超聲波解凍對豬肉品質(zhì)的影響

蔣奕+程天賦+王吉人+俞龍浩

摘 要：以20 ℃靜水解凍為對照組，5 種不同超聲波功率（100、200、300、400、500 W）解凍為處理組，研究超聲波解凍對豬肉品質(zhì)及加工特性的影響。結(jié)果表明：與對照組相比，超聲波處理可以縮短豬肉的解凍時(shí)間，但汁液損失較大，隨著超聲波功率的增大，豬肉的蒸煮損失率增大，200 W超聲波處理組豬肉的壓榨保水性高于其他處理組；與對照組相比，除100 W超聲波處理組外，不同超聲波功率解凍處理均能顯著降低豬肉的pH值和亮度值（L*）（P<0.05），且隨著超聲波功率的增大，各處理組樣品的pH值和L*均呈降低趨勢；500 W處理組豬肉的剪切力值顯著低于對照組（P<0.05），且隨著超聲波功率的增大，各處理組樣品的剪切力逐漸降低；對照組樣品的橫向弛豫時(shí)間T23峰面積顯著低于500 W超聲波處理組（P<0.05），各超聲波處理組樣品的T23峰面積比隨著超聲波功率的增大而增加；樣品中水溶性蛋白質(zhì)和鹽溶性蛋白質(zhì)的含量隨著超聲波功率的增大均呈下降趨勢。200 W的超聲波解凍功率是既能縮短解凍時(shí)間，又能減少豬肉品質(zhì)降低的最佳功率。

關(guān)鍵詞：超聲波解凍；靜水解凍；超聲波功率；豬肉品質(zhì)

Abstract： The aim of this study was to investigate the effect of ultrasonic thawing on pork quality and processing characteristics. Still water thawing （20 ℃） was used as control group， while ultrasonic thawing at five different powers （100， 200， 300， 400 and 500 W） were used as treatment group. The results showed that ultrasonic treatment shortened thawing time but increased thawing loss compared with the control group. Cooking loss increased with ultrasonic power， and the water-holding capacity of 200 W ultrasonic treatment was higher than the other treatment groups. But pH value and L* value were significantly lower in all treatment groups except the 100 W group than the control group （P < 0.05）， and they were inversely correlated with ultrasonic power. Ultrasonic treatment at 500 W caused a significant increase in shear force in comparison with the control group （P < 0.05）， and the shear force decreased with increasing ultrasonic power. Moreover， the transverse relaxation T23 peak area ratio in the control group was significantly lower than in the 500 W ultrasonic treatement group （P < 0.05）， and this parameter increased with ultrasonic power. Water-soluble and salt-soluble protein contents both decreased with the increase in ultrasonic power. The above results demonstrated that an ultrasonic power of 200 W was the optimal thawing condition to not only shorten thawing time but also lessen the deterioration of pork quality.

Key words： ultrasonic thawing； still water thawing； ultrasonic power； pork quality

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201711003

中圖分類號：TS251.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2017）11-0014-06

冷凍貯藏是保存肉類及肉類產(chǎn)品廣泛使用的方法，然而，由于肌球蛋白變性、機(jī)械損傷以及肌原纖維蛋白的交聯(lián)和聚集，肉品在冷凍、冷凍貯藏和解凍過程中仍然會(huì)發(fā)生質(zhì)量惡化，特別是質(zhì)地、風(fēng)味和色澤的變化[1]。凍結(jié)過程中冰晶的形成會(huì)破壞肉品的超微結(jié)構(gòu)，并濃縮溶質(zhì)，導(dǎo)致在細(xì)胞水平上發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)影響肉的物理質(zhì)量參數(shù)。冷凍肉質(zhì)量損失的程度取決于多種因素，包括凍融速率、解凍方法、貯藏溫度和溫度波動(dòng)[2]。解凍肉的品質(zhì)也由多種因素決定，包括相對空氣濕度、有效解凍時(shí)間和超聲波等不同解凍方法的選擇[3]。超聲波是在20 kHz～1 MHz頻率范圍內(nèi)超過人類聽覺范圍的聲波[4]，超聲波可以加快熱量和質(zhì)量傳遞，中斷聚集并破壞大分子鏈。彭登峰等[5]發(fā)現(xiàn)超聲波能夠提高蕎面碗托的解凍速率。Kissam等[6]的研究表明，1.5 kHz的超聲頻率可以使冷凍魚的解凍時(shí)間比單獨(dú)溫水解凍縮短71%，這可能是由于低頻、可聽見的聲音接近冰晶的共振頻率，能夠引發(fā)冰晶振動(dòng)，從而起到解凍的作用。余力等[7]發(fā)現(xiàn)超聲波解凍不僅能縮短解凍時(shí)間，還可以增加伊拉兔肉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類。馬超鋒等[8]將采用7 種超聲波功率的解凍處理與傳統(tǒng)的流水解凍方法相比，發(fā)現(xiàn)450 W的超聲波能較好地保持羅非魚片的品質(zhì)。endprint

