高功率超声波对蛋白质功能特性的影响及其在肉品加工中的应用研究进展

康大成，刘云国，张万刚

（1.临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000；2.南京农业大学食品科技学院，教育部肉品加工与质量控制重点实验室，江苏 南京 210095）

食品中的蛋白质可为人体提供能量和各类氨基酸，具有重要营养特性，另一方面蛋白质自身的功能性质对食品的加工特性有重要意义，是优化食品加工工艺的重要理论基础[1]。蛋白质的功能特性可定义为在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中性能的物理和化学性质[2]。蛋白质的功能特性主要包括3 方面：1）蛋白质水合作用：包括蛋白质的水/油亲和性、润湿性、溶解性和增稠性等；2）蛋白质表面活性：如疏水/亲水性、净电荷或影响蛋白质-脂质膜形成的电荷分布、起泡性和乳化性等；3）蛋白质结构的改变：如形状、大小、氨基酸组成和序列，它们可影响蛋白质流变特性、黏度、弹性、黏附性、聚集性和凝胶性等[3]。

影响蛋白质功能性质的因素可归为3 类：生物（主要是酶的作用）、化学和物理作用[3]。在食品加工过程中，蛋白质还可与食品中水分、脂肪、糖类以及其他组分相互作用从而改变其功能性质；另外，外界加工条件如温度、水分活度、离子强度和pH值等也会影响蛋白质结构，进而对蛋白质的功能性质产生影响。传统蛋白质改性方法如酸碱水解、热处理、冷冻-解冻、氧化处理和脱水处理等技术已有广泛研究，然而这类技术的高能耗提高了食品加工的成本，产品的质量与安全性也需进一步评估。近年来，一些新兴的物理加工手段如超高压、微波、脉冲电场、欧姆加热和超声波技术等得到了越来越多的研究，其能够在基本不影响食品营养品质的前提下改善蛋白质的功能特性，因此其在提高产品质量、开发新产品和提高能源利用率方面优势显著，具有广阔的应用前景[4]。

超声波辅助加工技术因其可改善食品的化学、物理和功能特性，目前已广泛应用于食品生产、食品改性、食品分析等方面[5-7]。在处理过程中，超声波通过液体介质时产生的纵波可与液体、溶解的气体相互作用形成“声空化”现象[8-9]，空化气泡在振动和破碎过程中引起介质的各种物理和化学反应，如冲击波、超声微喷流、紊流、剪切力[10-11]、自由基生成[12-13]等，这些现象可促进物料质量及能量传输[14-15]，同时缩短加工时间，改善产品质量，延长产品货架期[4]。Awad等[16]按超声波频率和强度将超声波分为低功率（高频，100 kHz～1 MHz）超声波和高功率（低频，16～100 kHz）超声波，低功率超声波超声强度低于1 W/cm2，主要用于测定样品组成成分、物理化学性质及在线无损检测；而高功率超声波（也称功率超声波）的超声强度高于1 W/cm2，主要用于食品加工、杀菌保鲜及其他辅助应用[17]。因此在食品加工领域，主要应用的是高功率超声波。本文首先综述了高功率超声波对蛋白质功能特性的影响，同时，由于肉中的主要成分为蛋白质（约占干质量的75%～80%），其结构和功能的变化必然对产品质量产生影响，因此进一步介绍了超声波技术在肉品加工中的应用进展。

1 高功率超声波对蛋白质功能特性的影响

1.1 溶解性

蛋白质的功能特性受蛋白质溶解性的影响较大，溶解性也是蛋白质功能性产生的基础，在肉品加工中蛋白质的溶解性或提取性是肌肉蛋白质功能特性之一[18]。影响蛋白质溶解性的主要机制在于蛋白质-蛋白质分子间的疏水相互作用或蛋白质-水间的离子相互作用，前者使蛋白质溶解性降低，而后者使蛋白质溶解性增加。因此采用技术手段降低蛋白间的疏水相互作用、提高蛋白质与水间的相互作用是提高蛋白质溶解度的方法之一。

