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标题

牛肉的超声波快速腌制与嫩化工艺优化

范文

摘要：采用可控温的三频段超声波处理机，以牛肉为研究对象，以腌制牛肉样品的蒸煮损失、亚硝酸钠渗透深度、氯化钠含量和剪切力为测定指标，以静止湿腌肉样为对照，研究不同超声处理条件对牛肉腌制与嫩化效果的影响。选择超声频率分别为22、28、40 kHz，超声功率分别为180、240、300 W，腌制温度分别为6、8、10 ℃，处理时间分别为30、60、90、120、150、180、210、240 min，进行单因素试验，再以剪切力和亚硝酸钠渗透深度为测定指标，通过L9（34）正交试验对牛肉的超声波快速腌制工艺条件进行优化。结果表明：超声频率28 kHz、超声功率180 W、超声温度8 ℃、超声时间180 min条件下牛肉的保水性和嫩度最优，与静止湿腌相比，超声波腌制速率大大提高，腌制时间缩短了1/3，牛肉嫩度提高了38%。

关键词：超声波；牛肉；快速腌制；嫩度；蒸煮损失；剪切力

Abstract： In this paper， a temperature-controllable ultrasonic processor with three frequency bands was adopted to cure and tenderize beef. The effect of ultrasonic conditions on cooking loss， nitrite penetration， NaCl content and shearing force of cured beef was examined using wet cured beef obtained under static conditions as a control. One-factor-at-a-time experiments were conducted with four independent variables： ultrasonic frequency （22， 28 and 40 kHz）， powers （180， 240 and 300 W） and curing temperature （6， 8 and 10 ℃）. Then these variables were optimized using an orthogonal array of

L9 （34） with nitrite penetration and shearing force as responses. Curing at 8 ℃ with ultrasonic treatment at 28 kHz and 180 W

for 180 min was found to be the optimal conditions to considerably increase curing rate and shorten curing time by one-third， and improve meat tenderness by 38% compared with the control.

Key words： ultrasonic； beef； rapid curing； tenderness； cooking loss； shear force

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712005

中圖分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2017）12-0023-07

引文格式：

付丽，郑宝亮，高雪琴，等. 牛肉的超声波快速腌制与嫩化工艺优化[J]. 肉类研究， 2017， 31（12）： 23-29. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712005. http：//www.rlyj.pub

FU Li， ZHENG Baoliang， GAO Xueqin， et al. Optimization of rapid ultrasonic-assisted curing and tenderization of beef[J]. Meat Research， 2017， 31（12）： 23-29. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712005. http：//www.rlyj.pub

随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们的饮食结构发生了极大的变化，牛肉成为日常饮食的重要组成部分[1]。酱牛肉是最传统的中式肉制品，具有肉质嫩滑、气味香浓、脂肪含量低、蛋白质含量高以及食用方便等优点，深受广大消费者的喜爱。腌制是酱牛肉加工及贮藏过程中广泛采用的重要工艺，腌制不仅可以延长酱牛肉的货架期、改善产品风味、提高产品的多汁性和嫩度[2-4]，同时腌制也是决定产品品质优劣的重要环节[5]。传统的牛肉腌制方法包括干腌、湿腌及盐水注射滚揉腌制等。其中，干腌法的腌制时间较长，一般需要1 周左右，生产效率较低，且腌制过程中产品品质不易控制，容易出现腐败变质、腌制不均匀、失重大或色泽差等问题[6]；湿腌法使牛肉中的营养流失严重，且产品水分含量较高，不易保藏[7]，腌制液渗透速率较慢，一般每千克牛肉需要2～2.5 d才能使肉内盐含量达到1.6%～2.2%[8]。目前，企业普遍采取盐水注射结合滚揉的方法进行牛肉腌制，虽然此方法缩短了腌制时间，但对牛肉的组织结构破坏较大[9]，这在一定程度上制约了传统酱牛肉的现代化和工业化生产。为提高酱牛肉的生产效率和产品质量，提高企业竞争力，开发新型、快速的牛肉腌制方法成为当前的研究热点[10]。

