超声波辅助煮制对畜禽肉制品 品质影响研究进展

　　摘要：超声波对畜禽肉制品加工主要通过超声波产生的空化等作用，使肉质结构、营养成分、风味物质等发生改变，从而对其品质产生影响。超声辅助煮制作为新型煮制方式，与传统煮制方式相比，其高频率、高热量的优势可快速提高食物煮制效果，短时间内达到并优于传统长时煮制的效果。本文立足于超声辅助煮制，结合国内外研究进展，论述超声辅助煮制对畜禽肉制品的品质影响，为畜禽肉制品后续工业化生产提供一定理论基础，在未来食品生产加工新方向中起到积极引导作用。

　　关键词：超声辅助煮制；畜禽肉制品；质构；嫩度；风味

　　针对畜禽肉制品，传统的煮制加工技术主要是将其置于锅中，以水为传热介质，通过热传导，传递热能给肉质本身，使其有效营养成分（可溶性蛋白、脂质、矿物质等）、风味成分（氨基酸、脂肪酸、多肽）溶解在水中，一般用于熬煮高汤、煮熟食物。传统的煮制方式有常压煮制、高压煮制等方法，其在炖煮过程中主要利用水分子沸腾传递热能，破坏原料分子间结构，但想达到滋味浓郁、肉质软烂却需要长时间煮制，耗时长、能耗大。而在新时代背景下，“方便”、“快捷”这些关键词愈加成为人们青睐的对象，因此方便快捷的新型煮制技术逐渐涌现。

　　超声作为一种新型绿色加工技术，其在各方面都发展迅速。目前在食品方面应用主要有嫩化、腌制、杀菌、煮制、解冻等。与传统加工技术相比，超声辅助具有高频率、高速度、高能量等优点。超声辅助煮制作为其中发展的一个支点，其主要利用超声波的空化作用、机械效应及热效应，使食物在短时间内通过高频率、高能量，高振荡快速达到传统炖煮方式下的滋味丰富、肉质软烂的效果，并进一步缩短炖煮时间。超声辅助煮制畜禽肉制品，利用声耦作用于肉质，破坏其肌肉结构，显著提高肉质嫩度，其无损、快捷、高效、低廉的优点，显著改善了质地和质量，受到了研究学者的关注与热爱。本文针对超声波辅助煮制对畜禽制品品质影响作详细论述，为超声波辅助煮制在畜禽肉制品加工中提供理论依据。

　　1  超声波简介

　　超声波是指高于20kHz的人类可听频率范围之外的声波，其按照频段范围、强度大小可分为低强度高频超声波（功率强度＜1W/cm2、频率100kHz～1MHz）、高强度低频超声波（功率强度＞10W/cm2、频率20～100kHz)。

　　1.2  超声波辅助煮制作用原理

　　超声波辅助煮制主要是利用超声波在液体（水）传播过程中对受热食物产生作用，使食物结构中的小分子在高频振荡下发生变化，其作用机理主要是超声波的空化、热效应及机械效应三大方面。

　　1.2.1  空化作用

　　超声波空化作用，是超声波和液体二者之间产生的主动力，是指在超声波振动的作用之下，液体中产生微小气泡在到达一定程度值之后，气泡膨胀，紧闭，破裂，同时产生冲击波，这一系列过程称为空化。空化作用产生的气泡在爆裂时可产生短暂瞬间的高温高压，威力可达5500K，50MPa。图1为空化作用的形成过程。在空化作用发生的过程中引起的一系列物理、化学反应，可对食品质量、能量传输、结构变化发生改善，在食品加工中有利于生产时间的缩短、质量的提升。空化作用在食品加工业中应用较为广泛，有学者研究表明超声波在液体中产生的空化作用可使小分子之间发生激烈碰撞，从而使水分子裂解，产生具有较强氧化性的羟基自由基，促进食物中的蛋白质、脂质氧化；空化与热效应产生的高温高压下，可使游离氨基酸、核苷酸易降解，从而对煮制食物的风味产生显著影响。空化在冷冻中可以促升冻品与冷冻剂之间的能量交换，强化冻结过程；与传统方法作比较，空化可促进脂肪油水解，使其利用率更高；此外，空化还可提高并改善糖液的脱色率，提高精简度。