研究表明，高功率超声波处理能够使蛋白质结构展开，使更多的亲水性氨基酸处在外层，从而提高蛋白质的溶解性[19-20]。Arzeni等[21]以20 kHz、直径为13 mm的超声波探头处理乳清蛋白、大豆分离蛋白（soy protein isolate，SPI）和卵白蛋白溶液，结果表明，除乳清蛋白溶液外，SPI和卵白蛋白的溶解性均有所提高，其原因在于超声波处理（20 min）时溶液温度可升至43～45 ℃[20]，温度升高可促进蛋白质聚合物的解体，降低大分子蛋白颗粒数量的同时提高蛋白质与水间的相互作用，从而有利于蛋白质的溶解。但Tang Chuanhe[22]、Hu Hao[23]等的研究结果表明，SPI经超声波处理后可形成可溶性聚合物，将疏水性氨基酸残基掩蔽在聚合物中心，使外层亲水性氨基酸残基数量相对增高，溶解性提高。这两种截然相反的结果可能是处理样品的浓度、温度、pH值及超声波设备频率不同所造成的。

此外对SPI和牛肌原纤维蛋白的研究表明，蛋白质溶解性随超声波强度的增大和处理时间的延长而增大（超声波强度＞2.39 W/cm2，处理时间20～90 min），且表面疏水性与溶解性呈正相关[23-25]。但Zou Ye等[26]认为超声波强度在1.15～2.36 W/cm2范围内可显著提高鸡肌动球蛋白的溶解性和表面疏水性，高超声波强度11.43 W/cm2条件下处理时可使蛋白形成聚合物，蛋白溶解性和表面疏水性均显著降低。因此综合多数研究来看，适度超声波处理条件可暴露出包埋在蛋白内部的疏水基团，增加蛋白表面疏水性，使蛋白质构型由不溶性向可溶性转变，增大了蛋白-水的相互作用，从而促进蛋白质溶解性的提高[21]。因此在实际应用时需要根据蛋白质的固有特性来设定超声波处理参数，否则超声波强度过大或处理时间过长可引起蛋白质过度变性聚集，导致蛋白质溶解性的丧失。

1.2 界面性质

1.2.1 起泡性

蛋白质具有起泡性的原因在于其是天然的两性物质，能够自发地迁移至气-水界面来降低液膜和气泡间的表面张力。蛋白质起泡能力受到自身性质和外界环境的影响，通常评价蛋白质起泡性的指标有起泡能力和泡沫稳定性。多数研究发现，高功率超声波的空化效应可使蛋白质部分变性、展开，通过暴露出更多疏水区域来提高泡沫稳定性，通过降低蛋白粒径使蛋白迅速分布到空气-水界面上来改善起泡能力和泡沫体积[20,27-31]。

近年研究发现，超声波处理对不同来源的蛋白质起泡能力和泡沫稳定性具有不同影响[32]。Sheng Long等[33]采用90、120、240、360 W和480 W功率的超声波（20 kHz）处理卵白蛋白10 min后发现，360 W超声波处理可使卵白蛋白具有最大起泡能力（260%），然而超声波处理却降低了蛋白质泡沫稳定性。Xiong Wenfei等[34]认为超声波处理可通过提高蛋白表面疏水性和降低表面净电荷来提高卵清蛋白起泡能力，但对泡沫稳定性无显著影响。此外，Arzeni等[35]发现采用直径为13 mm的探头在20 kHz、（4.27±0.71）W的条件下对卵白蛋白进行超声处理后，蛋白起泡性和泡沫稳定性均下降。然而Amiri等[25]研究认为3 g/100 mL肌原纤维蛋白溶液在超声波（20 kHz，100～300 W，0～30 min）处理后其起泡能力和起泡稳定性均有所提高。产生上述差异结论的原因主要在于超声波处理条件、蛋白质自身分子性质如溶解性、疏水性、极性基团的分布和分子质量等。一般认为，蛋白质的起泡能力和泡沫稳定性之间存在矛盾，因此一个同时具有良好起泡能力和泡沫稳定性的蛋白质，应当在柔性和刚性之间保持平衡，以适应分子展开和参与界面上的分子间相互作用。近年来研究发现，过度超声波处理后蛋白质之间会形成共价或非共价聚合物[24,34]，导致蛋白粒径的增大，在起泡过程中不能迅速吸附至气-液表面，从而降低蛋白质的起泡性。因此在实际应用中应结合蛋白质自身性质，根据所需的工艺要求选择合适的超声波处理条件，使蛋白质在展开-聚合间得到适当的平衡，从而获得具有良好起泡能力和泡沫稳定性的蛋白溶液。