超声波是频率高于16 kHz，且不会引起人类听觉的一种机械弹性波[11]，其产生的机械弹性振动波的空化作用和机械作用[12-13]可以改变肌肉组织的微观结构，使肌肉纤维松散，激活肉中某些酶与细胞参与生物化学反应的活性，促进氯化钠的渗透与扩散[14]和盐溶性蛋白质的溶出，从而缩短腌制时间，同时可以提高产品品质，且不会影响产品的感官特性[15]。Llull等[16]发现超声腌制是一种可靠且非破坏性的腌制方法。另外，超声处理还可以在一定程度上破坏肌纤维，促进肉的嫩化[17-18]。20世纪90年代以来，我国就有将超声波应用于肉品加工的相关报道[19]。目前，国内外学者对于牛肉的超声波快速腌制技术的研究也越来越多，但由于受到超声设备的限制，研究多集中在1～2 个频率或功率，研究不够系统；另外，超声处理过程中经常会导致肉温的升高[20]，影响超声波技术在肉品腌制中的应用。

本研究采用可控制温度的三频段超声波处理机，以牛肉为研究对象，采用不同的超声频率、功率及温度对牛肉进行超声处理，研究超声处理对牛肉的腌制效果，采用单因素试验和L9（34）正交试验设计对腌制工艺进行优化，以期开发一种快速腌制牛肉的方法，大大提高生产效率，为企业的实际生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牛肉（黄瓜条）（0～4 ℃排酸成熟）河南伊赛牛肉股份有限公司；食盐、亚硝酸钠（均为食品级）、氯化钠、硝酸银和铬酸钾（均为分析纯）河南牧业经济学院食品工程学院畜产品研究室。

1.2 仪器与设备

WKS900B/3S三频超声波处理机江苏江大五棵松生物科技有限公司；CT-3质构仪美国Brookfield

公司；FA224电子天平上海舜宇恒平科学仪器有限

公司；HH·S 11-2-S电热恒温水浴锅上海新苗医疗器械有限公司；11050数字探针食品温度计美国Delta Trak公司；标刻游标卡尺沈阳量具刃具厂。

1.3 方法

1.3.1 肉样处理

将牛肉在洁净案板上剔除筋腱、脂肪组织及不可食用部分，切成200 g左右的肉块。单因素试验中，用于每个因素试验的样品均为48 块，随机选取其中24 块，置于装有质量分数为8%的食盐和0.013%的亚硝酸钠溶液的超声处理机反应器中，肉液质量比1∶3；另外24 块作为对照组肉样，置于装有同样腌制液的烧杯中。

1.3.2 单因素试验设计

1.3.2.1 不同频率超声处理对牛肉腌制效果的影响

将超声功率设定为300 W、盐水温度8 ℃。选择22、28、40 kHz 3 个频率进行实验，以8 ℃条件下的静态湿腌组作为对照。分别在腌制30、60、90、120、150、180、210、240 min时从每组样品中随机取3 块牛肉及部分腌制液，将肉块浸泡在腌制液中，于4 ℃冰箱中放置12 h，测定其蒸煮损失、氯化钠含量、亚硝酸钠渗透深度和剪切力4 个指标。将实验组的测定结果与对照组进行比较，选择牛肉腌制的最适超声频率。

1.3.2.2 不同功率超声处理对牛肉腌制效果的影响

将超声频率设定为28 kHz、盐水温度8 ℃。选择180、240、300 W 3 个功率进行实验，以8 ℃条件下的静态湿腌组作为对照。分别在腌制30、60、90、120、150、180、210、240 min时，按照1.3.2.1节中的方法取样和对样品进行蒸煮损失、氯化钠含量、亚硝酸钠渗透深度和剪切力4 个指标的测定。将实验组的测定结果与对照组进行比较，选择牛肉腌制的最适超声功率。

