超聲波技術(shù)在肉品加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃榮秋，臧明伍，李?；?，柴 悅，趙 冰，張順亮，張哲奇，張凱華，李 素，吳倩蓉，李 丹

（1.中國肉類食品綜合研究中心北京食品科學(xué)研究院，北京 100068；2.天津農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)院天津市農(nóng)業(yè)動物繁育與健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

超聲波是由聲波傳播過程中介質(zhì)分子運(yùn)動產(chǎn)生的機(jī)械波組成，傳播頻率高，不能被人耳察覺[1]，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[2-5]。近年來，超聲波技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用也發(fā)展迅速，在結(jié)晶、干燥、提取、殺菌、酶活調(diào)控、肉品品質(zhì)改善等方面得到廣泛研究與應(yīng)用。

在改善肉品品質(zhì)方面，超聲波輔助其它技術(shù)在肉品加工過程中可以對肉品品質(zhì)起到很好的調(diào)控作用[6]。目前，超聲波技術(shù)在肉品加工中的應(yīng)用多集中在輔助冷凍儲存、加工前處理及熱加工過程中，對改善肉質(zhì)、輔助凍結(jié)、提高解凍效率、輔助腌制等方面效果顯著，在防腐、乳化、嫩化等過程中具有改變?nèi)馄肺锢?、化學(xué)性質(zhì)的能力[7]。根據(jù)超聲波強(qiáng)度的不同，其在調(diào)節(jié)酶活方面也有一定程度貢獻(xiàn)[8]。雖然超聲波已被用于肉品加工過程中的工藝改善，但僅有少數(shù)工藝被用于工業(yè)化生產(chǎn)，需要繼續(xù)研究以擴(kuò)大工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。與此同時，高強(qiáng)度的超聲波處理被證實(shí)有促進(jìn)氧化的效果，而過度氧化對肉品品質(zhì)產(chǎn)生一定負(fù)面影響。因此，明確肉品超聲波處理加工特性對于調(diào)控肉品品質(zhì)顯得尤為重要[9]。

本文介紹了超聲波技術(shù)應(yīng)用原理及在肉類加工中前處理及熱加工過程中應(yīng)用進(jìn)展，并評估超聲波輔助加工對肉制品嫩度、色澤、持水力及脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)氧化的影響，為提高產(chǎn)品加工效率，改善產(chǎn)品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 超聲波技術(shù)原理

超聲波是一種機(jī)械波，主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其傳播速度受介質(zhì)性質(zhì)影響，一般通過空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)發(fā)揮作用[6]，圖1 為超聲波作用原理?？栈?yīng)主要是指存在于液體中的微氣核空化泡在超聲波作用下振動，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時形成負(fù)壓，空化氣泡生長、膨脹、破裂、收縮的動力學(xué)過程，空化效應(yīng)同時伴隨著空化氣泡局部高溫高壓的產(chǎn)生及強(qiáng)大的沖擊力帶來的微射流[10]。空化氣泡的震蕩和生長又稱為穩(wěn)態(tài)空化，此過程相對穩(wěn)定，沒有溫度和壓強(qiáng)的劇烈變化；空化氣泡收縮與破裂稱為瞬時空化，瞬時空化取決于超聲波的振幅與頻率，空化泡爆破瞬間釋放局部溫度可高達(dá)5000 K，壓強(qiáng)可達(dá)50 MPa[7]。由于空化泡的分布并不均勻，因此空化效果可能有所不同[11-12]。機(jī)械效應(yīng)一方面包括空化氣泡破裂產(chǎn)生的微射流和沖擊波產(chǎn)生的機(jī)械能；另一方面超聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在聲波作用下振動產(chǎn)生較高的加速度，對介質(zhì)結(jié)構(gòu)具有破壞作用[13]。超聲波在介質(zhì)中傳播產(chǎn)生的反射波也會引發(fā)機(jī)械效應(yīng)產(chǎn)生。以上機(jī)械反應(yīng)在超聲波處理中并不是單獨(dú)存在，而是協(xié)同發(fā)揮作用[14-15]。超聲波在傳播過程中伴隨能量的傳播。介質(zhì)機(jī)械振動過程中摩擦產(chǎn)熱、對外部能量的吸收、空化氣泡爆破產(chǎn)生的高溫等是導(dǎo)致熱效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因[10]，其中空化效應(yīng)導(dǎo)致局部高溫，其它原因?qū)е陆橘|(zhì)溫度整體升高。

圖1 超聲波作用原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of ultrasonic action principle