大多數(shù)關(guān)于冷凍和解凍對肌肉蛋白質(zhì)物理化學(xué)變化的研究都集中在魚類和貝類，也有一些關(guān)于冷凍對紅肉影響的研究[9]。采用不同解凍方式處理樣品方面的研究較多，然而對于超聲波解凍，目前，不同超聲波功率對豬肉品質(zhì)的影響以及解凍過程中溫度的變化情況研究在國內(nèi)外均少有報(bào)道。本研究以-20 ℃冷凍的豬后臀肉為原料，20 ℃的靜水解凍為對照組，5 個(gè)不同超聲波功率解凍為處理組，探究不同超聲波功率對豬肉品質(zhì)的影響，為超聲波解凍方式在冷凍肉產(chǎn)品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬后臀肉（俗名豬后丘）購自黑龍江省大慶市當(dāng)?shù)爻?，為確保實(shí)驗(yàn)原料的一致性，所選豬后臀肉取自同一頭豬，且均選用純瘦肉，并在15 min內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

牛血清清蛋白 武漢市蓋云天生物技術(shù)有限公司；實(shí)驗(yàn)所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BCD-439WKK1FYM電冰箱 海信容聲冰箱有限公司；SB25-12DTD超聲波清洗儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；NMI20-Analyst核磁共振成像分析儀

蘇州紐邁電子科技有限公司；CR-400色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)控股公司；SPECORD 210 Plus紫外-可見分光光度計(jì) 德國耶拿分析儀器有限公司；HI 99163便攜式肉用pH計(jì) 意大利Hanna公司；TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；5417R離心機(jī) 德國Eppendorf公司；TR-52插入式溫度計(jì) 日本Thermo Recorder公司；AR223CN電子天平 美國奧豪斯儀器有限公司；KP-21C求積儀 深圳市英飛銘科技有限公司；VORTEX-5漩渦混合器 海門市其林貝爾儀器有限公司；DK-450B電熱恒溫水槽 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；FA25乳化均質(zhì)機(jī) 上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 豬肉凍結(jié)處理

取新鮮豬后臀肉，剔除筋膜，切成形狀相似（7 cm×8 cm×2 cm）、質(zhì)量相近（（150±5） g）的肉塊，隨機(jī)分成6 組，每組3 份肉樣。將插入式溫度計(jì)探頭插入肉樣中心，放入聚乙烯真空包裝袋中密封，將肉樣置于-20 ℃冰箱中冷凍48 h。

1.3.2 豬肉解凍處理

豬肉冷凍結(jié)束后，以20 ℃靜水解凍作為對照組，將其他5 組肉樣在室溫下置于超聲波清洗儀中解凍，超聲波頻率40 kHz，功率分別為100、200、300、400、500 W，豬肉中心溫度達(dá)到0 ℃時(shí)為解凍終點(diǎn)，解凍結(jié)束后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3.3 指標(biāo)測定

1.3.3.1 解凍時(shí)間與肉樣中心溫度之間的關(guān)系

記錄解凍過程中解凍時(shí)間和肉樣中心溫度的變化，繪制肉樣中心溫度隨解凍時(shí)間變化的曲線。

1.3.3.2 汁液損失率

解凍前將肉樣從真空包裝袋中取出，稱質(zhì)量；完全解凍之后，用Whatman 2號濾紙將肉樣表面的汁液擦干，再次稱質(zhì)量。按照公式（1）計(jì)算汁液損失率。

式中：m1為樣品解凍前的質(zhì)量/g；m2為樣品解凍后的質(zhì)量/g。

1.3.3.3 蒸煮損失率

參照Yu等[10]的方法，順著肌原纖維方向從已經(jīng)解凍好的肉樣中取樣80 g左右，稱質(zhì)量；將肉樣放入透明蒸煮袋中，80 ℃水浴加熱至中心溫度為75 ℃，保持30 min，取出后冷卻至室溫，4 ℃冷藏過夜，用濾紙將肉樣表面的水分擦干，再次稱質(zhì)量。按照公式（2）計(jì)算蒸煮損失率。

