烘干時間對牛肉干水分分布與品質變化的影響

姜秀麗+刁小琴+孔保華+夏秀芳+劉騫

摘 要：研究在60 ℃條件下，不同烘干時間（1、2、3、4、5 h）對牛肉干水分分布及品質變化的影響，分別測定牛肉干的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、弛豫時間T2、色差和感官質量，并進行相關性分析。結果表明：隨著烘干時間的延長，牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*顯著降低（P<0.05）；a*和剪切力顯著增加

（P<0.05），并在烘干時間3 h時，獲得了最高的感官評分（P<0.05）。低場核磁共振研究結果顯示：隨著烘干時間的延長，T21、T22逐漸向馳豫時間短的方向移動，其峰面積S21和S22與對照組相比顯著下降（P<0.05）。結合相關性分析可以得出：T21的變化與牛肉干水分含量、水分活度和出品率之間存在正相關的線性關系。因此，不同的烘干時間對牛肉干品質的影響主要與肉中的水分遷移有關。

關鍵詞：牛肉干；低場核磁共振；烘干時間；水分分布；品質

Influence of Drying Time on Water Distribution and Quality Changes of Beef Jerky

JIANG Xiuli， DIAO Xiaoqin， KONG Baohua， XIA Xiufang， LIU Qian*

（College of Food Science， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China）

Abstract： This study was focused on investigating the effect of different drying times （1， 2， 3， 4 and 5 h） at 60 ℃ on the water distribution and quality changes of beef jerky. The cooking yield， moisture content， water activity， shearing force， T2 relaxation time， color and sensory properties were measured and correlated with each other. The results showed that with increasing drying time， the cooking yield， water activity， moisture content and b* value of beef jerky decreased significantly

（P < 0.05）， while shearing force and a* value significantly increased （P < 0.05）. The best sensory evaluation was acquired at 3 h （P < 0.05）. Meanwhile， low-field nuclear magnetic resonance （LF-NMR） indicated that both T21 and T22 peaks shifted toward shorter relaxation times with increasing drying time， and the corresponding peak areas A21 and A22 decreased significantly when compared with the control. Positive linear correlations were obtained between T21 variations and water content， water activity or cooking yield of beef jerky. These findings indicate that the influence of different drying times on the quality of beef jerky is mainly related to water migration.

Key words： beef jerky； low-field nuclear magnetic resonance （LF-NMR）； drying time； water distribution； quality

中圖分類號：TS251.5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2016）04-0030-05

DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007

引文格式：

姜秀麗， 刁小琴， 孔保華， 等. 烘干時間對牛肉干水分分布與品質變化的影響[J]. 肉類研究， 2016， 30（4）： 30-34. DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

JIANG Xiuli， DIAO Xiaoqin， KONG Baohua， et al. Influence of drying time on water distribution and quality changes of beef jerky[J]. Meat Research， 2016， 30（4）： 30-34. （in Chinese with English abstract） DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007.

http：//rlyj.cbpt.cnki.net

牛肉含有豐富的蛋白質、VA和鈣、鐵、磷等礦物質，而且脂肪和膽固醇含量都要低于其他肉類食品，味道鮮美、營養價值高，素有“肉中驕子”的美稱，是肉干加工的良好材料[1-2]。牛肉干是我國傳統的風干肉制品，產品口感獨特、回味悠長、質量輕、攜帶方便，是旅游、運動愛好者最受歡迎的食品之一。干燥是牛肉干加工中必不可少的工序，傳統的干燥方法包括曬干[3]和風干[4]，但溫度不穩定，干燥效率低，產品容易受到污染；而用烘箱恒溫干燥，能賦予牛肉干更好的色澤和風味，提高產品的安全性和穩定性。牛肉經高溫烘烤會產生肌纖維收縮、質量減輕、持水能力下降等變化[5]，而這些變化都與水分的損失密切相關。近年來，雖然國內外有很多關于牛肉干物性特性的研究報道，但都集中在質構[6]和感官評定[7]上，結合低場核磁共振技術探討腌制后的原料肉在不同的烘干時間水分分布狀態及品質特性的研究比較少。

