超聲波清洗處理對(duì)豬肉品質(zhì)的影響

徐 靜，丁珊珊，曹江偉，蔡 瑋

（1.蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠市宏業(yè)肉類聯(lián)合加工有限責(zé)任公司，安徽 蚌埠 233000）

超聲波是頻率高于20 kHz且不引起聽覺的機(jī)械彈性波[1]。超聲波在介質(zhì)中傳播的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓力波，擾動(dòng)介質(zhì)中的粒子，從而形成空腔或氣泡[2]。在連續(xù)循環(huán)超聲波作用下，不斷增長(zhǎng)的空腔變得不穩(wěn)定，最終坍塌，從而產(chǎn)生高溫和高壓，從宏觀和微觀層面影響生物材料和組織，達(dá)到促進(jìn)分離或變性的目的[3]。因此，超聲波作為一種現(xiàn)代化技術(shù)，在食品加工中應(yīng)用范圍廣泛。

超聲波能破壞肉類肌肉細(xì)胞和斷裂肌肉纖維，釋放出細(xì)胞內(nèi)的鈣離子，激活鈣激活酶，繼而分解肌肉蛋白質(zhì)，從而起到嫩化肉質(zhì)的作用[4-5]。超聲波也能加速質(zhì)量和熱量傳遞，從而加速肉類腌制。因此，低頻高強(qiáng)度超聲波被廣泛應(yīng)用于肉類行業(yè)的嫩化、乳化傳質(zhì)、解凍、腌制等處理中[6-8]。有關(guān)超聲波處理對(duì)肉的品質(zhì)的研究報(bào)道較多。康大成[9]認(rèn)為超聲波輔助腌制處理可促進(jìn)Desmin和Troponin-T蛋白的降解，提高牛肉的嫩度和保水性，改善牛肉的質(zhì)構(gòu)特性，進(jìn)而提高醬鹵牛肉產(chǎn)品的食用品質(zhì)。Guo Zonglin等[10]利用超聲波輔助解凍白牦牛肉，發(fā)現(xiàn)超聲波能夠提高解凍效率，減少質(zhì)量損失，改善肉質(zhì)。李可等[11]的研究表明低頻高強(qiáng)度超聲波處理可使雞胸肉肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)變得更加無(wú)序，從而提高了其乳化特性。

在工業(yè)上，肉類屠體去污依賴于噴灑高壓飲用水。然而，傳統(tǒng)噴水清洗方式效率低、水耗高且存在傳播細(xì)菌的可能性[12-13]。其中，用熱水或蒸汽噴灑能有效減少微生物的數(shù)量，但高溫水或蒸汽會(huì)對(duì)肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)造成不利影響[14]。超聲波清洗是一種利用機(jī)械作用、空化作用以及熱效應(yīng)達(dá)到剝離污垢的清洗方式，高功率超聲波聯(lián)合次氯酸鹽、輕度加熱、壓力或少量有機(jī)酸處理能增強(qiáng)抗菌效果[15]。諶玲薇等[16]采用超聲波與檸檬酸清洗劑聯(lián)用的方式對(duì)克氏原螯蝦肉進(jìn)行清洗，結(jié)果表明，清洗后蝦肉中菌落總數(shù)減少1.12（lg（CFU/g）），聯(lián)用清洗方式對(duì)霉菌酵母、產(chǎn)硫化菌以及嗜冷菌有較好的抑制效果。綜上，低頻高強(qiáng)度超聲波被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)清洗處理工序中，但作為食品商業(yè)化最初的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，清洗與食品品質(zhì)密切相關(guān)，而超聲波清洗預(yù)處理對(duì)肉品品質(zhì)影響的研究鮮見報(bào)道。

本研究利用超聲波的熱作用、空化作用和機(jī)械作用對(duì)豬肉進(jìn)行清洗，通過(guò)檢測(cè)肉的一般營(yíng)養(yǎng)元素含量、貯藏品質(zhì)、微量金屬元素含量、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量等，考察超聲波清洗預(yù)處理對(duì)豬肉品質(zhì)和風(fēng)味的影響，以期為超聲波清洗設(shè)備進(jìn)入中央廚房提供使用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬背最長(zhǎng)肌市售。

