超聲波技術在肉制品腌制加工中的應用研究進展

劉 瑞，李雅潔，陸欣怡，康大成，吳滿剛，于 海，葛慶豐,

（1.揚州大學食品科學與工程學院, 江蘇揚州 225127；2.江蘇省淮揚菜產業化工程中心, 江蘇揚州 225127；3.臨沂大學生命科學學院, 山東臨沂 276000）

腌制是肉制品加工過程中的重要環節之一。在腌制過程中，腌制液的有效成分在肌肉組織中滲透、傳遞及與肌肉中的組分進行再分配[1]。腌制液的配料以食鹽為主，腌制時氯化鈉滲透進入肌肉組織，提高了肌細胞的滲透壓力，降低水分活度，從而抑制有害微生物的生長繁殖，延長貨架期。而如今腌制工藝不僅僅只是為了防腐保鮮，而是以提高肉制品的食用品質為主，因而在腌制過程中往往加入復合磷酸鹽、亞硝酸鹽、調味料等輔料以提高肉的保水性，改善風味及穩定肉制品品質[2]。

傳統腌制方式分為干腌法和濕腌法。干腌法是通過在肉品表面涂抹食鹽，使表面有汁液外滲，依靠滲出的汁液和鹽分混合形成腌制液進行腌制。干腌技術具有易操作和保藏、營養物質損失少等優點，但是會出現味道過咸、表面失水等問題[3]。干腌法主要用于腌制臘肉、火腿、風干類禽肉等[4]。濕腌法是用鹽水等腌制液對肉制品進行腌制的方法。相較于干腌法，濕腌法雖然改善肉品的嫩度和風味，但是肉品營養流失嚴重，容易腐敗變質，且濕腌法勞動量相對較大。濕腌法多用于醬鹵產品、中式醬肉產品和無注射的西式火腿等產品的腌制[5]。目前國內腌制肉制品生產標準化程度不高，操作方式多樣，導致產品質量不穩定。因此，隨著科技的進步，更多新技術被應用于肉品加工中的腌制環節，如注射腌制、滾揉腌制、靜態變壓腌制等技術，以提高腌制效率和產品質量。

超聲波技術作為一種綠色加工技術，已在食品領域得到了廣泛的應用，如超聲波輔助提取、超聲波干燥、超聲波解凍等[6-8]。超聲波技術作為一種非熱加工技術，可以替代化學或熱處理方式，具有高頻、高功率、短波長、高能量等優點[9]，發展前景廣闊。目前超聲波技術在肉品加工領域受到越來越多的關注。多數研究表明，超聲波輔助腌制技術不僅可以縮短腌制時間，還可以提高產品的理化和感官品質。然而超聲波輔助腌制技術在肉類加工的實際生產中的應用尚處于初級階段，還有待進一步加強，因此，本文主要綜述了超聲波技術在肉制品腌制中的應用，為超聲波輔助腌制技術在肉品加工中提供理論依據。

1 超聲波簡介

超聲波是指頻率在20 kHz及以上的聲波，常見的超聲波設備使用頻率為20～10 MHz。根據頻率和能量，超聲波通常分為兩種類型：低強度高頻（頻率＞1 MHz，強度＜1 W/cm2）的超聲波和高強度低頻（20～100 kHz，10～1000 W/cm2）的超聲波[10]。超聲波的作用機理分別為空化作用、機械作用和熱作用。

1.1 機械效應

超聲波的機械作用是指超聲波在介質中傳播時，在介質中可造成巨大的壓強變化。超聲波的頻率和強度決定了超聲波機械作用的強弱。超聲波的機械效應是超聲最基本的效應，不論超聲強度大小均能產生此種效應。它有兩個來源：一是超聲在介質中前進所產生的機械效應，稱為行波場中的機械效應；另一種是超聲在介質傳播時由反射而產生的機械效應，稱為駐波場中的機械效應[11]。

超聲波在液體中傳播時，其間質點位移振幅雖然很小，但超聲引起的質點加速度卻非常大。如果頻率為20 kHz 、超聲強度為 1 W/cm2的超聲波在水中傳播，則其產生的聲壓幅值為173 kPa，這表示聲壓幅值每秒鐘內要在-173～173 kPa之間變化2萬次，最大質點加速度達1.44×104 m/s2，大約是重力加速度的1500倍。這樣激烈而快速變化的機械運動會產生超聲效應，能夠打亂介質原有的結構[12]。超聲波的機械效應在肉品加工方面有獨特意義，如在腌制過程中使堅硬的結締組織延伸、松軟，增加腌制料液的滲透速率[13]。

