超聲波輔助腌制對豬肉糜食用品質及凝膠性能的影響

李心悅，曹涓泉，徐 靜，屠 康,*，武 杰,*

（1.南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；2.蚌埠學院食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233000）

腌制是食品保存和加工過程中的關鍵環(huán)節(jié)之一，尤其在肉及肉制品的加工中得到廣泛應用。在實際生產中，傳統(tǒng)的腌制方法有干法腌制、濕法腌制和混合腌制等。而目前的腌制過程存在一些問題，如腌制過程中鹽添加量較高，會造成亞硝酸鹽等的殘留，長期食用會對人體健康產生危害；原料在腌制過程中需浸泡相當長的一段時間，會發(fā)生軟化，造成組織結構破壞，從而影響產品質量和風味。為了解決鹽分分布不均勻、腌制時間過長等問題，有效改善腌制效率，一些新型腌制技術，如真空滾揉腌制技術、超聲波腌制技術、超高壓處理腌制技術等受到了廣泛關注。

其中，超聲波作為一種新型綠色非破壞性技術，在食品加工領域具有廣闊的應用前景，根據頻率或強度可將其分為高頻低強度超聲波和低頻高強度超聲波兩大類，前者頻率通常在1 MHz以上，主要用于無損檢測方面，如化合物的分析和表征；后者因能夠破壞細胞結構，引起相關物理和化學變化，可用于食品加工，如肉品腌制、嫩化等。超聲波輔助腌制的機理主要是借助其空化效應和機械效應，瞬間改變介質的溫度和壓力，破壞組織結構，從而提高介質間的轉移速率及穿透能力，加速傳質過程，來達到提高腌制效率的目的。超聲波的應用能在不損害肉及肉制品品質的情況下，有效縮短腌制時間，從而克服傳統(tǒng)腌制方法效率低、保存時間短等缺點。在實際應用中，超聲波作為一種新興技術，在肉類加工中具有無可比擬的優(yōu)勢，但需嚴格控制其工藝條件，參數設置過小，達不到理想的效果；參數設置過大，如較高強度的超聲波可能會導致肌肉蛋白發(fā)生變性，導致肌原纖維組織松散，從而降低肉制品的品質特性。

基于此，本研究以超聲功率和超聲時間為影響因素，研究其對豬肉糜腌制過程中食用品質（pH值、色澤、保水性、質構特性）和凝膠性能（乳化穩(wěn)定性、流變特性）的影響，并對其交互作用進行分析，通過各指標綜合對比，得到一種最適宜的超聲處理參數，為將超聲波技術應用于肉糜腌制過程、改善原料肉品質特性以及肉糜類制品進一步加工提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬里脊肉 南京衛(wèi)崗菜市場雨潤肉制品專賣店；食鹽、糖等（均為食品級） 南京蘇果超市。

復合磷酸鹽 徐州添安食品添加劑有限公司；谷氨酰胺轉氨酶（glutamine transaminase，TG酶） 河南萬邦化工科技有限公司；紅曲紅 武漢佳成生物制品有限公司；鉻酸鉀、酚酞 上海源葉生物科技有限公司；硝酸、硝酸銀、氫氧化鈉、乙醇 國藥集團化學試劑有限公司；實驗所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HX-J 3051絞肉機 奧克斯廚房電器有限公司；HC 10002電子天平 慈溪市華徐衡器實業(yè)有限公司；LE203E電子天平、FE20 pH計 瑞士梅特勒-托利多公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；KQ-300DE數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；TM 902C熱電偶測溫儀 江蘇九州電熱儀表有限公司；TMS-Pro質構儀 美國FTC公司；MCR 301流變儀德國Anton Paar公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱上海精宏實驗設備有限公司；3K15臺式高速冷凍離心機德國Sigma公司；FS-2可調高速勻漿機 常州國華電器有限公司；CR-13便攜式色差計 日本柯尼卡-美能達公司。

1.3 方法

1.3.1 豬肉糜制備及超聲波條件的選擇

將新鮮豬里脊肉洗凈，去除表面可見脂肪、筋膜及結締組織，切成小塊，放入絞肉機中絞碎2 min。為防止絞肉機刀頭過熱對豬肉糜產生不良影響，每絞動30 s間歇15 s。隨后分別稱取500 g肉糜，加入3%食鹽、0.3%復合磷酸鹽、5%糖、0.3% TG酶（均以原料肉質量計）和適量冰水至溶解，沿同方向攪拌均勻至黏稠，備用?？紤]到本研究所用超聲波儀器的實際參數（固定頻率40 kHz，最大功率300 W），研究不同超聲功率和不同超聲時間及其交互作用對肉糜品質的影響，分別選取超聲功率為180、240、300 W，超聲時間為30、60、90 min，超聲波處理之后進行腌制。以4 ℃靜態(tài)腌制作為對照，總腌制時長為3 h。此外，為防止超聲波空化效應和熱效應使蛋白質發(fā)生變性對肉糜產生不利影響，在超聲波輔助腌制過程中使用冰袋進行降溫，使溫度全程控制在20 ℃以下。

