肉類產業早已成為我國食品行業的第一大產業［1］。肉類產業已進入以提高肉品質為主要目的，滿足消費者攝食高食用品質肉類的需求為特點的發展階段［2］。消費者偏愛儘量少新增非肉成分或無食品新增劑、儘可能少加工程式和較低加工程度、食用方便的肉製品［3-4］。超聲波技術是一種綠色的非熱物理加工技術［5-6］。其中，低頻高強度超聲波（頻率20～100 kHz，強度＞1 W/cm2）透過空化效應、動態振動和剪下應力等生成的物理化學效應改善肉品品質和提高加工效率，給肉品工業帶來巨大的經濟價值［7-9］。超聲波技術在肉類工業中的應用一直是國內外研究熱點，有著巨大的發展潛力和空間。近年來學者們研究了超聲波改善或評估肉品品質，提高加工效率，包括改善肉的嫩度、促進醃製、確定胴體特性和肉的組分等［7， 10-12］。因此，構建基於超聲波作用開展的肉品品質形成及加工過程中的變化規律等研究體系，可為肉品加工應用發展提供參考依據。
1 超聲波在宰後肌肉轉為食用肉過程的嫩化作用
肉的嫩度是在宰後放血後肌肉轉為食用肉過程中生物化學變化之間複雜的相互作用中形成［13］，由僵直過程中肌肉纖維收縮、蛋白酶系統降解關鍵肌纖維骨架蛋白以及結締組織含量決定的［14］。高強度超聲波處理對宰後僵直後期肌肉的嫩化有積極的效果。Jayasooriya［15］研究應用低頻高強度超聲波處理（24 kHz，12 W/cm2，0～240 s）對不同部位牛肉嫩度影響以及其是否加快牛肉成熟嫩化。結果發現，超聲波處理都能夠降低貯藏第0天的肌肉剪下力，超聲波處理60 s的肌肉嫩度可以相當於成熟3～5 d的嫩度。應用超聲波處理可以在最短的成熟時間內降低剪下力最大值，減少牛肉蒸煮損失，對顏色沒有影響。Chang等［16］應用超聲波（1 500 W，40 kHz，25 ℃）處理牛半腱肌，結果表明超聲波10 min可以減小牛肉的硬度。超聲波處理透過降低肌肉纖維直徑和膠原蛋白的熱穩定性，使膠原蛋白纖維的無序化和纖維之間疏鬆，從而改善牛肉質構。應用超聲波2 W/cm2，45 kHz，4 ℃，2 min可以改善成熟第2天的牛半腱肌嫩度［17］，其中肌原纖維完整性受到破壞，促進了牛肉的成熟［18］。另外，應用高強度超聲波（10 W/cm2）有效加速處於僵直前期肌肉的嫩化［19］，為熱剔骨工藝的應用提供有力條件，降低冷卻貯藏時間和減少企業的生產成本。然而，超聲波處理（20 kHz，63 W/cm2，15 s）牛排，結果發現超聲波處理並沒有效果［20］，這有可能是超聲波處理的時間較短導致的。由於超聲波裝置與引數（時間、強度、頻率），超聲波產生的溫度效應、研究物件（品種，年齡，肌肉部位）以及處理方式（樣品的厚度，有無包裝）不同，不同研究的超聲波結果可比性較差。儘管這樣，一般應用低頻率（20～100 kHz）和高功率（100 W～10 kW）超聲波處理對改善肌肉嫩度是有效可行的。提出的嫩化機制主要是超聲波透過空化效應，產生高速剪下，壓力和溫度作用破碎肌原纖維結構，弱化結締組織和增加肌漿中鈣離子釋放，促進肌肉內源蛋白酶如組織蛋白酶和鈣啟用蛋白酶的活性［16， 21］。超聲波處理促進膠原纖維收縮，肌內膜破裂和肌束膜厚度減小，顯著降低結締組織蛋白的機械強度［22］。超聲波處理（24 kHz，4 min）協同內源蛋白酶能有效改善母雞肉的嫩度［23］。Barekat等［24］研究探討應用超聲波（20 kHz，100和300 W，10～30 min）協同木瓜蛋白酶對牛背最長肌肉的嫩度影響，結果表明，超聲波處理（100 W和20 min）結合木瓜蛋白酶顯著降低了牛肉的剪下力和硬度，有效改善了嫩度。