功率超声波技术对肉品品质及加工特性的影响研究进展
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摘 要：功率超声波技术在农业产业的许多方面都有着很广泛的应用，但其在食品加工过程中还是一个新兴的技术。它可以缩短食品加工时间的同时又不破坏食品本身的品质，因此具有潜在的应用价值。本文从功率超声波的原理出发，主要综述了功率超声波技术在肉品加工过程中对肉品品质（嫩度和成熟）及工艺性能（烹饪、盐渍、杀菌、冷冻和解冻）的影响，并且简要阐述了功率超声波技术在肉品加工中的负面影响。
关键词：功率超声波；肉品加工；肉品品质；工艺特性
Abstract： Low-frequency and high-intensity ultrasonic has a wide range of applications in agriculture. In food processing， it is an emerging technology with the potential to shorten the processing time without damaging the quality of foods. In this review， the principle of low-frequency and high-intensity ultrasonic is outlined with focus on its influences on the quality （tenderness and aging） and processing properties （cooking， brining， sterilization， freezing and thawing）. Some negative effects of low-frequency and high-intensity ultrasonic on meat products are also described. In a word， this technology may play a great role in the field of meat processing.
Key words： power ultrasonic； meat processing； meat quality； process property
DOI：10.15922/ki.rlyj.2016.11.008
中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2016）11-0037-06
随着科技的进步、经济的发展和生活水平的提高，人们对于优质肉制品的需求也逐渐增加。虽然目前肉制品的加工技术已经从传统的加工方式转向机械化生产，但在肉类加工的过程中，肉品品质和加工工艺条件仍有待提高。功率超声波与传统的肉制品加工技术相比，能够提高肉制品的生产效率和产品品质，同时对产品的营养成分和活性因子的破坏较低，能耗少，对环境无污染，是一种环境友好型的新技术，在清洗、测量、医疗诊断、食品加工等方面都有着广泛的应用[1]。
近几年来功率超声波技术在食品工业中的应用范围逐渐扩大，从最初在脱气、杀菌、乳化、冷冻、干燥、过滤、提取、肉的嫩化和酒的陈化等到现在烹饪、切割、腌渍、微胶囊、新型食品的制备及分子美食学中的应用，功率超声波技术已受到广泛关注，尤其是在肉类加工行业中有着更好的应用前景和实用价值[2]。本文从功率超声波的原理出发，重点综述了功率超声波技术在肉品加工过程中对肉品品质（嫩度和成熟）及工艺性能（烹饪、盐渍、杀菌、冷冻和解冻）的影响，并且简要阐述了功率超声波技术在食品加工中的负面影响，为该技术在肉制品中应用提供一定的理论基础。
1 功率超声波简介
超声波在食品领域中根据能量强度可分为两大类：检测超声波和功率超声波。检测超声波是指高频率、低强度的超声波（>1 MHz、
2 功率超声波技术在肉品加工过程中的应用
2.1 功率超声波技术对肉品品质的影响
肉品品质主要取决于肉的香味、口感、外观、质构和性。消费者的消费行为表明质构是决定肉品品质最重要的因素，而加速肉的成熟可以提高销售商的经济效益，因此研究功率超声波技术对于肉制品的嫩度和成熟的影响具有重要的意义[7]。
