超高壓技術對低鹽肉制品降鹽機制及品質改良的研究進展

韓 格，秦澤宇，張 歡，孔保華*

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030 ）

幾千年來，食鹽一直被用作肉制品必備的添加成分，是影響肉制品品質、感官特性以及保質期的關鍵因素。然而，大量的流行病學調查已經證實，鈉鹽攝入量過多會導致血壓升高，增加患心血管疾病的風險[1]。中國營養學會最近發布的一份報告顯示，我國實際人均鈉鹽攝取量為10.5 g/d，遠遠高于世界衛生組織和《中國飲食指南》所規定的5～6 g的每日推薦攝入量。肉和肉類產品約提供每日食鹽總攝入量的16%～25%，肉制品中含鹽量的高低對人們食鹽的攝入總量有較大的影響。我國傳統肉制品普遍鹽含量過高，特別是在腌制肉制品中[2]。例如傳統干腌火腿的含鹽量在6%～12%之間，遠遠高于歐洲國家的干腌火腿[3]。高含鹽量很大程度上限制了我國傳統肉制品的消費和食用。因此降低肉制品中的鹽含量成為消費者和肉類工業共同關注的新問題。然而，貿然降低鈉鹽添加量或使用鹽替代品會對肉制品風味和品質產生不良影響。這促使肉類工業尋找可靠的新技術來降低加工肉制品中鹽的含量。

超高壓作為一種新型的非熱能加工技術，憑借其獨特的優勢在肉品微生物滅活、酶的改性、肉品品質的改善以及快速冷凍/解凍等方面發揮著重要作用[4-7]。超高壓處理食品過程中不會發生共價鍵斷裂，因此化學變化很小，保留了食物原有的色澤、風味、質構和營養成分[8]。在美國和加拿大，超高壓技術已被批準用于即食肉制品的低溫消毒，成為肉類加工過程中熱殺菌的有效替代方法[9]。近年來，隨著超高壓技術的迅速發展，其在開發更有益于健康的肉制品領域顯示出了巨大潛力。據報道，超高壓技術的使用能夠減少肉制品中食鹽的使用量，改善低鹽肉制品的品質，有利于健康低鹽肉制品的開發[10]，因此受到國內外學者的高度重視。然而關于超高壓處理技術對肉制品減鹽作用的綜述并不多見，因此本文以此為題材，詳細論述了超高壓技術降低肉制品中食鹽使用量的作用機制，并從改善低鹽肉制品保水性、蒸煮損失、咸味、顏色以及微生物安全性5 個方面，綜述了近10 年超高壓技術在低鹽肉制品品質改良中的應用研究進展。

1 低鹽肉制品概述

食鹽作為肉制品常用的添加成分，在肉制品中不僅能夠提供特有的咸味、色澤，還能夠通過增加鹽溶性蛋白的溶解性和凝膠特性，提高肉制品的保水能力、降低蒸煮損失、改善凝膠質構。此外，NaCl還可以通過降低水分活度，抑制肉制品貯藏過程中的微生物生長[11-13]。由于食鹽在肉制品中具有多重功能，這就給低鹽肉制品及食鹽替代物的開發提出很大的技術挑戰，因此急需找到有效的替代方法來生產高品質的低鹽肉制品。

減少肉制品中鹽含量的主要策略是使用鈉鹽替代品[14]，目前正在研究使用鈣、鉀、鎂、多肽、氨基酸和磷酸鹽等部分替代鈉鹽，并已將其應用于干腌火腿和其他肉制品中[15-18]。然而，可用于減少肉制品中鹽含量的替代品非常有限，并且這些替代品的加入可能會對感官和其他品質特征產生負面影響[19]。另外隨著人們對清潔標簽產品越來越感興趣，需要探究是否可以在不添加任何替代品的情況下減少肉制品中鹽的使用量。鑒于此，研究者們致力于研究開發新的加工技術，現有的研究結果已顯示，超高壓技術的應用可以起到與食鹽類似的作用方式，作用于肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP），改善肌肉蛋白質的功能特性[20-21]，提高鹽的分配效率[22]，抑制微生物的活性[23]，并進一步提高肉制品的保水性，降低蒸煮損失，改善咸味以及延長貨架期。因此可以結合超高壓處理技術，減少肉制品中鈉鹽的使用量，為更健康且高品質的低鹽肉制品的開發提供可能。

