《Journal of Future Foods》：Ultrasound Technology in Modulating Characteristic Flavors of Meat Products: Mechanisms, Applications, and Future Trends
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本综述系统阐述了超声波技术通过空化效应、机械效应和热效应调控肉制品风味的多重机制，重点分析了其在促进特征风味物质生成（如调控酶活性、加速蛋白降解、促进美拉德反应和脂质氧化）及抑制不良风味（如减轻冻融损伤、降低脂氧酶(LOX)活性、抑制微生物）方面的独特优势，为肉类工业的绿色精准风味调控提供了新策略。
超声波技术的原理与优势
超声波是指频率高于20 kHz的机械波，其中低频超声波（20-100 kHz）在肉类加工中应用最为广泛。其核心作用机制是空化效应，即声波在液体介质中传播时产生周期性压缩和稀疏相，导致空化气泡的形成、振荡、膨胀和剧烈崩塌。这一过程伴随产生局部高温、高压、冲击波和微射流，从而对肉品组织产生机械和热效应。与传统热加工、腌制、发酵等方法相比，超声波技术具有非热或低热、作用快速、易于与其他技术协同等优点，能更精准高效地调控风味。
肉制品特征风味化合物的形成机制
肉制品的特征风味主要源于加工过程中脂质、蛋白质和碳水化合物等大分子的降解及后续复杂反应。风味形成可分为两个关键阶段：风味前体生成阶段和风味物质转化阶段。脂质氧化是形成醛、酮、醇等关键风味化合物的重要途径，尤其是磷脂中的多不饱和脂肪酸（PUFAs）的氧化。美拉德反应是氨基酸与还原糖之间发生的非酶褐变反应，经历初始、中间和最终阶段，产生包括吡嗪、呋喃、噻吩等在内的多种风味物质。此外，硫胺素热解、碳水化合物焦糖化等途径也贡献了肉制品的风味复杂性，且这些反应体系之间存在密切的协同相互作用。
超声波技术促进肉制品特征风味生成的作用与机制
超声波技术能通过多种机制促进特征风味的生成。首先，超声波能调控关键酶系统。其空化效应可破坏溶酶体膜，促进组织蛋白酶（如Cathepsins B/L/H）和钙激活蛋白酶（Calpains）的释放与活化，加速蛋白质降解为游离氨基酸（FAAs）和短肽等风味前体。同样，超声波能促进脂肪酶和磷脂酶的释放并改变其构象，增强酶活性，加速游离脂肪酸（FFAs）的生成，为脂质氧化提供底物。对于外源酶，超声波能改善酶液渗透性和底物可及性，提高酶解效率。
其次，超声波影响蛋白质结构、降解及其与风味化合物的结合能力。空化效应产生的剪切力能破坏肌原纤维结构（如Z线、I带），与内源酶协同加速蛋白质降解。同时，超声波引起蛋白质二级结构（如α-螺旋减少，β-折叠增加）和三级结构展开，暴露疏水区域和极性基团，并通过诱导巯基（-SH）氧化为二硫键（-S-S-）等氧化修饰，增强蛋白质与风味分子（如呋喃类、醛酮类化合物）的疏水相互作用和氢键结合，从而提高风味物质的保留能力。此外，超声波还能通过改变蛋白质结构促进风味物质的释放，优化整体风味感知。
第三，超声波能加速脂质氧化。空化效应产生的自由基（如·OH）能引发多不饱和脂肪酸的自由基链式反应，促进脂质氢过氧化物（LOOH）的形成及其分解为醛、酮等风味化合物。
第四，超声波对美拉德反应各阶段均有调控作用。它能通过改变蛋白质构象，暴露氨基（如赖氨酸的ε-氨基），增强氨基酸/肽/蛋白质与还原糖的糖基化程度（DG）。超声波还能促进还原糖的异构化（如葡萄糖异构为果糖），增加高反应活性羰基的浓度。在反应后期，超声波通过空化产生的高压等条件，可促进吡嗪类化合物的侧链延长（如甲基吡嗪向乙基吡嗪的转化），生成感官阈值更低、风味贡献更强的长链吡嗪。
肉制品不良风味形成机制及超声波的抑制策略
肉制品不良风味的形成主要与脂质过氧化、蛋白质过度氧化降解以及微生物代谢活动有关。过度脂质氧化会产生己醛、庚醛等具有哈败味、鱼腥味的挥发性物质。蛋白质过度氧化和降解会产生生物胺（如尸胺、组胺）和硫化物（如硫化氢、甲硫醇），带来腐臭、氨味等异味。特定微生物（如假单胞菌、Shewanella spp.、李斯特菌）代谢会产生三甲胺、挥发性脂肪酸等不良风味化合物。
超声波技术能通过多种策略抑制不良风味的形成。在冻融过程中，超声波辅助冷冻/解冻能通过空化气泡作为成核位点、增强传质传热以及引发二次成核等机制，促进冰晶细化并均匀分布，减轻对肌肉细胞结构的机械损伤，从而减少促氧化物质（如非血红素铁、活性氧(ROS)）的泄漏，抑制脂质和蛋白质的过氧化及过度降解。超声波还能通过改变脂氧酶（LOX）的空间构象，抑制其催化活性，阻断酶促脂质氧化途径。此外，超声波的抗菌作用至关重要。空化效应产生的冲击波、微射流能直接破坏微生物细胞膜，同时产生的ROS能氧化细胞组分，导致细胞内容物泄漏和代谢功能障碍，从而抑制微生物生长及其代谢产物的积累。研究表明，超声波与其他技术（如略微酸化电解水(SAEW)、辣椒素、超临界二氧化碳(SC-CO2)）联用可产生协同杀菌效果，甚至对部分细菌孢子也具有一定的灭活能力。
结论与展望
超声波技术作为一种绿色非热加工技术，在精准调控肉制品风味方面展现出巨大潜力。它通过空化效应、机械效应和热效应，能有效促进特征风味物质的生成并抑制不良风味。然而，其工业化应用仍面临一些挑战，如空化热效应对风味稳定性的潜在影响、工业化设备缺乏导致的加工效率与能耗问题、超声波参数与肉品多样性的匹配性以及对其调控蛋白质-风味物质结合与释放机制的认知尚浅等。未来研究应致力于深入阐明超声波调控风味形成与释放的分子机制，优化工艺参数与不同肉品的适配性，并开发智能、高效、稳定的工业化超声波装备，通过多学科交叉与先进技术融合，推动超声波技术在肉类工业中的广泛应用。
