功率超聲對肌原纖維蛋白功能特性及肉品品質(zhì)的影響研究進(jìn)展

韓 格，孔保華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

肌原纖維蛋白（myofibrillar proteins，MP）是一類具有重要生物學(xué)功能特性的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)群，約占肌肉蛋白質(zhì)總量的55%，主要由肌球蛋白、肌動蛋白和穩(wěn)定肌原纖維結(jié)構(gòu)的一些骨架蛋白（如原肌球蛋白、肌鈣蛋白、肌間線蛋白等）構(gòu)成。MP具有出色的水結(jié)合能力、凝膠形成能力以及乳化和起泡特性，這些功能特性在決定肉品色澤、保水性、質(zhì)地及風(fēng)味等品質(zhì)方面起著關(guān)鍵作用。MP的功能特性與其復(fù)雜多變的空間構(gòu)象密切相關(guān)，空間結(jié)構(gòu)的改變會在一定程度上引起蛋白質(zhì)功能特性的變化，進(jìn)而對肉制品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。因此，采用一定方法修飾MP結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善其功能特性的改性技術(shù)備受關(guān)注。目前，常用的蛋白質(zhì)改性方法有物理改性、化學(xué)改性和酶改性?；瘜W(xué)改性能有效地改善蛋白質(zhì)的功能特性，但往往會造成環(huán)境和安全性等問題。酶改性通過酶水解可以針對性地改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但水解程度的難以把控，使其應(yīng)用受到限制。近年來新興的物理加工技術(shù)以其安全、高效、低能耗、低營養(yǎng)破壞性等優(yōu)勢在蛋白質(zhì)改性、產(chǎn)品品質(zhì)提高、新產(chǎn)品開發(fā)等方面展現(xiàn)出巨大潛力。

超聲波作為一種綠色的食品物理加工技術(shù)，憑借其諸多獨特的性能在食品改性、肉品嫩化、微生物滅活以及快速冷凍、解凍、干燥等方面發(fā)揮著重要作用。超聲波在食品中的應(yīng)用根據(jù)其頻率和強度的大小可分為兩類：低頻率高強度超聲波（頻率為20～100 kHz、強度為10～1 000 W/cm）和高頻率低強度超聲波（頻率為100 kHz～1 MHz、強度低于1 W/cm）。低頻率高強度超聲波（也稱為功率超聲）主要用于食品加工領(lǐng)域，高頻率低強度超聲波主要應(yīng)用于食品無損檢測和醫(yī)學(xué)診斷。近年來，功率超聲通過“空化效應(yīng)”改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)而改善各種食品蛋白質(zhì)功能特性（溶解性、凝膠性、乳化性、起泡性等）以及產(chǎn)品品質(zhì)特性的研究已成為食品物理加工技術(shù)領(lǐng)域的熱點。然而國內(nèi)外關(guān)于功率超聲對肉類MP作用的綜述并不多見，基于此，本文詳細(xì)綜述了功率超聲對MP結(jié)構(gòu)和功能特性的影響，并從肉的嫩度、保水性、顏色和風(fēng)味4個方面，進(jìn)一步論述了近10 年功率超聲技術(shù)在肉的食用品質(zhì)改良中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 超聲波的作用原理

