吳平，姚芳，王正云，劉萍，鄭海松，孫智遠，徐嘉蔓

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院食品科技學(xué)院，江蘇泰州 225300）

在我國畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)中，畜禽養(yǎng)殖業(yè)、特別是其中的養(yǎng)豬業(yè)一直占據(jù)主導(dǎo)地位，豬肉產(chǎn)量占肉類總產(chǎn)量 的54%，在肉類產(chǎn)量中占比位居首位[1]；豬肉消費量也占據(jù)我國城鄉(xiāng)居民肉類消費量的60%以上[2]。這使得我國成為全世界的畜產(chǎn)品消費大國，尤其是豬肉消耗量更是高達5.6×107t，其體量相當于近4億頭的生豬[3]。畜肉由于其肌肉化學(xué)組成中肌原纖維蛋白含量豐富（圖1），在屠宰后的一段時間內(nèi)若不能妥善儲存，其包含的自身酶類和一些腐敗微生物的生長會加速肉品的腐敗變質(zhì)，縮短冷鮮畜肉產(chǎn)品貯存期以及貨架期[4]。為延長原料肉的貯藏期及最大程度地保持肉品營養(yǎng)品質(zhì)，冷凍貯藏技術(shù)被普遍地用于肉類制品工業(yè)，其主要貯藏機理是肉制品肌肉纖維中自由流動水分的固定化或去除[5]。同時，低溫環(huán)境也使得蛋白酶和微生物活性受到抑制。

冷凍畜產(chǎn)品在肉制品加工中有著舉足輕重的作用，是國家進行肉類食品儲備與宏觀調(diào)控的主要籌碼[6]。然而，畜肉制品在長期冷凍貯藏中，由凍藏初期降溫過程中形成的小冰晶會不斷生長變大，不僅破壞了肌纖維的微觀結(jié)構(gòu)，還會增大肌蛋白結(jié)構(gòu)周圍的溶質(zhì)濃度。因此，常常在解凍的過程中出現(xiàn)肉制品原料性質(zhì)的物理和化學(xué)變化，如蛋白質(zhì)變性及氧化、色澤、質(zhì)地及風(fēng)味變化、汁液流失、脂肪氧化等問題。另外，肉制品原料中的食源性致病菌的生長與繁殖、肌肉中的蛋白酶等也會嚴重影響著原料肉的品質(zhì)。因此，冷凍畜肉產(chǎn)品的品質(zhì)高低不僅取決于冷凍技術(shù)的優(yōu)劣，對肉品的解凍方式也是決定畜肉制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的原料解凍方式（如熱空氣或水浴解凍）除了耗時較長、能耗較大、效率不高外，還存在解凍均勻性低、酶促褐變以及微生物污染等問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者也開展了一些特殊解凍方式的研究，如微波解凍、電解凍和高壓解凍等。微波解凍是家庭中應(yīng)用較為廣泛的解凍方式，具有解凍效率高、穿透性強以及物料內(nèi)外同步解凍的特點，但其存在表面過熱[7]的問題。電解凍的特點是解凍效率高，受微生物污染較少，但是物料表面和內(nèi)部解凍均勻性的問題較為突出，會出現(xiàn)表面受熱融化解凍而核心解凍不足的問題[8]。高壓解凍速度快，過程污染小，但使用成本較高。因此，尋求一種既能提高解凍效率，又能緩解表面過熱問題的高效綠色解凍技術(shù)對最大限度地保留畜肉品質(zhì)、提高人們對畜產(chǎn)品的食用質(zhì)量十分重要。

超聲波技術(shù)作為一種食品物理加工的新技術(shù)，在食品工業(yè)中受到越來越廣泛的關(guān)注。其在食品功能成分的提取[9]、物料屬性的無損檢測[10]、食品滅菌[11]、干燥[12]、催陳[13]、霧化[14]以及控制冰晶體生長[15]上均有較為深入的研究。近年來，除上述研究中的輔助凍結(jié)外，研究學(xué)者還發(fā)現(xiàn)超聲波可以強化物料的解凍過程，促使物料內(nèi)部各個結(jié)晶區(qū)域的聲能吸收解凍界面不斷地向凍結(jié)區(qū)移動，解凍均勻性與解凍效率均得到提高。因此，本文重點綜述了超聲波解凍技術(shù)、作用機制以及其對冷凍畜產(chǎn)品品質(zhì)的影響，旨在為目前的冷凍畜肉產(chǎn)品加工業(yè)的前處理提供新的解凍思路與技術(shù)參考。