图1  超声空化作用图

　　1.2.2  热效应

　　热效应是超声波利用介质传播，传播介质不断吸收热量，使自身温度升高的现象。介质在具有巨大能量的超声作用下，高频率振荡，产生大量的热能。热效应一般在食品加工中可用于冷冻食物的解冻，在冻品的肌肉组织中包含一部分液态，有学者研究表明在超声解冻中，超声波对已冻结范围的吸收作用要远超出未冻结数十倍，且解冻速度快，对产品质量起到积极的改善保持作用，与传统解冻方式相比，超声对食品的蒸煮损失、剪切力值等变化可起到良好改善作用。因此，利用超声波可以促进热量传输、交换的这一特点，选择合适的超声功率和超声频率，食品工业可以实现快速解冻并改善肉品品质的目的。在超声辅助煮制应用中，超声波热效应产生的高热能使氨基酸热降解，同时与还原糖产生美拉德反应，促进风味物质的产生。

　　1.2.3  机械效应

　　超声波的机械效应是指当超声波作用于传输介质时，传输介质中的粒子会产生强烈的振动，因此可以加强粒子在介质中的运动和传质过程，从而导致粒子位移、振动速度、加速度和声压的变化。机械效应在食品工业中主要应用于超声波嫩化、超声波清洗、超声波提取中,其可促进固液体的分散与乳化，对超声提取起着高效率且稳定的作用。超声波处理不仅可以破坏肌原纤维的结构，还可以促进肌原纤维中内源性蛋白酶的释放，增强内源性蛋白酶的活性，改善肌肉的嫩度。在辅助煮制中，正是由于这一作用使肌纤维之间的缝隙增大，促进呈味物质溶出，同时也使调味品的滋味有效渗入，增加滋味。

　　色泽是食品的基本物理特征，是消费者直观肉眼可见的感官特征体现。颜色与食品的物理、化学、感官具有相关性，它一般作为消费者判断食物是否新鲜、可食的评价标准，在肉品中，色泽的变化主要是取决于组织结构中肌肉肌红蛋白、血红蛋白的含量。此外，也有消费者认为食品色泽与食品是否嫩滑、安全、具有良好风味、具有良好营养价值等存在一定关系。表1为超声辅助煮制技术对畜禽肉制品色泽特性影响的相关研究结果。

 

 

　　2.2  超声波辅助煮制对畜禽肉制品质构特性的影响

　　1926年，WARNER发明了用于测量肉制品质构的仪器，人类对其测量从模糊感官发展到仪器化精准测量。此后随着计算机时代的迅速发展，质构的测量更加精准、迅速。食品中用来衡量产品的质构特性一般有几大指标，分别是硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性等。超声辅助煮制对畜禽肉制品质构特性影响的相关研究详情见表2。

 

 