1.2.2 乳化性

乳化性是蛋白质的重要功能特性，多数食品如牛乳、冰淇淋、奶油等需要蛋白质在其中自发地展开和分散，在油-水或气-水界面形成蛋白吸附层，从而起到形成和稳定乳状液的作用。一些新低脂食品的开发也取决于能否在加工过程中运用乳化技术。对于西式乳化肠，肌原纤维蛋白的乳化能力和效果对产品的出品率、保水性和质构特性等具有重要影响，这也是提高产品凝胶性和品质的理论基础。因此，选择乳化能力强的蛋白质或采用新技术对蛋白质进行处理提高其乳化能力，对于食品工业具有重要实际意义。

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与蛋白质起泡性质类似，常用的评价蛋白质乳化性的指标有乳化能力和乳化稳定性。超声波处理对蛋白质乳化性的影响，从宏观层面来看可通过提高分散相体积分数、降低液滴粒径和絮凝程度来提高蛋白质的乳化性[36-38]。从分子层面，超声波产生的空化效应能够提高蛋白质溶解性、表面疏水性和分子柔性，使之能够迅速吸附至油-水或气-水界面，从而有助于提高蛋白质的乳化能力[36,39]。值得注意的是，超声波对蛋白质乳化性的影响与蛋白质种类、蛋白质与油或其他组分相互作用、蛋白质预处理条件和超声波处理顺序等相关。

De Figueiredo等[40]在300 W、20 kHz条件下采用直径1.3 cm的超声探头对1 g/100 mL酪蛋白酸钠和1 g/100 mL乳铁蛋白分别超声处理2、4、6 min后发现，酪蛋白酸钠分子直径显著降低而乳铁蛋白直径则增大，进一步分析表明，乳铁蛋白在经超声波处理后可产生非共价聚合物，导致分子间静电斥力增大，蛋白二级结构中β-折叠含量降低，无规卷曲含量升高，同时蛋白表面疏水性也显著提高；然而超声波处理对酪蛋白酸钠蛋白结构却无显著影响。因此超声波处理后的乳铁蛋白可在油-水溶液中分散成较小的液滴并形成稳定的乳化体系。O'Sullivan等[41]对比了动物蛋白如牛明胶（bovine gelatin，BG）、鱼明胶（fish gelatin，FG）和卵清蛋白（egg white protein，EWP）以及植物蛋白如豌豆分离蛋白（pea protein isolate，PPI）、SPI和大米分离蛋白（rice protein isolate，RPI）经超声波处理乳化性能的差异。结果发现，与未超声处理相比，处理后FG、SPI和RPI形成的液滴粒径和乳化液稳定性无显著差异，这表明超声波处理对界面处蛋白变性速率和界面张力无显著影响；但超声波处理后的BG、EWP和PPI液滴粒径显著降低，乳化液稳定性提高，这与界面表面张力降低和蛋白表面疏水性增大有关。因此为获得稳定的蛋白质乳化液，应综合考虑蛋白质的来源和分子结构的差异，选择合适的超声波条件进行处理。

此外，Taha等[42]报道称，将SPI（1 g/100 mL）分别与中链三酸甘油脂（medium chain triglycerides，MCT）、棕榈油、大豆油和菜籽油（体积分数10%）在超声波条件下（20 kHz）进行乳化处理，其中MCT与SPI乳化处理18 min时形成的液滴粒径最小，为（0.5±0.0）µm，形成的乳化体系最稳定，其原因在于超声波处理后SPI在MCT形成的乳化液滴的油-水界面上的吸附量最大，同时较高的ζ-电位测定值也证实了MCT乳化液体系的稳定性。研究人员还发现，在90 ℃进行热处理时，棕榈油所形成的乳化体系具有更高的热稳定性。因此超声波处理时间和油的种类对于乳化液的物理化学性质影响较大。