除空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)外，超聲波處理彌散作用在肉制品加工過程中有所應(yīng)用。超聲波處理有助于改善細(xì)胞通透性，加速生物膜物質(zhì)交換，在肉制品腌制過程中廣泛應(yīng)用，有效縮短腌制時間[16]。

2 超聲波在肉品前處理中的應(yīng)用

2.1 超聲波輔助凍結(jié)在肉品中的應(yīng)用

冷凍保存是肉類儲存、運(yùn)輸過程中最常用的方法，低溫有助于降低生物化學(xué)反應(yīng)速率，抑制微生物生長繁殖，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量安全[17]。研究發(fā)現(xiàn)，冷凍速率與肉品色澤、保水性、組織結(jié)構(gòu)等品質(zhì)參數(shù)密切相關(guān)，冷凍產(chǎn)生冰晶的位置和大小是決定冷凍產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[18]。傳統(tǒng)的凍結(jié)方法速率較低，形成冰晶較大且尖銳，容易造成細(xì)胞損傷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。超聲波輔助凍結(jié)的應(yīng)用提高了肉品冷凍效率，增加冰晶的成核率，促進(jìn)小冰晶的產(chǎn)生，從而降低對肉品微觀結(jié)構(gòu)的破壞[19]，提高冷凍肉質(zhì)量。

目前的研究認(rèn)為，超聲波空化氣泡破裂局部高壓的產(chǎn)生有助于增加冰核的數(shù)量及產(chǎn)生速度，產(chǎn)生的微射流可使大冰晶碎裂成小冰晶，降低冰晶的形成對組織結(jié)構(gòu)完整性的破壞[20]。另外，微射流的產(chǎn)生可有效提高凍結(jié)水與未凍水之間的熱量傳遞效率，加速冰晶的產(chǎn)生，提高肉類冷凍速率[21]。但超聲波熱效應(yīng)的產(chǎn)生可能阻礙冰晶的產(chǎn)生，因此超聲波參數(shù)的確定在生產(chǎn)中尤為重要。研究人員在探究超聲波輔助冷凍對畜禽肉質(zhì)的影響中得到，相較于傳統(tǒng)凍結(jié)方式，超聲波輔助冷凍在提高冷凍效率、減少水分損失、改善肉質(zhì)中效果顯著（表1）[22-24]。然而，過高強(qiáng)度的超聲波處理能顯著增加肌纖維間隙，導(dǎo)致肌肉組織物理特性弱化，因此恰當(dāng)?shù)某曁幚砉β剩?60～180 W）是減小冷凍冰晶尺寸、增加冰核數(shù)量的關(guān)鍵。已有研究證明，超聲波輔助凍結(jié)技術(shù)的產(chǎn)生可有效提高肉類凍結(jié)速率，對保障冷凍肉食用品質(zhì)方面發(fā)揮積極作用。

表1 超聲波輔助凍結(jié)在肉品中的相關(guān)研究結(jié)果Table 1 Relevant research results of the effect of ultrasonic-assisted freezing on meat quality

2.2 超聲波在肉品解凍中的應(yīng)用

除凍結(jié)工藝外，超聲波對肉品解凍工藝的發(fā)展發(fā)揮重要作用。不當(dāng)?shù)慕鈨龇绞綍斐伤旨盃I養(yǎng)物質(zhì)的流失，導(dǎo)致產(chǎn)品保水性變差。引起冷凍肉感官品質(zhì)下降及營養(yǎng)物質(zhì)流失的主要原因是解凍過程中肌肉完整結(jié)構(gòu)的損傷[7]。傳統(tǒng)解凍方法解凍效率低，不適應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)，超聲波輔助解凍技術(shù)的發(fā)展有效減少了冷凍肉的解凍時間，并實(shí)現(xiàn)低溫條件下快速解凍，提高了冷凍肉解凍品質(zhì)。