1.3.2 pH值的測定

參照李繼昊等的方法并稍作修改。稱取5 g腌制后的肉糜于燒杯中，加入45 mL蒸餾水，經10 000 r/min勻漿45 s，采用經標準緩沖溶液校準過的pH計進行測定，每組樣品重復測定3 次。

1.3.3 保水性的測定

參照Kang Zhuangli等的方法進行測定。稱量并記錄腌制結束后豬肉糜質量，將其置于80 ℃水浴鍋中蒸煮25 min制成熟肉糜，用流動水冷卻至室溫，隨后用吸水紙將其外部滲出液吸取干凈，測定肉糜蒸煮后質量，每組樣品重復測定3 次。蒸煮得率按式（1）計算。

式中：為經蒸煮后熟肉糜質量/g；為蒸煮前生肉糜質量/g。

1.3.4 色澤的測定

采用便攜式色差儀進行測定，儀器使用前用標準白板進行校準。樣品置于室溫下平衡0.5 h后，將色差儀測試口對準緊貼待測樣品表面，按下測試鍵，分別記錄亮度值（*）、紅度值（*）和黃度值（*）。每個樣品各取5 個測試點，每組樣品重復測定3 次。

1.3.5 質構的測定

參照Li Ke等的方法進行測定。熟肉糜置于室溫環(huán)境中平衡2 h（保持內外溫度一致）后，將其切分為表面平整且規(guī)格為2 cm×2 cm（直徑×高）的圓柱體，置于測試平臺中央，以質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式測定樣品的硬度、彈性、咀嚼性、內聚性和回復性。具體參數設置如下：采用TPA-1000N程序，選用直徑4 cm的平底柱形探頭，形變量50%，測試速率120.0 mm/min，起始力0.7 N，2 次壓縮間隔時間2.00 s。壓縮完畢后，使用儀器自帶軟件對結果進行分析，每組樣品重復測定6 次。

1.3.6 氯化物含量的測定

依據GB 5009.44—2016《食品安全國家標準 食品中氯化物的測定》中銀量法進行測定。滴定時以溶液顏色由黃色變?yōu)槌赛S色時為滴定終點。

1.3.7 乳化穩(wěn)定性的測定

參照Kang Zhuangli等的方法并稍作修改。稱取約30 g生肉糜于已稱質量的50 mL離心管（）中，低速離心（500×、5 min、4 ℃）去除肉糜中的氣泡，總質量記為。將離心管置于80 ℃水浴鍋中加熱30 min，隨后立即打開密封蓋，用濾紙擦干離心管表面水分，將其倒置于已稱質量的玻璃培養(yǎng)皿（），在室溫下靜置1 h，充分收集滲出液，滲出的內容物即為樣品的總汁液損失。稱量靜置后離心管和熟肉糜總質量，記為，將盛有滲出物的培養(yǎng)皿置于105 ℃恒溫干燥箱中干燥16 h，稱質量，記為?？傊簱p失、水分損失及脂肪損失分別按式（2）～（4）計算，每組樣品重復測定3 次。

1.3.8 流變特性的測定

參照Xing Tong等的方法進行測定。選用直徑為50 mm的PP50圓形平板探頭，探頭與平臺間隙設置為1 mm，將適量生肉糜均勻涂抹于測量平臺上，并在兩平行板間平衡30 s以達到所需測定溫度（25 ℃），然后刮去平臺上多余的肉樣后開始測定。表觀黏度測定參數：設定剪切速率為0.1～100.0 s，測定溫度25 ℃。

1.4 數據處理

以上所有實驗均重復3 次，結果均以平均值±標準差表示。采用SPSS 18.0對數據進行單因素方差分析和雙因素方差分析，利用鄧肯多重比較進行組間差異顯著性分析，＜0.05時表示差異顯著，應用Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 超聲波輔助腌制對豬肉糜pH值的影響

pH值是衡量肉及肉制品食用品質的重要指標之一，與肉品的嫩度、色澤、保水性及風味密切相關。由表1可知，超聲功率和超聲時間及二者交互作用對肉糜pH值均存在極顯著影響（＜0.01）。