硫酸銅、鹽酸、硫酸鉀、乙醇、丙二醇、硫酸、氯化鉀、無(wú)水乙醚、乙二胺四乙酸、氯化鈉、氫氧化鈉、乙酸鎂、硼酸（均為分析純）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三氯乙酸（分析純）上海阿拉丁試劑有限公司；2-硫代巴比妥酸、氧化鎂（均為分析純）上海展云化工公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SN-SH-10A鹵素水分儀 上海尚普儀器設(shè)備有限公司；KDN-04C消解爐、KDN凱氏定氮儀 杭州綠博儀器有限公司；KSL-1100X高溫爐 合肥科晶材料技術(shù)有限公司；PHS-25 pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份公司；722S可見分光光度計(jì) 上海菁華科技有限公司；F-060SD超聲波清洗機(jī) 深圳福洋科技集團(tuán)有限公司；CNose電子鼻、TA.XTC-18質(zhì)構(gòu)儀 上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；微波消解儀 美國(guó)CEM MARS公司；6000 SERIES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICPOES）、ICAP Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）、TSQ9000三重四極桿氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)賽默飛世爾科技公司；DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

操作流程：

選取新鮮的豬里脊切成約500 g肉塊，放在-18 ℃冰柜里冷凍5 d以上。4 ℃冰箱中自然解凍一夜，分割成5 cm×4 cm×4 cm大小的肉塊，放入超聲波清洗機(jī)（初始溫度為20 ℃、頻率恒定為40 kHz、功率為480 W）中洗滌10、20、30 min或者簡(jiǎn)單沖洗（對(duì)照組，20 ℃水沖洗解凍后的豬肉1 min），用濾紙將表面多余的水和油脂除去，放入密封袋中置于4 ℃冷藏待測(cè)。

1.3.2 指標(biāo)檢測(cè)

1.3.2.1 持水性的測(cè)定

加壓損失率的測(cè)定：參照Z(yǔ)ou Yunhe等[17]的實(shí)驗(yàn)方法利用取樣器沿豬肉肌纖維垂直方向取樣，稱質(zhì)量后，用36 層定性濾紙包裹后，采用TA.XTC-18質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行恒壓（35 kg）測(cè)試，保持加壓3 min，稱質(zhì)量，計(jì)算加壓前后肉樣質(zhì)量差值占加壓前質(zhì)量的百分率。

蒸煮損失率的測(cè)定：參照康大成[9]的實(shí)驗(yàn)方法，將肉塊隔水加熱，設(shè)置水浴溫度為72 ℃，肉塊中心溫度達(dá)到70 ℃時(shí)取出，冷卻至室溫。用濾紙吸去肉表面水分，稱質(zhì)量，計(jì)算煮制前后肉樣質(zhì)量差值占煮前質(zhì)量的百分率。

1.3.2.2 營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定

開機(jī)并質(zhì)量校準(zhǔn)后，稱量約2 g用絞肉機(jī)處理后的均質(zhì)試樣置于鹵素水分測(cè)定儀錫紙托盤上，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接在儀器顯示盤上讀取；粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》[18]中的索氏抽提法進(jìn)行測(cè)定；粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[19]中的凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；粗灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》[20]進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2.3 貯藏品質(zhì)測(cè)定

總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）值按照GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》[21]規(guī)定的自動(dòng)凱氏定氮法測(cè)定；硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric reactive substances，TBARS）值按照GB 5009.181—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測(cè)定》[22]中分光光度法測(cè)定；pH值參照GB 5009.237—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中pH值的測(cè)定》[23]方法測(cè)定。

1.3.2.4 剪切力測(cè)定

參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1180—2006 《肉嫩度的測(cè)定 剪切力測(cè)定法》[24]對(duì)肉樣進(jìn)行處理。用取樣器按肌肉紋理方向取1 cm×1 cm×2 cm方柱，采用TA.XTC-18質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行剪切，測(cè)量數(shù)值的最高點(diǎn)被認(rèn)為是該樣品的剪切力。

1.3.2.5 元素檢測(cè)

參考GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》[25]的方法進(jìn)行測(cè)試。將絞肉機(jī)均質(zhì)后的豬肉樣品進(jìn)行微波消解，硒、銅、錳元素采用ICP-MS進(jìn)行檢測(cè)；鈣、鋅、鎂、鐵元素采用ICP-OES進(jìn)行檢測(cè)。

