超聲波協同真空滾揉處理對牛肉丸質地與風味品質的影響

黃紫葳，胡秦宇，吳丹璇，張恩琪，王恒鵬,2,3, ，孟祥忍,2,3,

（1.揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州 225127；2.中餐非遺技藝傳承文化和旅游部重點實驗室，江蘇揚州 225127；3.江蘇省淮揚菜工程中心，江蘇揚州 225127）

牛肉丸作為中國傳統小吃，因食用方便、選料苛刻、制作精細、口味獨特、美味營養，深受消費者的歡迎[1]。相比雞肉、豬肉，牛肉由于肌肉纖維較粗[2]，在加工過程中易出現凝膠流變性差、蒸煮損失率大、質構特性差等問題，進而影響其最終品質[3]。近年來，研究人員在探索高效、合理的牛肉丸加工方式上進行了大量研究，且多集中于添加親水膠體[4]、膳食纖維[5]、酶類[6]、多糖[7]等輔料配方的優化上，工藝改良方面研究較少。

超聲波（ultrasound waves，UW）作為一種非熱加工方式，在肉類工業中應用廣泛，其對肌肉嫩化[8]、輔助腌制[9]、增強凝膠[10]、改善風味[11]等方面均有促進作用。真空滾揉（vacuumtumbling treatment，VT）通過機械運動對肉進行翻滾、摔打，從而削弱肌纖維強度，以此達到增加嫩度[12]、改善質構的目的[13-14]。研究表明，超聲聯合滾揉腌制可以通過促進水分的均勻分布與遷移，破壞肌纖維結構的形式，加快腌制速率，提高雞胸肉的保水性和嫩度，改變雞胸肉揮發性風味成分的種類及含量[15]；超聲波輔助變壓滾揉處理可以有效提高腌制吸收率、改善雞肉嫩度[16]；在改善鴨肉食用品質方面顯著優于傳統的真空滾揉工藝[17]。但已有超聲輔助滾揉技術的研究少有加入真空條件，僅Zhang等[18]研究了超聲輔助真空滾揉處理對豬肉肌原纖維蛋白的氧化和理化特性的影響，但未研究處理對于豬肉食用品質的影響。

因此，本研究以巴西牛后腿肉為實驗對象，采用超聲波技術（UW）、真空滾揉工藝（VT）及超聲波協同真空滾揉工藝（VT+UW）對牛肉糜進行加工處理，并統一制作牛肉丸。在測定不同處理組牛肉丸蒸煮損失率和質構特性的基礎上，觀察牛肉丸內部凝膠網絡結構，并采用氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS）測定牛肉丸揮發性風味物質的變化，探究不同處理方式對于牛肉丸食用品質的影響，以期為揭示高品質牛肉丸的品質形成規律，并明確其合理加工方式提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

巴西牛后腿肉（大黃瓜條，-20 ℃真空凍藏）、食鹽、味精、白糖、小麥粉、木薯粉、牛油、蔥、姜、胡椒粉 揚州大潤發超市；高彈素、卡拉膠、復配磷酸鹽（三聚磷酸鈉24%、焦磷酸鈉21%、六偏磷酸鈉14%、磷酸三鈉4%、焦磷酸二氫二鈉3%、碳酸鈉7%、碳酸氫鈉8%、氯化鉀3%、食用鹽15%、食用葡萄糖1%） 食品級，河南萬邦化工科技有限公司；2-甲基-3-庚酮、無水乙醇、二甲苯、蘇木素染液套裝、鹽酸、氨水、中性樹膠 國藥集團化學試劑有限公司；4%戊二醛溶液 南京森貝伽生物科技有限公司。

