宰后肉品嫩化技術(shù)及其作用機(jī)理研究進(jìn)展

時(shí)海波，諸永志，方 芮，張新笑，鄒 燁,*，王道營(yíng),*，徐為民

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；2.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210046；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210095）

肉品嫩度是消費(fèi)者購(gòu)買肉與肉制品的首要衡量標(biāo)準(zhǔn)，作為一種復(fù)雜的品質(zhì)特性，嫩度受宰前與宰后多種因素的影響。調(diào)控宰前嫩度主要通過(guò)飼料種類及管理技術(shù)，該過(guò)程具有系統(tǒng)性與長(zhǎng)期性[1]。而宰后嫩化方法較多，短時(shí)高效的嫩化方法更易獲得品質(zhì)優(yōu)良的商業(yè)化產(chǎn)品。肉品嫩度受內(nèi)外因素影響：內(nèi)部因素包括結(jié)締組織數(shù)量和膠原蛋白溶解度、僵直過(guò)程中的肌節(jié)短縮以及影響宰后肌原纖維及肌原纖維相關(guān)蛋白水解的鈣蛋白酶及鈣蛋白酶抑制蛋白等[2-4]；而外部因素如肌纖維變性、收縮及相關(guān)水分損失的平衡、熱處理引起的韌性增強(qiáng)、蛋白溶解或蛋白凝膠化等均會(huì)影響嫩度[5]。肉品嫩度作為肉品品質(zhì)與質(zhì)地的表征特性之一，決定了肉品烹調(diào)與加工后的感官體驗(yàn)。關(guān)于宰后肉品嫩化方法的報(bào)道很多，部分技術(shù)作用機(jī)理存在爭(zhēng)議與不足，本文將從肉品嫩化理論與成熟機(jī)制、宰后嫩化方法及相關(guān)機(jī)理闡述（主要針對(duì)新興嫩化技術(shù)）等方面進(jìn)行綜述。

1 肉品嫩化理論及成熟機(jī)制

1.1 鈣蛋白酶嫩化理論

宰后畜禽肉伴隨著僵直、解僵、成熟和腐敗等一系列生理生化變化過(guò)程，可引起膠原蛋白含量、蛋白溶解度、肌肉短縮程度及成熟過(guò)程中結(jié)構(gòu)蛋白的變化，使肉品保水性、色澤、嫩度等受到影響。肉品成熟機(jī)制的研究由來(lái)已久，包括鈣蛋白酶學(xué)說(shuō)、鈣張力學(xué)說(shuō)、Ca2＋學(xué)說(shuō)、組織蛋白酶學(xué)說(shuō)，本節(jié)將對(duì)主流鈣蛋白酶嫩化肉品機(jī)理及當(dāng)前被普遍接受的成熟機(jī)制進(jìn)行綜述。

1.1.1 鈣蛋白酶體系

當(dāng)前研究表明，參與宰后肌肉蛋白質(zhì)降解的蛋白酶中以鈣蛋白酶起主要作用。鈣蛋白酶的蛋白水解活性受肌漿Ca2＋濃度、鈣蛋白酶抑制蛋白與鈣蛋白酶比例、pH值、溫度和氧化等內(nèi)外環(huán)境因素的影響[6-7]，鈣蛋白酶體系包括鈣依賴性半胱氨酸蛋白酶的鈣蛋白酶及其抑制蛋白（均需Ca2＋激活）。鈣蛋白酶亞型眾多，以μ-鈣蛋白酶（結(jié)合肌原纖維為主）和m-鈣蛋白酶（位于細(xì)胞溶質(zhì)）研究最為深入。μ-鈣蛋白酶與m-鈣蛋白酶均可水解肌原纖維，但后者激活所需Ca2＋濃度遠(yuǎn)高于前者，宰后成熟過(guò)程中活性幾乎不變[8]，且兩者宰后作用時(shí)間不同。μ-鈣蛋白酶宰后前3 d即被激活并伴隨自溶，發(fā)揮其水解蛋白活性，降解肌肉中主要的肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP），而m-鈣蛋白酶宰后成熟前期并未被激活，可能在嫩化末期發(fā)揮作用，故普遍認(rèn)為是μ-鈣蛋白酶而非m-鈣蛋白酶參與肉品嫩化[9-10]。