超声波与其他方法（热处理、酸碱处理等）协同处理可对蛋白溶液乳化液的稳定性产生影响。Shen Xue等[43]分别将乳清蛋白在超声波处理前后进行85 ℃热处理30 min，该学者发现蛋白经热处理后再进行超声波处理（20 kHz，31 W/cm2）20 min，所形成的蛋白质聚合物粒径最小，表面疏水性和表面活性巯基含量升高，因此得到的乳化液稳定性也最好。Jiang Zhanmei等[44]分析了乳清蛋白在75 ℃预处理15 min后，超声波处理对转谷氨酰胺酶交联的乳清蛋白乳化性的影响。结果表明，热处理后的乳清蛋白经超声波处理和转谷氨酰胺酶交联后形成的蛋白聚合物粒径最大，同时乳化性和起泡性较其他处理组显著提高。上述结果表明，超声波处理有助于提高蛋白乳化液的稳定性，对蛋白进行预热处理更有利于发挥超声波的作用。此外，蛋白质在超声波处理前进行酸碱处理也会对乳化液稳定性产生影响。Jiang Shanshan等[45]先将豌豆分离蛋白溶液的pH值分别调节为2、4、10和12后，再用直径13 mm超声波探头处理5 min（20 kHz，68 W/100 mL），最后将溶液pH值调至中性。结果显示，溶液pH 12时，与超声波结合处理可显著降低蛋白聚合物粒径，提高蛋白质溶解性和表面疏水性，其原因在于碱性条件可导致蛋白部分展开，超声波的空化效应进一步破坏蛋白间的非共价相互作用和二硫键，从而产生大量小分子蛋白；因此研究人员推测该处理组合有助于提高蛋白质乳化性。

1.3 黏度

蛋白质体系的黏度是流体食品的主要功能性质，在食品输送、混合、加热、冷却和喷雾干燥等过程中，涉及到质量和热的转移，因此是流体食品加工必须考虑的重要功能性质。对于蛋白质溶液，其黏度大小主要受蛋白质分子固有特性、蛋白质-溶剂间相互作用和蛋白质-蛋白质间相互作用影响。多数蛋白质溶解性或吸水性与黏度之间存在指数相关性[46]。

高功率超声波处理可改变溶液中蛋白质的粒径和聚集程度，因此对蛋白质溶液的流变性也会产生影响。在超声波对溶液流体种类和黏度影响的规律上，不同研究报道的结果之间存在差异。Arzeni等[21]认为10 g/100 mL的浓缩乳清蛋白（whey protein concentrate，WPC）、500E SPI和卵清蛋白（egg white protein，EW）为剪切稀化流体，其流变指数均小于1，超声波处理后黏度值显著下降，特别是SPI溶液，其黏度值从2 896 mPa·s下降至46.60 mPa·s，研究还发现超声波处理后溶液流变指数趋近于1，流体类型也更趋近于牛顿流体；此外对肌原纤维蛋白和酪蛋白酸钙等溶液的研究也得到类似的结论[25,36]。另一方面，Khatkar等[47]采用150 W超声波处理质量分数12.5%的乳清蛋白溶液19.5 min后，溶液黏度亦显著下降，并认为该蛋白溶液为牛顿流体。上述研究表明，超声波的空化效应可降低分子直径、破坏分子间相互作用力、改变蛋白质空间结构，使之部分展开并暴露出更多的疏水基团，分子间距离增大从而使其流动性增加[41]。