1.2 空化效應

超聲波空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動，當聲壓達到一定值時發生的生長和崩潰的動力學過程。空化效應的發生要求超聲波的頻率在20～100 kHz，因為當超聲波的頻率大于2.5 MHz時，空化作用就不能發生，所以使用的超聲波頻率必須在2.5 MHz以下[14]?？栈漠a生是由于超聲波通過介質傳播時，液體介質分子發生周期性的交替拉伸和壓縮，這種交替變化會導致液體介質中形成氣泡[15-16]。在超聲波的作用下，氣穴氣泡在短時間內振蕩、生長，達到臨界尺寸時，并在高聲壓下變得不穩定并劇烈坍塌和破裂，產生高溫（5000 K）和高壓（50 MPa）[17]。這個過程會產生強烈的沖擊波，當沖擊波向外傳播時，會對環境內部造成強烈的干擾，破壞生物組織的細胞膜[18]。在肉品加工過程中，超聲波的空化作用可破壞肉品中的肌纖維結構，使肌原纖維蛋白結構松弛和肌肉蛋白溶出，從而提高肉質的保水性[19]。

1.3 熱效應概述

熱效應是超聲波在介質內傳播過程中，其能量不斷地被介質吸收而使介質的溫度升高的一種現象[20]。聲能的吸收可引起介質中整體的加熱、邊界外的局部加熱、空化形成激波時導致波前處的局部加熱等[21]。同時，由于超聲波的振動，使介質產生強烈的高頻振蕩，介質間會因相互摩擦而發熱[22]。因此超聲波的熱效應來自于超聲空化產生的熱和介質吸收聲能后轉化產生的熱。前者使得介質局部產生高溫，后者使得介質整體溫度升高。

有學者[23]提出，直接觀察到超聲波的作用就是超聲加熱。由于吸收而導致的聲能減少部分轉化為熱存留在介質中，并使介質溫度以以下速率開始升高：

式中，αa表示聲吸收系數，是聲波頻率 f （MHz）的函數，可近似表示為 ：αa=0.26f1.1，cm-1；I表示為所測量位置超聲波強度，W/cm2；ρ0表示為介質平均密度，g/cm3；Cp表示為所測介質在一定壓力下的比熱容量，J/g ℃。如取介質的平均密度ρ0=1.00 g/cm3，比熱 Cp與水相同，即為 4.18 J/g℃，且產生的熱量不失散，那么超聲波照射t秒后介質的溫升為 ：

1.4 超聲波裝置

目前專門用于工業化肉品腌制的超聲波設備較少，付麗等[24]提供了一種超聲波腌制裝置，可以解決腌制過程中由于肉品堆積、浸泡不完全，導致腌制質量口感不佳以及人工打撈費時費力等問題。當前，大部分科學研究者使用改進的超聲波清洗器進行超聲波輔助腌制實驗。實驗室研究不同超聲參數如超聲強度、超聲處理時間等對肉品理化性質影響一般使用如圖1所示的實驗裝置[25]。將肉品浸在一個玻璃器皿中，燒杯周圍的冷卻池可以起到穩定溫度的作用，再將整個超聲探頭插入距肉品表面2 cm的腌制液中，設置不同強度和頻率進行超聲處理。

圖1 超聲波技術應用于肉品加工中腌制的裝置圖Fig.1 Device of ultrasonic technology applied to marination in meat processing

2 超聲波輔助腌制對肉制品品質的影響

2.1 保水性

肉與肉制品的保水性又稱持水力，是指當肌肉受到外力（如壓力、凍融等）作用時，其保持原有水分與通過滲透添加水分的能力[3]。肉的保水性是評價肉制品品質的重要指標之一[25]，與畜禽種類、肌肉部位、pH、宰后時間等因素有關[26]。超聲波輔助腌制技術對保水性影響的相關研究見表1。

表1 超聲波輔助腌制技術對肉保水性影響的相關研究結果Table 1 Related studies on the effects of ultrasonic assisted marinating technology on water-holding capacity of meat

近年來，諸多學者在超聲波輔助腌制對肉制品持水力方面進行了大量的研究。Xiong等[34]研究發現與傳統腌制組相比，超聲波輔助腌制可以顯著減少雞胸肉的蒸煮損失。唐善虎等[35]研究也發現，超聲波腌制可以降低耗牛肉的蒸煮損失并且蒸煮損失變化相對穩定。這可能是因為肌細胞在空化作用下，肌纖維結構遭到破壞，使得鹽溶性的肌原纖維蛋白溶出，聚集在肉的表面，從而阻止水分的流失，降低肉品的蒸煮損失。另外，腌制液的滲透作用會增加肌肉中的離子強度，增強蛋白質之間的相互作用，使之結合更多的自由水[36]。