超聲波聲能向熱能的轉(zhuǎn)化加速了解凍過程，肉品的快速解凍有助于保持產(chǎn)品肌纖維結(jié)構(gòu)的完整性。高功率的超聲波有助于提高熱能在介質(zhì)中的擴(kuò)散速度，適當(dāng)功率的超聲輔助解凍有助于低溫快速解凍的實(shí)現(xiàn)，有效預(yù)防高溫對肉質(zhì)的影響[25]。另外，超聲波的傳播在固體中的衰減速度大于在液體中的衰減速度，且易在固液界面產(chǎn)生反射，因此導(dǎo)致固體冰晶對能量吸收更高，加速冰晶溶解。目前，在超聲輔助解凍技術(shù)對豬肉、牛肉、羊肉、雞肉、魚類解凍品質(zhì)的影響領(lǐng)域已有諸多研究。Wang 等[26]通過比較真空解凍、超聲波解凍和微波解凍對豬背最長肌品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)真空解凍和超聲波解凍對肉品品質(zhì)的影響相對較低。Zhang 等[27]通過研究不同功率的超聲輔助浸泡解凍對雞胸肉解凍速度及理化性質(zhì)的影響，表明300 W 的超聲波輔助浸泡解凍有效降低樣品結(jié)合水和自由水的解凍損失，很大程度保持肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的完整性；適當(dāng)功率的超聲波處理可以加快解凍速率的同時保證肉品品質(zhì)，但對微觀結(jié)構(gòu)會造成一定影響。Guo 等[28]研究不同功率的超聲波對牦牛肉解凍品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)低功率超聲波（400 W）在加快解凍速率的同時保證細(xì)胞完整性，但肌纖維面積顯著增加，600 W 功率的超聲波處理肌纖維邊界消失，肌纖維細(xì)胞發(fā)生破裂，證明高功率的超聲波處理對肉品品質(zhì)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。因此，針對不同的樣品特性設(shè)置超聲波處理參數(shù)是工業(yè)化生產(chǎn)中面臨的重要問題。

2.3 超聲波在肉類腌制中的應(yīng)用

腌制是肉制品前處理的重要環(huán)節(jié)，目的在于延長產(chǎn)品保質(zhì)期及改善產(chǎn)品感官品質(zhì)。傳統(tǒng)的腌制方法包括干腌、濕腌、鹽水注射腌制、滾揉等[29]。腌制過程主要涉及兩種物質(zhì)傳遞過程，一種為肉中水分向外遷移過程，另外一種為腌制液成分向肉內(nèi)部滲透擴(kuò)散過程[30]。外界高鹽環(huán)境通過高壓滲透作用促使肉中水分快速向外遷移，鹽離子向內(nèi)滲透卻尤為緩慢，通過注射鹽水可有所改善，但鹽水注射易造成分布不均，導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定。超聲波的應(yīng)用可以改變肌纖維的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)生物膜的通透性，顯著提高肌肉組織滲透性，有效縮短腌制時間，提高生產(chǎn)效率[16]。

超聲波輔助腌制對肉品持水性、嫩度、肉色、微生物總量及風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生等均發(fā)揮著重要作用。超聲功率、超聲時間、腌制液鹽離子濃度等均是影響鹽離子擴(kuò)散的重要因素（表2）。Cárcel 等[30]研究發(fā)現(xiàn)在超聲強(qiáng)度閾值以上，豬里脊肉NaCl 含量與超聲波強(qiáng)度成比例增加。超聲波空化效應(yīng)產(chǎn)生的微射流影響傳質(zhì)過程，空化氣泡破裂對肌肉結(jié)構(gòu)造成的損害影響肌肉嫩度和持水性。Pan 等[31]認(rèn)為超聲波加速鹽離子向宰后肌肉內(nèi)傳播，且增加肌肉蛋白質(zhì)氧化敏感性，相比靜態(tài)腌制，在色澤和保水性上有所改善。Li等[32]研究超聲波輔助滾揉腌制對肌肉品質(zhì)屬性的影響，得到超聲波輔助處理顯著提高了腌制液吸收，雞胸肉嫩度和口感有所改善。超聲波輔助腌制是超聲波空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)與彌散作用協(xié)同作用的結(jié)果，其在提升腌制效率的同時可能對肉質(zhì)造成其它的影響，目前研究認(rèn)為超聲波輔助腌制對產(chǎn)品脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化具有促進(jìn)作用。Kang 等[33]在研究超聲強(qiáng)度和超聲時間對蛋白質(zhì)氧化和結(jié)構(gòu)的影響中發(fā)現(xiàn)超聲波處理增加了蛋白質(zhì)聚集，空化效應(yīng)產(chǎn)生的自由基導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化的發(fā)生。陳銀基等[34]采用不同濃度食鹽結(jié)合超聲波對牛肉進(jìn)行腌制發(fā)現(xiàn)，超聲波輔助腌制可以提高牛肉不飽和脂肪酸含量及脂質(zhì)氧化程度。

表2 超聲波輔助腌制在肉品中的相關(guān)研究結(jié)果Table 2 Related research results of ultrasonic-assisted curing on meat quality

基于超聲波輔助腌制提高腌制液擴(kuò)散速度基礎(chǔ)上，相關(guān)研究人員在低鹽腌制，開發(fā)低鹽肉制品上進(jìn)行系列研究，為降低膳食鹽攝入作出努力。Pinton 等[35]研究氯化鈉替代物對肉糜品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)KCl 替代鈉鹽結(jié)合超聲波處理豬肉糜儲存期間脂質(zhì)氧化及感官水平?jīng)]有顯著影響，為低鈉鹽肉制品的開發(fā)提供了理論依據(jù)。

