)的空化作用，對肌纖維產(chǎn)生了機(jī)械破壞，激活了鈣蛋白酶和組織蛋白酶并降解蛋白質(zhì)，提高了鹽水鴨的嫩度。

2.2.2 超聲波功率對嫩度的影響 超聲波功率也會通過空化效應(yīng)的強(qiáng)弱影響肉制品的嫩度。KANG等[40]探究了不同超聲波功率（0、150、200、250、300 W）對腌制牛肉嫩度的改善情況。結(jié)果表明：經(jīng)過超聲處理120 min后，其壓縮損失和剪切力隨著超聲功率的增加而減小，且300 W處理組相比于對照（0 W）組而言，分別減小了23.89%和27.44%，即達(dá)到了最佳的腌制和嫩化效果。這可能是由于超聲頻率和時(shí)間都相同時(shí)，功率越大，能量越高，產(chǎn)生的空化作用越強(qiáng)，促使肌肉組織中的細(xì)胞破裂，水分進(jìn)入到肌肉細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞的持水性增加，改善嫩度。

2.2.3 超聲波時(shí)間對嫩度的影響 在合理的超聲時(shí)間內(nèi)，肉制品嫩度與時(shí)間呈正相關(guān)，但過長時(shí)間的超聲處理會降低蛋白酶活性，抑制蛋白的分解，從而引起肉嫩度的下降，因此，可以結(jié)合頻率和功率合理控制超聲嫩化時(shí)間。李正英等[41]應(yīng)用3.0 W/cm2超聲波處理蒙古綿羊后腿肉來研究超聲波時(shí)間（0、10、20、30、40、50 min）對羊肉的嫩化效果，發(fā)現(xiàn)30 min處理組的羊肉剪切力和破碎指數(shù)最小。

2.2.4 超聲波溫度對嫩度的影響 超聲波嫩化肉制品時(shí)，溫度同樣起著重要的作用。當(dāng)嫩化溫度較低時(shí)，肉中酶的活性不能全部被激活，致使嫩化效果不佳；當(dāng)溫度較高時(shí)，由于過度嫩化導(dǎo)致肌肉組織蛋白網(wǎng)絡(luò)中的水分流出較多，降低持水性，故要合理控制超聲波溫度[42]。張?zhí)K蘇[14]研究超聲溫度（20、30、40、50、60 ℃）對牛仔蓋肉排嫩度的影響，發(fā)現(xiàn)持水力和剪切力隨溫度的升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，持水力在40 ℃達(dá)到最小值，剪切力在50 ℃達(dá)到最小值，然后通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到超聲溫度為44 ℃時(shí)，嫩化效果最佳。

3 超聲波技術(shù)對肉制品肌纖維特性及結(jié)締組織特性的影響

嫩度是決定肉制品品質(zhì)最重要的感官特性，超聲波可以通過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(dá)到嫩化肉制品的目的（機(jī)理如圖3所示）。例如：激活組織蛋白酶或降解肌肉中的肌原纖維蛋白，破壞肌纖維和結(jié)締組織結(jié)構(gòu)，從而改善肉制品嫩度，提高其口感與品質(zhì)。WANG等[17]利用超聲（20 kHz，25 W/cm2）處理牛半腱肌40 min，其剪切力比未經(jīng)超聲處理樣品低，可能是由于超聲通過加速肌纖維的分解及肌間線蛋白和肌鈣蛋白-T的降解，從而提高了嫩度。同時(shí)，超聲波還可以通過削弱肌球蛋白和肌動蛋白間的相互作用提高嫩度[43]。ZOU等[20]報(bào)道了超聲處理破壞了肌球蛋白和肌動蛋白的完整性以及肌動蛋白-肌球蛋白相互作用，使肌動球蛋白解離，從而增加了肌動蛋白的數(shù)量，改善嫩度。

3.1 超聲波嫩化技術(shù)對肉制品肌纖維特性的影響

肌纖維（肌細(xì)胞）是肌肉的基本組成單位，肌原纖維是肌細(xì)胞特有的細(xì)胞器，約占肌纖維固形成分的60%～70%，粗絲和細(xì)絲結(jié)合形成了肌原纖維，1000～2000條肌原纖維組成一個(gè)肌纖維[23]。此外，其主要蛋白成分為肌原纖維蛋白。超聲波會通過影響肌纖維組織結(jié)構(gòu)和持水性以及肌原纖維蛋白的降解和持水能力等因素影響肉制品的嫩度[12]。

