超声处理改善马鹿肉与牛肉色泽及氧化稳定性的比较研究

《Scientific Reports》：Improvement of colour and oxidative stability of red deer and beef meat under sonication treatment

　　本研究针对高功率超声处理可能加剧肉类氧化劣变的问题，探讨了不同总声功率（250W和500W）超声处理对牛肉和马鹿肉理化及生化特性的影响。结果表明，250W超声能显著提升两种肉类的氧化稳定性，降低TBARS（硫代巴比妥酸反应物）和蛋白羰基含量，且马鹿肉对超声处理的耐受性优于牛肉。该研究为超声技术在肉类加工中的优化应用提供了重要依据，尤其为拓展野味肉制品市场提供了新思路。

　　

在食品工业追求高效、绿色加工技术的今天，超声波技术因其非热加工特性而备受关注。然而，这把“双刃剑”在肉类加工中的应用却面临挑战：不恰当的超声参数（如过高的功率）反而会加速脂质和蛋白质的氧化，导致肉色变差、质构劣化，最终缩短货架期。以往的研究多集中于常见畜禽肉（如牛肉、猪肉），且重点关注其嫩化、保水性等工艺特性，而对于肉质独特、营养价值高的野味肉类，如马鹿肉，超声处理对其内在氧化平衡、肌红蛋白形态及色泽稳定性的影响尚属未知。马鹿肉以其高蛋白、低脂肪、富含多不不饱和脂肪酸的“健康肉”形象而具有市场潜力，但其在波兰等地的消费量却很低，大部分用于出口。如何通过现代加工技术改善其品质，提升消费者接受度，成为一个亟待解决的问题。在此背景下，波兰科学院动物繁殖与食品研究所的Anna D. Kononiuk等人与卢布林生命科学大学的Paulina Keska副教授合作，在《Scientific Reports》上发表了题为“Improvement of colour and oxidative stability of red deer and beef meat under sonication treatment”的研究论文，首次系统比较了超声处理对牛肉和马鹿肉色泽和氧化稳定性的差异化影响。

研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几项关键技术：首先，他们以有机饲养的利穆赞牛和自然环境下生长的马鹿的半膜肌为实验材料，将样品随机分为对照组（C）、250W总声功率超声处理组（250S）和500W总声功率超声处理组（500S），在40 kHz频率、8±2°C条件下处理4分钟。随后，他们系统评估了肉样的pH值、色泽参数（L^*（亮度）、a^*（红度）、b*^*（黄度））、表面肌红蛋白（Myoglobin, Mb）形态（高铁肌红蛋白Metmyoglobin, %MMb、脱氧肌红蛋白Deoxymyoglobin, %DMb、氧合肌红蛋白Oxymyoglobin, %OMb）、蛋白质氧化（羰基含量）、脂质氧化（TBARS值）以及总抗氧化能力（包括ABTS^·+、DPPH^·自由基清除能力、铁离子螯合能力和还原力）。数据分析采用了双因子方差分析（ANOVA）和主成分分析（PCA）来解析肉类品种和超声处理及其交互作用对各项指标的影响。

3.1. pH、色泽参数、表面肌红蛋白氧化还原状态

研究发现，超声处理与肉类品种之间存在显著的交互作用。牛肉的初始pH值显著高于马鹿肉。500W的超声处理显著降低了两种肉类的pH值，而250W处理则无显著影响。在色泽方面，超声处理对牛肉的影响远大于马鹿肉。牛肉经超声处理后，红度（a^*）和黄度（b^*）显著降低，饱和度（Ch^*）下降，导致总色差（△E^*）达到3.42，这意味着即使是不经训练的观察者也能察觉到颜色变化。相反，马鹿肉的色泽参数在不同超声处理下保持稳定，△E*^*值小于1，表明颜色变化微乎其微。更为深入的是对肌红蛋白形态的分析。在牛肉中，超声处理显著降低了%MMb和%OMb，同时大幅提高了%DMb，尤其是在500W处理下，%DMb从27.47%增至53.16%，这表明超声促进了牛肉中肌红蛋白的脱氧过程，可能与线粒体耗氧活性增强有关。而在马鹿肉中，500W超声反而提高了%OMb（从40.66%增至43.85%），%MMb和%DMb则保持相对稳定，显示出马鹿肉肌红蛋白体系对超声刺激的不同响应，具有更好的色泽稳定性。

3.2. 氧化状态与抗氧化潜力

氧化稳定性的评估揭示了超声处理的“剂量效应”。在蛋白质氧化方面，250W和500W超声处理均显著降低了牛肉的蛋白羰基含量，表明超声在一定程度上抑制或逆转了蛋白质氧化。然而，对于马鹿肉，超声处理并未引起蛋白羰基含量的显著变化，暗示其蛋白质组分对超声诱导的氧化损伤具有较强的抵抗力。脂质氧化的结果更为复杂：250W超声处理显著降低了牛肉和马鹿肉的TBARS值（分别降低29.5%和13.58%），表现出抗氧化的效果；但当功率升至500W时，TBARS值反而升高（牛肉增加6.5%，马鹿肉增加4%），表明过高功率会诱发脂质氧化。在抗氧化能力方面，500W超声普遍提升了两类肉提取物的抗氧化活性，如对ABTS^·+和DPPH^·自由基的清除能力增强。马鹿肉本身显示出比牛肉更高的肽含量和还原力，这可能是其天然抗氧化能力更强的基础。值得注意的是，铁离子螯合能力在500W处理的马鹿肉中显著提升，这可能有助于通过隔离促氧化金属离子来进一步稳定肉质。

3.3. 主成分分析（PCA）结果

主成分分析将复杂的多变量数据降维，直观展示了不同处理组间的差异。前两个主成分累计解释了54.65%的方差。PC1（33.22%）与红度（a^*）、饱和度（Ch^*）、%MMb以及蛋白羰基含量呈强正相关，而与%DMb呈强负相关。PC2（22.60%）则与色调角（h°^°）和TBARS值正相关，与pH值及部分抗氧化指标（ABTS, DPPH）负相关。得分图清晰地将牛肉和马鹿肉的样本分开，马鹿肉样本主要分布在图形上部，而牛肉样本位于下部。非超声处理的牛肉样本因其较高的pH值、红度、%MMb和氧化指标而集中在右侧。特别值得注意的是，500W处理的马鹿肉样本和250W处理的牛肉样本在PC2上距离最远，表明它们在脂质氧化和相关色泽参数上存在最大差异，突出了超声参数对不同肉类的特异性影响。

本研究得出结论：超声处理对肉类的氧化状态相关参数具有显著影响，且这种影响因超声功率和肉类品种而异。关键在于，250W的总声功率被证明是提升牛肉和马鹿肉氧化稳定性的优化条件，它能有效降低脂质和蛋白质氧化指标。尤为重要的是，研究发现马鹿肉对超声处理的敏感性低于牛肉，其肌红蛋白体系、蛋白质和脂质在超声作用下表现出更强的稳定性。这首次从氧化平衡和色泽稳定性的角度，揭示了超声技术应用于马鹿肉这一替代蛋白源的潜力和优势。该研究不仅深化了对超声波与肉类基质相互作用机制的理解，而且为利用超声技术改善野味肉类品质、延长货架期、进而提升其市场竞争力提供了直接的科学证据和实践指导。未来，在此基础上进一步研究超声对马鹿肉嫩度、多汁性等感官属性的改善效果，将更具应用价值。