3 超聲波處理在肉類熱加工中的應(yīng)用

肉制品熱加工過程對肉品品質(zhì)產(chǎn)生直接影響，主要涉及膠原蛋白和肌原纖維蛋白變性。傳統(tǒng)熱加工過程加工耗時長、能源消耗量大，且長時間高溫處理在導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的同時，可能引起營養(yǎng)物質(zhì)流失，風(fēng)味、色澤等質(zhì)量下降[36]。研究顯示，超聲波輔助加工較傳統(tǒng)加工方法耗時短，且有助于改善產(chǎn)品質(zhì)地。

超聲波作為一種新型加工技術(shù)在肉制品加工過程中被用于改善產(chǎn)品屬性，使其獲得良好的感官品質(zhì)[36]。傳統(tǒng)熱加工方式包括煎炸、蒸煮等，長時間高溫加熱不利于肉色、水分等的保持，同時導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響食用品質(zhì)。相較于傳統(tǒng)加工方法超聲波輔助加工可有效提高加工過程中熱傳導(dǎo)率，是縮短加工時間的主要原因，在改善產(chǎn)品蒸煮損失、保持肉色、改善整體風(fēng)味輪廓中發(fā)揮重要作用。研究證實(shí)，超聲波技術(shù)在肉制品煎炸、蒸煮過程中通過促進(jìn)自由基產(chǎn)生、改變?nèi)馄肺⒂^結(jié)構(gòu)等最終對感官特性產(chǎn)生影響[37-38]。低功率超聲波輔助油炸產(chǎn)品空化效應(yīng)導(dǎo)致肌纖維適度斷裂，增加產(chǎn)品嫩度。Wang 等[38]研究不同功率超聲處理對油炸肉丸理化特性及微觀結(jié)構(gòu)影響，發(fā)現(xiàn)超聲波可有效縮短加工時間，降低水分損失，提高產(chǎn)品得率，顯微鏡觀察到纖維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)，感官評價結(jié)果優(yōu)于未經(jīng)超聲處理的樣品。脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化降解是產(chǎn)品風(fēng)味產(chǎn)生的主要途徑，超聲波處理對氧化進(jìn)程的改變對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生具有一定影響。Zou 等[39]的研究結(jié)果顯示超聲波輔助加工后五香牛肉揮發(fā)性風(fēng)味成分中醛類、醇類、酮類物質(zhì)含量顯著增加，對五香牛肉特征風(fēng)味的形成具有積極影響。熱加工中輔以超聲波處理在提高肉制品揮發(fā)性化合物豐富度的同時，可以延緩儲藏期脂質(zhì)氧化進(jìn)程，有助于延長產(chǎn)品貨架期。Zhang 等[40]對超聲輔助蒸煮牛肉冷藏期理化性質(zhì)測定發(fā)現(xiàn)，超聲波輔助在不破壞產(chǎn)品特性的同時，有助于產(chǎn)品冷藏期間肉色的保持，TBARS 值顯著下降。因此，超聲波輔助加工可能是一種有效改善肉制品品質(zhì)的潛在加工技術(shù)，未來可能在預(yù)制肉制品發(fā)展中發(fā)揮積極作用。

此外，超聲波輔助干燥技術(shù)在肉品風(fēng)干過程中可加速水分揮發(fā)，提高傳熱效率，從而加速干燥過程[41]。一方面，超聲波振動引起干燥產(chǎn)品表面及內(nèi)部空氣對流，提高熱傳導(dǎo)效率[20]；另一方面，由于超聲處理在細(xì)胞內(nèi)外空化氣泡的破裂，導(dǎo)致肌肉組織細(xì)胞內(nèi)微通道的產(chǎn)生，加速水分向外擴(kuò)散，但過高強(qiáng)度的超聲波處理較長時間，容易導(dǎo)致肉品組織結(jié)構(gòu)損傷，影響肉品食用品質(zhì)[2]。Baslar 等[42]通過超聲輔助真空干燥顯著提高牛肉和雞肉干燥速率，同時降低能源消耗。Bantle 等[41]在探究超聲輔助干燥動力學(xué)時發(fā)現(xiàn)，在對鱈魚進(jìn)行干燥時，超聲強(qiáng)度在不超過2 W/kg時，干燥時間可至少降低50%，證明超聲輔助干燥在提高干燥效率上具有顯著效果。