鈣蛋白酶抑制蛋白可抑制蛋白酶水解活化、膜結(jié)合和催化活性的表達(dá)[11]。畜禽宰后，肌肉中鈣蛋白酶抑制蛋白含量逐漸減少，其降解與失活的速率與肌肉中蛋白質(zhì)的水解有關(guān)，通過(guò)與μ-鈣蛋白酶和m-鈣蛋白酶之間的相互作用共同參與調(diào)控宰后嫩度。

其次，宰后肌肉中存在大量可磷酸化鈣蛋白酶系統(tǒng)的蛋白激酶，因此具備發(fā)生磷酸化的條件[12]。具備肌肉收縮功能的蛋白質(zhì)如肌鈣蛋白磷酸化后會(huì)降低鈣蛋白酶對(duì)其降解的能力，宰后糖酵解酶磷酸化后酶活性改變，進(jìn)而影響糖酵解進(jìn)程、肌肉僵直過(guò)程及最終的肉品品質(zhì)[13-14]。宰后肌肉中，μ-鈣蛋白酶和m-鈣蛋白酶與鈣蛋白酶抑制蛋白磷酸化是否會(huì)影響其自身活性，進(jìn)而影響嫩化進(jìn)程，磷酸化鈣蛋白酶抑制蛋白如何影響對(duì)鈣蛋白酶的抑制能力等，這些問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究驗(yàn)證，以便明確鈣蛋白酶系統(tǒng)在動(dòng)物宰后肌肉中的活性調(diào)控機(jī)制，豐富和發(fā)展鈣蛋白酶嫩化理論，為改善肉品質(zhì)提供新的思路。

1.1.2 鈣蛋白酶嫩化機(jī)理

鈣蛋白酶可降解肌原纖維中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，包括伴肌動(dòng)蛋白、肌聯(lián)蛋白、肌鈣蛋白-T（troponin-T，Tn-T）和肌間線蛋白等，它們可破壞肌肉超微結(jié)構(gòu)、使Z線弱化并消失、促進(jìn)肌原纖維小片化、改善肌肉嫩度。鈣蛋白酶嫩化作用途徑為（圖1）：1）鈣蛋白酶降解肌球蛋白與肌動(dòng)蛋白、弱化粗絲與Z線的相互作用，破壞I帶與Z線的結(jié)合力，使纖維變?nèi)趸驍嗔裑15]；2）鈣蛋白酶水解肋節(jié)、肌間線蛋白后，肌纖維有序結(jié)構(gòu)、肌纖維與外周或肌纖維之間的完整性被破壞[16]；3）鈣蛋白酶降解類原肌球蛋白，弱化粗絲和細(xì)絲之間的鍵合，刺激肉品解僵[17]；4）促進(jìn)肌鈣蛋白中原肌球蛋白結(jié)合亞基Tn-T的降解，弱化細(xì)絲結(jié)構(gòu)，提高嫩度[18]。

圖1 鈣蛋白酶嫩化途徑Fig.1 Tenderization pathways of calpain

1.2 肉品成熟機(jī)制

目前廣泛提出的一種多機(jī)制共同作用肉品成熟見(jiàn)圖2。鈣蛋白酶在肌肉成熟嫩化過(guò)程中起主導(dǎo)作用，Ca2＋通過(guò)激活該酶而發(fā)揮間接作用[19]；細(xì)胞凋亡酶通過(guò)參與早期階段的肌肉成熟，對(duì)肌聯(lián)蛋白和伴肌動(dòng)蛋白的降解作用，從而調(diào)控Ca2＋激活酶系統(tǒng)[20]；鈣蛋白酶是一種半胱氨酸蛋白酶，蛋白質(zhì)巰基亞硝基化通過(guò)修飾鈣蛋白酶活性位點(diǎn)的半胱氨酸殘基影響其自溶性與蛋白水解活性[21]；半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（caspase-3，一種細(xì)胞凋亡酶）去硝基化后可被激活，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[22]；蛋白亞硝基化還可修飾Ca2＋釋放通道，影響其釋放速率，引起肌肉不同程度地收縮及細(xì)胞內(nèi)水分的分布[23]；參與宰后糖酵解的酶（如磷酸果糖激酶）經(jīng)亞硝基化修飾后，活性受到抑制，影響宰后pH值下降速率及終點(diǎn)pH值，進(jìn)而影響肉品成熟品質(zhì)[21]；蛋白磷酸化修飾對(duì)肌肉成熟存在影響（見(jiàn)1.1.1節(jié)）[13-14]；此外，有研究發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白等也參與了嫩化進(jìn)程的調(diào)控[24]，但還需要進(jìn)一步的研究。