式中：m3為樣品蒸煮前的質(zhì)量/g；m4為樣品蒸煮后的質(zhì)量/g。

1.3.3.4 壓榨保水性

準(zhǔn)確稱取300 mg肉樣，置于Whatman 2號濾紙上，放置于2 塊有機(jī)玻璃之間，對其加壓3 min，有部分水分被排出，用黑色記號筆將擠壓的肉樣面積和壓榨出的水分面積畫出，使用求積儀測定擠壓的肉樣面積和壓榨出的水分面積。按照公式（3）計(jì)算保水性。

式中：S1為擠壓肉樣的面積/mm2；S2為壓榨后的水分面積/mm2。

1.3.3.5 pH值

采用經(jīng)過電極校正液校正的手持便攜式pH計(jì)，將電極插入肉樣中心，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)值。

1.3.3.6 色澤

在完全解凍的肉樣中切出一個(gè)橫截面，使用經(jīng)過白板校正的色差儀對肉樣進(jìn)行亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*）測定。

1.3.3.7 剪切力

參照Hope-Jones等[11]的方法，用直徑1 cm的中空取樣器沿蒸煮后肉樣的肌原纖維方向取樣（注意避開筋腱），利用質(zhì)構(gòu)儀的HDP/BS探頭沿垂直肌原纖維方向測定每個(gè)肉柱的剪切力。參數(shù)設(shè)定為：測試速率5 mm/s，觸發(fā)力5 g，載重物30 kg。

1.3.3.8 水分分布

參照Gao Tian等[12]的方法，準(zhǔn)確稱取2 g剔除筋膜的解凍豬肉，置于直徑1.5 cm的核磁管中進(jìn)行測定。采用低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）成像分析儀的Q-CPMG隊(duì)列進(jìn)行橫向弛豫時(shí)間（T2）測定，測定參數(shù)：測試溫度32 ℃，共振頻率22 MHz，時(shí)間常數(shù)（τ）0.15 ms，重復(fù)間隔時(shí)間3 000 ms，模擬增益20。

1.3.3.9 水溶性蛋白含量

準(zhǔn)確稱取3 g肉樣，置于50 mL離心管中，加入18 mL蒸餾水，14 000 r/min條件下均質(zhì)2 min，1 500×g條件下離心10 min；取上清液，用雙縮脲方法測定水溶性蛋白含量。

1.3.3.10 鹽溶性蛋白含量

將1.3.3.9節(jié)中的上清液棄去，向離心管中的沉淀中加入18 mL 3%的NaCl，14 000 r/min條件下均質(zhì)2 min，1500×g條件下離心10 min；重復(fù)離心3 次后取上清液，用雙縮脲方法測定鹽溶性蛋白含量。endprint

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件中的單因素方差分析法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯著性水平設(shè)為P=0.05；采用Origin 2016軟件進(jìn)行繪圖。各項(xiàng)指標(biāo)均重復(fù)測定3 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同超聲波功率解凍對豬肉解凍時(shí)間及持水能力的影響

在肉類加工中，縮短原料肉的解凍時(shí)間不僅可以提高解凍設(shè)備的使用率，還可以提高工作效率，從而影響經(jīng)濟(jì)效益，因此在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。

由圖1可知，無論是靜水解凍還是不同超聲波功率解凍處理，樣品在前5 min內(nèi)的溫度上升較快，中心溫度越接近0 ℃，其溫度上升速率越慢；超聲波解凍所用時(shí)間顯著少于靜水解凍，隨著超聲波功率的不斷增大，所用解凍時(shí)間也逐漸縮短。

由表1可知，超聲波解凍處理肉樣的汁液損失率與靜水解凍有顯著差異（P<0.05），并且隨著超聲波功率的增大，解凍后的汁液損失增多，與Lagerstedt[13]、Jeong[14]、Hergenreder[15]等的研究結(jié)果一致。這可能是由于當(dāng)超聲波作用于固液系統(tǒng)時(shí)，空化氣泡崩潰不同于純液體體系，由于鄰近固體表面，氣泡通常不對稱折疊，這會(huì)使流體涌入氣泡，當(dāng)邊界層被破壞時(shí)，這種效應(yīng)使固體表面熱量快速傳遞，導(dǎo)致介質(zhì)溫度升高，減少其解凍時(shí)間。在任何用于延長肉類保質(zhì)期的包裝系統(tǒng)中，特別是在真空系統(tǒng)中，汁液損失是不可避免的[16]。然而，超聲處理使解凍肉的pH值較低，較低的pH值也可能導(dǎo)致更多的汁液損失[17]。