2.1.1 嫩度
提高肉制品嫩度的方法主要有机械法、酶法和化学方法。从技术上讲，功率超声波对于肉的组织结构有2 种影响形式：一种是打破细胞的完整性，一种是促进酶的反应[8]。Roberts等[9]研究发现对牛肉施加频率为40 kHz、强度为2 W/cm2的功率超声波处理2 h，可以破坏牛肉的肌束膜并改善其质构，提高牛肉的嫩度和保水性。其原因可能是由于新鲜牛肉通过功率超声波处理后，更好地促进了牛肉中蛋白酶的分泌，使游离氨基酸含量增加，改变组织结构，从而改善肉的嫩度。Xiong等[10]研究表明采用功率超声波（24 kHz、12 W/cm2）处理鸡胸肉12 s，并在4 ℃条件下贮存0、1、3、7 d，和对照组相比，在贮藏期间实验组样品的剪切力值降低，但蒸煮损失没有发生显著变化，这表明功率超声波技术同样也有助于家禽肉的嫩化。为了观察在贮藏期间施加功率超声波所引起的质量特性的变化，Pohlman等[11]用20 kHz、22 W/cm2的功率超声波在贮藏时间为1、6、10 d时处理真空包装的胸大肌，处理时间分别为0、5、10 min，研究发现经过功率超声波处理后的样品硬度降低，但降低程度并不受处理时间的影响，并且还发现与真空包装样品相比，未经包装的胸大肌在经过功率超声波处理后，其质量损失较大。以上研究表明，功率超声波处理也许可以作为一种新型的技术应用于提高肉制品的嫩度方面。
2.2.3 杀菌
为节约成本，保证产品原有的质量特性，生产商和消费者希望减少加工程序，获得高品质的产品，因此寻找一些对食品质量影响几乎为零的食品加工方法变得越来越重要，功率超声波技术因其处理方式简单，成为可供选择的替代技术。当功率超声波（20～100 kHz）强度较大时，其所产生的高压、高剪切力可以破坏细胞膜，从而导致细胞死亡，因此，功率超声波技术可以作为食品杀菌的一种方式[28]，尤其是应用于肉制品杀菌中。Pagán等[29]研究发现采用3 种组合即压力和超声（压力超声波）、超声和加热（超声热处理）或者超声、加热和压力（热压超声处理）的组合进行杀菌处理时，热压超声处理组合可能是使微生物失活的最佳方法，可以有效抑制一定范围内微生物的生长。因为功率超声波的有效性要求食品长时间暴露在高温条件下，这可能会引起食品的功能性质、感官特性和营养价值劣化。然而，当与加热处理联合使用时，便可以加快食品的灭菌速率，因此降低了暴露在高温条件下的时间和强度，从而可以减少功率超声波所造成的损失[30]。Morild等[31]研究了加压蒸汽与高功率超声波联合使用时对猪肉表面上的致病菌总数所产生的影响，对样品施加30～40 kHz的功率超声波处理0.5～4 s，最终实验结果表明，在处理1 s后活菌总数减少1.1 （lg（CFU/cm2）），4 s后活菌总数减少3.3 （lg（CFU/cm2）），说明在适当范围内增加功率超声波处理时间，可以显著降低活菌总数。Kordowska-Wiater等[32]将鸡皮浸泡在水和含1%水的乳酸中，随后采用功率超声波（40 kHz、2.5 W/cm2）处理3或6 min，研究其对鸡皮表面革兰氏阴性菌数量变化的影响。结果表明，浸泡在水中或乳酸中的样品经功率超声波处理3 min后，均可使鸡皮表面的微生物数量减少1.0 （lg（CFU/cm2）），但经过较长时间处理后（6 min），浸泡在水中的样品的微生物数目减少量超过了1.0（lg（CFU/cm2）），而浸泡在乳酸中的样品的微生物数目减少量超过了1.5 （lg（CFU/cm2））。由此可以得出结论，功率超声波处理与乳酸的联合使用可以有效减少家禽皮肤表面的革兰氏阴性菌的数量。Herceg等[33]研究了高功率超声波对含有大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单增李斯特菌和蜡状芽孢杆菌悬浮液的灭菌效果，实验采用12.7 mm的超声探头，超声频率为20 kHz，幅度为60、90、120 mm，在20、40、60 ℃的条件下处理3、6、9 min。结果表明，增加这3 个参数中任何一个都可以提高细菌的失活率，处理时间越长，失活率越高，尤其是与高温和高振幅联用时，杀菌效果更显著。最近还有研究指出，在生产过程中对鸡胴体进行蒸汽处理和功率超声波处理可以显著减少弯曲杆菌的数量，尤其是在屠宰后立即处理效果更显著[34]。由此可以得出结论，合理搭配功率超声波处理时间和处理强度并与加热处理联合使用时，可有效使肉的灭菌率提高。