在超聲波輔助腌制技術應用研究中，超聲時間是影響肉品系水力的重要因素之一。黃瀚[3]發現隨著超聲時間的增加，腌制兔肉的蒸煮損失呈下降的趨勢，且超聲處理組的蒸煮損失顯著低于靜水腌制組，這一結果與馮婷[37-38]、Siró[25]、Krause 等[39]的研究成果基本一致。但李博文等[40]在研究超聲處理對牛肉蒸煮損失時發現蒸煮損失隨著超聲時間呈現先下降后上升的趨勢，當超聲時間大于160 min，超聲波處理組的蒸煮損失會有所提高，這可能是因為牛肉組織被過分破壞，從而降低了肌纖維的保水能力，導致超聲過度后腌制牛肉的蒸煮損失增加。Pohlman等[41]發現超聲時間對牛肉的蒸煮損失無顯著影響，這可能是因為設置的超聲時間（5、10 min）太短，不足以發現超聲時間對蒸煮損失的影響。超聲的功率和頻率同樣會顯著影響肉制品的系水力。Stadnik等[27]研究發現20 kHz的超聲波處理可以改變肌肉組織的微觀結構，提高肉的保水性。賈娜等[28]發現低頻率、大功率的超聲波能有效降低蒸煮損失。這可能是因為低頻率、大功率的超聲波產生更強的空化作用，空化泡迅速破裂進一步造成肌肉組織中的細胞破裂，使肌纖維斷裂更加嚴重，有利于腌制液的滲透，提高了肉的保水性。

2.2 嫩度

剪切力是目前評定嫩度最常用的指標，嫩度越高，剪切力越小[3]。近年來，超聲波在肉制品嫩化方面的研究較多，如劉樹萍等[42]研究超聲波輔助姜汁嫩化炸豬排工藝、龍錦鵬等[43]應用超聲波技術降低小酥肉的剪切力以提高產品的嫩度等。超聲波輔助腌制技術對嫩度影響的相關研究見表2。

表2 超聲波輔助腌制技術對嫩度影響的相關研究Table 2 Related studies on the effects of ultrasonic assisted marinating technology on tenderness

超聲波處理可以顯著破壞肌肉組織結構的完整性，從而影響肉的嫩度[40]，如Vimini等[48]發現低頻超聲作用下，牛肉卷的破碎強度超過未超聲的對照組；Shi等[47]研究發現超聲處理的雞胸肉剪切力明顯低于對照組，大大提高肉品嫩度。Ye等[33]也發現350 W超聲波結合碳酸氫鈉溶液輔助腌制技術可以有效增加雞胸肉的肌原纖維小片化指數（myofibril fragmentation index，MFI），降低剪切力，這與田其英等[49]的結果相一致，并且隨著功率、頻率增加，MFI呈現出上升的趨勢。由此可見，超聲波技術有利于肉嫩度的改善，使肌肉纖維發生明顯的松散、斷裂、彎曲、脫落等變化，部分研究者認為這是由于超聲波的空化作用破壞了肌原纖維蛋白和結締組織，同時破壞了溶酶體，使溶酶體組織蛋白酶發揮嫩化作用而致[40,50]。也有研究者認為這是由于超聲波機械作用和鹽的協同作用破壞了肌原纖維蛋白的結構[32]。

超聲波技術對嫩度的影響受到超聲功率和頻率影響。Lyng等[51]發現高強度超聲處理對牛排的嫩度沒有產生積極影響。而賈娜等[28]研究發現低頻率和高功率的超聲波會提高嫩化效果。Leong等[52]發現剪切效應在超聲頻率為20～100 kHz之間最強，在1 MHz以上最弱。但是McDonnell等[29]發現低頻率超聲處理對牛肉的嫩化效果僅限于表面，內部肌肉嫩化效果不明顯，付麗等[1]也得出了不同頻率的超聲波對牛肉剪切力影響不顯著的結論。由此可見，由于超聲設備和原料等因素存在差異，不同超聲功率和頻率對剪切效應影響的結果尚無法統一。

2.3 氯化鈉滲透率

在肉制品腌制過程中，將肉品浸入飽和鹽溶液會吸收更多的鹽分。傳統腌制依賴于高鹽分的滲透，腌制液滲透緩慢且不均勻，造成產品風味不足、質量不穩定的問題[43]。運用超聲波技術能很好地解決該問題，超聲波輔助腌制技術對氯化鈉滲透率影響的相關研究見表3。