3.1.1 超聲波嫩化技術(shù)對肌纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響肌原纖維的斷裂被認(rèn)為是肉變嫩的最重要間接因素之一，超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生氣泡，氣泡內(nèi)爆引起的微射流會造成物體表面物理性破壞，破壞了肌纖維的完整性，使纖維間距增加，在纖維間隙中可以觀察到細(xì)胞內(nèi)容物的釋放，并將肌原纖維分解成大小不同的片段，肌原纖維小片化增加，肉的嫩度得以提高[44]。此外，超聲波可以通過改變肌纖維直徑和肌節(jié)長度等來改善肉制品的嫩度。超聲空化產(chǎn)生的微射流和高剪切應(yīng)力等會破壞肌原纖維結(jié)構(gòu)，使M線消失、Z線和I帶斷裂以及H區(qū)腫脹，肌肉纖維直徑變小，肌節(jié)變寬，造成肌纖維結(jié)構(gòu)松弛，提高肉制品嫩度[5]（如圖3A所示）。同時(shí)，超聲還可以使固體物質(zhì)產(chǎn)生系列快速的收縮和膨脹循環(huán)，即“整合擴(kuò)散”機(jī)制，對肌纖維產(chǎn)生拉伸作用，使肌節(jié)長度增加，改善肉制品嫩度[39]。

圖3 超聲波技術(shù)嫩化肉制品機(jī)制Fig.3 Mechanism of tenderizing meat products by ultrasound technology

3.1.2 超聲波嫩化技術(shù)對肌纖維保水性的影響 保水性主要由位于肌原纖維晶格外部以及肌肉細(xì)胞外部的弱結(jié)合水決定[45]。一般認(rèn)為，肌纖維的保水性越好，肉制品越嫩，因此，提高肌纖維保水能力有利于嫩度的改善。超聲波可以提高肉制品保水能力，這可能是因?yàn)槌暡ㄊ估w維間距增加，水分進(jìn)入到肌纖維間隙，增強(qiáng)肌纖維的保水性[5]。同時(shí)，高天麗[8]發(fā)現(xiàn)超聲處理可以使細(xì)胞破裂，使水分滲透到到細(xì)胞中，保水性增加，改善了橫山羊肉的嫩度。此外，超聲波可以增加肌纖維結(jié)合水分的強(qiáng)度，通過降低肉類的蒸煮損失提高肉類的持水能力[46]。SHIKHAOJHA等[47]發(fā)現(xiàn)超聲處理可以增大肌絲的拉伸收縮幅度，從而導(dǎo)致肌原纖維擴(kuò)張，增加保水能力。

3.1.3 超聲波嫩化技術(shù)對肌原纖維蛋白降解和持水性的影響 蛋白質(zhì)是肉制品的主要成分，其中，肌原纖維蛋白占肌肉總蛋白質(zhì)的55%～60%，其結(jié)構(gòu)和功能的改變會極大程度地影響肉制品品質(zhì)[48]。超聲波可以降解肌原纖維蛋白以改善其結(jié)構(gòu)特性或促進(jìn)肌原纖維蛋白與水結(jié)合來捕獲水分子以提高其持水性，起到嫩化肉制品的效果[49]（如圖3C所示）。

肌原纖維蛋白主要由肌球蛋白、肌動蛋白以及一些結(jié)構(gòu)蛋白等組成，共同維持肌原纖維的完整性[21]。超聲波快速破壞肌肉細(xì)胞中的溶酶體、肌質(zhì)網(wǎng)和線粒體等，促進(jìn)蛋白酶的釋放；同時(shí)，肌質(zhì)網(wǎng)和線粒體結(jié)合Ca2+的能力下降，Ca2+被釋放，有助于激活酶原，降解肌原纖維結(jié)構(gòu)蛋白和肌纖維間聯(lián)接蛋白，提高了肌原纖維蛋白的降解速率，使可溶性蛋白含量増加，從而改善了肉制品的嫩度[12]。超聲波還可以促進(jìn)μ-鈣蛋白酶的自溶和活化，μ-鈣蛋白酶激活后可降解膜、細(xì)胞質(zhì)和核底物等，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，改變了細(xì)胞膜的通透性，促使肌細(xì)胞釋放組織蛋白酶和鈣蛋白酶，在酶體系的作用下，加速了肌動球蛋白的降解和肌原纖維蛋白的水解，破壞肌原纖維緊密結(jié)構(gòu)，使肉制品得以嫩化[50]。此外，WANG等[17]發(fā)現(xiàn)超聲波可以降解牛肉的肌間線蛋白和肌鈣蛋白-T，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)絲或肌動球蛋白被破壞，使剪切力降低。

