高壓水沖擊波加工在改善肉類品質(zhì)方面的應用

王 琦，靳 燁

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

高壓水沖擊波加工在改善肉類品質(zhì)方面的應用

王 琦，靳 燁*

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

HDP（Hydrodynamic pressure processing）技術是一項用于改善肉品嫩度、提高肉品安全性、延長肉品貨架期的新興技術。HDP技術通過使肌肉結構物理性斷裂從而使肉得到嫩化，并且它作為一種非熱處理可殺死肉中非致病細菌，降低肉中微生物菌落數(shù)，從而延長肉品的貨架期。

高壓水沖擊波加工技術，肉品，嫩化，安全性

高壓水沖擊波加工即HDP技術，俗稱水下爆炸技術，是指在水下引發(fā)炸藥發(fā)生爆炸后利用其產(chǎn)生的高能沖擊波來改善肉的嫩度和安全性［2］。去骨原料肉中含有一定量的水分和非溶解空氣，水分的含量占到75%以上，因此去骨原料肉和水一樣具有一定的壓縮功能和聲學特性。在水下的高能沖擊波遇到具有不同聲學特點的物體就會發(fā)生反射，因此，去骨原料肉非常適合用HDP技術進行嫩化處理。其具體的操作過程是：將真空封裝好的肉置于充滿水的直徑約1.22m，容量為1060L由吸震緩沖架支撐著的不銹鋼桶內(nèi)，裝肉完畢后即在桶內(nèi)適宜位置填裝適量炸藥，然后封蓋并鎖緊設有防護扣的圓拱形蓋，引爆炸藥后HDP操作即可完成，經(jīng)過HDP處理的肉質(zhì)瞬間由韌變嫩［2］。此爆炸必須是在充滿水的密封容器中進行，高能炸藥在水下引爆后能產(chǎn)生一個超音速的沖擊波，這個沖擊波通過液體媒介和真空包裝最終作用于待處理的肉樣。沖擊波在不到1ms的時間內(nèi)產(chǎn)生70～100MPa的壓力，瞬時作用于待處理的肉樣，使得肉由韌變嫩。其作用原理簡單的來說就是利用爆炸產(chǎn)生的流體的動力對液體中的固形物施加一個瞬間壓力，利用這個壓力使得肉的嫩度得到改善并且有滅菌作用，提高了肉品的安全性。盡管Batsanov對沖擊波引起的溫度升高之間關系的研究表明，壓力每升高100MPa可導致溫度升高2～3℃，但壓力的釋放也會導致溫度的下降，且產(chǎn)生的壓力小于100MPa，水和肉的溫度基本沒有升高，因此HDP技術又是一種非熱處理過程［17］。目前廣泛使用的HDP發(fā)生裝置主要有三種，一種是較大的塑料桶形容器（Plasitic explosive container，PEC），在塑料容器底部設置一個鋼質(zhì)的反射盤，肉放置在鋼制反射盤上，將炸藥吊在容器中央之后用蓋子將桶封閉。另一種是一個固定的具有商業(yè)雛形容量為1060L的鋼制容器，此容器中可安裝4個或者8個沖擊波緩沖吸收器，還有一種是一個固定的實驗型容量為54L的鋼制容器。

1 HDP技術對肉的嫩化作用

HDP技術可用于肉的嫩化是由Solomon和Long在1995年首次經(jīng)過實驗提出的［2］。經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有很多有關用HDP技術改善肉嫩度的報道。肉的嫩度是一個復雜的風味特性，它很大程度上受到尸僵后酮體的收縮狀況、肌肉蛋白的水解作用、肌纖維微觀組織結構的完整性和結締組織的多少，以及他們之間相互作用的影響。肉的嫩度同時也代表了肉的品質(zhì)和質(zhì)地，決定著肉的烹調(diào)和加工后最終的感官品質(zhì)，是消費者選擇肉和肉制品的首要衡量標準。

