摘要：超声波技术在肉品加工的应用前景广阔，而且基于超声波作用对肉品品质的改善与控制研究逐步深入，是肉品加工领域的研究热点。因此，论述了宰后肌肉转为食用肉过程应用超声波对肌肉结构以及嫩度的影响，分析了超声波在肉制品加工单元中的应用以及超声波对肉品营养成分与微生物发酵的影响，最后总结了超声波加工下组分结构变化及肉品品质形成机理与调控的研究现状与发展方向，以期为超声波技术在肉品科学与加工中的研究应用提供参考依据。
关键词：超声波；肉与肉制品；品质；加工
随着人们生活水平的提高，肉类产业早已成为我国食品行业的第一大产业。肉类产业已进入以提高肉品质为主要目的，满足消费者摄食高食用品质肉类的需求为特点的发展阶段。消费者偏爱尽量少添加非肉成分或无食品添加剂、尽可能少加工程序和较低加工程度、食用方便的肉制品。超声波技术是一种绿色的非热物理加工技术。其中，低频高强度超声波（频率20～100kHz，强度＞1W/cm2）通过空化效应、动态振动和剪切应力等生成的物理化学效应改善肉品品质和提高加工效率，给肉品工业带来巨大的经济价值。超声波技术在肉类工业中的应用一直是国内外研究热点，有着巨大的发展潜力和空间。近年来学者们研究了超声波改善或评估肉品品质，提高加工效率，包括改善肉的嫩度、促进腌制、确定胴体特性和肉的组分等。因此，构建基于超声波作用开展的肉品品质形成及加工过程中的变化规律等研究体系，可为肉品加工应用发展提供参考依据。
1 超声波在宰后肌肉转为食用肉过程的嫩化作用
肉的嫩度是在宰后放血后肌肉转为食用肉过程中生物化学变化之间复杂的相互作用中形成，由僵直过程中肌肉纤维收缩、蛋白酶系统降解关键肌纤维骨架蛋白以及结缔组织含量决定的。高强度超声波处理对宰后僵直后期肌肉的嫩化有积极的效果。Jayasooriya研究应用低频高强度超声波处理（24kHz，12W/cm2，0～240s）对不同部位牛肉嫩度影响以及其是否加快牛肉成熟嫩化。结果发现，超声波处理都能够降低贮藏第0天的肌肉剪切力，超声波处理60s的肌肉嫩度可以相当于成熟3～5d的嫩度。应用超声波处理可以在最短的成熟时间内降低剪切力最大值，减少牛肉蒸煮损失，对颜色没有影响。Chang等应用超声波（1500W，40kHz，25℃）处理牛半腱肌，结果表明超声波10min可以减小牛肉的硬度。超声波处理通过降低肌肉纤维直径和胶原蛋白的热稳定性，使胶原蛋白纤维的无序化和纤维之间疏松，从而改善牛肉质构。应用超声波2W/cm2，45kHz，4℃，2min可以改善成熟第2天的牛半腱肌嫩度，其中肌原纤维完整性受到破坏，促进了牛肉的成熟。另外，应用高强度超声波（10W/cm2）有效加速处于僵直前期肌肉的嫩化，为热剔骨工艺的应用提供有力条件，降低冷却贮藏时间和减少企业的生产成本。然而，超声波处理（20kHz，63W/cm2，15s）牛排，结果发现超声波处理并没有效果，这有可能是超声波处理的时间较短导致的。由于超声波设备与参数（时间、强度、频率），超声波产生的温度效应、研究对象（品种，年龄，肌肉部位）以及处理方式（样品的厚度，有无包装）不同，不同研究的超声波结果可比性较差。尽管这样，一般应用低频率（20～100kHz）和高功率（100W～10kW）超声波处理对改善肌肉嫩度是有效可行的。提出的嫩化机制主要是超声波通过空化效应，产生高速剪切，压力和温度作用破碎肌原纤维结构，弱化结缔组织和增加肌浆中钙离子释放，促进肌肉内源蛋白酶如组织蛋白酶和钙激活蛋白酶的活性。超声波处理促进胶原纤维收缩，肌内膜破裂和肌束膜厚度减小，显著降低结缔组织蛋白的机械强度。超声波处理（24kHz，4min）协同内源蛋白酶能有效改善母鸡肉的嫩度。Barekat等研究探讨应用超声波（20kHz，100和300W，10～30min）协同木瓜蛋白酶对牛背最长肌肉的嫩度影响，结果表明，超声波处理（100W和20min）结合木瓜蛋白酶显著降低了牛肉的剪切力和硬度，有效改善了嫩度。