超聲空化產(chǎn)生的機(jī)械和化學(xué)效應(yīng)，可以改變?nèi)庵破分屑≡w維蛋白的結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其功能特性，改善肉制品品質(zhì)[51]。超聲空化現(xiàn)象會產(chǎn)生微射流和高壓，破壞水分子而產(chǎn)生高活性自由基（·OH、O·和H·）和超氧化物，這些自由基可以與蛋白質(zhì)分子發(fā)生反應(yīng)，破壞蛋白質(zhì)分子之間的相互作用（如疏水作用、氫鍵和二硫鍵等），加速改變肌原纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)和溶解度，增強(qiáng)水-蛋白質(zhì)相互作用，同時(shí)，這些蛋白通過與水結(jié)合的方式捕獲水分子，通過提高持水性的方式嫩化肉制品[52?53]。KANG等[40]發(fā)現(xiàn)超聲波處理可以促進(jìn)肌原纖維蛋白的降解與肌球蛋白的提取，從而增強(qiáng)肉制品保水性、凝聚性和多汁性并降低其硬度值。

3.2 超聲波嫩化技術(shù)對肉制品結(jié)締組織特性的影響

結(jié)締組織是肌肉的次要組成部分，由三部分構(gòu)成（肌內(nèi)膜、肌束膜和肌外膜）。修整肉時(shí)剔除肌外膜，保留大量的肌束膜和肌內(nèi)膜[23]。二者主要由膠原纖維構(gòu)成，主成分為膠原蛋白，還存在少許彈性蛋白、網(wǎng)狀蛋白、糖蛋白和蛋白多糖[25]。其中，膠原蛋白是影響嫩度的主要成分，膠原纖維的連接主要是由蛋白多糖完成的。肉的硬度分為尸僵和基礎(chǔ)硬度（背景嫩度），改善尸僵硬度是通過肌纖維的降解，而改善基礎(chǔ)硬度是通過降低肌內(nèi)結(jié)締組織的含量和破壞結(jié)締組織結(jié)構(gòu)特性來實(shí)現(xiàn)[30]。

3.2.1 超聲波嫩化技術(shù)對膠原蛋白含量和溶解性的影響 膠原蛋白含量反映了結(jié)締組織含量，并且膠原蛋白含量與剪切力呈正相關(guān)，側(cè)面反映出肉的嫩度。GONZALEZ等[54]報(bào)道超聲后牛肉樣品的總膠原蛋白含量明顯低于未超聲牛肉樣品，其嫩度得到了改善。因此，超聲處理可以通過降低膠原蛋白含量提高嫩度（如圖3D所示）。此外，膠原蛋白的溶解性也會決定肉制品的嫩度。大量研究表明，肉的嫩度可以通過增加可溶性膠原蛋白含量來改善[55]。超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的較強(qiáng)穿透力可以破壞肌肉原有結(jié)構(gòu)的支撐骨架（肌束膜、肌內(nèi)膜），使結(jié)締組織變得疏松，膠原蛋白可溶性增加，促進(jìn)肉制品的嫩化[19]。