1.3.2.3 不同温度超声处理对牛肉腌制效果的影响

将超声功率设定为300 W、频率28 kHz。选择6、8、10 ℃ 3 个温度进行实验，以对应温度条件下的静态湿腌组作为对照。分别在腌制30、60、90、120、150、180、210、240 min时，按照1.3.2.1节的方法取样和对样品进行蒸煮损失、氯化钠含量、亚硝酸钠渗透深度和剪切力4 个指标的测定。将实验组的测定结果与对照组进行比较，选择牛肉腌制的最适超声温度。

1.3.3 正交试验设计

以超声频率、超声功率、超声时间和超声温度为试验因素，以剪切力和亚硝酸钠渗透深度为测定指标，根据单因素试验结果，采用L9（34）正交试验对超声波腌制牛肉的工艺条件进行优化。

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 蒸煮损失

参照李博文[21]、Farag[22]等的方法，并稍作修改。从腌制液中取出牛肉，用吸水纸将肉块表面的水吸干，用分析天平称量肉块质量后，放入70 ℃水浴锅中，至肉块中心温度达70 ℃时，保持10 min；取出冷却至室温，用吸水纸将表面水分吸干，再称其质量。蒸煮损失按照下式计算。

式中：m1为蒸煮前肉样的质量/g；m2为蒸煮后肉样的质量/g。

1.3.4.2 亚硝酸钠渗透深度

亚硝酸盐具有发色作用，肉样腌制时加入一定量的亚硝酸盐，其能与肌肉中的肌红蛋白结合生成暗红色的一氧化氮肌红蛋白，肉样蒸煮时呈现稳定的粉红色。根据蒸煮后肉块横切面邊缘粉红色的宽度可以判断亚硝酸钠的渗透深度，具体测定方法为：将处理好的肉样放入煮锅内，加热煮沸30 min后取出冷却至室温，沿肉样几何中心切开，用游标卡尺测量肉样4 个角及4 个边缘中间处粉红色的宽度，取其平均值，即为亚硝酸钠渗透深度。

1.3.4.3 剪切力

剪切力值是表示肌肉嫩度的指标，参照Chen Lin等[23]的方法，并稍作修改。将超声处理120 min的肉样用蒸煮袋包裹后，置于100 ℃的水浴锅内，煮至肉样中心温度为75 ℃，冷却至室温。沿肌纤维方向将肉块切开，取其中心部位，切成2 cm×1 cm×1 cm的肉条，利用CT-3质构仪测定样品的剪切力。测定参数：TA7/TA-VBJ探头，探头测试速率2 mm/s，质构分析（texture profile analysis，TPA）测试模式，目标形变50%（目标值3 000 g）。

1.3.4.4 氯化钠含量

将测定蒸煮损失后的肉样绞碎，按四分法取出40 g左右的肉样，用分析天平称取10 g左右，参考

GB 5009.44—2016《食品安全国家标准食品中氯化物的测定》[24]中的银量法测定肉样的食盐含量。

1.4 数据处理

每个样品均重复测定3 次，结果表示为平均值±标准差。采用SigmaPlot 12.5软件绘图，采用SPSS Statistics 20.0统计分析软件中的独立样本t检验对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同超声频率对牛肉腌制效果的影响

由图1可知，随着超声处理及腌制的进行，肉样的蒸煮损失均呈下降趋势，不同超声频率处理组肉样的蒸煮损失均显著低于对照组（P<0.01），这是由于超声波的空穴效应能够对肌肉纤维进行拉伸，使肌肉组织结构松散，从而提高肉的保水性。22 kHz处理组肉样的蒸煮损失显著高于28 kHz处理组（P<0.05）；从超声处理60 min开始，40 kHz处理组肉样的蒸煮损失显著低于其他组（P<0.05），超声处理90 min后与其他组差异极显著（P<0.01）。40 kHz处理组肉样的蒸煮损失在超声处理60 min时为30.48%，超声处理的前120 min迅速下降