表1 超聲功率和超聲時間對豬肉糜pH值影響的方差分析表Table 1 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on pH value of minced pork

由圖1可知，與靜態(tài)腌制相比，超聲波預處理肉糜pH值均有不同程度的提高。當超聲處理時間為60 min時，不同超聲功率處理組之間存在顯著差異（＜0.05），且在240 W功率下達到最大pH值6.04。在180 W的較低功率下，隨著處理時間的延長pH值逐漸升高；而在240、300 W功率下，pH值則呈先上升后下降的趨勢，說明當超聲功率較高時，處理時間過長會導致pH值下降。超聲波誘導pH值發(fā)生變化的原因可能是其產生的空穴效應導致蛋白水解酶的釋放，提高氨基酸的利用率，并加速離子在細胞內部至細胞質中的轉移或使蛋白質空間結構發(fā)生改變，從而導致部分離子基團位置發(fā)生改變。超聲波強度表現(xiàn)為單位面積上的超聲功率，其與空化作用的大小密切相關。當超聲功率增加時，產生的空化作用強度和機械效應也隨之增大；但達到一定程度后，空化作用會趨于飽和，此時產生的高強度效應會導致肌肉中蛋白質發(fā)生變性，從而破壞其組織結構，這也與圖中超聲時間為90 min時，pH值隨功率增加而逐漸下降一致。此外，有研究表明，超聲波的空化效應產生的強剪切力和超高壓作用能夠破壞蛋白酶的活性，抑制肌肉組織中的部分生化反應，從而使pH值升高。

圖1 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜pH值的影響Fig. 1 Effects of ultrasound power and time on pH value of minced pork during curing

2.2 超聲波輔助腌制對豬肉糜保水性的影響

肉的保水性也叫持水性，是指在自身重力或外力作用下保持其原有水分的能力，與蒸煮得率呈正相關，即蒸煮得率越大，保水性越強。由表2可知，主效應超聲功率及超聲時間對肉糜保水性存在顯著影響（＜0.05），但二者的交互作用對保水性影響不顯著。

表2 超聲功率和超聲時間對豬肉糜保水性影響的方差分析表Table 2 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on water-holding capacity of minced pork

由圖2可知，將超聲波應用于肉糜腌制過程可顯著提高其蒸煮得率（＜0.05），對肉糜的保水能力起到一定的改善作用，這與Zou Ye等的研究結果一致。當超聲功率一定時，隨著超聲處理時間的延長，蒸煮得率均呈先增加后減小的趨勢并均在處理60 min時達到最大值。當超聲腌制時間超過60 min時，肉糜蒸煮得率逐漸下降，這可能是因為處理時間過長，肉糜凝膠空間網狀結構被破壞，導致水分大量滲出。在所有實驗組中，240 W功率下超聲腌制60 min肉糜蒸煮得率最高，達到95.21%，與對照組（87.82%）相比提高8.41%。上述結果說明超聲波預處理可有效改善肉糜汁液流失，提高保水性，這與高廷軒等的研究結果一致，同時這對肉糜類制品后續(xù)加工過程中水分的保持也具有一定的積極作用。

圖2 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜保水性的影響Fig. 2 Effects of ultrasound power and time on water-holding capacity of minced pork during curing

2.3 超聲波輔助腌制對豬肉糜色澤的影響

肉的顏色是衡量肉品質優(yōu)劣的一個重要感官指標，也是消費者選擇的重要依據。由表3可知，超聲功率和超聲時間及二者交互作用對肉糜*有極顯著影響（＜0.01），而對*影響不顯著，超聲時間對*影響極顯著（＜0.01）。

表3 超聲功率和超聲時間對豬肉糜色澤影響的方差分析表Table 3 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on color of minced pork