另外，一般高頻率超聲波用於快速無損檢測分析肉品品質，而Sikes等［25］應用高頻率（2 MHz）超聲波處理處理僵直前期牛肉，探討超聲波處理是否透過改變宰後糖酵解代謝相關酶，加快成熟牛肉的嫩化，結果表明，雖然超聲波處理沒有改善牛肉嫩度，但是卻影響了牛肉僵直過程中的能量代謝，這為應用超聲波對肌肉的嫩化研究和預防DFD牛肉發生提供了新思路。最近幾年，新發現宰後肌肉轉化食用肉過程中細胞凋亡酶對肌肉成熟過程中的嫩化有潛在作用［26-27］，而超聲波具有引起細胞死亡的作用［28］。Chen等［29］應用免疫印跡和透射電鏡方法研究了超聲波（40 kHz，1 500 W）對宰後雞肉成熟過程中caspase-3的表達和肌原纖維蛋白質降解的影響，結果表明，超聲波處理促進細胞凋亡程序，增加capase-3和鈣啟用酶活性，降低鈣啟用酶抑制蛋白活性，增加肌原纖維骨架蛋白的降解。
2 超聲波在肉品加工單元中的應用
超聲波處理在肉品加工單元中的應用逐步深入。目前肉品加工面臨著如下調整：一方面，消費者追求更加健康的肉製品，包括低鹽、低脂肪、低膽固醇和低熱量；另一方面，消費者又希望新型設計配方的肉製品保持傳統加工肉品的感官品質。同時，隨著全球經濟競爭加劇，肉品加工企業面臨如何提高價格高的原料肉的利用率，降低生產成本問題。超聲波可以提高肉品加工中原料肉的醃製效率，增加肉製品的保水性、多汁性和嫩度。一般傳統肉製品的醃製需要2～6 d，才能使每千克肌肉中的食鹽含量達到1。6%～2。2%［30］。為了提高企業的生產效益和競爭力［31］，超聲波處理透過空化效應瞬間產生高溫和壓力加快物質的轉移，微射流促進離子在介面的穿透［10， 32］。有研究表明高強度超聲波處理（51和64 W/cm2）加速肌肉醃製中食鹽溶液的滲透［33］。McDonnell［34］應用研究超聲波處理不同時間（10，25和40 min）和不同超聲波強度（4。2，11和19 W/cm2），對食鹽溶液醃製豬肉的影響，結果發現，超聲波處理（19 W/cm2，10，25 min）可以顯著增加醃製速率，提高豬肉水分含量，有效減少加工時間並保證其品質。McDonnell［35］進一步研究了不同超聲波強度（4。2，11和19 W/cm2）對豬肉醃製過程中蛋白質與水的互動作用和蛋白質熱穩定性，結果顯示了超聲波處理（19 W/cm2，40 min）後豬肉樣品表面（深度＜2 mm）的肌球蛋白熱穩定性降低，代表不易流動水部分的弛豫時間增加，表明豬肉內部的肌原纖維發生膨脹。超聲波處理雖然增加了肉表面蛋白質的變性程度，但可以促進豬肉醃製，增加了鹽溶性蛋白質的溶出［10］。Kang等［36］探討了超聲波處理改善醃製中牛肉的保水性和嫩度機制，結果發現，超聲波處理提高醃製中牛肉不易流動水的比例，增加肌纖維小片化和肌原纖維蛋白質的降解。為進一步確定超聲波輔助醃製過程中對其他品質指標的影響，Kang等［37］研究不同超聲波強度（2。39，6。23，11。32和20。96 W/cm2）和時間（30～120 min）對牛肉醃製過程中的脂肪氧化和蛋白質氧化的影響，結果發現，高強度和長時間超聲波處理會顯著增加牛肉蛋白質氧化和脂肪氧化程度，增加蛋白質聚集和改變蛋白質構象。控制合適的超聲波強度和時間可以有效促進食鹽在肉中分散，降低食鹽用量同時保證產品良好的出品率、質構和風味［30， 38-39］。Ojha等［40］研究超聲波處理協同食鹽替代物對豬肉醃製的影響，結果發現，超聲波處理協同食鹽替代物未能促進食鹽在肉中的滲透分散，但可以降低食鹽替代物處理組樣品的蒸煮損失。