4 超聲波處理對肉品理化特性的影響

4.1 超聲波處理對肉品嫩度的影響

嫩度是評價肉品食用品質(zhì)的重要指標(biāo)。動物屠宰前的品種、營養(yǎng)、年齡及宰后成熟等均會對胴體嫩度產(chǎn)生影響。目前大多研究結(jié)果認(rèn)為肉類嫩化的主要原因是肌原纖維蛋白及相關(guān)蛋白的水解，其中以肌原纖維蛋白的水解發(fā)揮主要作用[43]。嫩化方式主要包括物理嫩化、化學(xué)嫩化和生物嫩化。相關(guān)研究證明，超聲波機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)的協(xié)同作用，在改善肉制品嫩度上具有巨大應(yīng)用潛力。

超聲輔助凍結(jié)、解凍、烹飪等加工過程產(chǎn)生的物理化學(xué)反應(yīng)破壞肌原纖維蛋白完整機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)韌性下降，另一方面超聲輔助腌制在腌制液作用下，組織蛋白持水力的改變，影響蛋白質(zhì)溶解度，肌纖維斷裂及蛋白質(zhì)溶解均對肉品嫩度產(chǎn)生影響[44-46]。除此之外，肌肉內(nèi)源酶活性對自身品質(zhì)改善也發(fā)揮一定作用，而超聲波處理對肉質(zhì)品內(nèi)源酶活性具有激活或滅活效果[46-48]，因此通過控制超聲功率調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白水解酶活性，可能對改善產(chǎn)品嫩度具有一定貢獻(xiàn)。有學(xué)者認(rèn)為，肉品嫩化的發(fā)生是內(nèi)源酶系統(tǒng)協(xié)同作用的結(jié)果，動物屠宰后成熟的目的是為蛋白酶水解系統(tǒng)降解肌肉蛋白提供反應(yīng)時間[49]。大量研究證明，鈣蛋白酶在嫩化過程中發(fā)揮重要作用。超聲波處理導(dǎo)致的生物膜結(jié)構(gòu)損傷，有助于鈣離子的釋放，從而激活鈣蛋白酶，加速肌纖維降解。Wang 等[50]研究發(fā)現(xiàn)超聲波可能促進(jìn)μ-鈣蛋白酶的自溶和活化，加速結(jié)構(gòu)蛋白水解，達(dá)到改善肌肉嫩度的目的。除鈣蛋白酶外，組織蛋白酶在調(diào)節(jié)雞肉嫩度上也有所貢獻(xiàn)。Wang等[51]評估超聲波對宰后成熟牛肉品質(zhì)影響發(fā)現(xiàn)，超聲波處理提高了組織蛋白酶B 的活性，組織蛋白酶B 作用于膠原蛋白分子改變了膠原蛋白結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其熱變性溫度下降。由于膠原蛋白與結(jié)締組織韌性具有相關(guān)性，膠原蛋白穩(wěn)定性的下降，有助于改善產(chǎn)品嫩度。

4.2 超聲波處理對肉品保水性的影響

肉品保水性（Water binding capacity，WHC）與肉質(zhì)嫩度、色澤、風(fēng)味等密切相關(guān)，保水性高的產(chǎn)品更易被消費(fèi)者接受。肉制品WHC 的變化取決于在儲藏及加工過程中肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的變化[52]。超聲波處理在調(diào)控肉品保水能力上應(yīng)用廣泛。

超聲波處理對肌原纖維蛋白構(gòu)象產(chǎn)生一定影響。疏水力、靜電斥力及氫鍵結(jié)合能力等是蛋白質(zhì)持水關(guān)鍵作用力。研究顯示，超聲波處理對肌原纖維蛋白中α-螺旋、β-折疊相對含量比例有所影響，α-螺旋與β-折疊主要依靠氫鍵維持穩(wěn)定。姜國川等[53]通過探究改性對肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)影響得到超聲波-谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶復(fù)合改性后蛋白質(zhì)α-螺旋相對含量下降，β折疊相對含量升高，最終導(dǎo)致蛋白凝膠持水力升高。Kang 等[54]研究蛋白質(zhì)改性對牛肉結(jié)構(gòu)及水分分布的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波輔助腌制有助于NaCl 進(jìn)入，增加蛋白質(zhì)側(cè)鏈與水的結(jié)合，從而改變牛肉持水力。超聲波處理不僅在肉品前處理持水力的改善中發(fā)揮作用，在降低產(chǎn)品蒸煮損失上也有所作用。Wang等[55]探究超聲波輔助真空蒸煮對五香牛肉質(zhì)構(gòu)及保水性變化得到，超聲波輔助熱處理導(dǎo)致的肌肉結(jié)構(gòu)熱誘導(dǎo)變化和蛋白質(zhì)變性可能是造成蒸煮損失降低的主要原因。因此，超聲波處理作為一種高效肉類加工輔助技術(shù)，在改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、提升保水性上發(fā)揮積極作用。