2 超高壓技術對低鹽肉制品品質改良的研究

總地來說，食鹽在肉制品中具有提高保水性、降低蒸煮損失、改善感官以及延長貨架期等作用。因此，任何涉及肉制品減鹽的策略，都應對其感官品質、理化特性和微生物安全性進行徹底分析。近年來，超高壓處理被認為是減少肉制品中食鹽使用量的一種有效方法。超高壓技術的應用改善了低鹽肉制品的品質，包括產品的持水能力和咸味等品質，并對微生物有很好的抑制作用。因此，超高壓技術的應用對高品質的低鹽肉制品開發提供了方向。

2.1 超高壓技術對低鹽肉制品保水性的影響

肉品保水性對其食用品質有很大的影響，是肉品質評定時的重要指標。近年來，一些研究探討了超高壓處理在提高低鹽肉制品保水能力方面的積極作用。Tintchev等[24]的研究發現，與對照組相比，超高壓處理會降低低鹽法蘭克福香腸的水分損失，其中壓力在600 MPa時差異顯著。這表明超高壓處理可以提高低鹽香腸的保水性。此外，Zhang Ziye等[25]利用低場核磁共振技術研究了不同超高壓強度處理對雞胸肉中水分分布的影響。隨著超高壓強度的增加，T2b的比例從0.44%增加到1.21%，這表明經過超高壓處理的雞胸肉中結合水比例增加。T21比例從82.32%增加到92.13%，T22比例從17.24%降低至6.67%，表明更多的游離水隨著超高壓強度的增加轉移為結合水或不易流動水，使雞胸肉的保水性提高。Yang Huijuan等[26]利用超高壓處理低鹽乳化型香腸也得到了類似的結論。也有一些研究報道了超高壓處理對肉保水性的負面影響，Kim等[27]觀察到在400～500 MPa的高壓處理下，牛半腱肌的持水量減少8%～12%，Marcos等[28]認為導致肉保水性降低的主要原因是超高壓處理誘導了肌漿蛋白變性和沉淀。Sikes等[29]的研究了超高壓處理對含鹽0%、0.5%、1.0%、2.0%（質量分數，下同）肉糜保水性的影響，結果表明，在超高壓處理下，含鹽1.0%的低鹽肉糜保水性顯著提高，但并不能提高不含鹽肉糜的保水性。所以肉品中保水性的變化可能是鈉鹽與超高壓處理協同作用的結果。

2.2 超高壓技術對低鹽肉制品蒸煮損失的影響

鹽在肉制品中可與肌肉中的蛋白質作用，增加肉與水的結合力，因此一般肉制品中鹽含量的降低會使蒸煮損失增加，導致較低的產量和感官品質，進一步影響產品的市場價值和消費者的可接受性水平[30]。有學者研究了鹽的含量和超高壓處理對肉制品蒸煮損失的影響，指出超高壓技術的應用明顯降低了高鹽水平的使用，同時保持了更好的品質特性。Crehan等[31]研究發現，與對照相比，低鹽法蘭克福香腸在150 MPa超高壓處理下，蒸煮損失顯著降低，并最終增加了產品的烹飪產率。O’Flynn等[32]報道，在未經超高壓處理的情況下，將早餐香腸的鹽質量分數從2.5%降低到0.5%，導致烹飪損失增加了15.78%～21.51%，而在5 min、150 MPa高壓處理后，可以減少低鹽早餐香腸的烹飪損失，同時該作者指出，在不影響香腸傳統的感官和品質特性的情況下，高壓處理可以將早餐香腸的鹽含量降低至1.5%。除此之外，超高壓的這種作用也在牛肉中得到報道，Morton等[33]研究表明，在175 MPa、3 min的超高壓處理下牛肉的烹飪損失顯著降低。上述研究表明，超高壓處理技術顯著減少了低鹽肉制品的蒸煮損失。

2.3 超高壓技術對低鹽肉制品咸味的影響

咸味是腌制肉制品最重要的味覺指標之一。研究表明，超高壓處理可以改善低鹽肉制品的風味品質并提高咸味。Fulladosa等[34]研究了超高壓處理對低鹽干燥火腿感官特性的影響。結果發現，盡管NaCl含量不受加壓影響，但經過600 MPa的超高壓處理，干燥火腿中的咸味顯著增加，除此之外，其鮮味和甜味風味也得到了顯著的提升。這與Clariana[35]和Patterson[36]等報道的結果一致，他們發現，經過600 MPa高壓處理的干腌火腿的咸味高于未經高壓處理組。因此，超高壓技術可以作為有效替代品降低肉制品中的鹽使用量。