圖2 多機(jī)制共同作用肉品成熟Fig.2 Integrated multiple mechanisms for postmortem aging of muscle

2 宰后肉品嫩化方法及機(jī)理

2.1 生物法嫩化——外源酶法

由于結(jié)締組織強(qiáng)度增加和內(nèi)源性蛋白水解酶能力不足，老齡動(dòng)物特定肌肉部位仍具有相當(dāng)大的韌性，因而可通過(guò)添加外源酶提高肉品嫩度[25]。常用外源酶及其對(duì)肉品嫩度的影響見(jiàn)表1。

植物蛋白酶中以木瓜蛋白酶研究最為廣泛，其含有的巰基肽內(nèi)切酶幾乎可水解所有的肽鍵，且在不同酸堿性的環(huán)境下均可分解蛋白[26-28]。活性木瓜蛋白酶不可直接注射于活體動(dòng)物，需經(jīng)H2O2氧化失活后于頸靜脈注射，因宰后缺氧而被重新激活，促進(jìn)酶活性部位半胱氨酸殘基減少和肌肉中的結(jié)締組織及肌纖維中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的膠原蛋白、彈性蛋白的降解[29]。需要注意的是，不同研究者研究過(guò)程中所用酶濃度、純度各異，因而植物蛋白酶嫩化效果很難取得統(tǒng)一趨勢(shì)；此外，肉品切塊方式、貯存溫度及其干預(yù)措施亦對(duì)嫩化效果存在影響。植物蛋白酶失活溫度高于微生物蛋白酶，高溫煮制可能導(dǎo)致過(guò)度嫩化，需將時(shí)間、溫度、酶-底物比例等因素納入考慮。此外，相對(duì)于快速蒸煮肉塊，緩慢蒸煮過(guò)程中的蛋白酶水解活性更高，若要產(chǎn)生與快煮相同的嫩化效果，需降低慢煮過(guò)程中所添加的蛋白酶濃度[36]。

表1 不同蛋白酶對(duì)肉品嫩度的影響Table 1 Impact of different proteases on meat tenderness

傳統(tǒng)植物蛋白酶具有廣泛的特異性，易導(dǎo)致不良結(jié)果（漿糊質(zhì)地、風(fēng)味差），而微生物蛋白酶具有自限活性的特點(diǎn)，且針對(duì)底物蛋白特異性強(qiáng)[40]。例如提取自米曲霉的天冬氨酸蛋白酶只作用于MP而對(duì)結(jié)締組織無(wú)影響；嗜堿芽孢桿菌的彈性蛋白酶對(duì)肌原纖維水解活性低而對(duì)彈性蛋白特異性強(qiáng)，進(jìn)而可避免過(guò)度嫩化[37,40]。外源酶應(yīng)用于肉品嫩化，需要綜合考量其來(lái)源及商用制劑純度、有效使用水平的安全性、消費(fèi)者可接受性、感官品質(zhì)及成本。

2.2 化學(xué)法嫩化

2.2.1 鹽法嫩化

鹽類主要影響肉品功能特性，與肌肉收縮、蛋白質(zhì)間相互作用、蛋白質(zhì)溶解度、酶活性及蛋白質(zhì)晶格膨脹有關(guān)（圖3[43-51]）。