超聲波系統(tǒng)主要提供接觸式和非接觸式兩種，接觸式是以液體作為傳播介質(zhì)，在食品領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用（圖1A）。功率超聲技術(shù)在液體中的作用機理主要與空化效應(yīng)有關(guān)?？栈?yīng)是指當(dāng)超聲波在液態(tài)介質(zhì)中通過一系列壓縮波和稀疏波傳播時，將產(chǎn)生周期性的正負(fù)壓交替變化，液體介質(zhì)分子在這種交替壓縮和拉伸的快速變換過程中產(chǎn)生空化氣泡，空化氣泡在聲波作用下振蕩，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時氣泡發(fā)生生長和崩潰，這被定義為聲空化過程（圖1B）。聲空化分為穩(wěn)定空化和瞬時空化兩種類型。當(dāng)較低的超聲強度引起氣泡體積保守振蕩時，就會發(fā)生穩(wěn)定的空化現(xiàn)象。氣泡振蕩時，會在周圍的液體中產(chǎn)生微流束效應(yīng)。相反，瞬時空化是指在較高的超聲強度下，振蕩的氣泡達(dá)到其臨界尺寸并劇烈崩潰?？栈瘹馀菰诩眲”罎⒌乃查g會產(chǎn)生局部高達(dá)5 000 K的溫度和2 000 atm的壓力，并伴隨著強烈的沖擊波和400 km/h微射流的產(chǎn)生，同時在該區(qū)域形成高能量湍流作用和剪切力。氣泡的對稱崩潰會產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波會將釋放的能量均勻地分布到周圍的組織中（圖1C），而氣泡的不對稱崩潰會產(chǎn)生高速流體微射流，其釋放的能量會集中分布到特定點（圖1D）。此外，超聲過程會導(dǎo)致水分子分解成高反應(yīng)活性的羥自由基和氫自由基，從而具有與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性（圖1E）?？栈^程中引起介質(zhì)的各種物理和化學(xué)反應(yīng)，如沖擊波、微射流、湍流、剪切力、自由基生成等，這些現(xiàn)象可促進(jìn)物料質(zhì)量及能量傳輸，實現(xiàn)物理改性，同時加速反應(yīng)進(jìn)程，縮短加工時間，改善產(chǎn)品品質(zhì)。

圖1 超聲波空化現(xiàn)象學(xué)Fig. 1 Phenomenology of ultrasonic cavitation

2 功率超聲對MP結(jié)構(gòu)特性的影響

MP結(jié)構(gòu)的變化是引起其功能特性以及肉品品質(zhì)特性變化的根本原因，因此研究超聲波對MP結(jié)構(gòu)的影響對改善肉制品品質(zhì)具有重要意義。目前，尚未有功率超聲能夠改變MP一級結(jié)構(gòu)的報道。Wang Jingyu等在對MP進(jìn)行超聲處理時，借助氨基酸分析和十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析發(fā)現(xiàn)MP的氨基酸組成和電泳圖譜沒有明顯變化，表明超聲處理并沒有破壞共價鍵，MP的主要結(jié)構(gòu)也沒有改變。Zou Ye等對肌動球蛋白進(jìn)行研究時也得到了類似的結(jié)論。

在二級結(jié)構(gòu)方面，研究表明功率超聲能夠降低MP二級結(jié)構(gòu)中-螺旋結(jié)構(gòu)的含量，增加-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的含量，而-折疊結(jié)構(gòu)的變化因肌肉種類和超聲條件的不同有所差異。通常，-螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要由多肽鏈上羰基和氨基之間形成的分子內(nèi)氫鍵維系。-螺旋結(jié)構(gòu)含量的降低表明超聲波能夠破壞分子內(nèi)氫鍵，使螺旋結(jié)構(gòu)部分展開，從而導(dǎo)致-螺旋結(jié)構(gòu)向-折疊、-轉(zhuǎn)角或無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。與-螺旋結(jié)構(gòu)相比，-折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲的結(jié)構(gòu)相對無序和松散。說明MP經(jīng)超聲波處理后分子的剛性結(jié)構(gòu)減弱，柔性結(jié)構(gòu)增強，分子由有序變得無序。

在三級結(jié)構(gòu)方面，研究發(fā)現(xiàn)功率超聲能夠誘導(dǎo)MP解折疊，使埋藏在MP內(nèi)部非極性環(huán)境中的色氨酸殘基暴露于蛋白質(zhì)分子表面，色氨酸熒光強度增加，MP的三級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。另外，功率超聲通過改變蛋白質(zhì)之間的相互作用力，也會影響MP的三級結(jié)構(gòu)。在表面疏水性方面，超聲波空化效應(yīng)引起的機械力可能會破壞MP分子間氫鍵、靜電或疏水相互作用，MP結(jié)構(gòu)的展開會導(dǎo)致更多疏水基團(tuán)的暴露，使MP表面疏水性增強。在超聲波對MP巰基和二硫鍵影響方面，Amiri等的實驗表明，隨著超聲波強度的增加，牛肉MP的結(jié)構(gòu)逐漸伸展，導(dǎo)致活性巰基含量顯著提高。同時推測由于二硫鍵的形成，導(dǎo)致總巰基含量降低。Wang Jingyu和Tang Ling等在探究超聲波對雞肉和羅非魚MP中活性巰基和總巰基影響的研究中也得到了類似結(jié)論。