由表4可知，在功率為180 W和240 W時，超聲60 min處理組肉糜*顯著高于30 min和90 min處理組（＜0.05），表明適宜的超聲波處理可以改善肉糜的*，這與周唯伊等的研究結果一致。當超聲時間90 min時，超聲功率300 W處理組肉糜*顯著低于180 W和240 W處理組（＜0.05），表明肉糜整體色澤變暗，這是因為處理時間過長的同時功率過大，產生的協(xié)同效應對肉糜*產生了反作用。在180 W的較小功率下，增加超聲波輔助腌制時間可以有效改善肉糜*，而在超聲功率300 W時，超聲處理90 min肉糜*顯著低于30、60 min處理組（＜0.05），這可能是由于超聲波強度增大，其空化效應誘導水分子發(fā)生裂解，產生的自由基使肌紅蛋白發(fā)生氧化，從而使*降低。Kang Dacheng等研究發(fā)現(xiàn)，短時間的超聲處理可以提高腌制牛肉的*，與本研究結果一致。在所有實驗組中，240 W、60 min處理組肉糜具有較好的*和*。肉糜*隨著超聲波功率或時間的增加呈不斷減小的趨勢，但整體無顯著性差異。

表4 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜色澤的影響Table 4 Effects of ultrasound power and time on color of minced pork during curing

2.4 超聲波輔助腌制對豬肉糜質構的影響

由表5可知：超聲功率及超聲時間對豬肉糜硬度影響極顯著（＜0.01），然而二者交互作用對硬度無顯著影響；超聲功率對彈性有顯著影響（＜0.05）；主效應超聲功率、超聲時間及其交互效應對肉糜咀嚼性、回復性和內聚性均存在顯著影響（＜0.05）。

表5 超聲功率和超聲時間對豬肉糜質構影響的方差分析表Table 5 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on texture of minced pork

由表6可知，采用超聲波進行輔助腌制可以改善肉糜硬度、彈性和咀嚼性。當采用相同超聲時間腌制時，超聲功率240 W處理組肉糜硬度、咀嚼性顯著高于180 W和300 W處理組；當超聲功率為300 W時，超聲處理90 min肉糜咀嚼性顯著低于30 min和60 min處理組（＜0.05），說明高強度、長時間超聲波輔助腌制處理均會對肉糜產生不利影響。李素云等發(fā)現(xiàn)，超聲波處理可顯著降低鹽焗雞的硬度和咀嚼性，與本研究結果相反，可能是由于本研究腌制劑中添加的TG酶在超聲波作用下能夠充分發(fā)揮其催化作用，促進蛋白質交聯(lián)，形成高分子聚合物，使肌肉網狀結構變得更為緊密，因此表現(xiàn)為質構的改善，這與劉亞春的研究結果一致。在所有處理組中，240 W、60 min組肉糜具有最大硬度（134.70 N）及最大彈性（5.51 mm）。此外，短時間的超聲處理能夠改善肉糜內聚性和回復性，時間過長會由于其持水能力減弱和凝膠結構劣化造成質構特性的降低。

表6 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜質構的影響Table 6 Effects of ultrasound power and time on texture of minced pork during curing

2.5 超聲波輔助腌制對豬肉糜中氯化物含量的影響

氯化物含量的高低可以直接反映肉品腌制的效率，其值越高，表明腌制劑滲透的速率越快。由表7可知，主效應超聲功率和超聲時間對肉糜中氯化物含量均具有極顯著影響（＜0.01），但二者交互作用對其影響不顯著。

表7 超聲功率和超聲時間對豬肉糜氯化物含量影響的方差分析表Table 7 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on chloride content of minced pork

由圖3可知，采用超聲波輔助腌制可提高肉糜氯化物含量，加快腌制速率，這與Zou Yunhe等的研究結果一致。在同一超聲功率下，肉糜中氯化物含量均隨著處理時間的延長逐漸增加，240 W、90 min和300 W、90 min組肉糜氯化物含量均顯著高于同功率下其余2 個處理組（＜0.05）。當超聲波輔助腌制時間較短時，超聲功率的增大對腌制速率有明顯改善作用，超聲30 min時，240 W和300 W功率處理組氯化物含量均顯著高于180 W處理組（＜0.05），產生這一結果的原因是超聲波能夠破壞肌肉組織，有效促進鹽分向內部滲透，這與龍錦鵬等研究結果一致。在所有處理組中，300 W處理90 min肉糜氯化物含量最高，為1.41%，較靜態(tài)腌制（1.14%）提高23.68%。由此可見，采用超聲波進行預處理能夠加快肉類腌制速率，縮短達到相同鹽含量所需的腌制時間，在一定程度上可達到減鹽的目的。

圖3 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜中氯化物含量的影響Fig. 3 Effects of ultrasound power and time on chloride content of minced pork during curing

2.6 超聲波輔助腌制對豬肉糜乳化穩(wěn)定性的影響

乳化穩(wěn)定性可在一定程度上反映肉品的持水能力，是決定其品質的重要指標之一。由表8可知，超聲功率、超聲處理時間及二者交互作用對肉糜乳化穩(wěn)定性均有顯著影響（＜0.05）。