肌肉的蒸煮損失增加可能導(dǎo)致較低的消費(fèi)者可接受性。隨著超聲波功率的增大，肉樣的蒸煮損失率增大，這可能是肌球蛋白變性增加的結(jié)果[18]，超聲波導(dǎo)致的蛋白質(zhì)的其他氧化情況變化也降低了樣品的持水能力，使蒸煮損失變大[19]。

保水性是豬肉非常重要的品質(zhì)和加工特性。保水性越好，肉的持水量越大，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。200 W超聲波處理組樣品的壓榨保水性顯著高于靜水處理組和400、500 W超聲波處理組（P<0.05），但與100、300 W超聲波處理組沒有顯著差異，且除了200 W超聲波處理組外，其他各處理組間沒有顯著差異。凍融過程中肌肉細(xì)胞內(nèi)外形成冰晶的數(shù)量和大小不同，導(dǎo)致細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整性受到損傷，從而降低肉的保水性。超聲解凍也可能引起蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致肉的結(jié)構(gòu)改變，降低其保水能力[20]。采用較低功率超聲波解凍的樣品比靜水解凍和大功率超聲波解凍有較高的壓榨保水性，因此對于保水性而言，低功率超聲波解凍可能更為有利。

2.2 不同超聲波功率解凍對豬肉pH值的影響

由圖2可知，除100 W超聲波處理組外，不同超聲波功率解凍處理組豬肉樣品的pH值與靜水解凍組相比均顯著降低（P<0.05）；隨著超聲波功率的增加，樣品的pH值降低，但100 W和200 W超聲波處理組間沒有顯著差異，200、300、400、500 W超聲波處理組間也沒有顯著差異（P>0.05），這可能是由于pH值是衡量溶液中游離氫離子（H+）濃度的量度，隨著超聲波功率的增大，肌肉中肌原纖維被破壞的程度增大，汁液滲出量的增加使H+釋放，導(dǎo)致pH值降低。也可能是由于超聲波處理造成肌肉組織的汁液損失，使溶質(zhì)濃度增加，從而導(dǎo)致pH值降低[21]。

2.3 不同超聲波功率解凍對豬肉色澤的影響

豬肉的色澤對于其外觀和消費(fèi)者可接受性起著重要作用。由表2可知，靜水解凍組豬肉樣品的L*顯著大于除100 W超聲波處理組外的其他超聲波處理組

（P<0.05），而隨著超聲波功率的增加，各超聲波處理組樣品的L*呈降低趨勢。靜水解凍組樣品的a*顯著大于除100、200 W超聲波處理組外的其他超聲波處理組（P<0.05），各超聲波處理組間a*的變化趨勢與L*相同。這可能是由于超聲處理改變了肉的微觀結(jié)構(gòu)，使其L*降低；解凍期間，隨著超聲波功率的增大，肌紅蛋白分子的部分球蛋白變性，導(dǎo)致色素降解，使a*降低。但本研究所得a*的變化趨勢與Huff-Lonergan等[17]的研究結(jié)果不一致，這可能是由于所用禽肉不同。劉雪梅等[22]研究不同解凍方法對速凍草莓品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理也能夠使其a*降低。

除200 W超聲波處理組外，其他各處理組樣品間的b*沒有顯著差異，200 W超聲波處理組樣品只與500 W處理組間有顯著差異，沒有顯示出規(guī)律性的變化。一般來說，與鮮肉相比，肉品的色澤變化可能發(fā)生在冷凍貯藏和解凍期間的脂質(zhì)氧化和色素降解過程[23]。

2.4 不同超聲波功率解凍對豬肉嫩度的影響

從消費(fèi)者決策重復(fù)購買來說，肌肉嫩度被認(rèn)為是最重要的品質(zhì)屬性。由圖3可知，靜水解凍組樣品的剪切力顯著高于500 W超聲波處理組（P<0.05），而隨著超聲波功率的增加，各超聲波處理組樣品的剪切力逐漸降低。這可能是由于超聲波功率增大時(shí)，其聲能轉(zhuǎn)化為更大的機(jī)械能，增大了冰晶對膜的損壞程度，從而減少了剪切肉所需的力[24]。由于豬肉細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷，溶酶體和蛋白酶的釋放以及升高的溫度導(dǎo)致肌肉蛋白變性也可以解釋硬度的降低[25]。短時(shí)間超聲波處理可以使細(xì)胞破碎，從而釋放溶酶體，它們可能參與了蛋白質(zhì)的分解，導(dǎo)致小肽的增多，從而使肉的嫩化程度增加。鐘賽意等[26]用超聲波處理牛肉，發(fā)現(xiàn)其能夠較好地改善肌肉組織的質(zhì)構(gòu)，與本研究結(jié)果一致，證實(shí)了超聲波能夠增加豬肉嫩度這一結(jié)論。