4.3 超聲波處理對肉品色澤的影響

肉色作為消費(fèi)者的第一感官印象是評價肉品質(zhì)量的重要因素之一，呈色深淺主要與肌紅蛋白含量及狀態(tài)相關(guān)，氧化水平、保水性、肌肉微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)等均對肉品色澤產(chǎn)生重要影響。超聲波處理引起肉品品質(zhì)指標(biāo)發(fā)生改變，因此可能導(dǎo)致色澤發(fā)生變化。

目前研究普遍認(rèn)為，超聲波處理導(dǎo)致肉品脂質(zhì)、蛋白質(zhì)氧化水平、保水性等的改變，影響肉色穩(wěn)定性。Domínguez 等[56]認(rèn)為脂質(zhì)氧化釋放的醛類物質(zhì)影響血紅素結(jié)合蛋白氧化還原穩(wěn)定性。Stadnik 等[57]研究超聲波輔助牛肉感官特性變化時發(fā)現(xiàn)，超聲處理阻礙了肌紅蛋白氧化，延緩高鐵肌紅蛋白的產(chǎn)生，促進(jìn)牛肉色澤的整體變化。Diaz-Almanza 等[58]發(fā)現(xiàn)，超聲波空化效應(yīng)改變牛肉表面微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水分流失，從而使牛肉亮度增加。另外，脂質(zhì)氧化初級氧化自由基的產(chǎn)生關(guān)聯(lián)線粒體電子傳遞鏈從而影響高鐵肌紅蛋白還原性。線粒體電子傳遞消耗氧氣，有助于延緩氧化，但氧化自由基的產(chǎn)生阻礙正常電子傳遞過程，導(dǎo)致電子泄露，電子泄露可以加速自由基產(chǎn)生，如此循環(huán)，最終導(dǎo)致肉色穩(wěn)定性變差[59]。Tang 等[60]研究結(jié)果表明，超聲處理可通過線粒體脂質(zhì)氧化或電子傳遞鏈介導(dǎo)減少高鐵肌紅蛋白的產(chǎn)生來影響肌紅蛋白穩(wěn)定性。與此同時，也有一些研究表明，超聲波處理對肉品色澤沒有影響，認(rèn)為超聲產(chǎn)生的能量不足以對肌紅蛋白造成影響[61]，尤其對熟肉制品的影響效果有限[6]，生鮮肉凍融是影響肉品色澤的重要因素，超聲波處理有助于凍融過程中肉色的保持。Gan 等[62]研究不同解凍方式對肉類品質(zhì)影響時發(fā)現(xiàn)，超聲波解凍有效保持了肉類肌肉組織結(jié)構(gòu)，降低TBARS 值，且高鐵肌紅蛋白含量最低，證明相較于微波解凍、紅外線解凍及室溫解凍，超聲波輔助解凍對肉色影響最小。肉色的調(diào)控途徑多樣，目前的研究結(jié)果認(rèn)為活性氧介導(dǎo)的線粒體功能損傷及氧化的發(fā)生是導(dǎo)致肉色劣變的主要原因，抑制氧化發(fā)生是防止肉色劣變的重要思路。超聲波處理已被證實(shí)在肉色保持中發(fā)揮積極作用，是一種具有應(yīng)用潛力的肉色改善輔助手段。

4.4 超聲波處理對肉品脂質(zhì)氧化及風(fēng)味的影響

脂質(zhì)氧化過程復(fù)雜，包含多種生物化學(xué)反應(yīng)，主要是不飽和脂肪酸通過自由基啟動氧化，分解產(chǎn)生小分子物質(zhì)的過程，對產(chǎn)品不飽和脂肪酸含量、風(fēng)味、色澤、嫩度等具有重要影響[63]。適度的氧化能夠豐富肉制品風(fēng)味，提升產(chǎn)品質(zhì)量，但氧化過度易造成風(fēng)味劣變、營養(yǎng)物質(zhì)流失，甚至導(dǎo)致氫過氧化物等有害物質(zhì)產(chǎn)生。因此，控制氧化過程在肉類工業(yè)發(fā)展中尤為重要。超聲波作為一種有效的食品加工創(chuàng)新技術(shù)，對肉制品脂質(zhì)氧化降解具有一定作用。