Krešić等[48]则认为质量分数10%的浓缩WPC和乳清分离蛋白（whey protein isolate，WPI）为剪稠流体，超声波处理后其表观黏度在剪切速率1 240 s-1时均从（7.0±0.1）mPa·s上升至（8.0±0.1）mPa·s，但流体类型未发生改变。Jambrak等[20]分析了超声波处理对质量分数10% SPI溶液黏度的影响，结果发现超声波处理可显著提高溶液黏度，并认为超声波处理可促进氨基酸亲水基团与其周围水的水合作用，导致与水分子的结合量增加，从而增大蛋白质溶液黏度。有人指出超声波处理过程中温度的升高也是导致溶液黏度增大的原因[23]。

Jambrak等[49]的另一项研究发现，超声波对α-乳清蛋白溶液表观黏度无显著影响。Shanmugam等[28]采用21 W和40 W超声波（20 kHz）对含33 g/L蛋白和1.5 g/L脂肪的脱脂牛奶处理15、30、45 min和60 min后发现，牛奶的黏度未发生明显变化，这可能是超声波处理使脂肪液滴和可溶性颗粒粒径均降低引起的。

1.4 凝胶性

凝胶化作用和形成凝胶结构是食品蛋白质的重要功能性质，在许多食品如豆腐、西式乳化肠和奶酪等制备中起到主要作用。蛋白质胶凝作用还可提高产品的吸水性、颗粒黏结和泡沫稳定性。高功率超声波作为一种可改善蛋白凝胶性的技术已经得到越来越多的关注。多数研究表明，超声波处理可通过改变蛋白分子结构增大蛋白质流动性和蛋白质-蛋白质/水间相互作用的几率，有利于加热时迅速形成蛋白交联，从而改善凝胶品质和保水性[25,30,50-53]。

Li Ke等[53]分析了超声波处理对类PSE鸡肉糜（含7.5 g/100 mL蛋白质和2 g/100 mL NaCl）凝胶强度和凝胶保水性的影响。结果表明，高强度超声波处理（750 W，20 kHz）可提高类PSE鸡肉糜样品的凝胶强度和保水性，改变类PSE肉糜样品储能模量（G′）和损失模量（G″）的模式，提高凝胶的黏弹性。该研究还发现，超声波处理后的类PSE肉糜样品在加热后可形成均一和紧密的凝胶网状结构，作者认为超声波空化效应导致的类PSE肉肌原纤维蛋白粒度的降低以及蛋白质二级结构的改变是引起类PSE鸡肉凝胶特性改善的原因。因此超声波技术在提高低值肉的利用价值方面具有较大的应用潜力。Shen Xue等[54]采用20 kHz的超声波探头在低于45 ℃条件下对预加热的WPI溶液（10 g/100 mL，85 ℃预处理30 min）超声处理5～40 min，然后以葡萄糖酸内酯为凝固剂形成酸诱导凝胶。结果表明，超声波处理后形成凝胶的保水性、凝胶强度和G′均显著提高。其机理在于超声波空化效应可破坏蛋白质间非共价相互作用，降低蛋白粒径，提高预加热WPI表面游离的—SH含量，从而有利于后续酸诱导凝胶过程中产生更多二硫键，形成致密、均一网状凝胶交联结构。因此超声波在改善酸诱导乳清蛋白凝胶的品质、开发新型凝胶乳制品方面具有重要应用价值。然而Zhang Ziye等[55]将30 g/L鸡肌原纤维蛋白溶液超声波处理后发现，适度超声波处理（强度≤150 W/cm2）可使蛋白溶液形成致密均一的凝胶结构并提高其保水性，但超声波强度大于150 W/cm2时，形成的凝胶内部空洞较大，结构不均一，相应的保水性也降低，高超声波强度处理可引起蛋白质过度变性和展开，从而不利于形成有序凝胶结构。王静宇等[30]进一步研究了超声波对肌原纤维蛋白凝胶化学作用力与保水性的影响，并分析了化学作用力与保水性之间的内在联系。结果发现，决定凝胶保水性的主要作用力为疏水作用力、静电斥力和氢键，而二硫键次之；超声波处理时间为6 min时凝胶的疏水作用力、氢键和静电斥力均达到最大，形成的凝胶网络结构均匀致密，可最大限度地保留水分。