俏媳婦12-22型絞肉機 鎮江洋誠機械有限公司；飛利浦HR3865型高速破壁料理機 飛利浦（中國）投資有限公司；億閩信430型真空包裝機 泉州市億閩信貿易有限公司；贛云GY-3S-38型三速制冷打漿機 江西贛云食品機械有限公司；THC-1000SF超聲波煎煮鍋 濟寧天華超聲電子儀器有限公司；HKS-30VT型真空滾揉機 無錫哈克遜工貿有限公司；FA1004（1/1000）型電子天平 浙江力辰儀器科技有限公司；TA-XT Plus質構儀 英國Stab Micro System公司；Trace ISQ II氣質聯用儀 美國熱電公司；Supelco 75 μm Carboxen萃取頭 上海楚定分析儀器有限公司；Nikon Eclipse E100正置光學顯微鏡

日本尼康。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛肉丸基礎配方 牛肉丸配方在蘇博等[19]的研究基礎上進行修改。按照牛肉的重量百分比添加，高彈素0.6%、食鹽1%、味精1.1%、白糖1.1%、卡拉膠0.6%、復配磷酸鹽0.4%、小麥粉3%、木薯粉3%、牛油18%、蔥姜冰水5.2%（水:姜:蔥=10:1:1，破壁機打勻，過濾）、胡椒粉0.1%。

1.2.2 牛肉丸的制備 選擇巴西牛后腿肉，剔除表面可見筋膜和脂肪，通過直徑為3 mm的絞肉機孔板絞制成肉糜并隨機分為4個處理組，分別為：

傳統處理組（CON組）：牛肉糜添加輔料后倒入三速制冷打漿機中，打漿上勁，記為CON；

超聲波處理組（UW組）：牛肉糜打漿上勁后進行UW處理（120 W，25 kHz），UW處理時間分別為10、20、30 min，記為UW1、UW2、UW3；

真空滾揉組（VT組）：牛肉糜進行VT處理（0.08 MPa、12 r/min、60 min）后打漿上勁，記為VT；

超聲波協同真空滾揉處理組（VT+UW組）：牛肉糜進行VT處理（0.08 MPa、12 r/min、60 min）后打漿上勁，然后進行UW處理（120 W，25 kHz），UW處理時間分別為10、20、30 min，記為VT+UW1、VT+UW2、VT+UW3。

以上所有處理過程中溫度均保持在4 ℃。

將處理過的牛肉糜加工成丸（控制肉丸質量為26 g左右），并于45 ℃恒溫水槽中定型10 min，然后升溫至100 ℃煮制8 min。撈出牛肉丸，等其冷卻至室溫后用廚房紙擦干表面水分，真空包裝后置于-18 ℃凍藏。

1.2.3 蒸煮損失率的測定 參照Barekat等[20]方法，略作修改。肉糜經手擠成丸，稱量m1，然后加工為成品牛肉丸，冷卻至室溫后用廚房紙吸干表面水分，稱量m2。

1.2.4 質構特性的測定 取成品牛肉丸樣品，切割成1.5 cm×1.5 cm×1 cm方柱體，用TA-XT Plus質構儀對牛肉丸樣品的硬度、粘附性、內聚性、彈性、膠粘性和咀嚼性進行測定，測定參數：P/36.5柱形探頭，速度60 mm/min，測試形變量50%，觸發力0.5 N。各組牛肉丸選取3個平行樣。