微觀結(jié)構(gòu)表明，功率超聲對MP的聚集狀態(tài)也有一定影響。超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的機械力（例如剪切力和沖擊力）能夠破壞肌肉蛋白質(zhì)分子間的聚合作用，使蛋白質(zhì)聚集體解離。然而，過高的超聲波強度或過長的超聲時間也會促進(jìn)MP聚集體的形成。例如，Liu Haotian等通過原子力顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)某曁幚恚?50 W）破壞了絲狀聚合物，MP分布最均勻、剖面最低以及粗糙度最小。而超聲強度增加到600 W時，觀察到被破碎的片段結(jié)構(gòu)有明顯聚集的趨勢。他們推測，過度的超聲處理使蛋白質(zhì)解折疊釋放出過量的疏水殘基，促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子之間的疏水相互作用，形成蛋白質(zhì)聚集體。Li Zhiyu和Saleem等在魚肉MP和雞肉肌動球蛋白的研究中也觀察到了類似的現(xiàn)象。綜上所述，功率超聲能夠改變MP的結(jié)構(gòu)特性，其變化程度與超聲波作用條件、肌肉及蛋白質(zhì)種類密切相關(guān)。

3 功率超聲對MP功能特性的影響

3.1 對MP溶解性的影響

MP是鹽溶性蛋白質(zhì)，在低離子強度介質(zhì)中的溶解性差，因此限制了其在新型蛋白食品中的開發(fā)利用。蛋白質(zhì)的溶解性取決于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)分子間的疏水相互作用或蛋白質(zhì)-水之間的離子相互作用，前者會導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性降低，后者則有利于蛋白質(zhì)溶解。因此采用技術(shù)手段抑制蛋白質(zhì)分子間的疏水相互作用、促進(jìn)蛋白質(zhì)與水之間的相互作用是提高蛋白質(zhì)溶解度的有效方法。

近年來，許多研究表明功率超聲能夠提高M(jìn)P的溶解性。Liu Haotian等研究發(fā)現(xiàn)，豬肉MP溶解性隨超聲波（20 kHz、0～600 W、15 min）強度的增加而逐漸增大（圖2A）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，功率超聲可能破壞了蛋白質(zhì)分子間的聚合作用，使完整的纖維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小的蛋白質(zhì)單體或亞片段。通常認(rèn)為，較小的粒徑具有更大的比表面積，這有助于提高蛋白質(zhì)與水間的相互作用，從而增強了蛋白質(zhì)的溶解度（圖2B）。另外，經(jīng)超聲波處理后MP表面電荷的增加可能更好地抑制了絲狀肌球蛋白組裝，進(jìn)而提高了MP在水中的溶解度和分散穩(wěn)定性（圖2C）。在雞肉MP的研究中也觀察到了類似的現(xiàn)象，Xue Siwen等研究指出，采用450 W的超聲波（20 kHz）處理6 min會引起蛋白質(zhì)變性聚集，導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性降低。Wang Jingyu等進(jìn)一步研究了240 W超聲強度下，不同超聲時間對雞肉MP溶解度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲處理時間在6 min內(nèi)可顯著提高雞肉MP的溶解性和表面疏水性，而延長的超聲處理時間（9～15 min）會使MP形成聚合物，其溶解度和表面疏水性均逐漸降低。此外，Liu Ru等采用超聲波（20 kHz、100～250 W、3～12 min）處理魚肌球蛋白時發(fā)現(xiàn)，超聲處理后肌球蛋白的溶解度高于對照，并且隨著超聲強度的提升和時間的延長而增加。這些研究表明，超聲波對MP溶解性的影響會因蛋白質(zhì)的來源和類型以及超聲條件的不同而存在差異。因此在具體應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)蛋白質(zhì)自身特性，結(jié)合所需要的工藝要求來設(shè)定合適的超聲波處理參數(shù)，避免過度超聲引起蛋白質(zhì)過度變性聚集，造成蛋白質(zhì)溶解性喪失。