1 超聲波解凍作用機制

超聲波是一類超出人耳聽覺頻率范圍（20 kHz～1 MHz）的聲波。它是機械波的一種，遵循聲波傳播的基本規(guī)律，能在介質(zhì)中以機械振動的形式不斷傳遞超聲能量。該能量所及之處會產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，主要包括機械效應(yīng)、熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和自由基效應(yīng)[16]。根據(jù)超聲波能量的高低，又可分為高頻低強度和低頻高強度超聲波。前者是指頻率介于100～200 kHz之間、強度小于1 W/cm2的超聲波，它可用于研究食品質(zhì)量或結(jié)構(gòu)檢測，屬于診斷類超聲波；后者是指頻率介于18～100 kHz之間、強度大于1 W/cm2的超聲波，它可用于食品行業(yè)的加工與生產(chǎn)，屬于功率超聲波[17,18]。這兩種類型的超聲波為其在冷凍畜產(chǎn)品領(lǐng)域中的解凍與監(jiān)測應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

解凍是指使凍結(jié)食品冰晶融化，生成的水被物料吸收而恢復(fù)至原料凍結(jié)前新鮮狀態(tài)的過程，凍結(jié)食品在加工或消費前必須進行解凍。傳統(tǒng)的解凍過程是利用熱傳導(dǎo)的方式實現(xiàn)物料解凍，如熱空氣或流水解凍等，這一過程易引起食品物料品質(zhì)的變化。特別是冷凍畜肉產(chǎn)品，不當?shù)慕鈨龇绞讲粌H會造成肉汁損失，還會導(dǎo)致其他營養(yǎng)成分隨汁液而流失，影響后續(xù)加工和食用。傳統(tǒng)的解凍方式已無法滿足市場的要求。超聲波解凍是利用其聲能產(chǎn)生的熱量來對凍結(jié)組織進行解凍的一種新型食品解凍技術(shù)。它適用于大體積的食品解凍。超聲能量在物料組織內(nèi)凍結(jié)處的衰減程度遠遠高于未凍結(jié)部分[19]，使得聲能轉(zhuǎn)化為的熱量集中在凍結(jié)區(qū)，從而不斷推進凍結(jié)區(qū)與解凍區(qū)界面向著解凍區(qū)移動，這是超聲波可以加速解凍最本質(zhì)的原因之一。另外，不同結(jié)晶區(qū)域的超聲能量吸收也使得物料內(nèi)外同時發(fā)生解凍，解凍均勻性較好。超聲能量與熱量的轉(zhuǎn)換方式主要為兩種，即機械效應(yīng)與空化效應(yīng)。機械效應(yīng)的產(chǎn)熱原理是，在超聲波作用過程中，其機械波產(chǎn)生的振動能量被介質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)化為熱量，該熱量與介質(zhì)中超聲波頻率和持續(xù)時間呈正相關(guān)[20,21]。空化效應(yīng)產(chǎn)熱原理是，超聲波在傳播時是以正負交替的波形形式傳遞的，介質(zhì)中氣體收到不斷地擠壓與膨脹并經(jīng)歷多個周期后，氣泡內(nèi)壓力超出承受極限時發(fā)生破裂，此刻會產(chǎn)生較強的能量[22]，空化泡內(nèi)部溫度變化的數(shù)值可高達上千攝氏度，該熱量能夠順利地通過冷凍物料，加速食品的解凍[23]。此外，空化效應(yīng)發(fā)生時還伴隨著液體微射流的產(chǎn)生[24]，對介質(zhì)形成了一定的攪拌作用，這種湍流攪拌在固體冷凍物料表面附近更強烈，同樣加快了傳熱效率，減少了解凍時間[25]。

2 超聲波技術(shù)對冷凍畜肉產(chǎn)品的影響

2.1 超聲波解凍效率

利用超聲波技術(shù)進行解凍，可以大幅度縮短冷凍畜肉解凍時間。Gambuteanu等[26]研究了低強度超聲波對豬背最長肌的浸沒解凍過程，結(jié)果顯示與傳統(tǒng)空氣解凍相比，利用頻率為25 kHz、功率為0.6 W/cm2的超聲波可以對-5～-1 ℃溫度區(qū)間的解凍效率提高87%。而且，解凍溫升速率（0.46、0.57和0.84 ℃/min）隨著超聲強度（0.2、0.4和0.6 W/cm2）的提高不斷增加。同樣地，Wang等[27]對冷凍豬背最長肌進行解凍的結(jié)果也表明，相比于時長為55 min的溫水解凍，利用功率500 W、頻率40 kHz的超聲波可將解凍時間縮短至45 min，且相比于傳統(tǒng)靜水解凍，超聲處理后對肌肉的凝膠特性品質(zhì)影響較小。Li等[28]對秘魯魷魚解凍時發(fā)現(xiàn)，使用40 kHz、240 W超聲波處理，魷魚的解凍損失僅為10.72%，顯著低于空氣和靜水解凍結(jié)果；同時，肌纖維被破壞的程度最小。Guo等[29]對凍白牦牛肉進行超聲波解凍時，同樣發(fā)現(xiàn)超聲介入可以大幅度縮短解凍時間，且無論是吸熱階段（-13.5～0 ℃）、相變階段（0～0.5 ℃），還是融化階段（0～4 ℃）的進入速度均要高于傳統(tǒng)靜水（25 ℃）解凍組；同時，凍白牦牛肉通過上述溫度帶的速率隨著聲強的增加而進一步增大。超聲波加速解凍的原因一方面是空化效應(yīng)造成的，當超聲功率達到一定強度時，凍結(jié)的物料結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)小孔[30]，使物料的凍結(jié)狀態(tài)在微觀上發(fā)生崩解；另一方面，已解凍汁液在超聲作用下產(chǎn)生的微射流以及湍流也有助于熱量的傳遞與冰晶體的消融[31]。