另外，一般高频率超声波用于快速无损检测分析肉品品质，而Sikes等应用高频率（2MHz）超声波处理处理僵直前期牛肉，探讨超声波处理是否通过改变宰后糖酵解代谢相关酶，加快成熟牛肉的嫩化，结果表明，虽然超声波处理没有改善牛肉嫩度，但是却影响了牛肉僵直过程中的能量代谢，这为应用超声波对肌肉的嫩化研究和预防DFD牛肉发生提供了新思路。最近几年，新发现宰后肌肉转化食用肉过程中细胞凋亡酶对肌肉成熟过程中的嫩化有潜在作用，而超声波具有引起细胞死亡的作用。Chen等应用免疫印迹和透射电镜方法研究了超声波（40kHz，1500W）对宰后鸡肉成熟过程中caspase-3的表达和肌原纤维蛋白质降解的影响，结果表明，超声波处理促进细胞凋亡进程，增加capase-3和钙激活酶活性，降低钙激活酶抑制蛋白活性，增加肌原纤维骨架蛋白的降解。
2 超声波在肉品加工单元中的应用
超声波处理在肉品加工单元中的应用逐步深入。目前肉品加工面临着如下调整：一方面，消费者追求更加健康的肉制品，包括低盐、低脂肪、低胆固醇和低热量；另一方面，消费者又希望新型设计配方的肉制品保持传统加工肉品的感官品质。同时，随着全球经济竞争加剧，肉品加工企业面临如何提高价格高的原料肉的利用率，降低生产成本问题。超声波可以提高肉品加工中原料肉的腌制效率，增加肉制品的保水性、多汁性和嫩度。一般传统肉制品的腌制需要2～6d，才能使每千克肌肉中的食盐含量达到1.6%～2.2%。为了提高企业的生产效益和竞争力，超声波处理通过空化效应瞬间产生高温和压力加快物质的转移，微射流促进离子在界面的穿透。有研究表明高强度超声波处理（51和64W/cm2）加速肌肉腌制中食盐溶液的渗透。McDonnell应用研究超声波处理不同时间（10，25和40min）和不同超声波强度（4.2，11和19W/cm2），对食盐溶液腌制猪肉的影响，结果发现，超声波处理（19W/cm2，10，25min）可以显著增加腌制速率，提高猪肉水分含量，有效减少加工时间并保证其品质。McDonnell进一步研究了不同超声波强度（4.2，11和19W/cm2）对猪肉腌制过程中蛋白质与水的交互作用和蛋白质热稳定性，结果显示了超声波处理（19W/cm2，40min）后猪肉样品表面（深度＜2mm）的肌球蛋白热稳定性降低，代表不易流动水部分的弛豫时间增加，表明猪肉内部的肌原纤维发生膨胀。超声波处理虽然增加了肉表面蛋白质的变性程度，但可以促进猪肉腌制，增加了盐溶性蛋白质的溶出。Kang等探讨了超声波处理改善腌制中牛肉的保水性和嫩度机制，结果发现，超声波处理提高腌制中牛肉不易流动水的比例，增加肌纤维小片化和肌原纤维蛋白质的降解。为进一步确定超声波辅助腌制过程中对其他品质指标的影响，Kang等研究不同超声波强度（2.39，6.23，11.32和20.96W/cm2）和时间（30～120min）对牛肉腌制过程中的脂肪氧化和蛋白质氧化的影响，结果发现，高强度和长时间超声波处理会显著增加牛肉蛋白质氧化和脂肪氧化程度，增加蛋白质聚集和改变蛋白质构象。控制合适的超声波强度和时间可以有效促进食盐在肉中分散，降低食盐用量同时保证产品良好的出品率、质构和风味。Ojha等研究超声波处理协同食盐替代物对猪肉腌制的影响，结果发现，超声波处理协同食盐替代物未能促进食盐在肉中的渗透分散，但可以降低食盐替代物处理组样品的蒸煮损失。