選取合適的超聲波加工參數(shù)對肉品感官品質(zhì)具有改善效果，但超過一定閾值強(qiáng)度的功率超聲產(chǎn)生的物理化學(xué)效應(yīng)也可能產(chǎn)生負(fù)面影響，其中最為直觀的是對產(chǎn)品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響。余力等[64]研究不同解凍方式對兔肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響得到，僅超聲波解凍后產(chǎn)生特征性風(fēng)味物質(zhì)2-戊基呋喃。風(fēng)味物質(zhì)主要是由脂肪酸不飽和雙鍵氧化產(chǎn)生的次級揮發(fā)性小分子物質(zhì)構(gòu)成。因此，肉制品不飽和脂肪酸含量與產(chǎn)品風(fēng)味具有較強(qiáng)相關(guān)性（表3）。Ojha 等[65]研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理對牛肉干中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸比例具有顯著影響，其中以多不飽和脂肪酸含量最高。Bao 等[66]對不同功率超聲波預(yù)處理干腌牦牛肉肉質(zhì)、營養(yǎng)成分測定發(fā)現(xiàn)，肉品飽和脂肪酸含量隨超聲功率升高而增加，對肉品顏色、風(fēng)味產(chǎn)生負(fù)面影響，但改善了肉品嫩度。另外，超聲波空化效應(yīng)能夠造成細(xì)胞膜損傷。磷脂富含雙鍵，是構(gòu)成細(xì)胞膜骨架的主要成分，細(xì)胞膜損傷導(dǎo)致磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)受到破壞，最終使不飽和雙鍵更易發(fā)生氧化。與此同時，超聲空化氣泡爆破釋放的能量會導(dǎo)致空化氣泡周圍水分子均裂產(chǎn)生自由基（羥自由基和氫自由基），啟動脂質(zhì)氧化反應(yīng)[67]。但有研究認(rèn)為，低頻超聲處理有助于降低脂質(zhì)氧化水平（表3）。Xu 等[68]采用低頻超聲處理鴨肝，結(jié)果顯示低頻超聲可以降低脂質(zhì)氧化速率，顏色、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)未發(fā)生明顯改變，原因可能是超聲波處理改變了蛋白質(zhì)構(gòu)象，造成大量還原性氨基酸暴露，起到抗氧化效果，改善鴨肝的異味感，導(dǎo)致醇、醛的含量降低，酸類物質(zhì)增多。

表3 超聲波處理對肉品脂質(zhì)氧化相關(guān)研究結(jié)果Table 3 Related research results of ultrasonic treatment on lipid oxidation of meat products

超聲波處理在加速脂質(zhì)自由基氧化同時可能對酶促氧化進(jìn)程產(chǎn)生促進(jìn)作用。功率超聲空化氣泡的爆破產(chǎn)生的高溫高壓可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級和三級結(jié)構(gòu)的改變，從而對內(nèi)源蛋白酶活性產(chǎn)生影響。脂肪氧合酶（LOX）是催化肉制品脂質(zhì)氧化發(fā)生的主要酶類，能夠特異性催化含有順，順-1，4-戊二烯結(jié)構(gòu)的不飽和脂肪酸，產(chǎn)生氫過氧化物。有研究報道，低功率超聲波具有激活蛋白酶的作用，高功率超聲波具有鈍酶作用（表3）。Zhang 等[8]通過研究超聲對非煙熏培根特征風(fēng)味的影響得到超聲波處理顯著增加了脂肪酶活性，促進(jìn)多不飽和脂肪酸的產(chǎn)生，改善產(chǎn)品氧化水平，提高特征風(fēng)味物質(zhì)醛、酯、酸的產(chǎn)生。王幫國[69]對鰱魚的研究中發(fā)現(xiàn)超聲波處理使LOX 失活。Li 等[70]通過研究超聲波聯(lián)合低溫短時加熱，對黃羽肉雞品質(zhì)影響得到超聲波輔助加熱處理顯著提高黃羽肉雞重要蛋白酶失活率，使微生物活性顯著降低，蛋白酶 活性的下降延緩了脂質(zhì)氧化進(jìn)程，同時對蛋白質(zhì)羰基的形成產(chǎn)生影響，有效延長產(chǎn)品貨架期。

目前的研究證明，超聲波處理在肉類加工過程中脂質(zhì)氧化水平具有調(diào)控作用，為其在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，還需進(jìn)行更加深入的研究確定超聲波的應(yīng)用參數(shù)。

