韩 格，秦泽宇，张 欢，孔保华*
（东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030 ）
几千年来，食盐一直被用作肉制品必备的添加成分，是影响肉制品品质、感官特性以及保质期的关键因素。然而，大量的流行病学调查已经证实，钠盐摄入量过多会导致血压升高，增加患心血管疾病的风险[1]。中国营养学会最近发布的一份报告显示，我国实际人均钠盐摄取量为10.5 g/d，远远高于世界卫生组织和《中国饮食指南》所规定的5～6 g的每日推荐摄入量。肉和肉类产品约提供每日食盐总摄入量的16%～25%，肉制品中含盐量的高低对人们食盐的摄入总量有较大的影响。我国传统肉制品普遍盐含量过高，特别是在腌制肉制品中[2]。例如传统干腌火腿的含盐量在6%～12%之间，远远高于欧洲国家的干腌火腿[3]。高含盐量很大程度上限制了我国传统肉制品的消费和食用。因此降低肉制品中的盐含量成为消费者和肉类工业共同关注的新问题。然而，贸然降低钠盐添加量或使用盐替代品会对肉制品风味和品质产生不良影响。这促使肉类工业寻找可靠的新技术来降低加工肉制品中盐的含量。
超高压作为一种新型的非热能加工技术，凭借其独特的优势在肉品微生物灭活、酶的改性、肉品品质的改善以及快速冷冻/解冻等方面发挥着重要作用[4-7]。超高压处理食品过程中不会发生共价键断裂，因此化学变化很小，保留了食物原有的色泽、风味、质构和营养成分[8]。在美国和加拿大，超高压技术已被批准用于即食肉制品的低温消毒，成为肉类加工过程中热杀菌的有效替代方法[9]。近年来，随着超高压技术的迅速发展，其在开发更有益于健康的肉制品领域显示出了巨大潜力。据报道，超高压技术的使用能够减少肉制品中食盐的使用量，改善低盐肉制品的品质，有利于健康低盐肉制品的开发[10]，因此受到国内外学者的高度重视。然而关于超高压处理技术对肉制品减盐作用的综述并不多见，因此本文以此为题材，详细论述了超高压技术降低肉制品中食盐使用量的作用机制，并从改善低盐肉制品保水性、蒸煮损失、咸味、颜色以及微生物安全性5 个方面，综述了近10 年超高压技术在低盐肉制品品质改良中的应用研究进展。
1 低盐肉制品概述
食盐作为肉制品常用的添加成分，在肉制品中不仅能够提供特有的咸味、色泽，还能够通过增加盐溶性蛋白的溶解性和凝胶特性，提高肉制品的保水能力、降低蒸煮损失、改善凝胶质构。此外，NaCl还可以通过降低水分活度，抑制肉制品贮藏过程中的微生物生长[11-13]。由于食盐在肉制品中具有多重功能，这就给低盐肉制品及食盐替代物的开发提出很大的技术挑战，因此急需找到有效的替代方法来生产高品质的低盐肉制品。
减少肉制品中盐含量的主要策略是使用钠盐替代品[14]，目前正在研究使用钙、钾、镁、多肽、氨基酸和磷酸盐等部分替代钠盐，并已将其应用于干腌火腿和其他肉制品中[15-18]。然而，可用于减少肉制品中盐含量的替代品非常有限，并且这些替代品的加入可能会对感官和其他品质特征产生负面影响[19]。另外随着人们对清洁标签产品越来越感兴趣，需要探究是否可以在不添加任何替代品的情况下减少肉制品中盐的使用量。鉴于此，研究者们致力于研究开发新的加工技术，现有的研究结果已显示，超高压技术的应用可以起到与食盐类似的作用方式，作用于肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP），改善肌肉蛋白质的功能特性[20-21]，提高盐的分配效率[22]，抑制微生物的活性[23]，并进一步提高肉制品的保水性，降低蒸煮损失，改善咸味以及延长货架期。因此可以结合超高压处理技术，减少肉制品中钠盐的使用量，为更健康且高品质的低盐肉制品的开发提供可能。
2 超高压技术对低盐肉制品品质改良的研究