2.4 超高壓技術對低鹽肉制品顏色的影響

食鹽在肉制品中具有穩定顏色的作用，降低食鹽添加量，會導致肉制品色澤的改變。近年來，超高壓處理對低鹽肉制品顏色的影響已有所研究。馬漢軍等[37]研究了室溫下不同高壓（200、400、600、800 MPa）處理對碎牛肉顏色影響，實驗表明，隨著壓強增大，L*值增加、a*值降低、b*值維持不變，肌肉逐漸失去紅色變為棕色。Ha[38]和Orlien[39]等的研究也得到了類似的結論。O’Flynn等[32]將早餐香腸中食鹽質量分數從初始的2.5%降低至1.5%以下時，實驗結果顯示，未經高壓處理組的L*值顯著降低、a*值顯著增加、b*值無明顯變化，而150 MPa的高壓處理使低鹽肉制品的L*值上升、a*值降低，肉逐漸失去紅色變為棕色。此外，冷雪嬌等[40]研究發現，不超過150 MPa的高壓處理對肉色影響較小。這些研究表明，超高壓處理對低鹽肉制品顏色沒有明顯的改善作用，甚至會對肉制品顏色產生不良影響。

2.5 超高壓技術對低鹽肉制品微生物安全性的影響

由于食鹽的抑菌特性，當肉制品中的鹽含量減少時，其安全性和保質期可能會受到影響。相關研究報道，超高壓處理可以在室溫下滅活肉品中的致病微生物，延長肉品的貨架期，并減少高溫處理引起的對熱敏肉類產品成分的損害。超高壓已廣泛應用于改善包裝前/后即食肉制品的微生物安全性和貨架期，并成功抑制了大腸桿菌O157:H7、沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌等有害病原體的生長，以及各種肉類產品中如酵母、假單胞菌、乳酸菌等腐敗微生物[41-43]。最近的一些研究集中調查了超高壓處理對不同低鹽肉制品中各種腐敗和病原微生物的滅活作用（表1）。這些研究揭示了超高壓技術在低鹽肉類產品中對于微生物抑制的重要性，同時為貨架期穩定的低鹽肉制品的開發提供了有效途徑。

表1 超高壓處理對不同低鹽肉制品微生物的抑制作用Table 1 Effect of ultra high pressure treatment on microbial inactivation of different low-salt meat products

然而，不同微生物對壓力的敏感性不同，其中革蘭氏陰性菌最為敏感，而細菌孢子是抗性最強的。孢子對壓力的高抵抗性一直是該技術在冷藏食品中應用的限制因素。近年來，高壓和高溫的智能結合已經演變為食品中微生物完全抑制的一個重要研究方向。研究證明，在低溫或中等溫度下耐壓的細菌孢子經食品的高溫輔助壓力處理后可完全失活[50]。Ramaswamy等[51]利用827 MPa超高壓和75 ℃高溫對梭狀芽孢桿菌PA 3679的孢子進行滅活，結果表明，超高壓處理與高溫相結合能夠抑制菌體濃度大于5.5（lg（CFU/g））的梭狀芽孢桿菌PA 3679孢子，并且具有比熱處理更高的效率。由此可見，高溫輔助壓力處理對細菌孢子的抑制具有顯著的效果。

3 超高壓技術對低鹽肉制品的降鹽機制研究

3.1 提高肌肉蛋白質的溶解性

肉中的主要蛋白質MP是鹽溶性蛋白質，可以溶于一定離子強度的鹽溶液中。食鹽使用量少，達不到一定的離子強度，反而會降低其溶解性。近年來，超高壓處理技術在改善肌肉蛋白質功能特性方面發揮著重要的作用，高壓通過改變肌原纖維的結構成分增加MP的溶解性。Marcos等[52]研究發現肌肉在20 ℃條件下，經0.1～200 MPa高壓處理后，MP溶解度隨著壓力的增大而逐漸增大，這可能是因為肌肉蛋白質的適度變性，使親水基團暴露，導致溶解度的上升。

圖1 超高壓處理對肌原纖維蛋白SDS-PAGE條帶的影響[53]Fig. 1 Effect of ultra high pressure treatment on sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis bands of MP[53]

Shao Ying等[53]對高壓處理克氏原螯蝦中提取的MP進行了十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析（圖1），發現在28 ℃條件下，與未經高壓處理的對照相比，克氏原螯蝦在100 MPa下處理時幾乎所有MP條帶強度都明顯增加。據推測，低水平的高壓處理（100 MPa）引起肌原纖維膨脹，最終導致其結構斷裂并分解成短絲。溶劑使這些較小的改性結構可及性增加，導致肌球蛋白、肌動蛋白和一些其他蛋白質的溶解性增加。隨著壓力增加到300 MPa以上，MP的主要譜帶強度下降并逐漸消失，說明過高的壓力處理可能導致蛋白質進一步變性和展開，或在更高的壓力下與其他蛋白質形成蛋白質多聚體，造成蛋白質溶解度降低。這些研究表明，一定壓力范圍內的超高壓處理可以促進肌球蛋白、肌動蛋白以及其他蛋白質的增溶，進而實現了不再完全依賴使用食鹽便可以提高MP的溶解性。