氯化物（主要為鈉鹽）能夠結(jié)合到肌纖維上增強(qiáng)纖維間靜電斥力，造成蛋白晶格膨脹（圖3B），膨脹的一個(gè)關(guān)鍵因素可能是在臨界鹽濃度下，氯化物能去除肌原纖維中一個(gè)或多個(gè)橫向結(jié)構(gòu)（聯(lián)橋、M線或Z線）的約束[43]。復(fù)合磷酸鹽可促進(jìn)離子效應(yīng)和酸堿性變化，低濃度復(fù)合磷酸鹽（堿性）即可改變蛋白質(zhì)電荷的電勢(shì)，進(jìn)而提高離子強(qiáng)度，引起等電點(diǎn)偏離、電荷間相互排斥，蛋白分子間空間得以增大，促進(jìn)肉組織水分含量增加[44-45]；此外，還可通過(guò)提高膠原蛋白溶解度（膠原蛋白含量過(guò)高可降低肉品保水性）、減少結(jié)締組織中膠原蛋白的交聯(lián)，改善肉品嫩度[46]。多聚磷酸鹽可影響肌動(dòng)球蛋白復(fù)合物的解離（圖3D）[47]。鈣鹽最主要的作用是通過(guò)外加鈣提高肌肉體系中Ca2＋濃度，進(jìn)而激活鈣蛋白酶，引起相關(guān)組織結(jié)構(gòu)破壞及肌原纖維蛋白降解[48-49]。亦有研究表明：當(dāng)肌細(xì)胞中含有較高濃度的Ca2＋時(shí)，CANP與堿性磷酸酶被激活，促進(jìn)糖酵解，加速溶酶體破裂、組織蛋白滲出，促進(jìn)了肉品嫩度的提高（圖3A）[50]。無(wú)磷保水劑不含磷酸鹽，同樣具有類似磷酸鹽的作用，碳酸氫鈉（碳酸鹽，常作為無(wú)磷保水劑）克服了磷酸鹽保水劑的缺陷，不用擔(dān)心添加量過(guò)高而影響產(chǎn)品的口感，但碳酸鹽一般呈堿性，對(duì)蛋白具有腐蝕作用，能夠破壞蛋白組織結(jié)構(gòu)，需要考慮營(yíng)養(yǎng)損失情況（圖3C）[51]。

圖3 鹽法嫩化肉品示意圖[43-51]Fig.3 Diagrammatic sketch of salt tenderization[43-51]

由此可見(jiàn)，參與肉品嫩化的鹽類主要包括氯化物（鈉鹽與鈣鹽）、磷酸鹽（復(fù)合磷酸鹽、多聚磷酸鹽）、無(wú)磷鹽（碳酸鹽）等。涉及鹽法的嫩化機(jī)制可簡(jiǎn)述為：1）提高肉品保水性；2）降低膠原蛋白熱穩(wěn)定性；3）離子強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-水分子之間相互作用的影響；4）蛋白水解酶（鈣蛋白酶）的激活。

2.2.2 有機(jī)酸嫩化

有機(jī)酸（醋酸、檸檬酸和乳酸等）嫩化肉品主要通過(guò)改變肌肉內(nèi)部環(huán)境，進(jìn)而改變鈣激活酶活性[52-54]。以浸漬法和注射法為主，其作用機(jī)制可概述為：1）影響肌原纖維主軸膨脹而使承載物質(zhì)稀釋；2）肌束膜中結(jié)締組織強(qiáng)度降低；3）低pH值下的蛋白酶（主要是組織蛋白酶）加速了嫩化作用；4）酸處理降低了肉的機(jī)械抵抗力。由于外源酸滲透緩慢，浸漬處理需要達(dá)到充分的浸漬時(shí)長(zhǎng)，注射則可使酸溶液較快地?cái)U(kuò)散而加速嫩化。