在滚揉加工中，超声波处理进一步破坏肌肉纤维，释放黏性汁液，达到更好的改善加工肉的保水性与嫩度。较早研究报道了超声波处理可以在低离子盐浓度情况下增加盐溶性蛋白析出，生产高品质的低盐火腿制品。超声波辅助滚揉（9～10r/min，25～120min）增加绞碎腌制的火腿肉卷的肌原纤维蛋白溶解性，即使在不加盐的状况下，超声波滚揉处理有效改善了产品质构，与正常添加盐含量的处理组没有显著差异。另外，Li等研究发现超声波处理（40kHz，20min）可以增加低盐鸡肉糜（1%，1.5%NaCl）加热过程中的储能模量和凝胶的硬度和弹性。
在乳化型肉糜制品加工中常应用预乳化技术降低产品脂肪的含量。但是实际生产过程中预乳化液存在不稳定现象。赵颖颖等研究超声波处理对酪蛋白酸钠-大豆油预乳化液乳化稳定性的影响，结果表明，超声波处理降低预乳化液的粒度大小，使其均一，从而改善其乳化稳定性。该学者开发了预乳化液超声处理的低脂法兰克福香肠，有效解决了乳化型肉糜制品高脂肪、高能量的问题。Zhao等探讨了超声波处理（20kHz，450W，0～12min）对鸡肉肌原纤维蛋白-大豆油复合凝胶加工特性的影响，结果发现，超声波处理的样品具有较好的黏弹性、提高了蛋白质分子对水油的吸附和保持能力。超声6min时，复合凝胶具有均匀细腻的微观结构。超声处理能够有效地改善乳化肉制品的脂肪酸组成，同时保证功能特性和较高产率。
3 超声波对肉品营养成分和微生物发酵的影响
超声波处理对肉品品质特性中营养成分的影响受到广泛关注。陈银基应用超声波处理鲁西黄牛半键肌肉，分析半键肌肉中脂肪酸的含量变化，结果发现，超声波辅助食盐湿法腌制可显著降低牛肉的脂肪含量，处理后的腌肉有效降低动脉粥样硬化指数和血栓指数。刘永峰等研究了超声波辅助食盐腌制对不同部位秦川牛肉脂肪酸组成的影响，结果表明，超声波辅助6%食盐处理降低腌肉的脂肪含量，多不饱和脂肪酸含量及其脂肪酸组成却均显著增加，这对改善秦川牛肉脂肪的营养有较好的改善作用。最近，Ojha等研究不同超声波频率（25，33和45kHz，30min）对不发酵与发酵的两种牛肉干的脂肪酸构成影响，结果发现，超声波频率显著影响牛肉干的饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸的含量以及之间的比例。然而，也有研究超声波空化效应可引起水分子裂解产生羟基自由基（·OH）并通过后续的自由基链式反应，很可能导致肉品腌制加工中蛋白质和脂肪的过度氧化，尤其是长时间高强度的超声波处理对最终产品的风味产生不利影响。
低频率高强度超声波处理（20～47kHz，2s～30min）可以有效抑制畜禽肉及其制品中各种腐败或致病微生物，保证产品安全。超声波处理抑菌作用在发酵肉制品的加工中却有潜在的价值。超声波可以使微生物细胞膜的气孔形成，产生提供必需营养物质传入和有害底物去除的通道，促进发酵肉制品中益生菌的生长和酶活性，同时抑制致病性和腐败微生物。Ojha等研究报道了超声波处理（0～68.5W，0～9 min，20℃）对培养基和肉汤中清酒乳杆菌发酵剂的生长影响，结果表明，调整超声波功率和时间可以有效调控发酵过程中清酒乳杆菌的生长速率，同时发现产生的细胞提取物具有生物抑制致病菌的效果。
4 结语与展望
超声波技术在肉品加工与质量控制方面具有很大的开发潜能，非常适合营养健康型又附加值高的肉制品研发，对我国肉类生产和精深加工方面具有巨大的推动作用。今后超声波物理技术加工下肉品组分变化规律和品质特性改变的机制仍是研究重点。通过研究超声波作用效应改变肉与肉制品的蛋白质、水分、脂肪以及宰后肌肉组织结构等，可以更好理解肉品品质的形成与调控机制，为超声波设备（超声传感器和探头几何图形与安装分布等）设计和商业模式的应用奠定良好的基础。