1.3.2.6 風(fēng)味特征分析

采用電子鼻測(cè)定樣品的風(fēng)味。取均勻混合的樣品2.00 g于40 mL樣品瓶中，在室溫下平衡1 h，以干燥的空氣為載氣，氣體流量1 L/min，測(cè)試時(shí)間60 s。電子鼻傳感器得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)儀器自帶軟件cNose System采用線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）法進(jìn)行降維分析。

1.3.2.7 揮發(fā)性成分測(cè)定

樣品預(yù)處理：稱取5.0 g均質(zhì)處理的樣品于樣品瓶中并旋緊瓶蓋，靜置平衡[26-27]。采用頂空固相微萃?。╤ead space solid phase microextraction，HS-SPME）提取揮發(fā)性化合物。將萃取頭置于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）的進(jìn)樣口，在250 ℃下老化10 min，插入樣品瓶中，于55 ℃下頂空微萃取40 min，隨后將萃取頭置于GC-MS進(jìn)樣口解吸5 min，進(jìn)行測(cè)試分析。

GC-MS 設(shè)備參數(shù)條件：色譜柱：TG-5SilMS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：溫度在40 ℃保持2 min，然后以5 ℃/min升到200 ℃（保持3 min），然后以5 ℃/min升到250 ℃（保持1 min），再以8 ℃/min升溫到230 ℃（保持10 min）。載氣氦氣的流速為1.0 mL/min。質(zhì)譜在70 eV下獲得，掃描質(zhì)量范圍為40～600m/z。

半定量分析：采用面積歸一法。與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)（NIST MS Search）進(jìn)行比較，確定揮發(fā)性風(fēng)味化合物以及相對(duì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

每組實(shí)驗(yàn)做3 次平行，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。前期利用Microsoft Excel軟件整理數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS 26軟件進(jìn)行單因素方差分析，P＜0.05表示差異顯著，采用Origin 9.1軟件繪圖。豬肉檢測(cè)數(shù)據(jù)均采用Origin 9.1軟件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA），得到超聲處理對(duì)豬肉品質(zhì)影響的載荷圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波清洗處理對(duì)豬肉持水性的影響

加壓損失率和蒸煮損失率是衡量肉的持水性的常用指標(biāo)[9,17]。持水性代表肉品后期加工以及貯藏等過(guò)程對(duì)原有水分保持和外來(lái)水分吸收的能力[28]。由表1可知，各組豬肉蒸煮損失率無(wú)顯著差異，說(shuō)明超聲波清洗對(duì)豬肉的蒸煮損失沒有影響。Li Xiuxia等[7]的研究表明不同功率超聲波輔助解凍鰹魚對(duì)蒸煮損失沒有影響，這與本研究結(jié)果一致。對(duì)照組的加壓損失率為22.76%，超聲處理20 min的豬肉加壓損失率為17.99%，顯著降低了4.77 個(gè)百分點(diǎn)，其他各組間豬肉的加壓損失無(wú)顯著差異。超聲波處理能夠加快Desmin和Troponin-T蛋白的降解[9]，增大肌原纖維結(jié)構(gòu)空隙[29]，而肌原纖維蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)之間的空隙影響著肉品的持水力。推測(cè)超聲波能夠促進(jìn)致密、均勻肌纖維蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成[9,29]，從而使肌纖維之間的水分子保持牢固，但超聲波處理對(duì)肉品內(nèi)結(jié)合水含量基本不產(chǎn)生影響[5,17]。然而，超聲處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使肌纖維結(jié)構(gòu)過(guò)度破壞，導(dǎo)致肉的持水能力反而下降。因此，加壓損失率隨著超聲處理時(shí)間延長(zhǎng)呈先下降后上升的趨勢(shì)。Wang Xiaodan等[30]在牛肉凍融過(guò)程中采用超聲處理，對(duì)比發(fā)現(xiàn)處理后樣品的持水性能從69%提升到78%；Guo Zonglin等[10]認(rèn)為超聲波輔助解凍肉的持水性能與超聲處理?xiàng)l件相關(guān)，本研究與這些研究結(jié)果類似。綜上，超聲處理20 min能夠顯著改善豬肉的持水性能。