2.3 物理法嫩化

2.3.1 傳統(tǒng)物理法嫩化

電刺激多用于大型動(dòng)物（牛、羊、鹿等），可加快腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）降解與糖原分解速率、pH值下降，冷加工后可防止肌節(jié)縮短（冷收縮）；電刺激引起溶酶體水解酶的釋放，可破壞肌肉組織，加快蛋白水解，使肉質(zhì)變嫩[55-56]。水分灌注技術(shù)（如Ca2＋溶液注射技術(shù)）亦能有效改善肉品嫩度及多汁性[57]。機(jī)械嫩化法則是通過(guò)對(duì)肉進(jìn)行柔和切割，破壞肌間結(jié)締組織和肌纖維細(xì)胞以增強(qiáng)嫩度。尸僵時(shí)肉品嫩度與肌肉收縮程度密切相關(guān)，傳統(tǒng)嫩度拉伸技術(shù)可通過(guò)施加與收縮張力相反的力，提高肌原纖維小片化指數(shù)，阻止肌節(jié)縮短，但也可能引起肌肉破壞和嫩化[58]；而當(dāng)前出現(xiàn)的智能拉伸技術(shù)，其不局限于完整酮體，且可減少冷凍室空間和能量需求、提高肉塊尺寸與形狀的控制，同樣具有良好的嫩化效果[59-60]。但應(yīng)用研究有限，尤其是針對(duì)肉塊拉伸和成形過(guò)程中分子變化的基礎(chǔ)研究不足，不同肌肉智能拉伸后肌節(jié)長(zhǎng)度、峰值剪切力和嫩化程度的差異等還未得到充分的理解；值得注意的是，肌肉收縮的程度隨肌肉類型而變化，反映在僵直期內(nèi)的糖酵解、溫度與pH值的變化，因此，對(duì)肌肉拉伸和成形進(jìn)行研究十分重要，以確保在商業(yè)應(yīng)用中取得一致的最終結(jié)果。傳統(tǒng)物理技術(shù)均取得一些成功應(yīng)用，至今這些技術(shù)依然廣泛存在，但其具有在線應(yīng)用差、當(dāng)代消費(fèi)者對(duì)技術(shù)的不可接受性等不可避免的缺陷，促使廣大學(xué)者對(duì)新型物理嫩化進(jìn)行研究。

2.3.2 新興物理法嫩化

2.3.2.1 高壓加工技術(shù)

高壓加工技術(shù)（high pressure processing，HPP）是一種通過(guò)液體介質(zhì)對(duì)產(chǎn)品施加靜電壓力的技術(shù)，高壓應(yīng)用時(shí)會(huì)發(fā)生絕緣增熱現(xiàn)象（大氣受到壓縮而升溫且無(wú)熱量損失），HPP嫩化效果與宰后肉所處狀態(tài)密切相關(guān)[61-62]。

對(duì)于僵直前肌肉，HPP有效嫩化條件一般為氣壓100～235 MPa、溫度10～35 ℃，該階段引起的嫩化是加速或阻止糖酵解的結(jié)果[63-64]。僵直前肌肉因宰后缺氧，需進(jìn)行糖酵解以維持ATP生成，同時(shí)乳酸積累、肌肉pH值下降、壓力施加將導(dǎo)致肌原纖維結(jié)構(gòu)被大量破壞、Ca2＋釋放加速糖酵解進(jìn)程，促進(jìn)僵直及后期成熟的發(fā)展。此外，糖酵解酶有可能在壓力作用下發(fā)生變性，使糖酵解停止，肌肉終點(diǎn)pH（ultimate pH，pHu）上升。pHu與嫩度存在二次型關(guān)系：當(dāng)pHu6.1時(shí)，韌性最高；當(dāng)pHu＞6.1，則表現(xiàn)為嫩度的提高或改善。因此，當(dāng)HPP應(yīng)用于僵直前肌肉時(shí)，很難做到肌肉的可靠嫩化[65-66]。對(duì)于僵直后肌肉，低溫下施加高壓一般不引起嫩度變化，甚至有提高韌性的可能（只有少部分肌肉在常低溫下達(dá)到嫩化效果）[67-68]；高溫高壓通常會(huì)改善嫩度，當(dāng)壓力處于150～400 MPa、溫度高于50～60 ℃時(shí)，大部分實(shí)驗(yàn)研究均表現(xiàn)出明顯的嫩化效果[64,68-71]。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)所處理的肌肉處于僵直前狀態(tài)時(shí)，常在低溫下應(yīng)用HPP技術(shù)，但嫩化結(jié)果不穩(wěn)定；而僵直后肌肉于高溫下進(jìn)行HPP，可作為潛在的商業(yè)加工方法，HPP雖不再被視為傳統(tǒng)殺菌技術(shù)的替代工藝，但其存在市場(chǎng)局限性（色澤不穩(wěn)定，且壓力越高，肉品視覺(jué)外觀變化越大，甚至有“熟”感），HPP不太可能取代傳統(tǒng)肉類加工方法，可作為結(jié)合方法或現(xiàn)有方法的補(bǔ)充。

2.3.2.2 沖擊波加工技術(shù)