2.2.4 冷冻和解冻
功率超声波可以通过控制冷冻食品中晶体的成核及生长来促进结晶，同时可将声能转化为热能加快解冻过程，也可以影响产品的质构以及解冻时细胞液的释放，而这些因素是影响消费者选择食品的重要指标，也是保护食品营养成分和生物活性成分的关键因素。声学解冻可以缩短除霜时间，从而减少解冻损失进而提高产品质量，如果能够找到合适的频率和强度，声学解冻可被视一项创新技术可更加广泛地应用于肉品中[35]。然而，Awad等[36]研究发现无论是高频还是低频条件下，超声波强度过高都会使样品表面产生温度过高的问题。使用频率和强度为500 kHz和0.5 W/cm2的功率超声波对牛肉、猪肉和鳕鱼样品处理2.5 h，解冻深度可以达到7.6 cm，且不会出现样品表面温度过高的问题，因此需要寻找合适的功率和时间来避免局部温度过高所产生的影响。Musavian等[37]研究采用低强度功率超声波处理和浸没在水中处理2 种方法解冻猪肉在物理、化学、微生物和技术特点方面的差异。研究发现，在恒温条件下用频率为25 kHz、强度为0.2 W/cm2或者0.4 W/cm2的功率超声波进行解冻与浸没在水中进行解冻相比，样品在化学、微生物或者质构特性方面并没有显著差异。因此采用功率超声波解冻可以保证肉品原有质量特性，缩短解冻时间，提高解冻效率。
3 功率超声波技术在肉品加工中产生的负面影响
功率超声波主要是基于空化效应产生的物理效应（增加流速、破碎颗粒、高温、高压），其对肉制品的加工所产生的影响多数情况下是有益的，但是在某种情况下会由于瞬间的高温、高压产生自由基，而这些因素可能对肉制品的化学结构和氧化稳定性存在破坏性，因此在肉品加工过程中避免或者降低对结构和功能特性的破坏，是功率超声波技术在实际应用中的一个挑战[2]。有报道指出，采用功率超声波处理会对肉的保水性[26]、颜色稳定性[13]、性、感官特性和出品率[38]产生一些负面的影响。McDonnell等[18]认为这些变化是由肉中蛋白质的物理化学性质改变所导致的，但是这种假设并没有得到证实。Kasaai等[39]研究指出采用功率超声波处理时声能可以被吸收，由于空化效应引起温度升高会导致产品的热损伤。
由高强度超声波所引起的变化取决于蛋白质本身的性质及其变性和聚集的程度[28]。由于氨基酸的组成和酶的构象不同，采用功率超声波处理不同蛋白质时，其物理稳定性也有所差异[40]。半胱氨酸和甲硫氨酸的硫基易受自由基的攻击，所以他们是最容易因氧化而变化的氨基酸。高强度超声波可以引起食品蛋白质的功能变化，如凝胶性、黏度和溶解度的变化，这些变化与分子修饰和疏水性密切相关。蛋白质的氧化修饰可以改变其物理化学性质，包括构象、结构、溶解性、蛋白酶水解性以及酶活力。这些改变也可能会决定鲜肉的质量并影响肉制品的加工特性[41]。
每种食品的构象结构和性质都是不同的，因此在食品体系中应用功率超声波处理所带来的影响也有所不同。尽管已经证实功率超声波处理会引起产品的分子结构发生变化，但现在很少有研究能够充分证明功率超声波处理会对肉品的品质产生不良的影响，因此功率超声波技术可以应用于肉制品加工中，提高其质量特性和生产效率。
4 结 语
本文综述了功率超声波技术在肉品加工过程中对肉品品质（嫩度、成熟）及工艺性能（烹饪、盐渍、杀菌、冷冻和解冻）的影响，表明功率超声波技术可有效增加肉的嫩度，在不影响其他质量参数的前提下加快常规烹饪速率；功率超声波还可以在不影响肉质量的前提下缩短盐渍时间；功率超声波与乳酸联用使微生物总数大量减少；功率超声波解冻可以缩短解冻时间并降低解冻损失，从而导致除霜时间大大缩短，使肉品质得到良好的保护。总之，随着肉及肉制品的发展以及功率超声波技术的成熟，该技术的应用前景必将越来越广阔。
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