表1 超聲波清洗處理對(duì)豬肉持水性的影響Table 1 Effect of ultrasonic cleaning on water-holding capacity of pork

2.2 超聲波清洗處理對(duì)豬肉營(yíng)養(yǎng)成分的影響

豬肉基本營(yíng)養(yǎng)成分包括水分、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪以及粗灰分，與豬肉的口感、經(jīng)濟(jì)以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等相關(guān)。由表2可知，生豬肉的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64.91%，粗灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.02%，粗脂肪和粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.31%和22.26%，符合動(dòng)物性食物營(yíng)養(yǎng)成分要求，超聲波清洗后的豬肉的水分、粗灰分、粗蛋白質(zhì)以及粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照組的差異不顯著。查閱文獻(xiàn)可知，豬背最長(zhǎng)肌含營(yíng)養(yǎng)成分的分布范圍較大，營(yíng)養(yǎng)成分一般為水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%～75%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1%，肌內(nèi)脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%～4.0%、粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～26%[31-32]，本研究超聲波處理組和對(duì)照組的豬肉營(yíng)養(yǎng)成分皆在此范圍內(nèi)。綜上，超聲波清洗對(duì)豬肉中各類營(yíng)養(yǎng)成分含量無(wú)顯著影響（P＞0.05），即采用超聲波設(shè)備對(duì)生豬肉進(jìn)行清洗并不會(huì)造成較大的營(yíng)養(yǎng)損失。

表2 超聲波清洗處理對(duì)豬肉營(yíng)養(yǎng)成分的影響Table 2 Effect of ultrasonic cleaning on nutritional composition of pork

2.3 超聲波清洗處理對(duì)豬肉貯藏品質(zhì)的影響

肉類中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化會(huì)導(dǎo)致嫩度和多汁性降低，風(fēng)味與色澤劣變，進(jìn)而導(dǎo)致食用品質(zhì)下降。TVB-N值是反映蛋白質(zhì)氧化劣變程度的重要指標(biāo)，常用于判斷肉品的新鮮程度。TBARS值常被用于評(píng)估脂肪氧化程度。脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化之間具有相關(guān)性，甚至一些學(xué)者認(rèn)為兩者之間會(huì)相互促進(jìn)[33-34]。pH值是反映肉酸敗的重要指標(biāo)，它可以影響肉的顏色、烹飪損失率等品質(zhì)，可用于衡量生肉品質(zhì)穩(wěn)定性[35]。

從表3 可以看出，較短時(shí)間的超聲波清洗對(duì)蛋白質(zhì)氧化以及脂肪氧化并無(wú)顯著影響，而超聲處理30 min 后豬肉的TVB-N 值和TBARS 值顯著降低（P＜0.05），由對(duì)照組豬肉的11.31 mg/100 g和0.52 mg/kg分別降到8.45 mg/100 g和0.36 mg/kg。脂質(zhì)氧化通常會(huì)導(dǎo)致異味產(chǎn)生，從而對(duì)感官特性產(chǎn)生負(fù)面影響，適當(dāng)時(shí)間的超聲波處理能改善貯藏性能和肉的風(fēng)味品質(zhì)。目前很多研究表明超聲波會(huì)促進(jìn)脂肪氧化，Bao Gaoliang等[26]采用超聲輔助干腌牦牛肉時(shí)發(fā)現(xiàn)，超聲波促進(jìn)了脂質(zhì)氧化，但對(duì)蛋白質(zhì)氧化并無(wú)影響。這與本研究結(jié)果差異較大，推測(cè)可能與超聲波處理?xiàng)l件不同有關(guān)。

表3 超聲波清洗處理對(duì)豬肉貯藏品質(zhì)的影響Table 3 Effect of ultrasonic cleaning on storage quality of pork