　　近年来，关于超声辅助煮制对质构特性影响的研究越来越多，尤其是国内学者研究报道较多。由表2可知，超声辅助煮制可明显改善产品的质构特性。超声时间、超声强度是影响质构特性的重要因素。邹云鹤发现超声煮制时间对硬度有显著影响，当超声煮制时间在80min时，与传统方式相比，可提高牛肉硬度，但延长至120min后，硬度下降，即随着超声时间的延长，硬度也随之下降，这与周唯伊等人的研究结果相契合。造成硬度下降的原因可能是超声波的空化、机械等效应破坏了食物本身中蛋白质的网状结构，水分子进入，从而导致硬度下降。相对于超声时间，超声强度对质构的影响也较大。陈胜通过调整超声功率研究超声辅助煮制处理对盐焗鸡的影响，得出结论低功率对鸡肉质构无显著影响，高强度下肌纤维遭到显著破坏，硬度和咀嚼力显著下降。丁捷通过研究不同功率对泡椒猪肝质构的影响，发现猪肝硬度、胶粘性随超声强度呈先下降后升高趋势，弹性则由平缓趋势逐渐升高而后下降，咀嚼性则呈上升趋势。J?SSICA对比传统、超声辅助等方式烹饪香肠，发现香肠在超声辅助后，储存1-30d，其咀嚼性显著升高，而传统方式则变化不大。综合分析，超声波对质构特性的影响是由于超声波的机械效应、热效应对组织结构产生振动、断裂，肌原纤维遭到破坏分解，内源酶蛋白得到释放，肌纤维的密度、完整性以及蛋白质结构得到改变、松动，从而改善质构特性。

　　2.3  超声波辅助煮制对畜禽肉制品出品率/蒸煮损失的影响

　　蒸煮损失是指食品在加工过程中原料发生组织收缩、水分流失的情况，一般是由于蛋白质受热变性，肌纤维收缩失水所致。出品率则是食物原料加工后与加工前的质量之比。这两个指标在一定程度上反映着食品本身的质地、嫩度等品质特征。超声波辅助处理则可以利用其空化等作用，提高食品的持水力，降低蒸煮损失，提高出品率。表3为超声波辅助煮制对畜禽肉制品出品率/蒸煮损失的影响相关研究结果。

　　出品率在一定程度上与畜禽肉制品的保水性与水分吸收率相关联。由上表可以看出，超声辅助煮制处理一些畜禽肉制品时，对出品率起到了提高的作用。周唯伊在研究超声波辅助卤煮雪山鸡时发现，超声时间与出品率呈正相关，在煮制90min时，出品率达到最高。这可能是由于超声波空化作用破坏肌原纤维组织结构，使其松弛，促进肌肉蛋白与水分子结合能力，减少加热过程中水分流失所致。邹云鹤在研究利用超声波蒸煮锅煮制牛肉时，得出了蒸煮损失与煮制时间呈正相关，但同一煮制时间下，超声可显著降低蒸煮损失。这与超声处理对食品的保水性有关。ZHAO等认为超声波可以促进肌球蛋白降解，从而改变肉制品的微观网络结构，进而提高肉制品保水性。MCCLEMENTS等人在整理超声在食品分析等作用进展时发现，有研究表明超声波振动产生的空化效应对肌原纤维结构的破坏有明显作用，使水分子进入肌纤维间并储存，从而提高肉制品保水性。因此，肌原纤维是影响肉质保水性、水合作用的重要因素，这不仅关系到蒸煮损失，也对肉质嫩度起到一定作用。

　　2.4  超声波辅助煮制对畜禽肉制品剪切力/嫩度的影响

　　嫩度是衡量肉类质量的主要因素之一。嫩度的准确含义尚未盖棺定论，一般是指饮食者的感觉器官对食物肌肉蛋白质质地的总体主观判断，一般包括食物对舌的柔软性、对牙齿的抵抗性以及咬断肌纤维的难易度和咀嚼度。在研究肉制品中，一般通过剪切力的大小作为衡量嫩度的指标。剪切力与嫩度呈反比，剪切力大，嫩度低。表4为超声波辅助煮制对畜禽肉制品嫩度影响的相关研究结果。

 

 