圖2 超聲波處理促進(jìn)MP水溶及分散的示意圖[23]Fig. 2 Schematic diagram illustrating the promoting effect of ultrasound treatment on solubilization and stable dispersion of myofibrillar proteins in water[23]

3.2 對MP凝膠性的影響

MP是熱加工肉類產(chǎn)品中凝膠結(jié)構(gòu)形成最重要的蛋白質(zhì)。在肉糜制品和調(diào)理肉制品中，良好的MP凝膠因其致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而有利于產(chǎn)品的嫩度、保水性、多汁性等品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，功率超聲作為一種改性措施可改變MP的空間結(jié)構(gòu)、化學(xué)作用力和流變學(xué)性能，是影響MP凝膠特性的主要因素。

Zhang Ziye等探究了不同強度的超聲處理（20 kHz、200～1 000 W、15 min）對雞胸肉MP凝膠特性的影響（圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未超聲處理（0 W）的MP凝膠網(wǎng)絡(luò)不均勻，具有較大且不規(guī)則的孔洞。中等強度（≤600 W）的超聲處理后MP形成更致密、均一的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種凝膠結(jié)構(gòu)可以束縛更多的水分，從而顯著提高其凝膠保水性，超聲波空化效應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)粒徑的減小、二硫鍵的形成以及疏水性相互作用的增強可能是引起MP凝膠特性改善的原因。然而當(dāng)超聲波強度大于600 W時，凝膠孔洞變得更大且不均勻，這可能是由于過高的超聲波強度處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)過度變性展開，內(nèi)部疏水基團(tuán)和巰基暴露。當(dāng)加熱MP溶液進(jìn)行膠凝時，天然MP分子的展開速度快于聚集速度，從而導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松且不均勻。因此，在實際應(yīng)用中應(yīng)選擇合適的超聲波條件，使蛋白質(zhì)在展開和聚集之間得到適當(dāng)?shù)钠胶?，以獲得具有優(yōu)質(zhì)凝膠特性的蛋白溶液。

圖3 不同超聲波處理對MP凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響（掃描電子顯微鏡圖2 000×）[33]Fig. 3 Effects of ultrasound treatment on microstructure of MP gel(scanning electron micrographs at 2 000 ×)[33]

另外，功率超聲在開發(fā)更健康的低脂、低鹽肉糜制品領(lǐng)域具有較大潛力。Li Ke等報道了功率超聲可通過改善凝膠特性，部分降低雞肉凝膠中的鹽含量。此外，Zhang Chao等研究發(fā)現(xiàn)，超聲波輔助冷凍（30 kHz、165 W、8 min）顯著降低了冷凍過程中雞胸肉MP凝膠強度和凝膠保水性，掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)某曁幚泶龠M(jìn)MP形成了更加緊密且均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由此可見，超聲波輔助加工也有助于降低冷凍和解凍處理對MP凝膠特性的不利影響。

3.3 對MP乳化性的影響

MP是親水親油的兩親性分子，可作為一種潛在的天然乳化劑。然而以MP為乳化劑的乳狀液體系在長期貯藏期間由于分散顆粒的絮凝、聚集、沉降等機制的影響，仍然會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。因此采用技術(shù)手段改善MP的乳化性能對于提高乳化類肉制品的品質(zhì)特性具有重要的實際意義。目前，功率超聲主要是依靠空化效應(yīng)來破壞MP之間的非共價作用，引起蛋白分子聚集狀態(tài)的變化，從而改變MP的乳化特性。