总地来说，食盐在肉制品中具有提高保水性、降低蒸煮损失、改善感官以及延长货架期等作用。因此，任何涉及肉制品减盐的策略，都应对其感官品质、理化特性和微生物安全性进行彻底分析。近年来，超高压处理被认为是减少肉制品中食盐使用量的一种有效方法。超高压技术的应用改善了低盐肉制品的品质，包括产品的持水能力和咸味等品质，并对微生物有很好的抑制作用。因此，超高压技术的应用对高品质的低盐肉制品开发提供了方向。
2.1 超高压技术对低盐肉制品保水性的影响
肉品保水性对其食用品质有很大的影响，是肉品质评定时的重要指标。近年来，一些研究探讨了超高压处理在提高低盐肉制品保水能力方面的积极作用。Tintchev等[24]的研究发现，与对照组相比，超高压处理会降低低盐法兰克福香肠的水分损失，其中压力在600 MPa时差异显着。这表明超高压处理可以提高低盐香肠的保水性。此外，Zhang Ziye等[25]利用低场核磁共振技术研究了不同超高压强度处理对鸡胸肉中水分分布的影响。随着超高压强度的增加，T2b的比例从0.44%增加到1.21%，这表明经过超高压处理的鸡胸肉中结合水比例增加。T21比例从82.32%增加到92.13%，T22比例从17.24%降低至6.67%，表明更多的游离水随着超高压强度的增加转移为结合水或不易流动水，使鸡胸肉的保水性提高。Yang Huijuan等[26]利用超高压处理低盐乳化型香肠也得到了类似的结论。也有一些研究报道了超高压处理对肉保水性的负面影响，Kim等[27]观察到在400～500 MPa的高压处理下，牛半腱肌的持水量减少8%～12%，Marcos等[28]认为导致肉保水性降低的主要原因是超高压处理诱导了肌浆蛋白变性和沉淀。Sikes等[29]的研究了超高压处理对含盐0%、0.5%、1.0%、2.0%（质量分数，下同）肉糜保水性的影响，结果表明，在超高压处理下，含盐1.0%的低盐肉糜保水性显着提高，但并不能提高不含盐肉糜的保水性。所以肉品中保水性的变化可能是钠盐与超高压处理协同作用的结果。
2.2 超高压技术对低盐肉制品蒸煮损失的影响
盐在肉制品中可与肌肉中的蛋白质作用，增加肉与水的结合力，因此一般肉制品中盐含量的降低会使蒸煮损失增加，导致较低的产量和感官品质，进一步影响产品的市场价值和消费者的可接受性水平[30]。有学者研究了盐的含量和超高压处理对肉制品蒸煮损失的影响，指出超高压技术的应用明显降低了高盐水平的使用，同时保持了更好的品质特性。Crehan等[31]研究发现，与对照相比，低盐法兰克福香肠在150 MPa超高压处理下，蒸煮损失显着降低，并最终增加了产品的烹饪产率。O’Flynn等[32]报道，在未经超高压处理的情况下，将早餐香肠的盐质量分数从2.5%降低到0.5%，导致烹饪损失增加了15.78%～21.51%，而在5 min、150 MPa高压处理后，可以减少低盐早餐香肠的烹饪损失，同时该作者指出，在不影响香肠传统的感官和品质特性的情况下，高压处理可以将早餐香肠的盐含量降低至1.5%。除此之外，超高压的这种作用也在牛肉中得到报道，Morton等[33]研究表明，在175 MPa、3 min的超高压处理下牛肉的烹饪损失显着降低。上述研究表明，超高压处理技术显着减少了低盐肉制品的蒸煮损失。
2.3 超高压技术对低盐肉制品咸味的影响
咸味是腌制肉制品最重要的味觉指标之一。研究表明，超高压处理可以改善低盐肉制品的风味品质并提高咸味。Fulladosa等[34]研究了超高压处理对低盐干燥火腿感官特性的影响。结果发现，尽管NaCl含量不受加压影响，但经过600 MPa的超高压处理，干燥火腿中的咸味显着增加，除此之外，其鲜味和甜味风味也得到了显着的提升。这与Clariana[35]和Patterson[36]等报道的结果一致，他们发现，经过600 MPa高压处理的干腌火腿的咸味高于未经高压处理组。因此，超高压技术可以作为有效替代品降低肉制品中的盐使用量。
2.4 超高压技术对低盐肉制品颜色的影响