4.5 超聲波處理對肉品蛋白質(zhì)氧化的影響

蛋白質(zhì)是生物體所需的重要營養(yǎng)物質(zhì)，有關(guān)蛋白質(zhì)氧化與生物體慢性疾病的發(fā)展已有廣泛的研究，近年來，關(guān)于蛋白質(zhì)氧化在食品工業(yè)中的發(fā)展的研究也越來越多。蛋白質(zhì)氧化與脂質(zhì)氧化機(jī)制相似，均是由自由基引發(fā)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要包括羰基化、游離巰基減少、氨基酸側(cè)鏈修飾、分子間交聯(lián)聚集、脂質(zhì)與蛋白質(zhì)氧化交互作用等幾種形式[71-72]。目前的研究認(rèn)為，活性氧在肉品蛋白質(zhì)氧化發(fā)生中起主導(dǎo)作用。蛋白質(zhì)氧化的發(fā)生對肉品物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，研究證明超聲波處理在肉品蛋白質(zhì)改性、調(diào)控產(chǎn)品品質(zhì)上具有顯著優(yōu)勢。

肌原纖維蛋白是構(gòu)成肌纖維的主要成分，因此肉品品質(zhì)改變與肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)及功能改變有關(guān)。超聲波空化效應(yīng)引起的局部高溫會促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，還原性氨基酸殘基易被氧化，引發(fā)氨基酸側(cè)鏈修飾。Zhang 等[73]研究超聲波輔助滾揉對豬肌原纖維蛋白理化特性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理后肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)展開，疏水性氨基酸暴露，導(dǎo)致蛋白質(zhì)羰基含量增加、巰基含量減少。伴隨肌原纖維蛋白氧化水平的增加，可能導(dǎo)致肉品感官品質(zhì)的改變。相關(guān)研究證明超聲波輔助解凍有促進(jìn)蛋白質(zhì)氧化的效果，同時導(dǎo)致肌原纖維排列松散，有助于增加產(chǎn)品嫩度。除肌原纖維蛋白外，結(jié)締組織中含有豐富的膠原蛋白，超聲波空化效應(yīng)可能破壞膠原蛋白交聯(lián)，從而改善膠原蛋白溶解度[52]。自由基的產(chǎn)生在脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化進(jìn)程中均發(fā)揮重要作用，這也成為了聯(lián)系兩者之間的重要橋梁。相關(guān)研究認(rèn)為，脂質(zhì)氧化產(chǎn)物及自由基的產(chǎn)生影響蛋白質(zhì)氧化和交聯(lián)化合物的產(chǎn)生，進(jìn)而影響相應(yīng)蛋白酶的識別或產(chǎn)生其它影響[74-75]。Lima等[75]在探究超聲處理對意大利臘腸的理化特性時發(fā)現(xiàn)，超聲處理加劇了脂質(zhì)氧化的發(fā)生，顯著降低儲藏過程中臘腸硫醇化合物含量，證明超聲處理加速了蛋白質(zhì)水解，有助于自由基進(jìn)入氨基酸，從而對產(chǎn)品產(chǎn)生不利影響。

綜上，超聲波輔助蛋白質(zhì)氧化修飾可以改變蛋白質(zhì)構(gòu)象及功能，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。但是盡管超聲波對肉制品蛋白質(zhì)氧化影響取得一定進(jìn)展，但關(guān)于其相互作用機(jī)制仍不清楚，有待進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)與展望

本文綜述了超聲波處理在肉品前處理、熱加工中的研究進(jìn)展及其肉品品質(zhì)的影響。相較于傳統(tǒng)處理方法，超聲波技術(shù)具有良好輔助加工效果，在前處理、熱加工中對于改善肉品品質(zhì)、提升加工效率方面具有良好應(yīng)用前景。目前，超聲波輔助加工技術(shù)主要在實(shí)驗(yàn)室研究上取得一定成果，僅有部分應(yīng)用于生產(chǎn)，因此仍需深入研究才能將更多工藝應(yīng)用于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中，而超聲波輔助加工應(yīng)用中仍存在諸多問題亟需解決?；A(chǔ)理論方面，超聲波高能量的傳播會導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其是否造成有害物質(zhì)的產(chǎn)生，影響肉類營養(yǎng)價值，需要進(jìn)一步研究。另外，超聲波聯(lián)合其他處理方式在肉質(zhì)改善中效果顯著，但其協(xié)同作用機(jī)制仍有待深入探究。應(yīng)用技術(shù)方面，一方面，超聲功率過大造成的肉品品質(zhì)劣變不容忽視；另一方面，肉類基質(zhì)復(fù)雜，超聲波在不同品種肉中作用效果不同。因此，針對不同肉品特性優(yōu)化超聲波參數(shù)閾值，在生產(chǎn)中尤為重要。此外，已有研究表明不同超聲波處理設(shè)備處理效果呈現(xiàn)出差異，不具有統(tǒng)一評判標(biāo)準(zhǔn)，因此超聲波設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化對于超聲波技術(shù)在肉類工業(yè)中的推廣應(yīng)用也顯得尤為必要。