Li Ke等報道稱，超聲波處理（450 W、20 kHz）能夠顯著提高雞肉MP的乳化活性指數(shù)（emulsifying activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsion stability index，ESI），進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MP超聲處理6 min促進(jìn)了乳液形成更小的油滴、分布更均勻，并且在貯存48 h后不分層，貯藏穩(wěn)定性好。Amiri等在超聲波處理（20 kHz、100～300 W、30 min）對牛肉MP乳化性影響的研究中也得到了類似的結(jié)論。此外，Xiong Yao等探究了不同強度（150～600 W）下20 kHz超聲處理對魚肉MP乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與未處理的乳液相比，300 W超聲處理的乳液表現(xiàn)出最小的粒徑和表面張力，并具有最均勻的液滴分布和最佳的貯藏穩(wěn)定性。而在600 W超聲處理下的乳液表現(xiàn)出最差的貯藏穩(wěn)定性。他們推斷，過度的超聲處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生自聚集行為，形成不溶性聚集體，使其在油-水界面的吸附作用減弱，從而導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性降低。尹藝霖等也發(fā)現(xiàn)在300 W超聲處理（20 kHz、30 min）下，魚肉MP的乳化性和乳化穩(wěn)定性最高。而在另一項研究中，Zou Ye等指出，100～200 W超聲波持續(xù)20 min會降低雞肉肌動球蛋白的ESI，與100 W和150 W相比，200 W的超聲強度會顯著降低雞肉肌動球蛋白的EAI。產(chǎn)生上述差異結(jié)論的原因可能歸因于內(nèi)在因素（肌肉種類和肌肉蛋白質(zhì)類型）及外在因素（超聲波時間、強度和頻率）。

3.4 對MP起泡性的影響

MP具有緊密的折疊結(jié)構(gòu)，使其在氣-水界面吸附和穩(wěn)定泡沫的能力受到限制。許多研究表明，超聲空化效應(yīng)能夠誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)部分展開，使親水區(qū)域暴露于水相、疏水區(qū)域暴露于氣相，進(jìn)而與氣-水界面更好地相互作用，增加泡沫的穩(wěn)定性。另外，空化效應(yīng)也會引起蛋白質(zhì)聚集體的分解，使蛋白質(zhì)粒徑減小，進(jìn)而提高蛋白質(zhì)在氣-水界面上的吸附速率，提高起泡能力。

Amiri等研究了不同超聲強度（100～300 W）和超聲時間（0～30 min）對牛肉MP起泡性能的影響，結(jié)果表明，超聲波處理后MP的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均隨著超聲強度的提升和處理時間的延長而逐漸增加，這與超聲處理過程中蛋白質(zhì)粒徑的減小和比表面積的增大有關(guān)。常海霞探究了不同強度的超聲處理（20 kHz、0～800 W、12 min）對草魚MP起泡性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲波強度在200～600 W范圍內(nèi)使MP起泡性逐漸提高，原因是適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚硎筂P分子展開、表面疏水性增強、粒徑減小。而800 W超聲處理時，MP的起泡性卻顯著降低。Li Rui等從氣泡尺寸誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集的角度解釋了起泡性降低的原因。具體而言，過度的超聲處理使氣泡尺寸增大，導(dǎo)致大多數(shù)蛋白質(zhì)分子從氣-液界面解吸，一旦它們從界面上解吸就很容易與其他解吸的蛋白質(zhì)分子通過疏水相互作用形成聚集體，而聚集態(tài)蛋白質(zhì)的吸附速率較低，導(dǎo)致起泡性降低。目前，關(guān)于超聲對MP起泡性的研究較少，超聲波改性處理后MP結(jié)構(gòu)與起泡性之間的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