表8 超聲功率和超聲時間對豬肉糜乳化穩(wěn)定性影響的方差分析表Table 8 Analysis of variance of the effect of ultrasound power and time on emulsion stability of minced pork

由表9可知，采用超聲波輔助腌制均可減少肉糜總汁液損失、水分損失及脂肪損失，這與尹藝霖研究結果一致。在240 W和300 W超聲功率下，肉糜總汁液損失、水分損失及脂肪損失均隨超聲時間的延長呈先減小后增大趨勢，這可能是由于在較高功率下，較長時間的超聲處理會破壞肉糜凝膠體系的網絡結構，降低其保水能力，從而導致肉糜乳化功能特性下降，這與Zhang Fengxue等的研究結果一致。此外，240 W、60 min處理組豬肉糜總汁液流失為5.29%，水分流失為3.74%，脂肪流失為0.50%，分別較對照組減少48.34%、58.21%、64.03%，在所有實驗組中具有最好的乳化穩(wěn)定性，這也與蒸煮得率結果一致。上述結果表明，超聲波處理能夠催化蛋白質分子內與分子間的?；磻纬晒矁r鍵，增強蛋白質間的交聯(lián)作用，從而改善凝膠的品質特性。

表9 不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜乳化穩(wěn)定性的影響Table 9 Effects of ultrasound power and time on emulsion stability of minced pork during curing

2.7 超聲波輔助腌制對豬肉糜流變特性的影響

研究表明，超聲波處理可以有效改善固、液體食品的結構及黏度等特性，從而改善產品品質。表觀黏度表示體系的流動性能，與分子間的相互作用密切相關，其值越大，表明體系流動性越小。

由圖4可知，與靜態(tài)腌制相比，采用超聲波輔助腌制均可降低肉糜的表觀黏度，增強流動性能，這與Amiri等的研究結果一致，這可能與超聲波產生的空化效應有關。隨著剪切速率的增大，剪切應力逐漸增加，從而產生強剪切力和快速分子運動，能夠破壞蛋白質疏水相互作用，防止蛋白質發(fā)生聚集，流體阻力小，表觀黏度降低，表現(xiàn)出剪切稀化行為。在所有實驗組中，240 W、60 min超聲處理組表觀黏度最小，體系流動性能最優(yōu)。此外，Arzeni等研究發(fā)現(xiàn)，黏度的降低還可能與粒徑的減小有關。

圖4 腌制過程中不同超聲功率及超聲時間對豬肉糜表觀黏度的影響Fig. 4 Effects of ultrasound power and time on apparent viscosity of minced pork during curing

3 討 論

在應用超聲波技術進行輔助腌制，改善肉品品質方面，目前的研究存在一些矛盾之處?？荡蟪裳芯堪l(fā)現(xiàn)，隨著超聲波強度的增大和超聲處理時間的延長，牛肉的嫩度顯著降低，超聲波輔助腌制有助于鹽分的滲透和水分的保持，從而導致硬度的降低；然而Mcdonnell等對豬肉進行超聲波輔助腌制時未見質構有顯著改善，說明超聲波處理可能只起到一種表面化作用，并不影響肉的整體品質和內部結構，出現(xiàn)上述結果的原因可能是由于原料肉種類的差異、超聲波設備和參數及處理條件不同導致的。

本實驗通過研究不同超聲功率和超聲時間對豬肉糜腌制過程中食用品質和凝膠性能的影響，結果表明：采用超聲波輔助腌制可顯著改善肉糜品質，與靜態(tài)腌制相比，超聲波處理能夠提高肉糜pH值及蒸煮得率，減少總汁液流失和水分流失，具有良好的保水性；對色澤有良好的改善作用；能夠有效改善質構特性，與TG酶聯(lián)合使用可以促進蛋白質發(fā)生交聯(lián)，提高豬肉糜的硬度、咀嚼性和彈性；此外，在相同的腌制時間內，采用超聲波輔助腌制可使氯化物含量顯著增加（＜0.05），提高腌制效率，縮短腌制時間，在一定程度上可達到減鹽的目的；同時還能改善其乳化穩(wěn)定性和流變特性。綜合各項指標，得到最適宜的超聲處理參數為超聲功率240 W、超聲時間60 min，這可為將超聲波應用于肉糜腌制過程、改善原料肉的品質特性及后續(xù)肉糜類制品加工提供一定的理論依據和參考。