HDP技術對肉質(zhì)嫩化的作用原理是由于高壓沖擊波把大多數(shù)肌纖維結構打斷使肌纖維物理性斷裂，肉質(zhì)剪切力就會隨之減小。1998年Solomon的研究小組首次證明了HDP技術的嫩化作用是使肌原纖維結構、肌肉的完整性和結締組織復雜性破壞而得以產(chǎn)生的［4］。Zukerman和 Solomon（1998），Eastridgu和Zukerman等（1997）都曾經(jīng)利用電子傳感顯微鏡觀察證明：HDP技術之所以能使肉嫩化是由于它能夠把肌纖維結構中的肌節(jié)打斷［4］，這項研究結果目前已經(jīng)得到國外諸多學者的普遍肯定。Bowker等人對Brahman牛腿肉進行HDP處理后用SDS-PAGE法測定肌原纖維碎片中蛋白質(zhì)的含量，結果表明經(jīng)HDP處理后肌原纖維中蛋白質(zhì)的含量也有顯著增加（P＜0.05），增加了100～110kDa［19］。

有實驗表明：若借助于HDP技術對肉進行嫩化處理，可將比較韌的生鮮肉原有的最小極限剪切力值6～8kg瞬間降至3～4kg或更小。經(jīng)過電子顯微鏡觀察，以HDP技術處理過的生鮮肉的肌纖維橫、豎組織有60%～80%的已裂開。而通常情況下，肌纖維只要有20%的斷裂程度，肉質(zhì)就已經(jīng)達嫩化標準［2］。Solomon等人對冷卻牛排以及解凍牛排進行HDP處理實驗，其結果表明經(jīng)HDP技術處理后的冷卻牛排以及解凍牛排的嫩度都有顯著的增加（P＜0.05），不經(jīng)HDP處理的冷凍牛排的剪切力為6.5kg，經(jīng)HDP處理后剪切力可下降到3.6kg，經(jīng)HDP處理的解凍牛排的剪切力也可比對照組下降2.9kg［15］。Callahan等利用不銹鋼反射容器對牛半腱肌進行HDP處理，結果表明其嫩度有明顯的改善，下降了0.37kg（P＜0.05）。這些結果都表明，HDP技術是一種非常有效的嫩化肉質(zhì)的方法［3］。

2 HDP技術在改善肉的安全性方面的應用

通常用的肉類保鮮工藝（例如：加熱、冷凍、干燥、腌制、發(fā)酵、使用化學防腐劑）會影響到產(chǎn)品的新鮮度和品質(zhì)。目前在肉品保鮮方面大多數(shù)商家都添加人工合成防腐劑，這些防腐劑大多數(shù)都是通過延緩或完全抑制食品中的腐敗或病原微生物而起到保鮮作用的。隨著生活水平的提高，消費者更傾向于購買一些新鮮的、防腐劑添加量少的、安全性更高的肉制品。在過去的幾年中，為了滿足消費者對于新鮮、高品質(zhì)、安全的食品的需求，曾出現(xiàn)過一些非熱處理技術。這些技術必須對致病菌和腐敗菌有致命的傷害，同時還必須能保持食品的新鮮度。但是往往這些方法都存在著一些局限性，有的成本太高，有的對肉質(zhì)的改善效果不穩(wěn)定，有的添加劑則對肉的風味有影響。而HDP處理技術作為一種非熱處理，為同時提高肉安全性和品質(zhì)提供了新的途徑。

隨著HDP技術在肉質(zhì)嫩化技術中研究的不斷深入，對HDP技術殺菌作用的研究也取得了一些成果。Williams-campbell和Solomon通過傳統(tǒng)的微生物計數(shù)法對經(jīng)過HDP技術處理后的碎牛肉和燉牛肉中的腐敗菌數(shù)量進行檢測，結果表明HDP可以使碎牛肉和燉牛肉片中的腐敗菌從 1logcfu/g下降到2.5logcfu/g，且經(jīng)過HDP處理后的燉牛肉的風味與對照組（未經(jīng)任何處理）牛肉沒有差別。隨后Williams-Campbell又測量了經(jīng)過HDP技術處理后的碎牛肉、整塊牛肌和豬肉中的腐敗菌的數(shù)目，結果表明：用HDP處理碎牛肉、整塊牛肌和豬肉中的腐敗菌可下降2logcfu/g～3logcfu/g［8］。Patel等利用更精確的方法——實時分子標記PCR法，快速檢測經(jīng)HDP處理后雞肉中的沙門氏菌的數(shù)目，結果表明經(jīng)HDP處理后雞肉中幾乎未檢測出沙門氏菌［20］。Holzer在測定經(jīng)過HDP處理后微生物數(shù)目的研究表明：HDP處理可以使牛肉中微生物群落迅速降低1.5logcfu/g［8］。Podolak在利用牛后腿肉經(jīng)HDP處理后檢測其中O157∶H7數(shù)目，對照組未經(jīng)過HDP處理的O157∶H7數(shù)目為 1.29×103、2.88×104、2.19× 106cfu/g。經(jīng)過HDP處理后O157∶H7數(shù)目有明顯下降，為9.12×102、2.40×104、1.91×106cfu/g［16］。這些結果都充分表明，HDP技術在嫩化肉的同時不但可以有效減少各類肉中的腐敗菌數(shù)目，還能有效減少肉中微生物群落數(shù)量。