1.2.5 微觀結構觀察 石蠟切片參考Wang等[21]的方法，略作修改。取4%戊二醛溶液固定組織樣品，按如下步驟進行石蠟包埋、切片與觀察處理：

a. 脫水、浸蠟、切片、脫蠟：二甲苯 20 min→二甲苯 20 min→無水乙醇 5 min→無水乙醇 5 min→75%酒精5 min→自來水洗。

b. 蘇木素染色：使用蘇木素染色3～5 min，鹽酸水溶液分化，氨水水溶液返藍，水洗。

c. 伊紅染液染色：依次入85%、95%的梯度酒精脫水，使用伊紅染液染色5 min。

d. 脫水封片：無水乙醇 5 min→無水乙醇 5 min→無水乙醇 5 min→二甲苯 5 min→二甲苯 5 min透明，中性樹膠封片。

e. 使用光學顯微鏡放大400倍鏡檢。每個樣品選取3個不同的觀察視野。

1.2.6 揮發性風味物質的測定 參照AlDalali等[22]的頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法測定。將牛肉丸樣品切碎混勻并稱取2 g放入10 mL頂空小瓶，然后加入內標化合物2-甲基-3-庚酮（0.816 mg/L）1 μL以及飽和食鹽水1 mL，采用75 μm CAR/PDMS萃取頭進行風味吸附。吸附條件如下：提取溫度為80 ℃，提取時間為50 min。解吸時間：5 min。

GC條件：色譜柱為DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；色譜柱起始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升到160 ℃，保持1 min，再以10 ℃/ min升到250 ℃，保持4 min；用氮氣做載氣，流量1 mL/min。

MS條件：接口溫度：250 ℃；離子源溫度230 ℃，全掃描模式，掃描范圍45～450 m/amu，電子能量70 eV。

施工技術人員在確定鉆孔孔深以及孔位之后，還應做好雜物的清理工作，以免出現塌孔以及泥漿沉淀問題。在實際施工過程中，技術人員清孔時應采用正循環與反循環鉆機的方法。在穩定的土質結構中，清孔應采用真空吸泥機，以免導致土層坍塌問題。一般應清兩次孔，在結束成孔作業后在進行一次清孔操作，以便準確測量孔深。在安裝完鋼筋籠后還應進行第二次的清孔操作，并觀察流出水體以明確是否需要進行第三次清孔。若流水比較干凈不存在超過1cm的粗粒渣，且孔底泥漿粘度小于28Pa時，則清孔符合要求。

定性分析：采用計算機譜庫（NIST/Wiley）檢索匹配測出的揮發性風味物質。

定量分析：計算每一種揮發性風味物質相對于內標物2-甲基-3-庚酮的含量，公式如下：

式中：C為測定的揮發性化合物含量（μg/kg）；Ax為測定揮發性化合物的峰面積（AU·min）；C0為內標物質量濃度（0.816 μg/μL）；A0為內標物的峰面積（AU·min）；V為內標物的進樣量（μL）；m為測定樣品的質量（kg）。

ROAV分析：相對氣味活度值（ROAV）可以用來評價風味物質的貢獻程度[23]，計算公式如下：

式中：Cmax和Tmax為所有風味物質中最大的百分比含量和感覺閾值（μg/kg）；Ci和Ti為對應揮發性化合物的百分比含量和感覺閾值（μg/kg）。

1.3 數據處理

每組實驗重復測定3次，取平均值±標準差，采用SPSS 26.0軟件進行數據統計及顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。用Origin 2019軟件作圖。

圖 1 不同處理方式對牛肉丸蒸煮損失率的影響Fig.1 Effects of different treatment methods on cooking loss rate of beef balls

2 結果與分析

2.1 蒸煮損失

蒸煮損失可以用于衡量肌肉品質和感官質量，并表征加熱后的肉凝膠對于水分和脂肪的留存能力，從而對肉丸的多汁性、口感與風味產生影響[24]。由圖1可知，相比對照組（CON），10、20 min的超聲波處理（UW1、UW2）、真空滾揉處理（VT）和10、20 min的超聲波協同真空滾揉處理（VT+UW1、VT+UW2）處理均可顯著降低牛肉丸的蒸煮損失率（P＜0.05），其中，UW1組的蒸煮損失率最低。由于UW處理可加速肌球蛋白和肌動蛋白溶出，導致各類物質及親水基團進入肌肉內部，更多的水分被保留[25]，這與鄒云鶴[26]的研究結果相似。隨著UW處理時間的增加，牛肉丸的蒸煮損失率呈現上升的趨勢，這是因為超聲時間過長會導致蛋白質網狀結構遭到破壞，增大凝膠孔洞引起水分流失，最終導致蒸煮損失增加。VT處理可以加速腌制液的擴散，增加細胞的通透性，促進鹽溶性蛋白的析出，從而對蒸煮損失產生影響[27]。結果顯示：適宜的超聲波處理、真空滾揉處理以及超聲波協同真空滾揉處理均可達到降低牛肉丸蒸煮損失率的目的。