综上所述，高功率超声波可作为改善蛋白质凝胶特性的替代方法，在具体应用时不仅要考虑蛋白质种类和处理温度，选择合适的超声波强度对于形成高品质凝胶也是必不可少的。另外本实验室近期研究发现超声波空化效应产生的自由基（·OH）可对蛋白质的侧链产生氧化效应[24]。有研究证实，蛋白适度氧化有利于形成稳定的凝胶，但氧化程度的增大则可降低蛋白的凝胶特性[56]。因此后续研究需要进一步评价超声波的氧化效应对凝胶品质和营养成分如必需氨基酸的影响。

1.5 风味

蛋白质具有与风味物质相结合的功能特性。如前所述，超声波处理对蛋白质结构的改变和修饰已得到充分研究，但结构变化后的蛋白对风味物质结合能力的影响鲜见报道，这与加工后产品风味的保持和货架期密切相关。目前已有学者开展了蛋白质和多肽在超声波辅助处理条件下与糖类形成加合产物后的结构、溶解性、乳化性和抗氧化性等功能特性的研究，并发现上述加合产物都是通过美拉德反应获得的，超声波处理可加快反应进程，同时经修饰的产物其溶解性、抗氧化性等均显著提高[57-59]。另一方面，美拉德反应是形成风味物质的基础。因此经过改性或与其他物质发生交联后的蛋白质，在与风味物质的结合能力上还需从蛋白结构、构象、蛋白与风味物质间的相互作用等方面继续开展研究。其次经过加合后的产物在后续加工过程中是否会产生新的风味物质和有害物质也需要进一步分析。

风味是肉制品的一种重要食用品质。在风味物质形成方面，已有研究者采用氨基酸和糖类构建模型体系，分析超声波处理对风味物质反应速率和产物的影响[60-61]。研究发现，超声波处理可显著降低美拉德反应所需的活化能，提高反应速率[62]。Ong等[63]发现对于半胱氨酸-木糖体系，与对照组相比，超声波处理后可生成微量的含硫挥发性物质。然而对于更复杂反应体系如多肽和蛋白质与还原糖在超声波条件下风味物质的形成规律还需进一步研究。因此后续研究还应继续关注超声波处理对风味物质形成和保持的影响。

2 高功率超声波技术在肉品加工中的应用

蛋白质作为肉中的主要成分，其结构和功能的变化必然对产品品质产生影响。肌原纤维蛋白是肉制品中最重要的功能性蛋白质之一，主要由肌球蛋白、肌动蛋白和稳定肌原纤维结构的一些骨架蛋白构成，肌原纤维蛋白结构的变化是引起肉制品凝胶特性、乳化性和其他功能特性变化的根本因素。不同的加工处理条件如盐浓度、加热温度和时间、冷冻和解冻速率等可改变肌原纤维蛋白结构和功能性质，进而影响肉制品的品质和感官特性。如前所述，适度的超声波处理可改善蛋白质的功能特性，因此将超声波技术应用于肉品加工领域，对于提升产品品质、开发新型肉制品、降低传统加工可能产生的有毒有害物质等方面具有很好的应用价值。目前超声波辅助加工技术在肉品腌制、冷冻解冻和发酵香肠生产等方面已得到广泛的研究[64]。

2.1 腌制

肉制品腌制是肉品加工的一个重要环节，传统腌制过程不仅耗时长，并且易产生腌制不均匀、微生物污染等现象，难以适应现代化工业生产的要求；同时大量盐的使用使肉中的盐分含量较高，不利于人体健康。近10 年研究表明，超声波可通过其空化效应改变物料质量传输效率，促进物料的渗透与扩散，缩短腌制时间，同时由于可在较低盐浓度条件下快速获得腌制平衡，因此采用超声波腌制技术开发低盐肉制品很有意义[15,65-67]。