2.2 超聲波解凍對冷凍畜肉產(chǎn)品品質(zhì)的影響

超聲波最初被用于解凍領(lǐng)域可以追溯至上世紀50年代末。Brody等[32]首次發(fā)現(xiàn)超聲（20、400和1000 kHz）能夠加速對冰凍食品的解凍過程。次年，Wearmouth[33]報道了超聲波技術(shù)在食品解凍領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)超聲波緩解了牛奶解凍時發(fā)生分離的情況，保持住了新鮮度并延長了貨架期。盡管早在1982年，Kissam等[34]就發(fā)現(xiàn)利用1500 Hz的聲能（強度≤60 W），可以將太平洋鱈魚塊解凍時間縮短71%，而對風(fēng)味、質(zhì)地、酸敗度等未產(chǎn)生顯著影響。但是超聲波技術(shù)在冷凍畜肉產(chǎn)品中的應(yīng)用實際上是在Shore等[35]對牛骨骼肌超聲解凍研究之后才開始興起。該學(xué)者研究了早期壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波在牛骨骼肌中的衰減過程，重點探究了受試樣品溫度對超聲波衰減的影響，發(fā)現(xiàn)了在-20 ℃條件下、2～7 MHz頻率范圍內(nèi)，超聲波在冷凍肌肉組織中的衰減程度均遠高于未凍結(jié)組織。這一現(xiàn)象也成為今后超聲波技術(shù)能應(yīng)用于解凍領(lǐng)域的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。超聲波解凍技術(shù)作為傳統(tǒng)冷凍畜肉產(chǎn)品解凍的可替代方式之一，對于提高畜肉產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈前端預(yù)加工速度、推進畜產(chǎn)品工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展具有重要的意義。上述研究者在超聲解凍領(lǐng)域中開辟的前期研究基礎(chǔ)也為后來的學(xué)者們打開了畜肉產(chǎn)品超聲物理場解凍的新思路。

2.2.1 保水性

畜肉產(chǎn)品的保水性主要通過解凍后的蒸煮損失率、汁液損失率、滴水損失和離心損失等來評價的。Li等[36]研究超聲解凍對鳙魚魚片品質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，對于慢速凍結(jié)的魚片來說，采用強度為0.135 W/L、頻率為28 kHz的超聲波在加速其解凍的同時，相比于空氣解凍或靜水解凍，其蒸煮損失率和解凍損失均無顯著性影響。侯曉榮等[37]也研究表明，相比于靜水解凍，超聲解凍（200 W、40 kHz）可降低其對中國對蝦的解凍損失率。這意味著，超聲解凍處理并不會進一步增加對物料的解凍損失率。同樣地，朱明明等[38]對不同方式解凍的冷凍豬肉品質(zhì)特性進行檢測，發(fā)現(xiàn)經(jīng)100 W、40 kHz超聲解凍后的豬肉蒸煮損失率與新鮮豬肉相比無顯著性差異，而流水解凍的蒸煮損失率顯著提高；超聲解凍使其滴水損失率也小于流水解凍，而離心損失率兩者無顯著差異。對于超聲解凍后豬肉汁液損失率略高于流水解凍，一方面這可能由于超聲解凍速率較高、時間較短，肉組織內(nèi)部汁液無法充分回流進細胞內(nèi)而造成營養(yǎng)物質(zhì)流失；另一方面，解凍過程中，超聲波機械作用產(chǎn)生的能量傳遞給細胞內(nèi)外的冰晶體后，導(dǎo)致組織細胞完整性受到破壞，引起汁液流失率增加。此外，超聲解凍后的肉類pH值降低，蛋白質(zhì)分子凈電荷下降所引起的分子間斥力的降低也會改變肌肉組織的持水力，增加汁液損失率[4,39]。這提示了使用低功率超聲波解凍可能對冷凍畜肉產(chǎn)品的保水性更有利。蔣奕等[40]的研究結(jié)果印證了這一觀點，即隨著超聲功率的增加，解凍豬肉的汁液損失率確實不斷提高。程天賦等[41]研究解凍方式對雞肉品質(zhì)影響時還發(fā)現(xiàn)，隨著超聲功率的提高，不只是汁液損失率增加，持水性也在降低。這說明，高強度超聲波引發(fā)的冰晶振動也改變了肌肉組織蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，在一定程度會上影響肌肉組織的結(jié)構(gòu)，降低持水性。利用低場核磁共振技術(shù)，也可以反映出超聲波對畜肉產(chǎn)品作用后，其保水性發(fā)生的變化。水分橫向弛豫時間（T2）中的T21、T22和T23分別代表了與肌肉結(jié)合緊密的結(jié)合水、與肌肉保水性相關(guān)且占肌肉80%以上的不易流動水以及自由水[42]。鄭捷等[43]發(fā)現(xiàn)經(jīng)超聲波解凍后的泥鰍肉T22峰面積下降，而T23峰面積增加，這從側(cè)面印證了T23所代表的自由水是解凍過程中汁液損失的直接來源。因此，在對畜肉產(chǎn)品解凍時，需嚴格控制超聲功率，以最大程度降低其對保水性的影響。