4 功率超聲對肉食用品質(zhì)的影響

4.1 肉的嫩度

肉的嫩度是消費者最重視的食用品質(zhì)之一，用于改善肉質(zhì)的傳統(tǒng)嫩化方法包括機械牽引、酶促反應(yīng)和化學(xué)方法。為了最大程度地減少食用化學(xué)試劑對肉的營養(yǎng)和感官品質(zhì)的影響，研究人員不斷尋求可替代的和安全的肉類嫩化技術(shù)。近年來的研究廣泛認(rèn)同，功率超聲可以提高肉的嫩度、縮短肉的宰后成熟時間，加速肉嫩度的改善（表1）。該作用主要歸因于肌肉細(xì)胞完整性的破壞和酶促反應(yīng)的增強。功率超聲會加速橫紋肌中起連接、支架作用的肌間線蛋白降解，破壞肌原纖維亞結(jié)構(gòu)中的橫向連接，弱化了細(xì)絲和Z線之間的相互作用；另外，肌鈣蛋白-T的降解和F-肌動蛋白變性解聚為G-肌動蛋白，進(jìn)一步弱化了細(xì)絲的結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致肌原纖維I帶和Z線結(jié)合變?nèi)趸驍嗔?，使肌原纖維呈小片化，肌肉纖維完整性喪失，肉嫩度得到改善。此外，功率超聲還可以增強外源性蛋白水解酶（例如木瓜蛋白酶）和內(nèi)源性蛋白水解酶（例如鈣激活酶）的活性，從而加速MP的降解，使肌原纖維組織結(jié)構(gòu)弱化，提高肉的嫩度。

表1 超聲波處理對不同肉類嫩度影響的最新研究Table 1 Latest studies on the effect of ultrasound treatment on the tenderness of different meat products

另外，超聲波與其他加工方法（腌制、烹飪、干燥等）協(xié)同處理可以改善肉的嫩度。超聲輔助腌制是在改善肉嫩度的同時，通過加速NaCl的滲透來縮短肉類腌制時間的新興技術(shù)。Kang Dacheng等報道，與傳統(tǒng)腌制方法相比，超聲輔助腌制（20 kHz、150 W和300 W）促進(jìn)了牛肉肌間線蛋白和肌鈣蛋白-T的水解，肌原纖維小片化指數(shù)（myofibrillar fragmentation index，MFI）增加，使牛肉的嫩度提高。龍錦鵬等研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助腌制（40 kHz、210 W、60 min）能夠加快腌制液向牦牛肉肌肉組織滲透的速率，加快腌制的速度，并提高肉的嫩度。另外，超聲輔助烹飪是一種快速烹飪?nèi)獾募夹g(shù)，與常規(guī)烹制方法相比，其在降低能耗和嫩化肉質(zhì)方面更具優(yōu)勢。Zou Yunhe等研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助烹飪（20 kHz、0～1 000 W、80～120 min）可以促進(jìn)鹽的滲透，并提高五香牛肉的嫩度，進(jìn)一步通過透射電子顯微鏡觀察到肌原纖維Z線的斷裂。此外，超聲輔助干燥技術(shù)在干制肉制品生產(chǎn)中已顯示出潛在的應(yīng)用價值。眾所周知，肉制品的干燥是個漫長且耗能的過程，并且長時間的干燥處理會導(dǎo)致肉質(zhì)粗糙、口感堅硬等問題。近年來研究發(fā)現(xiàn)，超聲波輔助干燥（熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、真空干燥等）處理可大大縮短牛肉、雞肉、魚肉的干燥時間，而不會引起樣品溫度明顯升高，對樣品中熱敏性成分非常友好。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，超聲波（50 W）輔助空氣加熱（40、45、50 ℃）相比于單獨熱風(fēng)處理，可增加干腌火腿表觀熱擴散率，縮短干腌火腿的加熱時間并改善其質(zhì)地。這意味著超聲與溫和的熱風(fēng)干燥協(xié)同處理可以降低高溫干燥造成的肉制品質(zhì)地劣變。在超聲波輔助增強傳熱、傳質(zhì)效率的機理方面，Zhang Yuwei等認(rèn)為超聲空化現(xiàn)象產(chǎn)生的機械振蕩增加了介質(zhì)與樣品界面間的溫度，從而降低了外部傳熱阻力；另外由聲波引起材料組織的一系列壓縮和膨脹（也稱為“海綿效應(yīng)”）是樣品傳質(zhì)增強的主要原因。綜上，超聲波輔助加工技術(shù)在改善肉的嫩度、提高加工效率、節(jié)約能源方面具較大的研究價值及應(yīng)用前景。