生肉的pH值在貯藏期間有所下降，pH值終點(diǎn)一般在5.6左右[28]，本研究所有組生豬肉的pH值都在5.5附近；與對(duì)照組相比，超聲波處理組的pH值變化不大，表明超聲波處理組對(duì)生豬肉的pH值基本沒有影響。豬肉在貯藏、解凍以及清洗的過(guò)程中，蛋白質(zhì)在酶和細(xì)菌的作用下分解而產(chǎn)生氨以及胺類等具有揮發(fā)性堿性含氮物質(zhì)；不飽和脂肪酸被氧化形成酮醛揮發(fā)酸類。TVB-N的產(chǎn)生使得肉的pH值升高，而脂肪氧化程度可能會(huì)使pH值降低。與對(duì)照組相比，超聲20 min處理組的TVB-N值基本不變，但是脂肪氧化量降低，使得pH值宏觀上呈現(xiàn)略微升高的表象；超聲30 min處理組的TVB-N值和TBARS值整體下降，而pH值略微增加。

2.4 超聲波清洗處理對(duì)豬肉剪切力的影響

剪切力與嫩度呈負(fù)相關(guān)，剪切力越小嫩度越大。如圖1所示，對(duì)照組的豬肉剪切力為40.53 N，超聲波清洗處理10 min后豬肉剪切力沒有顯著變化，超聲波清洗處理20～30 min后剪切力顯著變小，超聲處理20 min和超聲處理30 min后剪切力分別為36.08 N和33.92 N，表明適當(dāng)?shù)某暡ㄇ逑刺幚砟苊黠@降低肉的剪切力，提升肉的嫩度，且剪切力的下降程度與超聲波處理時(shí)間存在一定的相關(guān)性。研究表明，剪切力與肌纖維結(jié)構(gòu)相關(guān)[36]。適當(dāng)?shù)某晽l件能夠使肌原纖維碎片化，有助于降低肉品剪切力，提升肉品嫩度。很多研究表明超聲波處理或者輔助處理可以嫩化肉質(zhì)，如Xiong Guoyuan等[6]發(fā)現(xiàn)，300 W超聲波（10 min、4 ℃）結(jié)合蛋白質(zhì)水解酶能夠提高雞胸肉的持水性能和嫩度，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。超聲處理效果受操作參數(shù)的影響，其中超聲波的強(qiáng)度和頻率被認(rèn)為是影響嫩化效果的主要參數(shù)[8]，不同的原料肌肉結(jié)構(gòu)組成有所差別，對(duì)應(yīng)的超聲波效果也有所差別。Li等[4]發(fā)現(xiàn)600 W超聲波嫩化鵝肉的效果顯著優(yōu)于300 W超聲。Guo Zonglin等[10]發(fā)現(xiàn)200 W的超聲波輔助解凍能提升白牦牛肉的嫩度，而600 W超聲波輔助卻使得其剪切力顯著增加。綜上，適當(dāng)?shù)某暡ㄇ逑刺幚砟芴嵘i肉嫩度，改善口感。

圖1 超聲波清洗處理對(duì)豬肉剪切力的影響Fig.1 Effect of ultrasonic cleaning on shear force of pork

2.5 超聲波清洗處理對(duì)豬肉微量元素的影響

錳、鐵、銅、鋅和硒等是保證人體內(nèi)正常代謝功能所必需的元素。從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度來(lái)講，肉類是人類某些礦物元素的重要來(lái)源[37]。本實(shí)驗(yàn)選取豬肉中常量元素鈣、鎂以及人體所必需的微量元素硒、鐵、鋅、錳、銅作為研究對(duì)象，考察超聲波清洗預(yù)處理過(guò)程礦物元素含量的變化情況。如表4所示，超聲波清洗能顯著降低營(yíng)養(yǎng)元素鐵、鋅、錳、銅、鈣的含量，硒和鎂元素卻因超聲波處理整體有所升高；不同的超聲波時(shí)間處理組各營(yíng)養(yǎng)元素含量之間總體存在明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但并不都呈簡(jiǎn)單的線性變化規(guī)律。處理組間豬肉的鐵、錳、鈣、硒和鎂5 種元素含量都是超聲20 min處理組最高；超聲10 min處理組銅含量相對(duì)與其他兩個(gè)處理組較高，為0.432 mg/kg；處理組間豬肉中鋅元素含量最高的是超聲30 min處理組，為23.333 mg/kg。Guo Zonglin等[10]的研究表明解凍過(guò)程中超聲波處理減少了汁液流失量，增加了肉類中礦物質(zhì)和維生素的保留量。這與本研究結(jié)果有所差異，主要原因是本研究對(duì)照組是未經(jīng)處理的樣品。研究結(jié)果表明超聲波清洗處理會(huì)導(dǎo)致鈣、鋅、錳、銅微量元素的流失，但這與后期加熱處理所造成營(yíng)養(yǎng)損失相比基本上可以忽略不計(jì)。