2.2.2 質(zhì)構(gòu)

質(zhì)構(gòu)是影響畜肉產(chǎn)品感官和功能特性的重要品質(zhì)指標，通常包括硬度、咀嚼性、回彈性和膠黏性等。鐘莉等[44]對豬里脊進行解凍后發(fā)現(xiàn)，相比于靜水浸沒解凍，40 W功率的超聲解凍降低了其硬度和咀嚼性，而對彈性和回復(fù)性無顯著影響。張昕[45]研究了不同解凍工藝對雞胸肉品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示120～300 W、40 kHz的超聲波降低了雞肉的咀嚼性和回復(fù)性，使硬度數(shù)值上產(chǎn)生下降趨勢（p＞0.05），但對彈性和膠黏性均無顯著性影響。上述研究結(jié)果均說明超聲波解凍可降低肌肉組織的硬度，使得肉品質(zhì)較嫩；但同時咀嚼性的下降也降低了肉的“咬”感[46]。這可能與超聲波對畜肉產(chǎn)品的纖維組織有一定的損傷作用有關(guān)。肉組織細胞受到超聲機械或空化作用的影響，使得肌纖維和肌內(nèi)膜分離，增大了細胞間隙，肌肉組織的緊密程度有所降低[47]。超聲波解凍對不同畜肉組織質(zhì)構(gòu)變化的影響是不同。柏霜等[48]對羊肉臊子解凍后的品質(zhì)特性進行了研究，結(jié)果顯示超聲作用后羊肉硬度、彈性、咀嚼性和膠黏性相比于靜水解凍均發(fā)生了提高。劉宏影等[49]利用280 W超聲處理金線魚肌原纖維蛋白時發(fā)現(xiàn)，相比于靜水解凍，超聲解凍未顯著影響硬度、彈性和咀嚼性。這可能是超聲功率高，肌纖維蛋白排列緊密，其二級結(jié)構(gòu)變化較小。這些超聲解凍研究中不一致的結(jié)論，推測這可能與受試肉類本身品種或結(jié)構(gòu)不同以及選用超聲波功率的高低有關(guān)。盡管一些畜肉產(chǎn)品中的部分質(zhì)構(gòu)指標受到了超聲作用的影響而發(fā)生變化，但總體來看，選擇合適的超聲波作用參數(shù)對肌肉蛋白解凍后的品質(zhì)和功能特性影響是較小的。

2.2.3 新鮮度

畜肉產(chǎn)品的新鮮程度是消費者們最為關(guān)心的指標之一，它直接關(guān)系到食品安全性。影響新鮮度的指標有色澤、pH值、揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、電導(dǎo)率、微生物含量等。

色澤其實是影響人們對肉產(chǎn)品接受度最為直觀的指標。它通常是由色差計進行測定。朱文慧等[50]研究不同解凍方式對秘魯魷魚品質(zhì)特性影響的過程中發(fā)現(xiàn)，相比于流水解凍對照組，盡管超聲解凍后魷魚肉的亮度L值有所下降，這可能與失水有關(guān)；但是其紅值a和黃值b分別高于和低于對照組，這表明超聲解凍能保留住魷魚肉的新鮮度。李慢[47]還發(fā)現(xiàn)在超聲波解凍24 h后，中國對蝦的色澤品質(zhì)依然高于靜水或空氣解凍組的結(jié)果，感官特性也更接近新鮮組。朱明明等[38]發(fā)現(xiàn)超聲解凍的豬肉L值和a值均高于流水對照組，同時b值也高于對照組，這可能與豬肉脂肪較高有關(guān)，再加上較長的處理時間，最終導(dǎo)致其被氧化后發(fā)生色澤的變化。因此對于高脂肪含量的畜肉產(chǎn)品，應(yīng)在保證解凍效率的前提下，需選擇合適的超聲作用強度與處理時間。