食盐在肉制品中具有稳定颜色的作用，降低食盐添加量，会导致肉制品色泽的改变。近年来，超高压处理对低盐肉制品颜色的影响已有所研究。马汉军等[37]研究了室温下不同高压（200、400、600、800 MPa）处理对碎牛肉颜色影响，实验表明，随着压强增大，L*值增加、a*值降低、b*值维持不变，肌肉逐渐失去红色变为棕色。Ha[38]和Orlien[39]等的研究也得到了类似的结论。O’Flynn等[32]将早餐香肠中食盐质量分数从初始的2.5%降低至1.5%以下时，实验结果显示，未经高压处理组的L*值显着降低、a*值显着增加、b*值无明显变化，而150 MPa的高压处理使低盐肉制品的L*值上升、a*值降低，肉逐渐失去红色变为棕色。此外，冷雪娇等[40]研究发现，不超过150 MPa的高压处理对肉色影响较小。这些研究表明，超高压处理对低盐肉制品颜色没有明显的改善作用，甚至会对肉制品颜色产生不良影响。
2.5 超高压技术对低盐肉制品微生物安全性的影响
由于食盐的抑菌特性，当肉制品中的盐含量减少时，其安全性和保质期可能会受到影响。相关研究报道，超高压处理可以在室温下灭活肉品中的致病微生物，延长肉品的货架期，并减少高温处理引起的对热敏肉类产品成分的损害。超高压已广泛应用于改善包装前/后即食肉制品的微生物安全性和货架期，并成功抑制了大肠杆菌O157:H7、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌等有害病原体的生长，以及各种肉类产品中如酵母、假单胞菌、乳酸菌等腐败微生物[41-43]。最近的一些研究集中调查了超高压处理对不同低盐肉制品中各种腐败和病原微生物的灭活作用（表1）。这些研究揭示了超高压技术在低盐肉类产品中对于微生物抑制的重要性，同时为货架期稳定的低盐肉制品的开发提供了有效途径。
表1 超高压处理对不同低盐肉制品微生物的抑制作用Table 1 Effect of ultra high pressure treatment on microbial inactivation of different low-salt meat products
然而，不同微生物对压力的敏感性不同，其中革兰氏阴性菌最为敏感，而细菌孢子是抗性最强的。孢子对压力的高抵抗性一直是该技术在冷藏食品中应用的限制因素。近年来，高压和高温的智能结合已经演变为食品中微生物完全抑制的一个重要研究方向。研究证明，在低温或中等温度下耐压的细菌孢子经食品的高温辅助压力处理后可完全失活[50]。Ramaswamy等[51]利用827 MPa超高压和75 ℃高温对梭状芽孢杆菌PA 3679的孢子进行灭活，结果表明，超高压处理与高温相结合能够抑制菌体浓度大于5.5（lg（CFU/g））的梭状芽孢杆菌PA 3679孢子，并且具有比热处理更高的效率。由此可见，高温辅助压力处理对细菌孢子的抑制具有显着的效果。
3 超高压技术对低盐肉制品的降盐机制研究
3.1 提高肌肉蛋白质的溶解性
肉中的主要蛋白质MP是盐溶性蛋白质，可以溶于一定离子强度的盐溶液中。食盐使用量少，达不到一定的离子强度，反而会降低其溶解性。近年来，超高压处理技术在改善肌肉蛋白质功能特性方面发挥着重要的作用，高压通过改变肌原纤维的结构成分增加MP的溶解性。Marcos等[52]研究发现肌肉在20 ℃条件下，经0.1～200 MPa高压处理后，MP溶解度随着压力的增大而逐渐增大，这可能是因为肌肉蛋白质的适度变性，使亲水基团暴露，导致溶解度的上升。
图1 超高压处理对肌原纤维蛋白SDS-PAGE条带的影响[53]Fig. 1 Effect of ultra high pressure treatment on sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis bands of MP[53]
