近几年,随着人们生活水平和健康意识的逐渐提升,人们的消费观念发生转变,对于无外源添加剂或外源添加较少的食品更加青睐。而肉制品作为日常生活中必不可少的高营养物质,更加要求绿色健康。超声波技术是一种绿色的非热物理加工技术,具有能耗少、能量高、损害小、无化学残留、瞬时高效、穿透力强等优点,能够改善肉品品质,促进腌制,辅助冷冻和解冻,协同杀菌等。
超声波原理
超声波是指频率在 20 kHz及以上的声波,常见的超声波设备使用频率为20 kHz~1O MHz。根据频率和能量,超声波通常分为两种类型:低强度高频率(频率>1MHz,强度<1W/cm2)的超声波和高强度低频率(20~100kHz, 10~1000W/cm)的超声波。高强度低频率超声波主要用于食品加工领域。
超声波的作用机理主要有空化效应、机械效应和热效应。超声波空化效应是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动,当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。空化效应的产生是由于超声波通过介质传播时,液体介质分子发生周期性的交替拉伸和压缩,这种交替变化会导致液体介质中形成气泡。在超声波的作用下,气穴气泡在短时间内振荡、生长,达到临界尺寸时,在高声压下变得不稳定并剧烈坍塌和破裂,产生高温和高压。机械效应是指空化效应过程中伴随的局部高压、湍流及高能剪切力;热效应是指介质吸收超声波产生能量后发生剧烈振荡,介质之间相互摩擦导致温度上升的过程。
超声波在肉制品加工中的应用
肉制品的理化特性直接影响消费者的接受程度。因此,将一种新技术或新方法应用于肉制品加工时,其对肉制品品质、理化特性的影响至关重要。
1、改善肉制品品质
超声波技术可改善肉制品嫩度、持水性等,显著提升肉制品品质。
超声波对肉嫩度的影响可以归因于两个主要方面:直接破坏肌肉组织结构完整性和间接激活相关酶活性。一方面,超声波循环周期中,局部产生的正负交替压力使介质发生压缩或膨胀,导致肌细胞破裂和肌原纤维蛋白结构被破坏,肌纤维沿Z线和I带断裂;另一方面,由于超声波破坏了组织结构完整性,组织蛋白酶从溶酶体中释放,钙离子从细胞内流出,激活钙蛋白酶,促进蛋白质水解。如超声处理后的五香牛肉肌原纤维间隙增大,肌原纤维沿Z线断裂,导致肌肉膨胀和破裂,有效改善了五香牛肉嫩度。超声处理后,鸡肉肌纤维内及周围空化气泡的内爆破坏了肌纤维成分,导致鸡胸肉剪切力显著下降,嫩度提升。同时,超声波产生的机械效应能破坏肌原纤维的结构,有助于肌原纤维容纳更多水分;此外,适当的超声处理会促进蛋白质展开,形成均匀、致密的凝胶网络,从而提高肉制品持水性。
2、腌制
腌制是肉制品加工中常用的保鲜方法,对提高肉制品嫩度、质构、持水性等品质特性十分有益。由于肌肉组织是一个复杂的基质,肌肉中存在肌间脂肪和肌内脂肪,使盐分在肉中的扩散十分缓慢,容易导致盐分分布不匀、腌制时间过长等问题,增加生产成本。其中,超声波作为一种新兴食品加工技术,具有很强的穿透力,能够在不损害肉制品品质的情况下加速腌制过程,是一种很好的促进腌制的方法。
超声辅助碳酸氢钠腌制鸡胸肉时发现,利用超声辅助腌制的鸡胸肉对腌制液的吸收率和鸡胸肉中氯化物含量明显较高,腌制效果得到了改善。可能是由于超声过程中,空化效应排出气体,破坏肌肉组织,使肌束之间的间隙增大,同时肌肉组织内的负压降低了腌料进入肉块的阻力,因而有利于盐水扩散到鸡胸肉组织中。因此,超声能有效缩短肉制品的腌制时间,并促进盐在肉类产品中的均匀分布,提升腌制效率。
3、冷冻和解冻
肉制品因富含蛋白质而容易腐败,因此常用冷冻方式贮藏,冷冻肉制品质量主要取决于冰晶大小状态。通常,缓慢冷冻会产生大且不规则的细胞外冰晶,导致肌肉结构的破坏,从而降低肉类产品的品质;而快速冷冻会产生细小而均匀的细胞外和细胞内冰晶,减小对肌肉组织结构的破坏。与传统冷冻方法相比,超声波具有快速、高效、高能的特点,能在较高温度下诱导晶核形成,能通过碎裂冰晶增加晶核数目,并减小冰晶尺寸,因此可作为一种快速冷冻技术提高冷冻效率。研究表明超声辅助浸渍冷冻能显著加快猪肉的冷冻速率,减小冰晶尺寸,使冰晶分布更均匀,同时超声辅助浸渍冷冻猪肉的色泽、蒸煮损失与新鲜猪肉相比无显著差异。超声波不仅能缩短冷冻所需要的时间,还有助于抑制冷冻肉类产品冻藏过程中的受损和变质。
解冻是冷冻肉及肉制品进一步加工前必不可少的过程,可能会改变肉类产品理化性质,导致肉类产品质量降低。与传统解冻相比,超声波解冻能将声能转化为热能,在加速解冻的同时,降低解冻对肉类产品质量的不良影响。
4、杀菌
超声波产生的局部高压、剪切力、温度梯度等会破坏生物细胞壁、细胞膜和DNA,促进细胞死亡,因此,超声波技术可用于无损杀菌。例如,超声处理(40 kHz、11W/cm)导致牛肉中所含的嗜中性菌,特别是大肠杆菌和嗜冷菌菌数减少。超声也可有效抑制牛背长肌中嗜温、嗜冷和大肠菌群污染。然而,想要达到完全灭菌的效果,超声波单独处理需要非常高的超声强度,因此常联合其他杀菌技术(如高压、热处理、杀菌剂等),以达到满意的杀菌效果。如超声波与巴氏杀菌联用能有效抑制嗜冷菌和乳酸菌生;超声波和弱酸性电解水对抑制金黄色葡萄球菌生物膜污染具有协同性。因此,不能局限于超声波技术本身对工艺的改良,还应将超声波技术与其他技术结合,充分发挥超声波的优势。