超声波的强度、处理时间以及腌制液盐浓度是影响超声波辅助腌制效果的主要因素[64,68]。本实验室前期的研究比较了超声波强度与腌制液盐浓度对NaCl、水分含量及其扩散速率的影响，结果表明提高超声波强度更有利于促进NaCl和水分的扩散，而盐浓度因素对扩散系数的改变影响较小[69]。Inguglia等[70]认为超声波处理体系的几何参数，如探头直径、探头与肉样间的距离、肉肌纤维与探头间的平行或垂直方向等对肉中NaCl的传质效率也有很大影响。

在肉品质方面，超声波辅助腌制处理有利于肉品质的改善，其机理在于超声波机械作用和盐的协同作用可破坏肌原纤维蛋白结构。McDonnell等[71]分析了超声波处理对猪肉中水-蛋白相互作用的影响，结果发现经超声波处理后肉中蛋白提取率显著提高，在19 W/cm2超声波强度下处理40 min可引起肉表面肌浆球蛋白变性，但扫描电子显微镜扫描未见肉内部结构发生明显变化。该研究认为超声波处理可能只影响肉表面，并不影响肉的总体品质。与此同时，McDonnell等[72]探索了超声波辅助腌制中试生产应用，将大块猪肉（300 g，90 mm×80 mm×30 mm）密封在含有225 mL腌制液的聚乙烯袋后浸入12 ℃水中进行超声波处理。结果发现，即使有塑料袋阻隔，超声波处理依然能够缩短50%的腌制时间，但处理结束后所有处理组肉中的NaCl含量均无显著差异。超声波处理对产品的质量或感官属性无显著影响。此外，Krasulya等[73]将腌制液超声波处理活化后进行猪肉腌制，发现该处理可使腌制时间缩短至初始的1/3，改善后续加工的肉品质如保水性和嫩度，但其机理还需进一步探讨。因此后续研究应通过增加肉的比表面积进一步优化加工条件，同时分析能源和成本投入从而将超声波技术更有效地应用到肉品加工行业中。

2.2 冷冻与解冻

肉品冷冻可延长肉品保质期和保持产品品质。在冷冻过程中提高肉品的冻结速率、减少大冰晶的形成是提高冷冻肉品质的关键。超声波辅助冷冻由于其可控制水的成核和结晶过程，并且空化气泡破碎时产生的微射流可提高质量和能量传输速率[74]，故而超声波辅助产品冻结已引起人们的关注，目前在果蔬速冻方面已得到广泛研究[75-76]。在肉品冷冻方面，Sun Qinxiu等[77]研究发现超声波（175 W，30 kHz）辅助冷冻处理可抑制鲤鱼肉冷冻过程中冰晶的生长，降低冷冻处理对肌原纤维蛋白的变性作用，从而减少肉的解冻和蒸煮损失。Zhang Mingcheng等[78]认为猪背最长肌在180 W、30 kHz超声波辅助冷冻处理时，肉中心温度达到-18 ℃时所需时间最短（约82 min），对肉品质的影响与Sun Qinxiu等[77]的研究结果一致。因此超声波辅助肉品冷冻技术在保持肉品品质、节约能源方面具较大的研究价值及应用前景。

肉品解冻是冻结的逆过程，研究表明解冻速率对肉品质具有较大影响。常温解冻速率越快，对肌纤维破坏作用越大，同时传统的低温解冻耗时较长，不适应现代化工业生产。Kalichevsky等[79]研究发现低温条件下快速解冻有利于保持产品品质。由于超声波可促进热量传输、交换过程，若选择合适的频率和功率，则超声波辅助解冻可实现低温快速解冻并改善肉品质的目的。Miles等[80]研究发现，高强度超声波解冻会引起肉表面局部温度过热，造成表面蛋白质变性，但采用500 kHz和0.5 W/cm2超声条件可在2.5 h内将牛肉、猪肉及鳕鱼解冻7.6 cm，同时不引起肉表面蛋白质的变化。Gambuteanu等[81]研究了超声波（25 kHz，0.2 W/cm2或0.4 W/cm2）辅助解冻和浸水解冻条件下猪背最长肌物理、化学、微生物及品质指标，结果表明超声波解冻处理的肉在化学特性、微生物、品质特性等方面与水浸解冻无显著差异，同时可缩短解冻时间。因此，超声波解冻技术在缩短解冻时间的同时，有助于改善肉品品质，在工业化应用中具有较大潜力。