圖 2 不同處理方式對牛肉丸微觀結構的影響（400×）Fig.2 Effects of different treatment methods on microstructure of beef balls（400×）

2.2 質構特性

由表1可知，與對照組相比，三種處理方式均可顯著提升牛肉丸的硬度、咀嚼性和膠粘性（P＜0.05）。已知硬度是食物達到一定形變所需要的力，在一定程度上與食物中的水分含量有關[28]。相關研究表明，肉糜保水性越好，質構硬度越小[29]。相比CON組和UW組，VT+UW處理由于機械作用較強，會在一定程度上破壞肌肉組織，增大出水和出油率，從而使牛肉丸的硬度顯著增加（P＜0.05），這與蒸煮損失率的結果相同。表1還表明，單獨UW處理可導致樣品的粘附性顯著增加（P＜0.05），主要與超聲波的空化作用導致肌肉蛋白形成豐富的絲狀纖維有關。隨著機械作用的增加，VT和VT+UW處理則顯著降低了牛肉丸的粘附性（P＜0.05）。不同處理方式對牛肉丸的彈性和內聚性影響不顯著（P＞0.05）。結果表明，三種處理方式均可有效改善牛肉丸的質構特性，其中在短時間的超聲波協同真空滾揉（VT+UW1）處理組中最明顯。

表 1 不同處理方式對牛肉丸質構特性的影響Table 1 Effects of different treatment methods on texture characteristics of beef balls

2.3 微觀結構

如圖2所示，牛肉丸內部有大量形狀不一的圓形空腔結構，其中較小體積的空腔是水分或空氣，較大體積的空腔是脂肪球[30]。其中CON組牛肉丸內部空腔較大，且分布雜亂，顯示其內部結構較為松散。經過UW處理，牛肉丸的結構狀態有所改善，脂肪球大小均勻，內含空氣和水分的空腔有所增加，這是由于UW處理后形成了更加致密的蛋白質網狀結構，使得更多的水分和脂質被截留，蒸煮損失相比CON組顯著降低。隨著UW處理時間的增加，小孔腔的數量呈現先增加后減少的趨勢。一般認為，相比于體積較大的孔腔，小體積孔腔更不容易被壓垮，一旦撤去外力，凝膠更易恢復原來的形狀，可賦予牛肉丸更好的彈性[25]。因此，長時間（30 min）超聲波處理后的牛肉丸，其彈性反而降低。協同真空滾揉處理后，牛肉丸內部的孔腔數量相對CON組減少，結構更加緊湊，與質構特性的結果一致。而相比UW組，VT+UW處理組牛肉丸中含空氣或水分的孔腔減少，凝膠網絡結構變得松散，牛肉凝膠的持水性呈現下降趨勢，蒸煮損失率增加，同時，小孔腔的減少使得牛肉丸彈性下降，VT+UW3組牛肉丸的彈性最低（3.31±0.33 mm）。有學者研究發現凝膠網絡結構疏松、孔隙變大是持水性與質構下降的原因[31]，這表明了劣化的凝膠網絡結構是凝膠品質下降的直接原因。綜上，進行10和20 min的超聲波協同真空滾揉工藝可以使牛肉丸的凝膠結構更加緊湊。

2.4 揮發性風味物質

采用頂空固相微萃取技術結合氣相色譜-質譜聯用技術（HS-SPME-GC-MS）對不同處理方式的牛肉丸中揮發性風味物質進行鑒定，查找檢出的73種揮發性風味物質的氣味閾值（見表2）[32]，并計算其ROAV值，結果如表2所示。不同樣品組共檢測出揮發性風味物質73種，包括19種醛類、1種酯類、11種醇類、5種酮類、17種烴類、2種酸類以及18種其他化合物。其中，烴類的含量在牛肉丸揮發性風味物質總含量中占比最高，約占風味物質總含量的52%～73%；醛類次之，約占風味物質總含量的