　　影响肉质嫩度的因素有很多，肌原纤维便是其中之一。它不仅影响着蒸煮损失、持水力，对嫩度也起着一定作用。有研究表明，肌纤维越细，肉质越嫩；肌纤维越粗，肉质越差，且肌原纤维空间结构的改变会在一定程度上引起蛋白质功能特性的变化。超声波辅助煮制正是由于超声波对肌肉组织结构造成破坏，进而对嫩度起到影响。有研究表明，超声处理可以增加肌原纤维蛋白二级结构中β-转角、无规则卷曲结构的含量，降低α-螺旋结构的含量，这表明超声波对氢键起到了破坏作用，超声处理后，分子结构由有序状态转变为无序状态，刚性结构减弱，柔性结构增强。此外，超声还可以改变蛋白质之间相互作用力，超声的机械效应可能会破坏肌原纤维蛋白分子间相互作用（静电、疏水），使疏水基团暴露出来，增强表面疏水性。这些都表明超声波处理对肌原纤维起到至关重要的作用。邹云鹤研究表明，超声波辅助煮制处理可明显破坏肌原纤维结构，降低硬度及剪切力，提高酱卤牛肉的嫩度。这是由于加热熟制过程中，热效应破坏了肌原纤维完整性，使肌原纤维表现出易断裂的状态，肉的嫩度也因此相应提高。陈胜研究超声辅助煮制对盐焗鸡品质影响时发现，低功率下对鸡肉剪切力差异不显著，高功率下可降低剪切力，对肉质起到嫩化的作用。JAYASOORIYA也认为超声处理可显著降低剪切力和硬度。这与SMITH研究超声对于牛半腱肌剪切力的研究结果一致。但较低功率下对肌纤维结构的破坏程度较小，剪切力值影响则不大。LYNG等人研究表明超声波没有使肉类样品变嫩，这或许是由于低强度的超声浴所致，这与陈胜的结论相符。因此，在超声波辅助处理肉制品时，要保持合适的超声强度，方可对其嫩度有积极影响。

　　2.5  超声波辅助煮制对畜禽肉制品风味物质的影响

　　风味是由人的味觉系统和嗅觉系统感受到的风味物质共同作用形成。食品中风味物质的产生，一般是由风味前体物质在烹饪过程中经过转化产生，前体物质本身并不具有风味。风味物质一般分为滋味和香味呈味物质。滋味呈味物质一般包括游离氨基酸、呈味核苷酸等物质；香味呈味物质一般是烹饪过程中前体物质经过氧化还原反应、美拉德反应、脂质氧化分解等反应而产生的硫化物、不饱和烃类、醛类、烷类、酸类及其他杂环类化合物。目前，超声波辅助煮制对食品风味影响显著，目前在制作高汤中应用愈加广泛。表5为超声波辅助煮制对畜禽肉制品风味物质影响的相关研究结果。

 

 

　　2.5.1  超声辅助煮制对畜禽肉制品风味前体物质的影响

　　游离氨基酸是蛋白质降解的产物。超声波辅助煮制可增加游离氨基酸、多肽的含量。雷辰研究发现超声煮制处理组的猪五花肉中游离氨基酸总量、TCA溶解肽比传统水煮处理组高，且超声可使肉质组织结构中肌肉蛋白变性，促进其降解，从而增加氨基酸含量的增加。邹云鹤研究结果表明超声波辅助煮制使酱卤牛肉在煮制过程中受到水分子的高振荡裂解，形成具有强氧化性的自由基，促进蛋白质氧化降解，而使核苷酸与游离氨基酸发生协同作用，对五花肉其风味起到显著影响。CICHOSKI研究则表明超声处理促进了蛋白的水解，释放出肽和氨基酸，同时增加了脂质氧化，产生挥发性有机化合物。在液体食品（高汤）中，戚军研究发现随超声功率的上升，鸡汤中游离脂肪酸初级氧化产物呈先上升后下降趋势。这是由于在炖煮初级阶段，肉中水溶性物质溶出并逐渐迁移到汤中，呈上升趋势，随着熬煮时间的增加，游离脂肪酸不断氧化转化成风味物质，最终逐渐氧化为挥发性风味物质而导致脂肪酸含量的下降。陈春梅发现超声处理后，羊肉汤中游离脂肪酸的SFA的含量占比均在50％以上，UFA在整个炖煮过程中不断发生着迁移和氧化，促进羊肉汤风味的形成。超声时间对羊肉汤中甜味、鲜味、苦味游离氨基酸含量的影响呈上升趋势。孟倩研究发现90℃和95℃超声组别中骨汤的鲜味氨基酸含量显著高于其他组。90℃超声辅助煮制有利于骨汤中鲜味氨基酸的保留，同时较低的加热温度也有利于蛋白质发生有限水解。并且空化作用促进了5’-核苷酸的的溶出，避免了高温引起的过度美拉德反应造成的5’-核苷酸的损失。因此，超声对风味前体物质有积极改善作用，可促进游离氨基酸、核苷酸类物质的溶出，从而有利于风味的形成。