表3 超聲波輔助腌制技術對氯化鈉滲透率影響的相關研究Table 3 Related studies on the effects of ultrasonic assisted marinating technology on sodium chloride penetration

超聲波技術可以顯著降低腌制所需的時間，如Inguglia等[59]研究發現采用130 kHz超聲波處理可在1 h內完成豬肉的腌制，而傳統的浸泡方法所需的時間為16 h。Gómez-Salazar等[13]研究發現超聲波（40 kHz、110 W）處理可以加速腌制兔肉，提高產品質量。Ozuna等[60]同樣發現超聲處理可以提高豬肉中的NaCl和水分的有效擴散率。Zhao等[61]研究發現超聲處理可以加速NaCl向牛肉的擴散。這些結果為超聲波在肉制品快速腌制中的應用提供了依據。

在肉品腌制中運用超聲波技術可增加氯化鈉滲透率，但是僅在高超聲功率條件下才有顯著促進作用。權碩偉[54]研究發現隨著超聲波功率（80、90和100 W）的增大，雞皮和雞腿肉的 NaCl 含量都逐漸增加。Ojha等[55]的研究同樣證明了僅在高超聲功率下，鹽在豬肉樣品中的傳質系數才顯著高于靜態鹽水。原因可能是當超聲波的功率增大，其產生的空化效應、機械效應等也增強，在一定程度上加大了NaCl 的滲透速率。

2.4 肉品風味

肉類揮發性的風味物質的來源主要是由肉中水溶性和脂溶性前體物質的降解形成的。風味前體物質主要是氨基酸和脂肪酸[62]。氨基酸和脂肪酸的含量、種類及進行一系列反應后產生的物質對肉品的風味產生影響。比如蛋白質經水解后的游離氨基酸，與還原糖發生美拉德反應，會生成一系列芳香化合物；揮發性風味物質中醛類主要來源是脂肪酸，它在加熱條件下經熱降解產生香味。香味是由風味前體物質經分解、氧化、還原等化學反應產生，香味物質包括醛、醇、酸、酮、酯以及含氮含硫等化合物；滋味物質主要由氨基酸、肽、核苷酸、糖類、有化酸和鹽類等組成。

2.4.1 對風味前體物質的影響 超聲波輔助腌制可增加游離氨基酸的含量。李瑩影等[63]研究發現隨著超聲時間和功率的增加，鹽焗雞翅中游離氨基酸和揮發性鹽基氮的含量不斷增加。原因是超聲功率越大，產生的空化作用越強，對肌肉組織產生更大的破壞作用，增強蛋白質分解的能力。當腌制時間為0.83 h時，雞翅中游離氨基酸含量達到97.26 mg/100 g，比傳統方式靜置腌制5 h得到的游離氨基酸量高約6 mg/100 g。超聲波輔助腌制大大加快了雞翅中風味物質的形成，與傳統腌制方式相比腌制時間縮短了一半以上。郭卓釗[64]研究發現隨著超聲功率和超聲時間的增加，潮式鹵雞肫中的游離氨基酸含量都呈現先升高后降低的變化趨勢，且在超聲功率140 W和超聲溫度38 ℃時游離氨基酸含量達到最大值，分別為200 mg/100 g和62 mg/100 g。Li等[65]使用40 kHz，140 W的超聲波處理雞肉，結果表明超聲作用可以使游離肽含量從1465.9±34.6 μg/mL增加到4725.7±43.2 μg/mL，使氨基酸含量從 1.503±0.096 mg/mL 增加到 2.593±0.109 mg/mL。

超聲波輔助腌制對脂質降解起促進作用。Kang等[66]用不同的超聲強度（2.39、6.23、11.32和20.96 W/cm2）和超聲時間（30、60、90 和 120 min）處理牛肉，結果顯示超聲處理顯著增加了脂質氧化的程度（P＜0.05），最佳超聲條件為 20.96 W/cm2、120 min。蔡華珍等[67]用頻率25 kHz、超聲強度0.68 W/cm2超聲波連續3 d處理咸肉30 min，發現三次超聲波處理后的酸價顯著高于對照組（P＜0.01），其中酸價反映了脂肪中總游離脂肪酸的多少，表明超聲波處理對脂肪的分解起促進作用。因此超聲波輔助腌制處理可以改善風味前體物質，不僅增加了游離氨基酸的含量，而且可以促進脂質降解，從而增強了風味物質的形成。