沖擊波（shockwaves，SW）又稱流體動(dòng)力學(xué)壓力，可于毫秒內(nèi)瞬間產(chǎn)生高達(dá)1 GPa的壓力波，通常以水為液體介質(zhì)對(duì)肉品進(jìn)行施壓[72]。沖擊波有水下引爆炸藥（爆炸沖擊波）和水下放電（電生沖擊波）兩種產(chǎn)生方式，其應(yīng)用于食品加工已不局限于早期的殺菌作用[73]，在肉類提升嫩度方面已有大量研究。

肌肉由質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%的水分構(gòu)成，沖擊波可在流體（如水）中傳播，同時(shí)產(chǎn)生與水相匹配的機(jī)械阻抗，從而產(chǎn)生“破裂效應(yīng)”[74]。圖4為兩種沖擊波對(duì)肉品嫩化作用示意圖[75-77]。肉品嫩化機(jī)制主要有兩種：1）肌肉超微結(jié)構(gòu)的破壞；2）增強(qiáng)蛋白水解能力或加速成熟。Zuckerman等[75]通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)沖擊波處理過(guò)的肌內(nèi)膜蜂窩結(jié)構(gòu)變形為松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。早期研究發(fā)現(xiàn)，爆炸沖擊波能引起牛背最長(zhǎng)肌肌節(jié)I帶碎裂，Z線周圍出現(xiàn)鋸齒狀邊緣，表明肌原纖維遭受物理性破壞，纖維間距擴(kuò)寬[76]。此外，Bowker等通過(guò)Western blotting發(fā)現(xiàn)，沖擊波將Tn-T降解為可表征肉品嫩化性能的小分子質(zhì)量蛋白片段（30 kDa）[77]。爆炸沖擊波因單位負(fù)載產(chǎn)生的能量較電生沖擊波脈沖能量大，其嫩化效果更明顯，但對(duì)于較高嫩度狀態(tài)的肌肉（蛋白酶活性低、結(jié)締組織多、肌節(jié)長(zhǎng)度相對(duì)較短）嫩化困難[75,78]。此外，SW技術(shù)對(duì)處理肉包裝材料要求高、工業(yè)推廣受限，這歸因于爆炸型依賴技術(shù)存在潛在安全問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)、產(chǎn)品接受度低、基建造價(jià)高、器械耐久性差等。而后者可通過(guò)重復(fù)脈沖、優(yōu)化脈沖頻率、能量設(shè)置等手段彌補(bǔ)差異。

圖4 沖擊波嫩化肉品示意圖[75-77]Fig.4 Diagrammatic sketch of meat tenderization by shockwave[75-77]

鑒于兩種方式優(yōu)缺點(diǎn)，今后研究可重點(diǎn)圍繞新型抗沖擊波包裝材料的開發(fā)、性能更好的沖擊波設(shè)備研制以及結(jié)合其他新型技術(shù)對(duì)處于不同狀態(tài)的肉品進(jìn)行分段或聯(lián)合作用。

2.3.2.3 超聲波嫩化

圖5 超聲波作用肉塊示意圖[79]Fig.5 Diagrammatic sketch of the impact of ultrasound on meat[79]