Shao Ying等[53]对高压处理克氏原螯虾中提取的MP进行了十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析（图1），发现在28 ℃条件下，与未经高压处理的对照相比，克氏原螯虾在100 MPa下处理时几乎所有MP条带强度都明显增加。据推测，低水平的高压处理（100 MPa）引起肌原纤维膨胀，最终导致其结构断裂并分解成短丝。溶剂使这些较小的改性结构可及性增加，导致肌球蛋白、肌动蛋白和一些其他蛋白质的溶解性增加。随着压力增加到300 MPa以上，MP的主要谱带强度下降并逐渐消失，说明过高的压力处理可能导致蛋白质进一步变性和展开，或在更高的压力下与其他蛋白质形成蛋白质多聚体，造成蛋白质溶解度降低。这些研究表明，一定压力范围内的超高压处理可以促进肌球蛋白、肌动蛋白以及其他蛋白质的增溶，进而实现了不再完全依赖使用食盐便可以提高MP的溶解性。
3.2 改善肌肉蛋白质的凝胶性
在肌肉蛋白中肌球蛋白对凝胶起着重要作用，肌球蛋白分子的头部区域对超高压处理使用的压力十分敏感[54]。肌球蛋白在50 MPa时开始展开，压力超过200 MPa时，疏水性基团和埋藏的巯基暴露是肌球蛋白聚集体形成的先决条件。展开的蛋白相互聚集交联形成不溶性大分子凝胶体。这种凝胶基体能保持大量的水分，进而有助于低盐肉制品的保水能力提高和质构的改善[55-56]。
Zhang Ziye等[57]利用扫描电子显微镜观察凝胶的微观结构（图2），在28 ℃条件下，未加压处理的MP的凝胶网络杂乱不规则且具有较小的致密性，经过100 MPa处理，随着蛋白质之间的相互聚集，样品的凝胶网络表现出规则且致密的丝状结构，当高压进一步增加到200 MPa时，MP凝胶网络更加致密和均匀，呈现典型的“蜂窝”状结构。这种凝胶网络结构有益于增强凝胶强度，另外可以束缚和保留更多的水分，从而增强凝胶保水性。正如Gudbjornsdottir等[58]的报道，肌原纤维之间的有效空间随着压力的增加而增加。但当压力达到300 MPa甚至更高时，凝胶网络孔径越来越大且不均匀。这时的凝胶网络对水分的束缚变弱，凝胶保水性降低且凝胶强度降低。由此可知，200 MPa高压处理对MP凝胶保水性和凝胶硬度有显着的增强作用。
图2 超高压处理对肌原纤维蛋白凝胶微观结构的影响（2 000×）[57]Fig. 2 Effect of ultra high pressure treatment on microstructure of MP (2 000 ×)[57]
3.3 增强肉制品的咸味感知
超高压处理可以增加肉制品的咸味感，而这种咸味的增加并不是高压处理影响了盐的含量，研究表明，超高压处理的肉制品咸味增加是一种感官现象[59]。高压处理可以代替钠盐改善肌肉蛋白质的功能性质，Na+与蛋白质之间的相互作用减弱，使一部分与蛋白质紧密结合的Na+得到释放、被味觉系统感知，进而使得咸味感增强[35]。Picouet等[22]从分子角度和超微结构解释了这种咸味增加的现象，其在20 ℃条件下，利用23Na核磁共振弛豫值来确定钠的迁移率，用透射电子显微镜分析了600 MPa下干燥火腿肌肉组织超微结构的变化。实验表明，超高压处理促使与蛋白质紧密结合的Na+相对减少，一小部分Na+从蛋白质结构中释放出来。通过透射电子显微镜观察到在600 MPa高压下肌原纤维超微结构变为更无序的状态。蛋白质核心疏水性膨胀以及通过破坏其三级结构而形成熔球态，最终导致与蛋白紧密结合的Na+的释放[60]。因此，少量的Na+被“释放”到干腌火腿的水相中，从而增加产品中“游离”Na+的总量，使得咸味感觉更明显。基于这种自然增加咸味的原理，超高压技术作为低盐肉制品降盐的新方法是非常有吸引力的。
3.4 影响肉制品的颜色
肉的颜色与氧合肌红蛋白（鲜红色）、肌红蛋白（紫红色）和高铁肌红蛋白（棕色）3 种蛋白的比例有关。肉颜色的稳定性是由肌红蛋白中铁离子的价态和与O2结合的位置所决定的。压力在一定条件下会诱导肉的颜色变化。由于肌原纤维蛋白的变性，加压导致肉表面的亮度增加。变性蛋白质更容易聚集促进肉表面的颜色变化，从而增加反射光的量，这表现为使肉的表面颜色亮度增加的效果[39]。超高压处理后肉的红度减少归因于肌红蛋白变性和血红素置换或释放以及鲜红色的氧合肌红蛋白（Fe2+）氧化成棕色的高铁肌红蛋白（Fe3+）[61]。总之，压力引起的颜色变化是由于肌红蛋白分子的改变和肌肉结构的变化。