低場核磁共振技術（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是利用物理學原理，通過檢測食品中H質子的弛豫時間，來反映食品中水分的流動性和分布特性[8]，因其具有快速、靈敏、無損、非侵入的特點[9]而被廣泛應用。目前，利用LF-NMR能夠測定食品中的水分[10]、判定大分子如蛋白質的結構[11]、鑒定食品中的摻假問題[12]等等。而在肉品科學研究中，主要測定肉中的水分與肉品質之間的關系，包括尸僵成熟、加工貯藏等各個環節。McDonnell等[13]利用LF-NMR研究了不同鹽濃度和纖維方向對肉基質的水分分布和移動性的影響。結果表明，T2b隨著鹽濃度的增加而增加，肌原纖維內部的水分增加和肌原纖維外部的水分減少導致較高的水結合能力，在平行肌原纖維方向處理樣品時水分可更快地分散在肌原纖維外部的空間，因此，利用LF-NMR結果能夠更快提供肉基質中水結合能力的信息。Gudjónsdóttir等[14]利用LF-NMR研究了鱈魚在貯藏過程中物理特性與核磁共振參數的相關性，結果表明，T21、T22、S21等參數可有效反映鱈魚冷凍引起的肉結構變化以及相應的水分遷移，并通過建模可預測鱈魚貨架期。雖然LF-NMR在肉制品加工中被普遍應用，但在干燥工藝中的研究卻鮮少發現。本研究利用LF-NMR探討了在60 ℃的烘干溫度下，不同烘干時間對牛肉干水分分布及品質特性的影響，分別測定了牛肉干的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、弛豫時間T2、色差和感官質量等相關指標，進而篩選出適合牛肉干制品生產的最佳加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牛肩肉、鹽、辣椒粉、五香粉、白砂糖、

大豆油 哈爾濱市大潤發超市。

1.2 儀器與設備

JD500-2電子天平 沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司；

AL-104精密電子天平 梅特勒-托利多儀器設備（上海）有限公司；美的SK2105電磁爐 廣東美的電器股份有限公司；DH-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏設備有限公司；ZE-6000電子色差儀 日本電色工業株式會社；Aqua Lab水分活度測定儀 美國Decagon公司；C-LM3型數顯式肌肉嫩度儀 東北農業大學工程學院研制；Mq-20低場核磁共振分析儀 德國布魯克公司；M-380型氣調保鮮包裝機 上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉干的加工工藝流程及操作要點

加工工藝流程：原料的選擇與預處理→燜煮→

切片→腌制→收汁→烘干→真空包裝→成品

操作要點：1）原料的選擇與預處理：選取符合國家標準的新鮮牛肩肉，去骨除皮、脂肪、筋腱，并對原料進行清洗，洗去血污等雜質。2）燜煮：將牛肩肉放入鍋中，加入水（淹過肉面），燜煮至中心溫度達80 ℃取出，熄火，撈出待冷卻。燜煮過程中不斷將表面浮沫撇去，湯汁當作煮肉湯汁使用。3）切片：將煮好的肉順著肌原纖維方向切成4 cm×2 cm×0.3 cm的片狀。

4）腌制：按照每千克牛肉的比例配制腌料配方：煮肉湯汁200 g、白砂糖230 g、鹽15 g、辣椒粉5 g、五香粉3 g。調味料與牛肉混合均勻，冷藏30 min入味。5）收汁：將腌過的肉放置于鍋中，以小火不時翻炒至肉入味，湯汁略收干，取出。6）烘干：將取出的肉片平鋪于已鋪好烘烤紙（抹一層油）的烤盤上，放置于已預熱烘箱內以60 ℃恒溫烘干1～5 h。7）真空包裝：烘干結束后，冷卻，真空包裝。

1.3.2 出品率的測定

參考Sindelar等[15]的方法并略作改動，烘干后的樣品待冷卻后稱質量，出品率按照烘干之前和烘干之后的質量差異進行計算，公式如下：

1.3.3 水分含量和水分活度的測定

根據國標GB 5009.3—2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》，采用105 ℃烘干恒重法測定樣品的水分含量。水分活度利用水分活度儀進行測定。