如圖5所示，超聲是一種基于聲能的非熱技術(shù)，聲波在高、低壓之間傳播產(chǎn)生微小氣泡并使氣泡逐漸增大，直至它們破裂形成空化現(xiàn)象，超聲空化效應(yīng)引起的氣泡聚集于肉塊表面，爆裂后形成微射流，沖蝕表層，形成裂縫；空化氣泡成核過(guò)程中崩塌可產(chǎn)生沖擊波，連續(xù)的能量輸出引起液體介質(zhì)湍流；超聲機(jī)械效應(yīng)對(duì)肉塊具有機(jī)械破壞作用；液體介質(zhì)超聲后可產(chǎn)生自由基，影響肉塊組織及內(nèi)部蛋白[79]。此外，空化作用還會(huì)引起分子破裂、誘導(dǎo)自由基形成并加速化學(xué)反應(yīng)、促進(jìn)蛋白氧化、引起二硫鍵交聯(lián)和蛋白聚集物的形成，從而影響蛋白溶解度，宏觀上表現(xiàn)為肉質(zhì)變硬，需合理控制超聲時(shí)間及強(qiáng)度，避免過(guò)多的自由基形成，從而影響肉品嫩度[80]。一般認(rèn)為低強(qiáng)度超聲（＜10 W/cm2）對(duì)肉品嫩化效果不明顯，并且采用超聲浴池進(jìn)行肉品嫩化，存在效果不佳的問(wèn)題[81]。肉品宰后時(shí)間影響超聲作用效果：宰后時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，嫩度因內(nèi)源蛋白酶水解相關(guān)蛋白而降低，此時(shí)應(yīng)用超聲，不易明確內(nèi)源蛋白水解與超聲應(yīng)用二者何為肉品嫩化效果的主導(dǎo)因素[82]；而僵直前肌肉應(yīng)用主要評(píng)估超聲對(duì)僵直開始及成熟期相關(guān)蛋白酶的作用，雖觀察到肌節(jié)拉伸、Z線破壞，但似乎最終肉品嫩度并未改善，研究者們認(rèn)為超聲應(yīng)在宰后24 h應(yīng)用于肉品，肉品達(dá)到pHu以減少超聲嫩化可變性[83-84]。超聲可改善肉中相關(guān)蛋白結(jié)構(gòu)特性、激活A(yù)TP酶活性、增加巰基含量，常呈現(xiàn)較少的α-螺旋與較多的β-折疊；超聲作用通過(guò)降低蛋白聚集體的形成、改善蛋白凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高肉品持水性能的目的[85-87]。雖然當(dāng)前超聲處理對(duì)提高肉品保水性存在爭(zhēng)議，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為合適的超聲強(qiáng)度能夠促進(jìn)鹽或保水劑的滲透，聯(lián)合效應(yīng)可進(jìn)一步增強(qiáng)肉品保水性[88-89]。

引起肉品嫩化效應(yīng)的可能機(jī)制為（圖6[85-89]）：1）肌原纖維或組織結(jié)構(gòu)的物理破壞（圖6C）；2）蛋白水解能力提高，促進(jìn)成熟過(guò)程中肉品的嫩化（如增加組織蛋白酶的釋放）（圖6B與圖6E）；3）膠原蛋白破裂或細(xì)胞膜損傷（圖6E）；4）空化效應(yīng)及自由基的形成對(duì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)的破壞（圖6B與圖6D）。

超聲嫩化技術(shù)應(yīng)當(dāng)著重于評(píng)估其對(duì)肉微觀結(jié)構(gòu)、酶活性及最終嫩度的影響等基礎(chǔ)研究，并重點(diǎn)關(guān)注工藝參數(shù)（頻率、強(qiáng)度和處理時(shí)間）的優(yōu)化。鑒于超聲在肉品嫩化應(yīng)用效果上存在不一致的觀點(diǎn)，因此，超聲研究中必須提及所用裝置及實(shí)驗(yàn)設(shè)定參數(shù)的具體細(xì)節(jié)，降低可重復(fù)性的難度，從而推進(jìn)超聲嫩化的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3.2.4 脈沖電場(chǎng)嫩化

脈沖電場(chǎng)（pulsed electric field，PEF）通過(guò)在兩個(gè)電極之間以直流電壓脈沖形成電場(chǎng)，其作為改善食品結(jié)構(gòu)及生物活性的綠色新型非熱技術(shù)，亦可用于肉類嫩化。肉品組織由于細(xì)胞尺寸大，一般不需要高強(qiáng)度電場(chǎng)，形成孔徑的電場(chǎng)強(qiáng)度約在1～10 kV/cm范圍內(nèi)[90]。肉品成熟前對(duì)肌肉進(jìn)行PEF處理，可通過(guò)提高細(xì)胞膜通透性致使細(xì)胞器釋放Ca2＋、鈣激活蛋白酶，從而促進(jìn)肉的嫩化；宰后成熟的嫩化也得益于PEF對(duì)蛋白的水解，其余因素如溶酶體組織蛋白酶的釋放、僵直前肌肉中Ca2＋釋放引起的糖酵解加速及肌肉的物理性破壞（但需要巨大的能量）也可能對(duì)肉品嫩度的提高有一定的貢獻(xiàn)[91-93]。嫩度很大程度上取決于肌肉細(xì)胞的完整性，不同于電刺激及拉伸技術(shù)，PEF在一定的條件下，不需要明顯的升溫便可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞膜的不可逆通透[94]。