2.4.2 對肉品中風味物質的影響 大量研究表明超聲波輔助腌制能增加肉制品中風味物質的含量。Zou等[68]用超聲波處理五香牛肉后，從中檢測到的揮發性化合物有醛類、醇類、酮類、烴類、酯類等，發現經超聲處理后的總揮發性化合物濃度與對照組比較顯著升高（P＜0.05），特別是醛、醇和酮。這可能是由于超聲波處理引起脂質氧化水平增加，不同風味的化合物的產生主要是由于脂質氧化。但是在較高功率下（1000 W）酯的相對含量顯著降低（P＜0.05）。原因可能是酯類是在超聲處理下能水解成酸和醇。鐘賽意[46]研究對比超聲工藝組和傳統工藝組鹽水鴨的揮發性香氣成分，結果表明在傳統工藝加工鹽水鴨中鑒定出60種風味化合物，超聲波工藝加工鹽水鴨中有62種風味化合物，超聲工藝組中醛類、酮類含量比傳統工藝組高，分別高出19%和7.4%，超聲組的酯類化合物種類較少但是含量較高，主要為乙酸乙酯，超聲工藝組和傳統工藝組的其它種類風味化合物（如烴類、酸類、雜環化合物、含硫化合物等）總量相差不大。用超聲波輔助腌制后，腌制肉品的風味在很大程度上得到改善。段昌圣[50]采用電子鼻研究不同處理方法對醬鹵鴨脖整體風味的影響，發現超聲波處理組與傳統醬鹵處理組的整體風味差異較大。由此可見，相較于傳統腌制技術，超聲波輔助腌制技術可以提高肉品中的風味物質含量及種類，改善肉品的風味。

2.5 肉其他品質與安全

超聲波輔助腌制技術還可以對肉品的肉色、菌落總數等產生影響。Pohlman等[41]研究發現超聲（20 kHz、22 W/cm2）處理 10 min 的牛肉L*和b*值相對較高，a*值相對較低。鐘賽意[46]發現超聲波輔助腌制后鴨肉表面亮度值L*增加，可能是由于超聲波強烈的機械作用將肌肉中殘留的淤血清除，有效改善了鴨肉的顏色，而傳統腌制方法往往采用較高濃度的鹽使肌肉中的淤血滲出，因此超聲波技術的應用有利于開發低鹽腌臘肉制品。韋田等[69]發現超聲波在低功率的范圍內不會對肉品色澤產生顯著影響，且色澤L*值隨超聲時間（30～180 min）變化不顯著，a*、b*值均呈先降低后上升趨勢。而黃瀚[3]研究發現隨著超聲時間（0～120 min）的增加，腌制兔肉的亮度值呈現先下降后平緩的趨勢，同時發現相較滾揉腌制組和對照組，超聲輔助腌制組的兔肉紅度值最高。

馮婷婷等[70]發現超聲波處理能有效地抑制鹵雞爪菌落總數的增長，延長保藏時間，并提高其保藏期的品質。張建梅等[31]研究發現超聲波輔助腌制生產的雞胸肉初始菌數量小于靜腌工藝，說明超聲波具有一定的滅菌作用，同時研究還發現超聲輔助腌制組在貯藏過程中菌落總數上升速度比靜腌工藝組慢，說明超聲波工藝可以減緩微生物的生長速度，延長產品貯藏期和貨架期。因此，超聲波輔助腌制技術可以改善肉品色澤，同時還具有抑制微生物生長的作用，延長肉品的保藏時間。

3 總結與展望

超聲波技術在肉制品中的應用是加工工藝的創新。本文綜述了超聲波在肉制品腌制加工中的應用。超聲波輔助腌制技術可以有效解決肉品在腌制時耗時長、效率低、質量損失大等問題，并延長腌制肉品的貨架期。該技術對腌制肉品的嫩度、保水性、氯化鈉滲透率、風味有顯著的改善作用，提高了腌制速率，且基本上不產生不利的影響。另外，本文總結了近年學者的研究成果，為以后的研究奠定了基礎。超聲波技術盡管已經相對成熟，但是有一些問題尚未解決。如超聲波儀器的結構、規格、參數性能等方面仍有需要改進的地方?？偟膩碚f，超聲波技術是一項發展潛能較大的新興技術，同時超聲波技術在肉品方面的應用還會有新的進展和突破，例如將超聲波與微波、鹽（氯化鈣、碳酸氫鈉等）及滾揉等方法聯合使用，復合方式腌制效果顯著高于單一方法腌制，能夠產生更大的作用。