在滾揉加工中，超聲波處理進一步破壞肌肉纖維，釋放黏性汁液，達到更好的改善加工肉的保水性與嫩度［41］。較早研究報道了超聲波處理可以在低離子鹽濃度情況下增加鹽溶性蛋白析出，生產高品質的低鹽火腿製品［42］。超聲波輔助滾揉（9～10 r/min，25～120 min）增加絞碎醃製的火腿肉卷的肌原纖維蛋白溶解性，即使在不加鹽的狀況下，超聲波滾揉處理有效改善了產品質構，與正常新增鹽含量的處理組沒有顯著差異［43］。另外，Li等［44］研究發現超聲波處理（40 kHz，20 min）可以增加低鹽雞肉糜（1%，1。5%NaCl）加熱過程中的儲能模量和凝膠的硬度和彈性。
在乳化型肉糜製品加工中常應用預乳化技術降低產品脂肪的含量。但是實際生產過程中預乳化液存在不穩定現象。趙穎穎等［45］研究超聲波處理對酪蛋白酸鈉-大豆油預乳化液乳化穩定性的影響，結果表明，超聲波處理降低預乳化液的粒度大小，使其均一，從而改善其乳化穩定性。該學者開發了預乳化液超聲處理的低脂法蘭克福香腸，有效解決了乳化型肉糜製品高脂肪、高能量的問題［46］。Zhao等［47］探討了超聲波處理（20 kHz，450 W，0～12 min）對雞肉肌原纖維蛋白-大豆油複合凝膠加工特性的影響，結果發現，超聲波處理的樣品具有較好的黏彈性、提高了蛋白質分子對水油的吸附和保持能力。超聲6 min時，複合凝膠具有均勻細膩的微觀結構。超聲處理能夠有效地改善乳化肉製品的脂肪酸組成，同時保證功能特性和較高產率。
3 超聲波對肉品營養成分和微生物發酵的影響
超聲波處理對肉品品質特性中營養成分的影響受到廣泛關注［48］。陳銀基［49］應用超聲波處理魯西黃牛半鍵肌肉，分析半鍵肌肉中脂肪酸的含量變化，結果發現，超聲波輔助食鹽溼法醃製可顯著降低牛肉的脂肪含量，處理後的醃肉有效降低動脈粥樣硬化指數和血栓指數。劉永峰等［50］研究了超聲波輔助食鹽醃製對不同部位秦川牛肉脂肪酸組成的影響，結果表明，超聲波輔助6%食鹽處理降低醃肉的脂肪含量，多不飽和脂肪酸含量及其脂肪酸組成卻均顯著增加，這對改善秦川牛肉脂肪的營養有較好的改善作用。最近，Ojha等［51］研究不同超聲波頻率（25，33和45 kHz，30 min）對不發酵與發酵的兩種牛肉乾的脂肪酸構成影響，結果發現，超聲波頻率顯著影響牛肉乾的飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸的含量以及之間的比例。然而，也有研究超聲波空化效應可引起水分子裂解產生羥基自由基（·OH）並通過後續的自由基鏈式反應，很可能導致肉品醃製加工中蛋白質和脂肪的過度氧化［37］，尤其是長時間高強度的超聲波處理對最終產品的風味產生不利影響。
低頻率高強度超聲波處理（20～47 kHz，2 s～30 min）可以有效抑制畜禽肉及其製品中各種腐敗或致病微生物，保證產品安全［11］。超聲波處理抑菌作用在發酵肉製品的加工中卻有潛在的價值。超聲波可以使微生物細胞膜的氣孔形成，產生提供必需營養物質傳入和有害底物去除的通道，促進發酵肉製品中益生菌的生長和酶活性，同時抑制致病性和腐敗微生物［52］。Ojha等［53］研究報道了超聲波處理（0～68。5 W，0～9 min，20 ℃）對培養基和肉湯中清酒乳桿菌發酵劑的生長影響，結果表明，調整超聲波功率和時間可以有效調控發酵過程中清酒乳桿菌的生長速率，同時發現產生的細胞提取物具有生物抑制致病菌的效果。
4 結語與展望
超聲波技術在肉品加工與質量控制方面具有很大的開發潛能，非常適合營養健康型又附加值高的肉製品研發，對我國肉類生產和精深加工方面具有巨大的推動作用。今後超聲波物理技術加工下肉品組分變化規律和品質特性改變的機制仍是研究重點。透過研究超聲波作用效應改變肉與肉製品的蛋白質、水分、脂肪以及宰後肌肉組織結構等，可以更好理解肉品品質的形成與調控機制，為超聲波裝置（超聲感測器和探頭幾何圖形與安裝分佈等）設計和商業模式的應用奠定良好的基礎。