4.2 肉的保水性

肉的保水性（water binding capacity，WHC）是評價肉品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，與肉的其他食用品質(zhì)包括顏色、嫩度、多汁、風(fēng)味等密切相關(guān)。許多研究表明，超聲波單獨作用、與其他技術(shù)協(xié)同作用或者與外源酶結(jié)合作用都能夠使肉及肉制品具有更高的WHC。WHC的變化可以由超聲引起MP結(jié)構(gòu)和功能特性的改變來解釋。

Saleem等研究表明，超聲處理改變了雞肉MP的結(jié)構(gòu)和膠凝特性，使MP凝膠的WHC顯著提高，并形成了更加規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。另外，Kang Dacheng等通過低場核磁共振分析證實，牛肉的WHC增加是由于超聲處理提高了不易流動水的相對含量，在肌原纖維結(jié)構(gòu)中保留了更多的水分。同時SDS-PAGE分析表明，超聲波誘導(dǎo)了肌球蛋白的適度氧化，導(dǎo)致聚合反應(yīng)，可能有助于WHC的提高。另外，研究表明，超聲處理能夠提高低鹽肉制品的WHC，降低肉制品中鹽的使用量，有益于健康低鹽肉制品的開發(fā)。Li Ke等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過20 min的超聲處理（40 kHz、300 W），鹽相對含量為1.5%的雞胸肉糊WHC與鹽相對含量為2%的對照樣品相似。Pinton等研究發(fā)現(xiàn)，18 min的超聲處理（25 kHz、230 W）可將肉糜中磷酸鹽的含量降低50%，并顯著提高了乳化型肉制品的蒸煮得率。此外，在最近的一項研究中，杜鵬飛等報道，與靜水解凍相比，超聲輔助解凍（40 kHz、240 W）顯著降低了羊肉的蒸煮損失。另外，Sun Qinxiu等發(fā)現(xiàn)，超聲輔助冷凍（30 kHz、175 W、9 min）處理可抑制鯉魚肉冷凍過程中冰晶的生長，減輕較大的冰晶對MP結(jié)構(gòu)的破壞，從而降低肉的蒸煮損失。微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果表明，175 W的超聲輔助冷凍處理降低了MP凝膠的不易流動水和自由水的流動性，并且凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密、均勻。Mahato等報道稱，超聲波處理能夠通過加速熱傳遞而產(chǎn)生較小的冰晶，從而保留了冷凍食品的原始品質(zhì)特性。因此，超聲波輔助冷凍技術(shù)在保持肉制品WHC方面具較大潛力。

4.3 肉的顏色

顏色的變化是影響肉制品外觀和消費者可接受性的重要因素。在以前的研究中，超聲波對肉及肉制品顏色的影響存在爭議。一些研究表明，超聲波對肉的顏色幾乎沒有影響。多數(shù)研究提到超聲的強度和頻率是影響肉顏色的主要參數(shù)，因此超聲波對肉的顏色沒有顯著影響可能是由于超聲強度較低或處理時間不足，產(chǎn)生的熱量不足以使蛋白質(zhì)和色素變性。另有研究發(fā)現(xiàn)以22 W/cm的超聲強度處理能夠顯著降低肉的值、提高值。Fallavena等采用84 W/cm超聲處理牛肉時也觀察到類似的結(jié)果，這可能是由于超聲處理限制了氧合肌紅蛋白的形成。通常認(rèn)為超聲處理導(dǎo)致值的降低不利于鮮肉的良好色澤，但最近的研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助腌制使兔肉中的NaCl含量增加，從而對肉色澤的保持具有很高的潛力。另外，根據(jù)Sun Qinxiu等的報道，鯉魚肌肉經(jīng)冷凍處理后其*值顯著增加，這可能是解凍引起的肉表面自由水含量較高所致。而超聲輔助冷凍（30 kHz、175 W、9 min）處理使鯉魚肉的值與對照樣品基本一致，降低了因冷凍造成的鯉魚肉值過高。根據(jù)最新的研究結(jié)果，功率超聲似乎對煮熟的牛肉、豬肉和兔肉的顏色不會產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.4 肉的風(fēng)味