3.2 改善肌肉蛋白質的凝膠性

在肌肉蛋白中肌球蛋白對凝膠起著重要作用，肌球蛋白分子的頭部區域對超高壓處理使用的壓力十分敏感[54]。肌球蛋白在50 MPa時開始展開，壓力超過200 MPa時，疏水性基團和埋藏的巰基暴露是肌球蛋白聚集體形成的先決條件。展開的蛋白相互聚集交聯形成不溶性大分子凝膠體。這種凝膠基體能保持大量的水分，進而有助于低鹽肉制品的保水能力提高和質構的改善[55-56]。

Zhang Ziye等[57]利用掃描電子顯微鏡觀察凝膠的微觀結構（圖2），在28 ℃條件下，未加壓處理的MP的凝膠網絡雜亂不規則且具有較小的致密性，經過100 MPa處理，隨著蛋白質之間的相互聚集，樣品的凝膠網絡表現出規則且致密的絲狀結構，當高壓進一步增加到200 MPa時，MP凝膠網絡更加致密和均勻，呈現典型的“蜂窩”狀結構。這種凝膠網絡結構有益于增強凝膠強度，另外可以束縛和保留更多的水分，從而增強凝膠保水性。正如Gudbjornsdottir等[58]的報道，肌原纖維之間的有效空間隨著壓力的增加而增加。但當壓力達到300 MPa甚至更高時，凝膠網絡孔徑越來越大且不均勻。這時的凝膠網絡對水分的束縛變弱，凝膠保水性降低且凝膠強度降低。由此可知，200 MPa高壓處理對MP凝膠保水性和凝膠硬度有顯著的增強作用。

圖2 超高壓處理對肌原纖維蛋白凝膠微觀結構的影響（2 000×）[57]Fig. 2 Effect of ultra high pressure treatment on microstructure of MP (2 000 ×)[57]

3.3 增強肉制品的咸味感知

超高壓處理可以增加肉制品的咸味感，而這種咸味的增加并不是高壓處理影響了鹽的含量，研究表明，超高壓處理的肉制品咸味增加是一種感官現象[59]。高壓處理可以代替鈉鹽改善肌肉蛋白質的功能性質，Na+與蛋白質之間的相互作用減弱，使一部分與蛋白質緊密結合的Na+得到釋放、被味覺系統感知，進而使得咸味感增強[35]。Picouet等[22]從分子角度和超微結構解釋了這種咸味增加的現象，其在20 ℃條件下，利用23Na核磁共振弛豫值來確定鈉的遷移率，用透射電子顯微鏡分析了600 MPa下干燥火腿肌肉組織超微結構的變化。實驗表明，超高壓處理促使與蛋白質緊密結合的Na+相對減少，一小部分Na+從蛋白質結構中釋放出來。通過透射電子顯微鏡觀察到在600 MPa高壓下肌原纖維超微結構變為更無序的狀態。蛋白質核心疏水性膨脹以及通過破壞其三級結構而形成熔球態，最終導致與蛋白緊密結合的Na+的釋放[60]。因此，少量的Na+被“釋放”到干腌火腿的水相中，從而增加產品中“游離”Na+的總量，使得咸味感覺更明顯。基于這種自然增加咸味的原理，超高壓技術作為低鹽肉制品降鹽的新方法是非常有吸引力的。

3.4 影響肉制品的顏色

肉的顏色與氧合肌紅蛋白（鮮紅色）、肌紅蛋白（紫紅色）和高鐵肌紅蛋白（棕色）3 種蛋白的比例有關。肉顏色的穩定性是由肌紅蛋白中鐵離子的價態和與O2結合的位置所決定的。壓力在一定條件下會誘導肉的顏色變化。由于肌原纖維蛋白的變性，加壓導致肉表面的亮度增加。變性蛋白質更容易聚集促進肉表面的顏色變化，從而增加反射光的量，這表現為使肉的表面顏色亮度增加的效果[39]。超高壓處理后肉的紅度減少歸因于肌紅蛋白變性和血紅素置換或釋放以及鮮紅色的氧合肌紅蛋白（Fe2+）氧化成棕色的高鐵肌紅蛋白（Fe3+）[61]。總之，壓力引起的顏色變化是由于肌紅蛋白分子的改變和肌肉結構的變化。