pH值的變化從本質(zhì)上來看，其實是對畜肉肌肉系水力大小的反映，即蛋白質(zhì)分子的凈電荷效應(yīng)。解凍處理過程中，包含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)分子的畜肉汁液的流失，破壞了肌細胞的電解質(zhì)平衡，引起pH值變化[51]。杜鵬飛等[52]對超聲解凍后的羊肉pH值進行了研究，結(jié)果顯示與對照組相比，隨著超聲功率的提高，羊肉pH值在不斷地降低。而朱明明等[38]對豬肉解凍后發(fā)現(xiàn)，無論對比對照組、流水解凍組還是空氣解凍組，超聲解凍后肉品的pH值均無顯著性影響，這可能是由于只用了100 W、超聲功率低不足以引起過高的電解質(zhì)失衡導(dǎo)致的。這與蔣奕等[40]的研究結(jié)果一致，在較低的功率（≤200 W）范圍內(nèi)，超聲對肉品pH值影響較小，特別是100 W時，與靜水解凍相比無顯著性差異。鄭捷等[43]對冷凍泥鰍肉解凍時也得出類似結(jié)論，50 W低功率超聲波解凍的肌肉pH值與新鮮樣品無顯著性差異。

TVB-N指標衡量了肉品的蛋白質(zhì)分解程度，可用于評價動物性食品的新鮮度[53]。張昕等[45]研究表明不同超聲功率組的雞胸肉TVB-N含量均顯著低于流水解凍組，但在功率組內(nèi)隨超聲功率的增加，TVB-N值也不斷提高。這說明，超聲解凍相比于傳統(tǒng)的流水解凍，減少了雞胸肉中一些能引發(fā)肉質(zhì)脫氨基、脫羧基等化學(xué)反應(yīng)的酶類，降低了堿性含氮類產(chǎn)物含量，提高了新鮮度。Guo等[29]在解凍白牦牛肉的過程中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，在超聲200和400 W時處理時，TVB-N值顯著低于傳統(tǒng)的靜水解凍對照組，當超聲波功率繼續(xù)提高至600 W后，才上升到對照組的數(shù)值。該研究者還發(fā)現(xiàn)TVB-N值與pH值的潛在關(guān)系，即pH值的變化可能與凍結(jié)肉解凍過程中含氮物質(zhì)的降解有關(guān)[54]。超聲場處理相比于傳統(tǒng)的解凍處理緩解了肌肉蛋白和氨基酸的分解速度，更好地保留了肉品的新鮮度。電導(dǎo)率指標反映了畜肉產(chǎn)品中導(dǎo)電性物質(zhì)成分的含量，含量越高表明肌肉成分分解越高、新鮮度越低。有研究報道，該指標與TVB-N值呈正相關(guān)[55]，可作為TVB-N指標的輔助指標對肉品新鮮度進行驗證與評價。

畜肉因微生物生長而發(fā)生的腐敗變質(zhì)是影響其新鮮度、質(zhì)量和安全性的重要因素之一。超聲波解凍一方面解凍速率高，能快速通過微生物繁殖的階段，減弱了其外部的生存空間、降低了微生物數(shù)量；另一方面，超聲的機械和空化效應(yīng)也使得微生物細胞發(fā)生損傷，從而抑制它們的活性。Gambuteanu等[56]利用25 kHz、0.2～0.4 W/cm2的超聲波對豬背最長肌進行解凍后發(fā)現(xiàn)，好氧微生物數(shù)量相比于靜水解凍降低了約11%。谷小慧[57]也發(fā)現(xiàn)超聲波抑制了微生物的繁殖，經(jīng)超聲解凍處理的豬肉中大腸桿菌數(shù)量比水解凍、甚至新鮮豬肉還要低1個對數(shù)值。杜鵬飛等[52]在對羊肉的解凍效果研究后得出結(jié)論，肉中的菌落總數(shù)隨超聲波強度的增加不斷降低，超聲抑制了微生物的生物代謝。在冷凍海鮮的解凍上，超聲波對微生物的抑制效果也明顯高于空氣和靜水解凍，保證了制品解凍后的新鮮度[58]。超聲波對微生物的抑制作用來源于其機械振動產(chǎn)生的強大剪切力，它可以破壞細胞膜、引發(fā)細胞凋亡[59]。此外，空化效應(yīng)帶來的微射流與空化泡破裂瞬間產(chǎn)生的高溫也是撕扯細胞、繼而引發(fā)細胞內(nèi)容物外泄直至細胞死亡的主要原因。