3.5 抑制肉制品中微生物生长
图3 超高压处理对微生物细胞结构和生物成分的影响Fig. 3 Effect of ultra high pressure treatment on microbial cell structures and biomolecules
食盐的另外一个主要作用就是对微生物生长有一定的抑制作用，而超高压处理对微生物生长也有很好的抑制作用。图3为超高压处理对微生物细胞的结构和生物成分的影响，图中A～D左边是未经过高压处理试样中微生物细胞内蛋白质的状态，右边是经过高压处理的状态。超高压对微生物的抑制作用是通过多靶标的方式，包括引起微生物细胞膜的相变、细胞壁的破裂、核糖体亚基的解离、蛋白质的修饰（如变性和凝胶的形成）以及酶的激活和失活[36]。因此，超高压引起的细胞死亡是细胞不同部位损伤共同作用的结果[62]。当施加高压时，分子体积的变化会引起一系列化学反应和物理过程。这种体积的压缩对抑制微生物有明显效果[63]。细胞膜是对压力最敏感的细胞成分，被认为是超高压处理引起微生物死亡的主要靶点。因此，微生物死亡的主要原因是高压处理破坏了细胞膜的渗透性和完整性，引起细胞形态改变，从而引起细胞壁破裂，最终导致细胞质泄漏造成细胞死亡[64]。然而细胞膜的损坏并不足以解释高压处理的抑菌机制，进一步研究发现，随着压力的增加，膜结合的蛋白质变性展开，膜脂质通过改变其构象和堆积方式来适应体积的压缩，导致细胞膜磷脂双分子层流动性降低，进而影响细胞膜功能[65-66]。另外，蛋白质，特别是多聚体蛋白质是细胞中最具压力敏感性的生物大分子，与脂质类似，通过改变其构象适应压缩时的体积变化，最终导致蛋白质折叠结构的丧失，多聚体蛋白质解离为蛋白质单体[67]。由于蛋白质的变性和关键酶的失活在一定程度上导致了微生物的失活[68]。研究表明，将压力增加至300 MPa或更高时，可能会引起酶的不可逆变性，使负责合成ATP和调节细胞内pH值的F0F1-ATP酶失活，并从细胞膜上脱落，导致ATP合成不足以及细胞内pH值失衡，最终导致微生物的破损或死亡[69]。高压处理微生物失活的另一个重要的靶点是核糖体，通常，超高压引起微生物核糖体中的亚基解离，限制细胞活力，并抑制微生物蛋白质合成来降低细胞蛋白质含量，最终导致细胞死亡[70]。
4 结 语
随着人们生活质量的提高，消费者越来越注重食品的安全、营养和健康问题。超高压处理作为一种新型的非热能加工技术，在加工食品过程中不会造成共价键断裂，化学变化很小，因此保留了食物原有的色泽、风味、质量和营养成分。此外，超高压技术可有效降低肉制品中盐的使用量，在无其他替代物条件下最大程度改善了肉的保水性、蒸煮损失、咸味和微生物安全性等品质，符合消费者对安全、健康肉类产品的需求，更符合当前清洁标签产品的要求，技术和产品的市场前景广阔。与此同时，该技术在低盐肉制品研发中也存在着一些局限性。首先，大多数超高压加工食品需要在冷藏条件下贮存和运输，以保持其感官品质，并且可能需要无菌包装条件，结果导致生产成本增加。其次，超高压加工中使用的包装必须具有至少15%的可压缩性，因此只有塑料类包装材料适用于超高压加工食品。另外，超高压处理是以待处理产品的类型、操作条件的差异而分批进行的，不能将其应用于高速生产线。因此，制造商和研究机构应共同评估超高压处理食品的生产条件，以实现降低成本、快速生产。
我国是世界上肉制品生产和消费第一大国，超高压技术在低盐肉制品研发方面具有极大的发展前景，可为新产品的开发提供新思路。但该技术的应用仍处于基础研究阶段，尚未实现大规模的产业化和商品化。在今后的研究中，除了应继续开展超高压技术在食盐的其他功能性方面的替代作用以及降低超高压负面效应方面的研究之外，还应重点研制和开发针对低盐肉制品降盐的专用型超高压设备。