（P<0.05），之后下降速率变缓；超声处理180 min时的蒸煮损失达到最低，为20.13%；超声处理时间超过180 min后，肉样的蒸煮损失有一定程度的回升，但变化不显著（P>0.05），这与李博文等[21]的超声过度对牛肉组织有一定程度的破坏，从而使肌肉纤维的保水能力下降的结论基本一致，也与冷雪娇等[25]的超声腌制时应选择适宜的超声频率和处理时间的结论一致。

小写字母不同，表示超声时间相同时不同处理组间差异显著（P<0.05）；大写字母不同，表示同一处理组、不同超声时间的差异显著（P<0.05）。下同。

由图2可知，超声处理30 min后，不同超声频率处理组肉样的氯化钠含量均显著高于对照组（P<0.05），且对照组肉样的氯化钠含量增加最为缓慢；22 kHz处理组肉样的氯化钠含量在超声处理的前90 min明显增加，之后的增加速率变缓；28、40 kHz处理组肉样的氯化钠含量增加较快，这与Siro[26]、McDonnell[3]等的结论一致，他们的研究表明，随着超声频率的增加，氯化钠渗透速率加快，超声效果也逐渐升高。40 kHz处理组肉样的氯化钠含量最高，且显著高于其他处理组

（P<0.05），超声处理前90 min增加显著（P<0.05），90～120 min的增加速率变缓，超声处理150 min后又开始迅速增加（P<0.05），尤其是180 min后极显著增加

（P<0.01），这说明一定频率的超声处理初期，氯化钠的渗透速率加快，当肉样中的氯化钠达到一定浓度时渗透速率变缓，当超声处理达到一定程度时，肉样的肌肉组织受到破坏，从而使氯化钠的渗透速率再次加快，与图1的结果一致。

由图3可知，随着超声处理时间的延长，肉样中亚硝酸钠的渗透深度均逐渐增加，且超声处理60 min后，超声处理组肉样的亚硝酸钠渗透深度均显著大于对照组

（P<0.01）。超声处理30 min时，各组肉样的亚硝酸钠渗透深度均无显著差异，超声处理60 min后，28、40 kHz处理组肉样的亚硝酸钠渗透深度显著大于22 kHz处理组（P<0.05），且40 kHz处理组肉样的亚硝酸钠渗透速率最快，180 min开始与其他处理组差异极显著

（P<0.01），表明超声频率越大，亚硝酸钠渗透地越快，与图2的结果一致。

由图4可知，22 kHz处理组肉样的剪切力与对照组差异不显著（P>0.05），这与McDonnell[3]、Lyng[27]等得出的低频率、短时间的超声处理对牛肉的嫩化效果仅限于表面，嫩化效果不明显的结论一致。28、40 kHz处理组肉样的剪切力显著低于对照组（P<0.05），这与Kang Dacheng等[28]得出的一定强度的超声处理可以破坏肌纤维的显微结构，并使肌原纤维断裂，从而提高牛肉嫩度的结论一致；28 kHz处理组肉样的剪切力最小

（P<0.01），40 kHz处理组肉样的剪切力与28 kHz处理组相比有所增加，这与Ozuna等[29]得出的高强度超声处理能够增加牛肉的盐分含量，从而使牛肉硬度有所增加的结论一致。因此，在本研究选择的3 种超声频率中，40、28 kHz的超声频率对牛肉均有较好的嫩化效果。

2.1.2 不同超声功率对牛肉腌制效果的影响

由图5可知，随着超声处理及腌制的进行，所有组肉样的蒸煮损失均呈下降趋势，且超声波处理组肉样的蒸煮损失均显著低于对照组（P<0.05），与Kang Dacheng[28]得出的随着超声功率的增加及超声时间的延长，牛肉的腌制和嫩化效果变好的结论一致。180、240 W超声波处理组肉样的蒸煮损失在30～150 min的下降速率较快，之后趋于平缓；300 W超声波处理组肉样的蒸煮损失在120 min前快速下降，下降速率变慢。300 W超声波处理组肉样的蒸煮损失最少（P<0.05），保水效果最好，腌制30 min时的蒸煮损失为36.83%，120 min时为29.57%，减少了19.71%，与冷雪娇[25]、Stadnik[30]等得出的一定强度的超声波处理可以改变肌肉组织的微观结构，使肌纤维断裂，提高肉的保水性的结论一致。