3 HDP技術在肉制品中的應用

HDP技術不僅可以應用于鮮肉、冷卻肉、解凍肉的嫩化，也可以應用于一些肉制品，但HDP技術在肉制品中的應用還不是非常廣泛。應用于肉質(zhì)品時其嫩化和殺菌效果與在原料肉中能達到基本相同的效果。其嫩化原理也是通過改善肉中蛋白質(zhì)的功能結構來達到嫩化效果。目前有關于這種技術在即食法蘭克福香腸（frankfurter）中有應用報道［7］，其方法是先用HDP技術對原料肉進行處理，之后將HDP處理后的原料肉灌注到腸衣中，并測定法蘭克福香腸熟制后的剪切力，結果表明經(jīng)過HDP處理后的法蘭克福香腸的嫩度得到有效改善。Patel等在法蘭克福香腸表面接種了含有5種單核李斯特桿菌的混合液，之后用抗菌劑和HDP聯(lián)用對香腸進行處理，測定其中單核李斯特菌的殘留數(shù)目。結果表明，經(jīng)過抑菌劑和HDP技術聯(lián)用處理后的香腸表面的李斯特桿菌數(shù)目明顯少于只經(jīng)過抗菌劑處理的樣品（下降了2logcfu/g）［7］。這表明經(jīng)過HDP處理后的肉制品的嫩度和安全性都有了提高。以上兩個實驗中HDP技術均是對肉制品中的原料肉進行處理后再將其制成成品。

4 HDP技術的前景與展望

在不斷的實驗過程中HDP開發(fā)者們了解到，HDP技術對肉的嫩化作用和殺菌作用還與很多因素有關，比如沖擊波容器的構造、類型、使用炸藥的數(shù)量、炸藥放置的位置、炸藥的形狀以及是否在沖擊波發(fā)生容器中安裝沖擊波緩沖吸收器等［2］。這些因素都直接或間接地影響著HDP的嫩化和殺菌效果。

HDP技術有著潛在的發(fā)展需求以及良好的市場前景。在1997年國外相關研究者就已經(jīng)開始論證并開發(fā)HDP技術，經(jīng)過將近10余年的發(fā)展，HDP技術也日趨成熟。它有著作用時間迅速、非熱處理、嫩化肉的同時還可以殺菌并延長肉的貨架期等眾多優(yōu)點，符合我國肉類產(chǎn)業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。我國年產(chǎn)牛肉600萬t以上，批銷商們?yōu)橹苻D處理這些牛肉，通常要耗費大量電能冷凍冷藏轉存半個月左右時間，若采用HDP技術對這些牛肉中的一半予以轉嫩處理，轉存老化時間可縮減至一周左右，可以節(jié)省大量能源、物力和財力。隨著人們追求更優(yōu)質(zhì)更健康更安全食品主需求日益增多，HDP技術以其在肉質(zhì)保鮮過程中不添加任何食品防腐劑，不破壞食品原有感官特性和營養(yǎng)成分等優(yōu)點，因而會越來越受到廣大生產(chǎn)者和消費者的青睞。除了可以提高肉的嫩度和安全性之外，HDP技術還可以為生產(chǎn)商帶來很多益處，比如可以增加蛋白質(zhì)的功能性［2］，縮短加工時間（腌制時間，鹽分平衡時間），還可以節(jié)省更多成本等。

［1］宋翠英，翁航萍，王盼盼.肉類嫩化的理論方法及前景［J］.肉類研究，2008（2）：19-22.

［2］Solomon M B，Liu M N，Patel J R，et al.Hydrodynamic Pressure Processing to Improve Meat Quality and Safety［C］. Advanced technologies for meat processing/Food science and technology，2006：219-244.