超聲解凍對低脂肪的水產(chǎn)品色澤保持較好，而對較高脂肪的畜肉原料有一定的影響。超聲作用的突出優(yōu)勢是通過減少含氮類物質(zhì)含量以及解凍快速而緩解了肌肉蛋白分解速率來降低肉品TVB-N含量，從而保持住了原料肉的新鮮度；此外，產(chǎn)生的機械與空化效應(yīng)對菌體的生長抑制作用也從側(cè)面提高了原料的貯存品質(zhì)。

2.2.4 嫩度

嫩度指標本質(zhì)上其實是肉制品肌肉中各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特性的宏觀反映。不少研究結(jié)果表明，畜肉制品的剪切力[60]、肌原纖維小片化指數(shù)[61]、pH值[62]和持水力[63]等均與肌肉的嫩度有關(guān)，嫩度這項指標的重要性不言而喻。有研究者發(fā)現(xiàn)超聲波處理可改變肌肉的嫩度。Zhang等[64]對冷凍雞胸肉解凍后發(fā)現(xiàn)，在200～500 W超聲作用下，剪切力不斷地降低；并在500 W時，剪切力僅為不加超聲組的77.8%。李蘭會[65]研究超聲對山羊臀部肌肉嫩化時發(fā)現(xiàn)，超聲影響了宰后第2～6 d的肌肉剪切力，尤其是處理后的第3 d，其剪切力與未經(jīng)超聲處理的宰后第6～7 d剪切力值無顯著性差異，這說明，超聲加速了山羊臀肌的后熟，提高了肉質(zhì)嫩度。劉夢等[66]利用0.3和0.6 W/cm2的超聲波連續(xù)一段時間處理牛肉干后，發(fā)現(xiàn)其剪切力值顯著下降。Al-Hilphy等[67]利用強度為24 W/ cm2、頻率為12 kHz的超聲波處理雞胸肉15 s時，發(fā)現(xiàn)肉質(zhì)剪切力顯著降低，嫩度升高。Hu等[68]研究螺肉超聲處理研究時，也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)論，當超聲強度從100 W升至200 W后，超聲波降低了其近15%的剪切力。究其原因，一方面，超聲波無論作用于處在凍結(jié)狀態(tài)的冰晶體還是普通肌肉組織，其機械振動作用產(chǎn)生的機械能均會引起畜肉產(chǎn)品內(nèi)原本完整肌肉細胞的破壞[69]；另一方面，超聲波導(dǎo)致的肌肉細胞或亞細胞結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致了胞內(nèi)各種蛋白酶和溶酶體的釋放，這使得酶促反應(yīng)的加劇以及蛋白質(zhì)的分解，最終也會引起肌細胞的剪切力值下降與嫩度增加[70]。

超聲波解凍在提高肉品解凍效率的同時，還影響了其肌纖維的剪切力值，這說明超聲場改變了畜肉中肌肉的蛋白組織結(jié)構(gòu)，相比于化學(xué)改性嫩化時試劑的殘留以及污水處理等問題，物理改性更具有潛在的推廣前景，符合當下的高效與綠色發(fā)展趨勢。另外，值得注意的是，在解凍時的所采用的超聲功率與持續(xù)時間需嚴格控制，避免因追求肌肉嫩化效果而過多地影響到肉品的其他解凍品質(zhì)。