風(fēng)味是肉及肉制品重要的食用品質(zhì)，肉中香味的呈味物質(zhì)是由揮發(fā)性芳香化合物組成，其形成途徑主要包括蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化、美拉德反應(yīng)和微生物的代謝。Kang Dacheng等研究發(fā)現(xiàn)，與靜態(tài)腌制相比，超聲波輔助腌制促進(jìn)了牛肉蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的降解和氧化。如Gr?nroos等所述，超聲的空化效應(yīng)使水分子分解產(chǎn)生高活性羥自由基，并進(jìn)一步形成強氧化性HO，導(dǎo)致肉類中脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的強烈氧化。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化反應(yīng)有助于醛、酮類風(fēng)味化合物的形成。最近的研究證實了超聲輔助加工技術(shù)在改善肉制品風(fēng)味品質(zhì)中具有良好潛力。Zhang Jian等研究了超聲波輔助油炸（20 kHz、0～800 W、12 min）對肉丸子風(fēng)味特性的影響，研究表明，200 W的超聲波輔助油炸處理可以加速游離脂肪酸氧化、提高味覺氨基酸含量、促進(jìn)核苷酸形成，進(jìn)而促進(jìn)揮發(fā)性風(fēng)味化合物的產(chǎn)生。另外，Zou Yunhe等通過固相微萃取技術(shù)及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法探究了超聲波處理對肉制品中風(fēng)味物質(zhì)的具體影響，研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助烹飪（20 kHz、0～1 000 W、120 min）過程中五香牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和相對含量顯著增加，超聲處理能夠加速脂質(zhì)氧化進(jìn)程，促進(jìn)醛、酮和醇類風(fēng)味物質(zhì)的形成。

在分子層面，肌肉蛋白質(zhì)可以通過氫鍵、范德華力、疏水相互作用等化學(xué)作用力與風(fēng)味物質(zhì)相結(jié)合。Zhou Feibai等采用羥自由基氧化體系誘導(dǎo)MP發(fā)生氧化反應(yīng)，研究其對MP風(fēng)味結(jié)合能力的影響，結(jié)果表明，MP發(fā)生氧化后，維系蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合的作用力會發(fā)生變化，從而對風(fēng)味產(chǎn)生影響。如前所述，超聲處理促使水分子解離產(chǎn)生的活性自由基對MP結(jié)構(gòu)和分子間作用力的改變和修飾已得到充分研究，但結(jié)構(gòu)變化后的蛋白與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合能力的影響卻鮮有報道。因此后續(xù)的研究應(yīng)從MP與風(fēng)味物質(zhì)的相互作用、風(fēng)味物質(zhì)組成變化、產(chǎn)品感官品質(zhì)等方面繼續(xù)開展。

5 結(jié) 語

功率超聲作為一種“高效、節(jié)能、環(huán)?！钡男屡d加工技術(shù)，主要通過空化效應(yīng)產(chǎn)生的物理作用來改善MP的結(jié)構(gòu)和功能特性，從而提高肉的食用品質(zhì)。除此之外，功率超聲是一種良好的輔助加工技術(shù)，在改善肉制品品質(zhì)的同時，又能縮短加工時間，降低能源消耗。另外，超聲波能夠促進(jìn)鹽向肌肉組織中的滲透，降低鹽的用量，有益于健康低鹽肉制品的開發(fā)。綜上，超聲波技術(shù)在肉制品加工領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。然而目前超聲波技術(shù)的研究大多處于實驗室階段，還未能實現(xiàn)規(guī)?；膽?yīng)用。為使超聲波技術(shù)更好地服務(wù)于肉類工業(yè)，應(yīng)根據(jù)待處理肉類產(chǎn)品的類型和固有特性，對超聲頻率、作用強度、持續(xù)時間等參數(shù)進(jìn)行充分研究和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置。另外，將超聲波技術(shù)協(xié)同其他化學(xué)改性方法可能取得更好的改性效果。此外，還應(yīng)針對不同的工業(yè)需求，設(shè)計和開發(fā)專用型超聲波設(shè)備，以實現(xiàn)快速、高效工業(yè)化生產(chǎn)。