表4 超聲波清洗處理對(duì)豬肉礦物元素含量的影響Table 4 Effect of ultrasonic cleaning on mineral element contents of pork

2.6 超聲波清洗對(duì)豬肉風(fēng)味的影響

電子鼻是一種模擬人類嗅覺系統(tǒng)的分析儀器，可以區(qū)分揮發(fā)性化合物的細(xì)微變化，且檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單快速、具有非破壞性[38]，其應(yīng)用能夠減少食品品質(zhì)評(píng)審中的人為評(píng)定差異。本研究采用LDA法對(duì)電子鼻的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行降維分析。LDA法能夠使類別之間的方差最大化，并使類別內(nèi)的方差最小化[39]。由圖2可知，主成分（principal component，PC）1貢獻(xiàn)率為89.51%，主成分PC2貢獻(xiàn)率7.50%，第一和第二主成分總貢獻(xiàn)率為97.01%，基本上覆蓋了樣品原始風(fēng)味特征信息；各超聲波清洗處理組數(shù)據(jù)相對(duì)集中，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間的離散程度大，組間分化較好；對(duì)照組的豬肉與超聲波清洗的豬肉數(shù)據(jù)點(diǎn)在PC1軸上分布較遠(yuǎn)，表明超聲波清洗后的豬肉與對(duì)照組豬肉風(fēng)味信息特征差距較大；超聲波清洗的豬肉風(fēng)味信息數(shù)據(jù)有部分重合，但超聲波10 min與30 min處理序數(shù)據(jù)沒有重合，超聲波清洗時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)于風(fēng)味品質(zhì)的改善效果越明顯。超聲波能改善豬肉的風(fēng)味，這與Zou Yunhe等[40]在利用超聲波輔助蒸煮改善醬鹵牛肉風(fēng)味的結(jié)果類似。電子鼻分析結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)某暡ㄇ逑刺幚碛兄诟纳粕i肉的氣味。電子鼻傳感器雷達(dá)圖顯示對(duì)照組與超聲處理組Sn9（對(duì)酮、醛、醇、苯類敏感）、Sn11（對(duì)烷烴類敏感）以及Sn12（對(duì)甲烷靈敏）響應(yīng)值差異明顯（圖3）。綜上，超聲波能改善豬肉的特征風(fēng)味，主要是酮、醛、醇、苯類以及烷烴相關(guān)的風(fēng)味。

圖2 主成分LDA圖Fig.2 Linear discriminant analysis of principal components

圖3 電子鼻傳感器雷達(dá)圖Fig.3 Radar plot of electronic nose responses

2.7 超聲波清洗處理對(duì)豬肉揮發(fā)性氣體成分的影響

豬肉的風(fēng)味是影響消費(fèi)者購(gòu)買欲的主要指標(biāo)之一，豬肉中有著豐富的油脂香味，其主要來(lái)源于豬肉中的揮發(fā)性化合物，但其同時(shí)帶有腥味等不良?xì)馕丁１緦?shí)驗(yàn)通過(guò)HP-SPME-GC-MS對(duì)處理后的豬肉和對(duì)照組的豬肉中揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè)，考察超聲波清洗處理對(duì)豬肉風(fēng)味的具體影響。