　　2.5.2  超声辅助煮制对畜禽肉制品挥发性风味物质的影响

　　大量研究都证明超声辅助煮制对畜禽肉制品中风味物质含量有积极作用。在对盐焗鸡处理时，陈胜检测出的风味物质种类与含量高于传统处理方式，贡献作用最大的是醛类物质，含量最多的时烃类物质；李素云研究超声煮制对盐焗鸡风味影响时发现含量最高的为烃类物质，而烃类可以提升肉的整体风味。超声波其空化效应导致氨基酸与脂肪发生氧化降解，易于挥发性风味化合物的有效溶出。钟赛意在对盐水鸭进行超声处理后发现，与传统方式相比，化合物总量只高出2种，且超声组中醛类、酮类含量高，醇类、酯类较低，其它种类化合物总量相差不大。雷辰处理五花肉，结果表明超声组的醛类、柠檬烯等对猪肉风味贡献大的风味物质含量的风味物质均高于传统组，这是由于超声促进了脂肪氧化，其中己醛含量超出传统组87.4%；但其超声的空化循环降解崩塌与热效应结合后，抑制了酯类的产生，因此在超声组并没有检出酯类。在利用超声辅助煮制高汤中，戚军等研究发现超声辅助煮制鸡汤中，醇类物质含量上升；陈春梅发现煮制90min汤中醛类化合物的种类及总含量最多；60min羊肉汤中烃类化合物的种类增多，认为超声波辅助炖煮能够促进羊肉汤良好风味的形成。综上，超声辅助煮制对于风味物质影响主要是利用其空化、热效应对蛋白质、脂肪的氧化降解，同时使原料小分子间的空隙增大，易于物质溶出与滋味渗入。可见，相较于传统煮制技术，超声辅助煮制技术可对其风味物质种类及含量提升，改善食品风味。

　　3  总结与展望

　　众多研究结果表明，超声辅助煮制工艺对畜禽肉制品在质构、色泽、嫩度、风味等方面均呈现显著良好效果，通过优化超声时间、超声强度等工艺参数，在传统煮制工艺的基础上，超声波对肉质进行优化提升。这是由于超声波空化、机械及热效应，对食物的蛋白质、脂肪起到氧化、降解作用，同时使畜禽肉制品中分子间空隙增大，促进风味物质溶出。相对于传统方式，超声辅助煮制的高频率、高速度、高能量的特点可在短时间内达到传统长时煮制的效果，减少能耗、提升质量。本文总结了近年国内外各研究者对于超声辅助煮制对于畜禽肉制品在质构、色泽、嫩度、风味等方面影响研究成果，为日后食品工业化、健康饮食提供一定理论基础，为后续未来食品的新方向起到引导作用。但目前，超声辅助煮制也面临着一系列挑战，一方面方便快捷的超声辅助煮制装置设备较少，一款优化参数的设备仍在呼之欲出，这为未来工业化发展带来了巨大挑战；另一反面，超声辅助也存在一定弊端，不当操作（如超声辅助过度加热）会使肉质发生质变。因此，需要综合考虑超声辅助煮制设备的全过程开发，实现研究结果到成果转化的有效蜕变，为未来食品的发展奠定基础。