［3］Callahan J A，Berry B W，Solomon M B，et al.Hydrodynamic pressure-processed beef semitendinosus muscle using a steel reflector bowl［J］.Journal of muscle foods，2006，17：105-113.

［4］Berry B W，Solomon M B，Zuckerman H，et al.Application of the Hydrodyne technology for military meat products［J］.In Proceedings of the annual meeting of Research and Decelopment Associates for Military Food and Packaging，1997：279-284.

［5］Spanier A M，Berry B W，Solomon M B.Variation in the tenderness of beef strip loins and improvement in tenderness by use of hydrodynamic pressure processing（HDP）［J］.Journal of muscle foods，2000（11）：183-196.

［6］Anisha M，Williams-Campbell，Solomon M B.New nonthermal postharvest technology to improve food safety：hydrodynamic pressure processing［J］.Conference on Photonic Detection and Intervention Technologies for Safe Food，2000（11）：167-173.

［7］Patel J R，Sanglay G C，Sharma M，et al.Combining antimicrobials and hydrodynamic pressure processing for control of Listeria monocytogenes in frankfurters［J］.Journal of Muscle Foods，2007（18）：1-18.

［8］Holzer Z，Berry B W，Campbell A M，et al.Effect of koshering and hydrodynamic pressure on beef color，odor，and microbial loads［J］.Journal of Muscle Foods，2004，15：69-82.

［9］Berry B W，Solomon M B，Senecal A G.Application of hydrodynamic pressure processing for further processed meat products［J］.J Anim Sci，2000，78：161-166.

［10］Alvarez U M，Castano-Tostado，Prieto P E.Inactivation of Escherichia coli O157∶H7.Salmonella Typhimurium and Listeria monocytogenes by underwater shock waves［J］.Inno Food Sci Emerg Technol，2004（5）：459-463.

［11］Berry B W，Solomon M B，Johnson W L，et al.Application of the Hydrodyne process to strip lions from US Select grade beef［J］.J Anim Sci，2000，75：128-134.

［12］Berry B W，Solomon M B，Senecal A G.Application of hydrodynamic pressure processing for further processed meat products［J］.J Anim Sci，2000，78：161-165.

［13］Claus J R，Schilling J K，Marriott N G.Hydrodynamic shockwave tenderization effects using a cylinder processor on early deboned broiler breasts［J］.Meat Science，2001，58：287-292.

［14］Schilling M W，Claus J R，Marriott N G，et al.No effect of hydrodynamic shock wave on protein functionality of beef muscle［J］.Journal of Food Science，2002，67：335-340.

［15］Solomon M B，Liu M N，Patel J，et al.Tenderness improvement in fresh or frozen/thawed beef steaks treated with hydrodynamic pressure processing［J］.Journal of Muscle Foods，2008，19：123-132.

［16］Podolak R，Solomon M B，Patel J R，et al.Effect of hydrodynamic pressure processing on the survival of Escherichia coli O157∶H7 in ground beef［J］.Innovative Food Scienceamp; Emerging Technologies，2006（7）：1-2.

［17］Bowker B C，Liu M N，Solomon M B，et al.Effect of hydrodynamic pressure processing and blade tenderization on intramuscular collagen and tenderness- related protein chatacteristics of toprounds from Brahman cattle［J］.Journal of Muscle Foods，2007，18：35-55.

［18］Patel J R，Bhagwat A A，Sanglay G C，et al.Rapid detection of Salmonella from hydrodynamic pressure-treated poultry using molecular neacon real-time PCR［J］.Food Microbiology，2006，23：39-46.

Hydrodynamic pressure processing to improve meat quality and safety

WANG Qi，JIN Ye*
（College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，China）

Hydrodynamic pressure processing（HDP）is a new method to improve meat quality and safety.The instantaneous tenderizing that is observed in HDP-treated meat is most likely due to the direct physical disruption that occurs within and between myofibrils due to the high-pressure shock wave.As a kind of nonthermal process，HDP processing can also reduce bacterial population and microbial flora in meat.

hydrodynamic；pressure processing；meat；tenderization；safety

TS251.1

A

1002-0306（2011）02-0422-03

2009-12-07 *通訊聯(lián)系人

王琦（1985-），女，研究生，研究方向：畜產(chǎn)品加工及安全生產(chǎn)。