由圖4可知，處理組和對(duì)照組豬肉中酸、醇、醛類、烴類以及酮類等揮發(fā)性成分相對(duì)含量差別較大，表明超聲波清洗處理對(duì)豬肉中的揮發(fā)性主成分影響明顯。未經(jīng)處理的豬肉揮發(fā)性成分主要是醛類和醇類物質(zhì)，總相對(duì)含量為86.84%。處理后的豬肉中醛類和醇類物質(zhì)仍含量豐富，但相比對(duì)照組相對(duì)含量明顯降低。超聲波清洗處理10 min后豬肉中醛醇類兩者總相對(duì)含量最低，為40.67%。與未處理的豬肉相比，處理后的豬肉中烴、酯、酮以及酸類物質(zhì)相對(duì)含量明顯提升。隨著超聲處理時(shí)間的延長(zhǎng)，酮、酸、酯類物質(zhì)總相對(duì)含量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，這與醇、醛類物質(zhì)總相對(duì)含量變化趨勢(shì)相反。推測(cè)可能是超聲波的空化和熱效應(yīng)會(huì)促使部分醇、醛類氧化成酮、酸、酯類等物質(zhì)。如圖4和表5所示，烴類相對(duì)含量和種類與超聲波處理時(shí)間呈正相關(guān)。樣品中烴類化合物相對(duì)含量都在10%以內(nèi)，相較于烴類化合物較高的氣味閾值[41]，其對(duì)豬肉整體風(fēng)味影響可以忽略不計(jì)。除烴類化合物外的其他化合物皆能由脂質(zhì)氧化得到[26]。超聲波清洗處理后豬肉中除烴類以外的揮發(fā)性成分總相對(duì)含量是降低的，這與前文中TBARS值分析結(jié)果相印證。未經(jīng)處理的豬肉中主要的風(fēng)味物質(zhì)由醇、醛物質(zhì)構(gòu)成，超聲波清洗處理后的豬肉中主要揮發(fā)性成分物質(zhì)類別豐富，表明超聲處理能夠改善豬肉的風(fēng)味。Guo Zonglin等[10]研究表明超聲解凍白牦牛肉會(huì)影響其風(fēng)味物質(zhì)，增加揮發(fā)性化合物的含量，這與本研究結(jié)果類似。

圖4 超聲波清洗處理對(duì)豬肉揮發(fā)性物質(zhì)的影響Fig.4 Effect of ultrasonic cleaning on contents of volatile substances in pork

表5 超聲波清洗處理豬肉主要揮發(fā)性成分Table 5 Major volatile components of ultrasonic treated pork

由表5可以看出，超聲處理組和對(duì)照組豬肉中酸類、醇類、醛類、酮類等揮發(fā)性成分種類和含量差異較大。對(duì)照組中酯類和酸類物質(zhì)共4 種，經(jīng)過(guò)超聲處理后的豬肉中酯類和酸類物質(zhì)最多增加到了10 種。雖然酯類和酸類的揮發(fā)性較低，對(duì)肉的風(fēng)味貢獻(xiàn)相對(duì)較小[41-42]，但隨著其相對(duì)含量的增加，對(duì)肉的整體風(fēng)味影響不可忽視。超聲處理20 min后十二內(nèi)酯相對(duì)含量由對(duì)照組的0.30%升至9.69%。超聲處理10 min的豬肉己酸含量達(dá)到最高（5.95%）。醛類具有較低的味覺閾值，對(duì)肉品風(fēng)味貢獻(xiàn)較大[41]。超聲波清洗處理的豬肉中醛類化合物由對(duì)照組中的7 種下降到4 種。對(duì)照組豬肉中己醛、壬醛的相對(duì)含量分別為28.21%和31.71%，經(jīng)過(guò)超聲波清洗處理10 min后顯著下降至3.05%和19.91%，下降幅度分別為89.19%和37.21%；對(duì)照組中庚醛的相對(duì)含量為1.85%，超聲處理后豬肉中基本檢測(cè)不到庚醛。1-辛醇經(jīng)超波聲處理20 min后相對(duì)含量由對(duì)照組中的6.55%上升至7.47%；對(duì)照組豬肉中的丙二醇相對(duì)含量為5.30%，經(jīng)過(guò)超聲波處理后含量基本上可忽略不計(jì)。酮類物質(zhì)在超聲處理組之間也存在顯著差異。超聲波處理20 min的豬肉中環(huán)庚三烯-1-酮相對(duì)含量最高，為2.26%。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)大多具特殊的氣味，如1-辛醇具有強(qiáng)烈的油脂氣味；酯類具有芳香族氣味；酮類對(duì)肉的花香或者果香風(fēng)味有貢獻(xiàn)[42]；辛醛、己醛、壬醛具有清香的青草味，庚醛具有油脂香和果香風(fēng)味[17,42]。鮑偉等[41]認(rèn)為揮發(fā)性醛類、酯類和醇類等化合物含量變化是賦予巴馬香豬豬肉油脂氣味、果香和清香青草氣味以及減少腥味的關(guān)鍵。綜上，酸、醇、醛類等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類以及其相對(duì)含量會(huì)影響豬肉的整體風(fēng)味。