2.2.5 脂肪酸組成

畜肉制品中的脂肪酸組成的特征會影響到肉的風(fēng)味和營養(yǎng)價值，適度的脂肪氧化可形成一些風(fēng)味化合物，如醛酮類、醇類、烴類等；而過度的脂肪氧化則會對人體健康造成影響[71]。據(jù)報道，超聲波處理對畜肉產(chǎn)品脂肪酸（包括飽和脂肪酸，SFA；單不飽和脂肪酸，MUFA；多不飽和脂肪酸，PUFA）組成有一定的影響。陳銀基等[72]研究了超聲波對腌漬牛肉脂肪酸組成的作用效果，結(jié)果顯示25 kHz、0.68 W/cm2的超聲波結(jié)合2%低濃度食鹽腌制顯著提高了牛肉脂肪酸PUFA/SFA（P/S）比值，同時也降低了脂肪酸動脈粥樣硬化指數(shù)（IA）和血栓指數(shù)（IT）。該結(jié)果在黃瀚[73]的研究中也得到印證，該研究者發(fā)現(xiàn)在腌制時輔以超聲處理，不僅可降低兔肉脂肪含量，還增加了總脂肪酸中P/S值，減少了兔肉脂肪酸營養(yǎng)損失。高天麗等[74]對橫山羊肉超聲干制法進行了研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)40 kHz、300 W超聲波處理后羊肉中的飽和脂肪酸C14:0（肉豆蔻酸）發(fā)生顯著降低，而對總MUFA相對含量無顯著影響。C14:0是引發(fā)膽固醇增加的主要原因之一[75]，其相對含量的減少降低了機體高密度和低密度脂蛋白含量積累的風(fēng)險。雷辰等[76]在五花肉的燉煮中引入了超聲波，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)40 kHz、250 W超聲處理后，五花肉中飽和脂肪酸之一的硬脂酸（C18:0）相對含量增加，其具有預(yù)防動脈粥樣硬化的作用[77]。另外，該研究者還發(fā)現(xiàn)PUFA相對含量顯著降低以及MUFA含量的顯著升高。有相關(guān)研究表明，在加工過程中PUFA相比于SFA和MUFA更易發(fā)生降解[78]。由于高含量的PUFA會降低肉品的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，因此經(jīng)超聲處理后PUFA含量的降低，緩解了肉品風(fēng)味品質(zhì)的下降。除超聲功率外，超聲頻率也會影響脂肪酸組成。Ojha等[79]研究超聲頻率對牛肉干脂肪酸組成的影響研究時，發(fā)現(xiàn)使用25和45 kHz的超聲顯著提升了脂肪酸組成中的P/S值，而33 kHz對此無顯著性影響。在畜肉解凍領(lǐng)域中，國內(nèi)外關(guān)于超聲對肉制品解凍后的脂肪酸組成的研究鮮有報道。杜鵬飛等[52]對羊肉超聲解凍后的品質(zhì)進行了研究，結(jié)果顯示不同功率的超聲波（120～300 W）均對羊肉脂肪酸組成無顯著性影響。主要原因之一是超聲解凍平均作用時間較短；另外，不同的肉類含有不同的脂肪酸種類與相對含量，超聲波解凍有可能對除羊肉外的其他肉類脂肪酸組成產(chǎn)生影響，不過這有待研究者的進一步探究。

超聲波作用一定時間后，能改變畜肉產(chǎn)品脂肪酸組成的原因與其空化效應(yīng)以及熱效應(yīng)密不可分。肌細胞中充滿了肌漿，當接受超聲波作用后，其胞內(nèi)液體隨即產(chǎn)生空化效應(yīng)和機械熱效應(yīng)。超聲空化效應(yīng)會使探頭接觸處的肉中油脂發(fā)生氧化，導(dǎo)致脂肪酸組成的變化[80]。此外，超聲處理可對物料產(chǎn)生小分子化合物的聚合或解聚作用[81]。肌肉中脂肪酸鏈是長鏈大分子物質(zhì)，當超聲作用于其中后，便引起了脂肪酸鏈的聚合或解聚作用，最終影響了畜肉產(chǎn)品中脂肪酸的組成與相對含量。值得注意的是，在超聲處理時應(yīng)當注意控制超聲波處理的作用強度，避免過強的超聲波引發(fā)的脂肪酸加速氧化。