就僵直后肌肉而言，PEF處理后對(duì)嫩化進(jìn)程有影響，過(guò)往研究對(duì)于PEF是否可以改善嫩度結(jié)果不一致。主要矛盾點(diǎn)在于：1）高強(qiáng)度PEF處理后，是否給予合適的成熟時(shí)間（肉品的嫩化是一個(gè)生化過(guò)程）[95-97]；2）低強(qiáng)度PEF是否誘導(dǎo)纖維物理破壞，即低強(qiáng)度PEF可能不足以誘導(dǎo)細(xì)胞膜的不可逆通透性，細(xì)胞器釋放Ca2＋和酶能力受限[98-99]；3）肌肉的解剖學(xué)及生理學(xué)差異（會(huì)影響生熱、電導(dǎo)率、纖維類型組成及細(xì)胞膜特性）可能誘導(dǎo)不同肌肉受到PEF頻率或重復(fù)次數(shù)的影響[100-101]。值得注意的是，高強(qiáng)度PEF作用可能會(huì)因?yàn)闅W姆熱引起溫度升高，造成參與嫩化進(jìn)程中蛋白與酶的變性、肉塊溫度的升高，肉品嫩化效果不佳。就僵直前肌肉而言，研究表明不同部位肌肉可能會(huì)表現(xiàn)出截然相反的結(jié)果（不論單次應(yīng)用還是重復(fù)應(yīng)用），這可能歸因于PEF對(duì)這些肌肉保水性的不同影響[102-103]（圖7）。

圖6 超聲波嫩化肉品機(jī)理[85-89]Fig.6 Mechanism of meat tenderization by ultrasound treatment[85-89]

雖然當(dāng)前PEF應(yīng)用肉品嫩化研究有限，但其在嫩化進(jìn)程中表現(xiàn)出潛在作用，不同肌肉類型需要不同的最佳參數(shù)，需要更多的研究以評(píng)估PEF在其他商用型肉品而不是已被廣泛研究過(guò)的肉（牛肉）中的潛在價(jià)值，不同肌肉引起的嫩度差異需作進(jìn)一步的研究，從而更好地理解PEF影響肌肉結(jié)構(gòu)及嫩度的機(jī)理。此外，需探究不同強(qiáng)度PEF及重復(fù)次數(shù)的交互設(shè)計(jì)以獲得更理想的感官屬性。

圖7 脈沖電場(chǎng)嫩化肉品相關(guān)脈沖參數(shù)應(yīng)用導(dǎo)圖[95-103]Fig.7 Pulsed electric filed processing parameters for meat tenderization[95-103]

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上，新興物理技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)肌肉結(jié)構(gòu)的物理破壞、增強(qiáng)蛋白水解與加快成熟進(jìn)程、促進(jìn)肌肉相關(guān)蛋白的變性與溶解，以達(dá)到嫩化目的。這些新興嫩化技術(shù)能否獲得最佳利用，還需針對(duì)不同胴體肌肉、不同市場(chǎng)（食品服務(wù)行業(yè)、鮮品、出口品）、不同消費(fèi)群體喜好進(jìn)行不斷地調(diào)整。過(guò)往研究表明，消費(fèi)者愿意為有保證的嫩化肉多付費(fèi)，因此，這些新興技術(shù)可引起人們的興趣，它們?cè)诠I(yè)上的實(shí)施將取決于經(jīng)營(yíng)者的創(chuàng)新意愿、技術(shù)資本、運(yùn)營(yíng)成本與投資-效益價(jià)值。了解每種技術(shù)如何誘導(dǎo)嫩化的機(jī)制將有助于確定某一特定分割肉或特定市場(chǎng)所需的理想組合技術(shù)。即使當(dāng)前多采用傳統(tǒng)與新興方法聯(lián)合處理，達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短、“1＋1＞2”的嫩化效果。但不可否認(rèn)的是，這些新技術(shù)在商用中還不能大面積投入，除成本因素之外，研究結(jié)果的重現(xiàn)性較低，需進(jìn)一步深化基礎(chǔ)參數(shù)研究。此外，加工方式如低溫長(zhǎng)時(shí)蒸煮等也可嫩化肉品，可基于此開發(fā)新型加工方式及工藝。最后，還可針對(duì)肉品嫩度無(wú)損檢測(cè)方法（如高光譜成像）及嫩度生物標(biāo)記物（如熱休克蛋白）等作進(jìn)一步地探索。