2.5 不同超聲波功率解凍對豬肉水分分布的影響

水在肉中主要以結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水3 種形式存在，傳統(tǒng)方法無法對水分的流動(dòng)性以及其在肉中的分布狀態(tài)進(jìn)行檢測，LF-NMR能夠檢測出水的上述3 種存在形式。由圖4可知，T2弛豫時(shí)間曲線上出現(xiàn)了3 個(gè)峰，其中與蛋白質(zhì)結(jié)合緊密的是T21，表示結(jié)合水，弛豫時(shí)間0～10 ms，在解凍的肉樣品中占總水分的1%～4%。位于肌原纖維蛋白質(zhì)基質(zhì)上的是T22，表示不易流動(dòng)水，弛豫時(shí)間在10～100 ms之間，是肉類中水分的主要存在形式，占總含水量的90%以上。第3個(gè)峰為T23，表示自由水，弛豫時(shí)間最長（100～400 ms），并且是肉中流動(dòng)性最大的一部分水[27]。endprint

由表3可知，靜水解凍處理組樣品的T21、T22峰面積比與超聲波處理組相比均沒有顯著差異（P>0.05）；靜水解凍處理組T23的峰面積比顯著低于500 W超聲波處理組，各超聲波處理組樣品的T23峰面積比隨著超聲波功率的增大而增加。這表明解凍豬肉中自由水的含量隨著超聲波功率的增大而升高，從而導(dǎo)致其保水性降低，這與本研究中樣品的壓榨保水性和汁液損失率的變化趨勢相對應(yīng)。自由水含量隨超聲波功率的增大而增加可能是由于超聲波功率增大時(shí)，其產(chǎn)生的聲空化作用增強(qiáng)，破壞了肉中的肌原纖維結(jié)構(gòu)，使不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化為自由水，導(dǎo)致汁液損失增加，肉的保水性下降。

2.6 不同超聲波功率解凍對豬肉蛋白質(zhì)溶解性的影響

水溶蛋白和鹽溶蛋白對肉的加工品質(zhì)有很大影響，特別是在保水性和凝聚性方面有重要貢獻(xiàn)[28]。由表4可知，靜水解凍處理組樣品的水溶性蛋白質(zhì)含量除顯著高于500 W超聲波處理組（P<0.05）以外，與其他超聲波處理組沒有顯著差異；而隨著超聲波功率的增大，各超聲波處理組樣品的水溶性蛋白質(zhì)含量呈下降趨勢。鹽溶性蛋白質(zhì)含量的變化趨勢與水溶性蛋白質(zhì)一致，其原因可能是隨著超聲波功率的增大，其產(chǎn)生的機(jī)械作用增強(qiáng)，熱效應(yīng)增加，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而使其含量降低。Vieira等[29]的研究表明，冷凍能夠?qū)е骡}泵活性的顯著降低和Mg2+-乙二醇雙（2-氨基乙基醚）四乙酸（glycol-bis-（2-aminoethylether）-N，N，N，N-tetraacetic acid，EGTA）-ATP酶活性的顯著增加，從而導(dǎo)致肌球蛋白和肌鈣蛋白-原肌球蛋白復(fù)合物變性，解凍后其含量降低。楊波等[30]研究發(fā)現(xiàn)，通過增大超聲波功率能夠使水溶蛋白含量下降，與本研究的結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，隨著超聲波功率的增加，解凍后豬肉的pH值呈下降趨勢，pH值降低導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解度降低，使其形成沉淀也可以解釋其蛋白質(zhì)含量的下降。

3 結(jié) 論

與靜水解凍相比，超聲波解凍處理可以縮短冷凍豬肉的解凍時(shí)間，且隨著超聲波功率的增大，豬肉的剪切力值降低，有利于提高肉的嫩度，豬肉的pH值隨著超聲波功率的增大而下降，有利于抑菌作用；然而豬肉樣品的解凍汁液損失率、蒸煮損失率、壓榨保水性、L*、a*、水溶性蛋白質(zhì)和鹽溶性蛋白質(zhì)含量均隨著超聲波功率的增加而呈下降趨勢；超聲波處理組樣品的T23峰面積比隨著超聲波功率的增大而增大，肉的品質(zhì)特性降低。200 W超聲波解凍是既能縮短解凍時(shí)間，又能減少豬肉品質(zhì)降低的最佳功率。

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