2.3 超聲波對解凍過程的監(jiān)測作用

超聲波不僅可以對冷凍畜肉進行解凍處理，還能對肉品的解凍過程進行監(jiān)測。我們知道，超聲波分為高能量超聲（高強度、低頻）和低能量超聲（低強度、高頻）。前者常用于剪切、加工或強化輔助，正如超聲解凍過程等，而后者即可用于無損檢測[82,83]。這里所描述的監(jiān)測作用使用的即是低能量超聲波，聯(lián)合傅里葉變換分析超聲波時域或頻率域特性，來探究超聲波性質(zhì)與介質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系，進而達到研究物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性變化的目的。相比于化學(xué)或生物手段，超聲波物理場對物料性質(zhì)的改變具有監(jiān)測速度快、低損傷，并可實現(xiàn)在線監(jiān)測的特點。利用食品的聲學(xué)特性進行物料性質(zhì)的快速監(jiān)測已成為食品品質(zhì)快速檢測技術(shù)的熱點研究方向之一[84]。Kadi等[85]在對魚肉解凍過程進行監(jiān)測時，采用的裝置包含了一個寬帶超聲換能器以及一個超聲波脈沖接收器，它通過五種超聲回波來確定樣品的解凍狀態(tài)（圖2）。圖3a表示魚肉解凍的起點，此時凍結(jié)與解凍兩相間的界面還未形成，所以回波A2和A3是重疊在一起的，同時還出現(xiàn)了超聲穿過整個凍肉組織后被上方的凍結(jié)與解凍界面反射的少量回波A4，這說明解凍初始時超聲波可對冷凍肉的兩側(cè)同時作用，保證了解凍過程的均勻性。圖3b表示解凍終點，此時可觀察到肉品兩側(cè)解凍界面的回波A3與A4消失，而魚肉與容器壁邊界回波A5產(chǎn)生，這說明隨著解凍時間的延長，肉品四周的凍結(jié)/解凍相界面不斷向肉樣的中心推進，當相界面消失時，表明解凍結(jié)束；相比于圖3a中回波A4的位置，圖3b中A5的位置更靠前且波形振幅更寬，這說明超聲波在解凍后的肉中的傳播速率提高，并且衰減較小，這樣當聲波通過上方肉品與器壁界面時，才有較高的剩余能量發(fā)生反射。而A4較小的反射振幅更加印證了超聲波在解凍時，聲能較多地消耗在了冰晶融化的兩相界面中，這也是超聲波能加速物料解凍的本質(zhì)原因之一。從圖3c超聲反射信號回波位置的演變圖中，同樣可以看出隨著解凍時間的延長（沿y軸向下）介質(zhì)水與下層容器壁界面回波A2一直都在，而下層容器壁與魚肉之間的回波A3在解凍的伊始與A2重疊，但隨后分離開來。當解凍時間約為50 min時，A3消失，緊接著回波A5產(chǎn)生，這個時間節(jié)點即為解凍完成點。該研究結(jié)果直觀、準確地標識了凍結(jié)魚肉中相變的發(fā)生與最終的解凍終點，描述出了超聲波能量作用于物料外層解凍界面的完整過程，保證肉品解凍均勻性的同時，也揭示了超聲作用機制，為畜肉產(chǎn)品解凍中超聲回波監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。近年來，超聲成像技術(shù)更是提高了超聲監(jiān)測的精確性。孫宗保等[86]對冷鮮和解凍牛肉進行了基于超聲波成像技術(shù)的鑒別研究，結(jié)果表明根據(jù)牛肉超聲圖像反射回波強度，可輕易地分辨出解凍牛肉樣品。這是因為解凍后的牛肉組織有一定的損傷，細胞汁液外流與組織液混合后，引起肌纖維邊界模糊，導(dǎo)致了內(nèi)部質(zhì)構(gòu)差異減少，相比于冷鮮牛肉樣品，解凍后肉樣圖像的整體反射回波較小（圖4b）。上述研究均表明超聲波可用于物料解凍過程的實時監(jiān)測與質(zhì)量評估，這為超聲技術(shù)在畜肉產(chǎn)品解凍領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的研究思路。

3 總結(jié)與展望

本文綜述了超聲波對冷凍畜肉產(chǎn)品品質(zhì)的影響與其潛在的解凍機制，并重點探討了物料解凍過程中的超聲實時監(jiān)測研究。經(jīng)文獻的整理與分析，發(fā)現(xiàn)超聲波主要利用其“機械效應(yīng)”和“空化效應(yīng)”產(chǎn)生的能量在組織內(nèi)凍結(jié)處的衰減程度遠遠高于未凍結(jié)部分這一特性，將聲能轉(zhuǎn)化為熱量，不斷推進凍結(jié)區(qū)與解凍區(qū)的界面向著解凍區(qū)移動。相比于傳統(tǒng)的空氣、靜水或流水解凍，超聲波處理對冷凍畜肉產(chǎn)品的解凍有著安全、綠色、高效和低損等優(yōu)勢。在一定的頻率、功率以及處理時長下，超聲波可通過降低TVB-N含量以及抑制微生物活性的方式來改善畜肉產(chǎn)品的新鮮度；通過降低畜肉硬度以改善質(zhì)構(gòu)；通過降低剪切力以增加肉品嫩度；通過影響畜肉脂肪酸P/S比值，降低部分飽和脂肪酸含量、提高不飽和脂肪酸含量，來影響肉的脂肪酸組成。此外，若能將超聲波功率在解凍時一直控制在較低的水平，以及嘗試使用交替多頻超聲處理，那么是否可在最大程度上降低對畜肉產(chǎn)品保水性的影響，使解凍后的肉品品質(zhì)接近于冷鮮肉的質(zhì)量，這是今后亟待解決的首要關(guān)鍵問題。對于低能量超聲波來說，其能通過聯(lián)合傅里葉變換分析超聲波時域或頻率域特性，來探究超聲波性質(zhì)與介質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系，從而能研究物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性變化。在物料解凍過程中，可通過多種超聲回波狀態(tài)來確定樣品的實時解凍狀態(tài)。綜上，超聲波技術(shù)不僅在多種畜肉產(chǎn)品的解凍中扮演著“促進者”的作用，還能在解凍的過程中兼任“監(jiān)測者”，這可為畜肉產(chǎn)品超聲解凍技術(shù)未來的工業(yè)化應(yīng)用與發(fā)展提供嶄新的研究思路與研究基礎(chǔ)。