3.5 抑制肉制品中微生物生長

圖3 超高壓處理對微生物細胞結構和生物成分的影響Fig. 3 Effect of ultra high pressure treatment on microbial cell structures and biomolecules

食鹽的另外一個主要作用就是對微生物生長有一定的抑制作用，而超高壓處理對微生物生長也有很好的抑制作用。圖3為超高壓處理對微生物細胞的結構和生物成分的影響，圖中A～D左邊是未經過高壓處理試樣中微生物細胞內蛋白質的狀態，右邊是經過高壓處理的狀態。超高壓對微生物的抑制作用是通過多靶標的方式，包括引起微生物細胞膜的相變、細胞壁的破裂、核糖體亞基的解離、蛋白質的修飾（如變性和凝膠的形成）以及酶的激活和失活[36]。因此，超高壓引起的細胞死亡是細胞不同部位損傷共同作用的結果[62]。當施加高壓時，分子體積的變化會引起一系列化學反應和物理過程。這種體積的壓縮對抑制微生物有明顯效果[63]。細胞膜是對壓力最敏感的細胞成分，被認為是超高壓處理引起微生物死亡的主要靶點。因此，微生物死亡的主要原因是高壓處理破壞了細胞膜的滲透性和完整性，引起細胞形態改變，從而引起細胞壁破裂，最終導致細胞質泄漏造成細胞死亡[64]。然而細胞膜的損壞并不足以解釋高壓處理的抑菌機制，進一步研究發現，隨著壓力的增加，膜結合的蛋白質變性展開，膜脂質通過改變其構象和堆積方式來適應體積的壓縮，導致細胞膜磷脂雙分子層流動性降低，進而影響細胞膜功能[65-66]。另外，蛋白質，特別是多聚體蛋白質是細胞中最具壓力敏感性的生物大分子，與脂質類似，通過改變其構象適應壓縮時的體積變化，最終導致蛋白質折疊結構的喪失，多聚體蛋白質解離為蛋白質單體[67]。由于蛋白質的變性和關鍵酶的失活在一定程度上導致了微生物的失活[68]。研究表明，將壓力增加至300 MPa或更高時，可能會引起酶的不可逆變性，使負責合成ATP和調節細胞內pH值的F0F1-ATP酶失活，并從細胞膜上脫落，導致ATP合成不足以及細胞內pH值失衡，最終導致微生物的破損或死亡[69]。高壓處理微生物失活的另一個重要的靶點是核糖體，通常，超高壓引起微生物核糖體中的亞基解離，限制細胞活力，并抑制微生物蛋白質合成來降低細胞蛋白質含量，最終導致細胞死亡[70]。

4 結 語

隨著人們生活質量的提高，消費者越來越注重食品的安全、營養和健康問題。超高壓處理作為一種新型的非熱能加工技術，在加工食品過程中不會造成共價鍵斷裂，化學變化很小，因此保留了食物原有的色澤、風味、質量和營養成分。此外，超高壓技術可有效降低肉制品中鹽的使用量，在無其他替代物條件下最大程度改善了肉的保水性、蒸煮損失、咸味和微生物安全性等品質，符合消費者對安全、健康肉類產品的需求，更符合當前清潔標簽產品的要求，技術和產品的市場前景廣闊。與此同時，該技術在低鹽肉制品研發中也存在著一些局限性。首先，大多數超高壓加工食品需要在冷藏條件下貯存和運輸，以保持其感官品質，并且可能需要無菌包裝條件，結果導致生產成本增加。其次，超高壓加工中使用的包裝必須具有至少15%的可壓縮性，因此只有塑料類包裝材料適用于超高壓加工食品。另外，超高壓處理是以待處理產品的類型、操作條件的差異而分批進行的，不能將其應用于高速生產線。因此，制造商和研究機構應共同評估超高壓處理食品的生產條件，以實現降低成本、快速生產。

我國是世界上肉制品生產和消費第一大國，超高壓技術在低鹽肉制品研發方面具有極大的發展前景，可為新產品的開發提供新思路。但該技術的應用仍處于基礎研究階段，尚未實現大規模的產業化和商品化。在今后的研究中，除了應繼續開展超高壓技術在食鹽的其他功能性方面的替代作用以及降低超高壓負面效應方面的研究之外，還應重點研制和開發針對低鹽肉制品降鹽的專用型超高壓設備。