3.2.2 超聲波嫩化技術(shù)對結(jié)締組織結(jié)構(gòu)的影響 肌束膜與肌內(nèi)膜的厚度是影響剪切力的主要因素，膠原纖維作為細(xì)胞外基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)成分，它也是結(jié)締組織的重要結(jié)構(gòu)，而超聲空化產(chǎn)生的微射流、微湍流和高溫高壓等會使肌內(nèi)膜和肌束膜出現(xiàn)裂痕，肌內(nèi)膜緊密結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，肌束膜破裂并部分溶解，破壞膠原纖維的物理結(jié)構(gòu)，引起膠原纖維變性并聚集在細(xì)胞外，使膠原纖維排列紊亂且松散，進(jìn)而提高肉制品的嫩度[56]（如圖3B所示）。同時(shí)，超聲破壞肌束膜和肌內(nèi)膜，使其分解成單個(gè)膠原纖維，并使肌束膜中的蛋白多糖發(fā)生較大程度的降解，使膠原纖維間連接斷裂，弱化肌內(nèi)結(jié)締組織結(jié)構(gòu)，故結(jié)締組織的這種分解及結(jié)構(gòu)的弱化可能會導(dǎo)致肉制品的嫩度增加[25]。此外，結(jié)締組織的穩(wěn)定性還與膠原蛋白分子內(nèi)交聯(lián)程度密切相關(guān)。LEPETIT[29]發(fā)現(xiàn)隨著熟肉中膠原蛋白交聯(lián)數(shù)量的增加，肉的韌性也會相應(yīng)的增加。超聲空化作用會對膠原纖維產(chǎn)生機(jī)械物理破壞或者增加肌肉酶的降解，影響膠原蛋白中羥基吡啶和賴氨酸吡啶的交聯(lián)度和穩(wěn)定性，破壞了膠原纖維的內(nèi)部交聯(lián)，導(dǎo)致膠原蛋白分子內(nèi)交聯(lián)度降低，使膠原蛋白的平均穩(wěn)定性下降，從而有利于肉制品的嫩化[57]（如圖3D所示）。另外，膠原蛋白分子間的作用力大小也會決定嫩度的高低，而超聲空化產(chǎn)生的微射流等可能會破壞膠原蛋白分子間的作用力，使膠原蛋白分子間作用力減小，膠原蛋白結(jié)構(gòu)更加疏松，進(jìn)而改善肉制品的嫩度。

4 展望

超聲波技術(shù)可以克服傳統(tǒng)物理嫩化技術(shù)的不穩(wěn)定性及在線應(yīng)用差等缺點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于鵝肉、雞肉、牛肉和羊肉等的嫩化。同時(shí)，在肉制品加工過程中，超聲波可以破壞肉的肌原纖維、溶酶體和結(jié)締組織等，達(dá)到嫩化肉制品的效果，其中，在醬牛肉和牛肉粒的生產(chǎn)加工過程中，超聲波技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。但仍存在一些問題需要進(jìn)一步解決，主要包括：a.如何在利用超聲波技術(shù)嫩化肉制品時(shí)最大程度抑制/消除超聲產(chǎn)生的局部過熱現(xiàn)象；b.應(yīng)該研發(fā)輸出穩(wěn)定的超聲設(shè)備，使其更加適應(yīng)工業(yè)化規(guī)模的肉類嫩化，實(shí)現(xiàn)科技到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。

肉制品多種多樣，不同肉制品中肌纖維及結(jié)締組織特性也不盡相同，并且在嫩化過程中，一些外部條件也會不可避免地影響肌原纖維蛋白和膠原蛋白的變性，因此，利用單一的處理手段完全無損地嫩化肉制品相對來說較為困難?？梢酝ㄟ^超聲波與其他技術(shù)結(jié)合的方式嫩化肉制品。首先，超聲波與不同加工方式（熏烤、蒸煮、干燥、腌制、發(fā)酵等）結(jié)合使用，既可以提高肉制品的嫩化效率，又可以節(jié)約資源和成本；其次，超聲波與其它新興技術(shù)結(jié)合，如脈沖電場、脈沖光、超高壓、沖擊波等，以避免超聲可能產(chǎn)生的不良影響，達(dá)到較好的嫩化效果，為肉制品的精深加工奠定較好的基礎(chǔ)，推進(jìn)肉類加工業(yè)的發(fā)展；最后，超聲波與新型輔料相結(jié)合，超聲處理可以使肌纖維結(jié)構(gòu)相對松散，通過新型納米材料將磷酸鹽或?qū)囟纫约八釅A性較為敏感的嫩化劑包埋其中，由于納米材料的穩(wěn)定性更高及其緩釋作用，可以將嫩化劑相對準(zhǔn)確且長時(shí)間穩(wěn)定釋放于肌纖維當(dāng)中，起到更好的嫩化效果。