由圖6可知，超声功率越大，肉样的氯化钠含量越高，对照组肉样的氯化钠含量增加最为缓慢，超声波处理组肉样的氯化钠含量均显著高于对照组（P<0.05），尤其是超声处理60 min后差异极显著（P<0.01），说明超声波处理对盐分的渗透具有明显的促进作用。对照组肉样的氯化钠含量变化较缓慢，说明氯化钠的渗透速率较慢。240、300 W超声波处理组肉样的氯化钠含量升高趋势基本相同，300 W处理组肉样的氯化钠含量显著高于240 W处理组（P<0.05），且2 组肉样的氯化钠含量均高于180 W处理组（P<0.01），这与McDonnell[3]得出的随着超声功率的增强和超声处理时间的延长，氯化钠的渗透速率加快的结论一致。

由图7可知，随着超声处理时间的延长，肉样的亚硝酸钠渗透深度均逐渐增加，且超声处理组的增加速率明显大于对照组，说明超声波处理可以显著加快腌制液的渗透速率。超声波处理组中，300 W处理组肉样中的亚硝酸钠渗透最快，且与240、180 W处理组相比差异极显著（P<0.01）；180 W处理组肉样中的亚硝酸钠渗透速率显著低于240 W处理组（P<0.01），这是由于超声能量低时，腌制液渗透较慢，随着超声功率的增大和处理时间的延长，牛肉的组织结构变得松散，亚硝酸钠的渗透深度增加；300、240 W处理组肉样在腌制60～120 min之间的亚硝酸钠渗透速率增加较快（P<0.01），之后变缓，腌制210 min后又开始显著增加（P<0.05）；180 W处理组肉样在超声处理的前180 min渗透速率显著增加（P<0.05），之后变化趋于平缓，超声处理210 min后也开始显著增加（P<0.05），这同样说明超声功率越大时的作用效果越好，牛肉的腌制速度越快。

由图8可知，经超声波处理后牛肉的剪切力显著低于对照组（P<0.01），这与Siro[26]、Stadnik[30]、Alarcon-Rojo[31]等的结论一致，他们的研究表明，一定强度的超声波处理产生的空穴效应使肌原纤维在Z线处断裂，肌肉结构组织变得松散，能够对牛肉起到很好的嫩化作用。不同超声功率处理组肉样的剪切力差异不显著

（P>0.05），但300 W处理组肉样的嫩度优于其他2 组，与Kang Dacheng[28]的研究结果基本一致。

2.1.3 不同超声温度对牛肉腌制效果的影响

由图9可知，随着超声处理的进行，肉样的蒸煮损失均呈下降趋势，不同温度处理组肉样的蒸煮损失均低于对照组，且差异极显著（P<0.01）。6、8 ℃处理组肉样的蒸煮损失在超声处理30～120 min之间降低较快

（P<0.01），120 min之后变化趋于平缓，180 min时又开始显著降低（P<0.05）。10 ℃处理组肉样的蒸煮损失显著低于其他处理组（P<0.01），超声处理30～180 min时的蒸煮损失变化较快，180 min时降至26.7%，与相同超声频率肉样的蒸煮损失（图1，28.9%）相比有所下降，说明温度对超声处理的效果具有重要作用；超声处理180～210 min时的蒸煮损失又出现上升，说明超声过度使肉组织受到一定程度的破坏，这与图1和图5的结论基本一致。