11%～25%。

由圖3可知，不同處理組牛肉丸的風味物質的相對含量差異較大。UW處理后，牛肉丸中的醛類、醇類物質的相對含量相較于CON組明顯增加。相比CON組，VT處理組、VT+UW處理組，牛肉丸中的醛類和醇類物質的相對含量均減少，而烴類物質的相對含量增加，在VT+UW1組中達最大值，為64.41%。從含量上來看，相比CON組，UW或VT處理明顯增加了牛肉丸中所含揮發性風味物質的含量，兩者協同后其揮發性風味物質的含量更高。隨著超聲時間的增加，VT+UW處理組牛肉丸中風味物質含量逐漸降低，但仍遠高于CON組。其中VT+UW1組的揮發性風味物質總量最高，為16.16 mg/kg，是CON組的6.03倍，表明VT+UW處理可以有效增加牛肉丸中揮發性物質的總含量。揮發性風味物質中對整體風味有主要貢獻的物質可以用相對氣味活度值（ROAV）進行衡量。一般被認為當ROAV≥1時，該物質為樣品中的特征風味化合物，且ROAV值越大，表明其對風味貢獻越大[33]。如表2所示，壬醛、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、（+）-檸檬烯和鄰-異丙基苯在所有處理組中的ROAV值均大于1，可被認定為是牛肉丸的主要特征性風味物質。

表 2 不同處 理組的 揮發性 風味物 質的閾 值、含 量及ROAV 值Table 2 Thresholds, contents and ROAV values of volatile flavor compounds in different treatment groups

圖 3 不同處理方式對牛肉丸揮發性化合物相對含量（A）和含量（B）的影響Fig.3 Effects of different treatment methods on relative content (A) and content (B) of volatile compounds in beef balls

經比較發現，不同處理組牛肉丸樣品的香氣組成均存在差異，并且同種物質的ROAV值也有明顯差別。其中，壬醛屬于醛類物質，具有強烈的脂香味和柑橘香氣，對比CON組，經VT+UW處理后，其含量明顯增加。癸醛ROAV值大于0.01，有似甜橙油與檸檬油以及玫瑰樣香氣，能較好地修飾牛肉丸的風味。CON組所特有的甲硫醇具有令人不愉快的臭味，但經過UW、VT+UW處理后甲硫醇消失，使得牛肉丸的風味得到一定程度的改善。值得注意的是，呈濃郁檸檬香味的檸檬醛和（Z）-2-壬烯醛僅存在于VT+UW組中，且ROAV值較大，對牛肉丸的風味有重要貢獻。綜合比較，發現處理方式對牛肉丸的特征風味有顯著影響，其中VT+UW處理可以有效調節關鍵氣味化合物的種類、含量及相對氣味活度，從而優化牛肉丸風味。

3 結論

超聲波輔助（UW）、真空滾揉（VT）以及超聲波協同真空滾揉處理（VT+UW）均可有效降低牛肉丸的蒸煮損失率，提高牛肉丸的質構特性和風味品質。與傳統處理組相比，超聲波協同真空滾揉處理不僅使牛肉丸的內部結構更加細致緊密，還能有效夠提高牛肉丸中揮發性風味物質的總量，并通過降低醛類和醇類物質含量，和增加烴類物質含量來改善牛肉丸的風味。其中，以經10 min超聲波協同真空滾揉處理后的牛肉丸品質最佳。為了更好地闡明超聲波協同真空滾揉處理對改善牛肉丸品質的相關機制，還需要進一步探索兩者的協同作用對于牛肉丸凝膠保水性及蛋白質結構的影響。

續表 2

續表 2