2.3 发酵肉制品

发酵肉制品是指在自然或人工控制条件下，利用微生物或酶的发酵作用，使原料肉发生一系列生物化学及物理变化，从而形成具有特殊风味、色泽和质地以及较长保藏期的肉制品[82]。在生产过程中通过有益微生物的发酵，可在较低pH值条件下使肌原纤维蛋白发生变性和降解，从而改善产品质地和风味特性，此外肉中益生菌可对致病菌和腐败菌形成竞争性抑制，提高产品安全性并延长产品货架期。

在发酵肉制品生产中，微生物发酵剂在肉中生长情况对最终产品品质具有较大影响。研究发现，低强度、短时间超声波处理（低于2 W/cm2，低于5 min）可促进乳酸菌的生长，从而有利于改善发酵香肠品质[82]。Ojha等[83]发现清酒乳杆菌（Lactobacillus sakei）在2 W、5 min的超声波（20 kHz）条件下预处理后具有较强的活力，在接种到肉上模拟发酵24 h后，其细胞提取物可有效抑制金黄葡萄球菌、沙门氏菌等致病微生物的繁殖，从理论上证实了超声波技术在改善微生物发酵剂活性从而提高发酵香肠产品安全性方面的应用价值。de Lima Alves等[84]采用25 kHz超声波处理乳酸菌和微球菌9 min后，将其接种至意大利萨拉米香肠中进行发酵，研究发现，超声波预处理可提高微生物的活力，接种经超声波处理的发酵剂的萨拉米香肠具有较高的蛋白和脂肪氧化水平，这对于形成萨拉米香肠特有风味必不可少，然而作者并未进一步分析超声波预处理对产品风味的影响。因此后续研究还应从肌原纤维蛋白与微生物间相互作用、风味物质组成变化、产品感官品质等方面继续开展，综合评价超声波预处理发酵剂对发酵肉制品品质的影响。

3 结 语

超声波技术是一种良好的辅助加工方法，与传统的加工方法相比，超声波可显著改善蛋白质尤其是肌原纤维蛋白的功能特性，提高产品质量，缩短加工时间。除此之外，超声波辅助加工对肉品质影响较小，可为新产品的开发提供条件。目前超声波在肉品加工中的应用还主要是在实验室阶段，技术上并未得以广泛应用[72]，但是理论上已证实其具有很好的应用价值。因此后续研究应从以下几个方面开展：1）采用高功率超声波（大于100 W/cm2）处理时，超声波的氧化效应不能忽略。目前的研究仅关注超声波处理过程中对蛋白和脂肪的氧化作用，但在后续贮藏过程中，是否会继续氧化导致风味的变化，降低产品感官可接受性，在这方面应该进行更多的研究，可以通过控制工艺参数、优化产品的配方或采用新型包装来抵消这种副作用。此外有研究发现将腌制液预处理后进行腌制也可有效提高腌制速率，改善肉品质，这种方式可有效避免超声波加工过程中的氧化问题[73]，但其机制还需从分子活化能或分子间相互作用等方面进一步探讨，这也是超声波应用的一个新的方向。2）采用不同设备或不同处理条件时获得的数据有时不具有可比性，缺乏统一的比较标准。因此有必要将所有影响超声波处理效果的因素（如物料扩散速率、蛋白质溶解性、起泡性和黏度等）综合考虑，采用工程中的量纲分析法建立数学模型确定超声波处理的特征数，从工程角度明确超声波处理的优化方向，降低设备和操作成本。3）将超声波技术与热、压力、化学方法等相结合，可取得较好的加工效果，且在节能环保、提高生产效率方面也能得到很大提高。此外在后续研究中还应积极探索生产具有特定质构和营养强化特性的新型凝胶肉制品。4）进一步研发具有稳定功率输出并且能够满足工业化生产的设备，探索超声波辅助加工技术的工业化应用，实现科技到生产力的转化。