由图10可知，不同超声温度处理组肉样的氯化钠含量均高于对照组，且差异极显著（P<0.01）。随着超声温度的升高，氯化钠的渗透速率加快，说明温度对腌制液的渗透具有很好的促进作用。8、10 ℃处理组肉样的氯化钠含量在腌制的前90 min增加极显著（P<0.01），90～180 min之间变化趋于平缓，180 min之后又开始极显著增加（P<0.01），这与图2和图6的结果基本一致。

由图11可知，随着超声时间的延长，肉样的亚硝酸钠渗透深度逐渐增加，且3 个温度超声波处理组肉样的亚硝酸钠渗透速率增加较快，尤其是8、10 ℃处理组，而对照组肉样的渗透速率较缓慢。处理30 min时，超声处理组肉样的亚硝酸钠渗透深度与对照组无显著差异

（P>0.05）；处理60 min时，8、10 ℃超声处理组肉样的亚硝酸钠渗透深度显著大于对照组（P<0.01）；6 ℃超声处理组肉样的亚硝酸钠渗透深度在处理90 min后也显著大于对照组（P<0.05），这说明超声处理能明显加快腌制液的渗透速率，且随着超声温度的升高，渗透速率不断加快。

由图12可知，相同频率、相同功率条件下，超声温度对牛肉剪切力有不同程度的影响。与对照组相比，经超声处理的肉样肌肉剪切力极显著降低（P<0.01）；不同超声温度条件下肉样的剪切力均差异极显著

（P<0.01），其中8 ℃条件下肉样的剪切力最小，说明在此条件下进行超声处理对肉样具有很好的嫩化效果，这是由于8 ℃条件下有利于肌肉中盐溶性蛋白的溶出，可以提高肉的嫩度和保水性。

综上所述，一定程度的超声处理能使肌肉组织结构变得松散，从而提高肉的保水性和嫩度，这与Saleem等[32-33]

的结论一致；超声处理还可以加快氯化钠和亚硝酸钠的渗透速率。超声频率为40 kHz、超声时间为180 min时，牛肉的腌制效果较好；超声功率越大，腌制速率越快，牛肉的嫩化效果越好，300 W条件下超聲处理120 min后，牛肉的蒸煮损失、氯化钠含量和亚硝酸钠渗透深度的变化趋于平稳，剪切力较小，嫩化效果较好；腌制温度8 ℃条件下有利于盐溶性蛋白的析出，对牛肉的嫩化有促进作用，且腌制效果理想，这与刘新玲等[19]的研究结论不太一致，这是由于牛肉的肌纤维构成及组织结构与猪肉存在差异。

2.2 正交试验结果

剪切力主要用于反映超声处理对牛肉嫩化的效果，亚硝酸钠渗透深度主要用于反映超声处理对牛肉腌制的效果。根据单因素试验结果，超声处理对牛肉腌制和嫩化均具有一定作用，为优化出同时适于牛肉腌制和嫩化的超声处理条件，将剪切力和亚硝酸钠渗透深度的比重分别定为50%，进行正交试验。由表1～2可知，4 个因素对牛肉腌制效果的影响主次关系为A>C>D>B，其中超声频率对牛肉腌制效果的影响最大，其次为超声温度和超声时间，超声功率的影响最小。超声波腌制牛肉的最优工艺条件为A2B1C2D3，即超声频率28 kHz、超声功率180 W、超声温度8 ℃、超声时间180 min。

3 结论

本研究开发出了一种牛肉的超声波快速腌制方法。超声波的机械振动可以在一定程度上破坏肌肉纤维，减小腌制液向肉品内部渗透的阻力，腌制液的扩散和渗透加快，且对肉样起到很好的嫩化作用。超声频率28 kHz、超声功率180 W、超声温度8 ℃、超声时间180 min条件下的腌制效果最好。与静止湿腌相比，超声波腌制节约了1/3的腌制时间，牛肉嫩度提高了38%。

超声波技术在肉品加工中除了可以用于肉的腌制和嫩化外，还广泛用于肉的解冻、煮制、杀菌以及一些成分的提取等过程中，关于超声波技术在这些方面的应用还有待进一步研究。

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