HP-SPME-GC-MS分析結(jié)果表明超聲波清洗處理能夠明顯改善豬肉的風(fēng)味，其中醛類、醇類以及酸類物質(zhì)風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，這與電子鼻分析結(jié)果相印證。

2.8 豬肉各品質(zhì)指標(biāo)的PCA結(jié)果

PCA是一種數(shù)據(jù)降維處理分析方法，能夠綜合地分析肉品相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)[34]。Bao Gaoliang等[26]采用主成分分析較好地表征了超聲預(yù)處理對(duì)干腌牦牛肉品質(zhì)影響。根據(jù)上文中的分析，去除無(wú)明顯差異蒸煮損失率以及營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)其他所有數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA，且以主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率不低于85%為標(biāo)準(zhǔn)[43]，確定主成分個(gè)數(shù)和相關(guān)特征值。

由表6可知，PC1、PC2、PC3的方差貢獻(xiàn)率分別為49.54%、23.29%、15.48%。前3 個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為92.30%，基本上覆蓋了豬肉品質(zhì)的基本信息，可以用三維PCA圖準(zhǔn)確識(shí)別并分析數(shù)據(jù)，以評(píng)估不同處理的豬肉品質(zhì)。

表6 主成分的特征值Table 6 Eigenvalues of principal components

圖5A顯示組內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)集中，組間數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分離較好。圖5B顯示指標(biāo)pH值、微量元素（Se、Mg）含量處于PC1的負(fù)象限；指標(biāo)TVB-N值、TBARS值、微量元素（Cu、Mn、Ga、Fe、Zn）含量以及加壓損失率處于PC1的正象限。這表明主成分分析能很好地反映出超聲處理操作與肉品品質(zhì)相關(guān)性。PC1反映出對(duì)照組與超聲處理組之間的品質(zhì)差異，對(duì)照組和超聲處理組之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)在PC1軸上分布距離較遠(yuǎn)，表明超聲波清洗處理后豬肉品質(zhì)與對(duì)照組豬肉品質(zhì)差異顯著。PC1和PC2顯示不同超聲處理組間數(shù)據(jù)采集點(diǎn)離散程度較大，超聲20 min處理組與其他兩個(gè)處理組間距離都較遠(yuǎn)，表明不同超聲處理時(shí)間的豬肉品質(zhì)差異顯著。PCA結(jié)果表明這些豬肉品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)能夠良好地體現(xiàn)出超聲波清洗處理對(duì)豬肉的品質(zhì)影響，其中超聲波清洗處理20 min后豬肉品質(zhì)與其他組區(qū)別最顯著。

圖5 豬肉品質(zhì)指標(biāo)的PCA圖Fig.5 PCA plots of pork quality indicators

3 結(jié)論

研究通過(guò)對(duì)豬肉的營(yíng)養(yǎng)元素、貯藏品質(zhì)、微量金屬元素、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)等進(jìn)行檢測(cè)，探討超聲波清洗處理（0～30 min）對(duì)豬肉品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲波清洗處理對(duì)豬肉的營(yíng)養(yǎng)成分、蒸煮損失、pH值沒有顯著影響；電子鼻和HP-SPME-GC-MS分析結(jié)果顯示，超聲波清洗處理的豬肉整體風(fēng)味和風(fēng)味層次都得到改善，尤其是與醛、醇、酸類相關(guān)的風(fēng)味。超聲波清洗處理20 min和30 min都能顯著提升豬肉的嫩度（P＜0.05）；雖然超聲波清洗處理30 min豬肉的TVB-N值和TBARS值最小，但長(zhǎng)時(shí)間的清洗會(huì)使得肌纖維結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，持水性能變差；而超聲波清洗處理20 min能顯著提升豬肉的持水性能（P＜0.05），豬肉品質(zhì)指標(biāo)的PCA結(jié)果也顯示超聲處理20 min的豬肉品質(zhì)顯著區(qū)別于其他組，因此，豬肉超聲波清洗處理20 min較為合適。本研究結(jié)果可為超聲波清洗設(shè)備應(yīng)用于中央廚房和企業(yè)提供理論支持。