1.3.4 結合LF-NMR測定水分的動態分布（T2的測定）

參考Han Minyi等[16]的方法，牛肉干沿著肌原纖維方向切成長2 cm、寬0.5 cm的肉條，放入圓筒狀的玻璃試管中（直徑1.8 cm，高度18 cm），在LF-NMR分析儀中進行橫向馳豫時間T2的測定，質子共振頻率為20 MHz，磁場強度為0.47 T。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列測定牛肉干中的T2，每個樣品自動掃描16 次，間隔時間為2 s。通過CONTIN軟件對T2進行反演，得出每個樣品的弛豫時間（T21和T22）及相對應的峰面積（S21和S22）。

1.3.5 剪切力的測定

參考Li Miaoyun等[17]的方法并略作改動，將牛肉干樣品用剪刀沿肌原纖維方向修整成長4 cm、寬1 cm的肉條，將修剪的樣品放置在數顯式肌肉嫩度儀上，并保證肌原纖維方向垂直于剪切刀片。測量時速率10 mm/min，剪切刀片厚度為1.5 mm。測定時每組樣品重復10 次。

1.3.6 顏色的測定

參考Yang等[18]的方法并略作改動，將烘干后的牛肉干切開，用ZE-6000色差計分別測定樣品的表面和斷面顏色L*（亮度）、a*（紅色度）和b*（黃度）。用白色標準版進行測量校準，每組樣品重復3 次。

1.3.7 感官評價

參考G?k等[19]的方法并略作改動，邀請食品學院具有豐富經驗的10 名同學，感官評價前先使小組成員了解本次實驗的評分標準和注意事項，掌握本次實驗的目的和意義。小組成員要求評價牛肉干的色澤、風味、組織狀態、口感和總體可接受性。每組樣品的最高得分為9 分，最低得分為1 分，通過得分高低來評判產品的優劣。感官評定標準如表1所示。

1.3.8 T21與其他指標的相關性分析

應用單向方差分析經過不同烘烤時間處理后牛肉干T21與理化指標之間的相關性。Pearson相關系數用于檢驗T21與水分含量、水分活度和出品率之間的相關性。

1.4 數據分析

每組實驗重復3 次，結果表示為平均值±標準差。用Statistix 8.1分析軟件進行數據統計分析，P<0.05表示差異顯著性，用Tukey HSD程序進行分析比較，用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 烘干時間對出品率、剪切力、水分活度和水分含量的影響

高溫和長時間烘烤對肉的物理性質有很大影響[20]，不同的肉蛋白會發生變性以及肉的結構也發生變化，如細胞膜的破壞、肉纖維收縮、肌纖維蛋白和肌漿蛋白聚集和形成凝膠、結締組織收縮和增容[21]，都會直接影響產品的出品率。

由表2可知，隨著烘干處理時間的延長，出品率逐漸下降，干燥時間1 h時，出品率最高。這是因為牛肉干在干燥過程中，隨著肌原纖維對水束縛能力的減小，肌肉持水性減弱，導致大量水分從肉干表面流失，隨著干燥的進行，蛋白持水能力逐漸下降，因而出品率也越來越低，這與Destefanis等[22]研究的水分含量降低是導致出品率下降的直接因素結論相一致。

剪切力指剪切刀片通過樣品時所獲得的最大的力，是衡量牛肉干嫩度的重要指標。由表2可知，隨著烘干時間的進行，牛肉干的剪切力顯著增大（P<0.05），嫩度越來越差。這是因為烘箱干燥主要是利用對流傳熱，其傳熱速度慢，導致牛肉干表面水分蒸發的速率大于水分從內部擴散到表面的速率，使牛肉干表面容易出現結殼的現象，隨著干燥的進行，結殼現象加重而使外表變硬，質地變差，剪切力變大[23]。陳洪生等[24]也指出隨著烘干時間的延長，大量水分從肌纖維內部流出，使纖維之間黏結在一起形成較硬的質體，產品過硬，組織狀態差，使牛肉干產生較高的剪切力。

水分含量和水分活度是描述肉中水分存在的普遍參數。由表2可知，水分活度在干燥過程中顯著降低，主要是因為在長期烘干過程中，肌纖維縱向收縮，導致水分大量損失，并迅速擴散到空氣中[25]，使水分活度下降。同時，隨著烘干時間的延長水分含量也顯著降低

（P<0.05），這種現象與隨著時間的延長出品率下降的結果相一致，這主要是因為干燥使肌纖維結構喪失完整性，肌纖維束收縮，空隙變大，肌束膜被破壞，對水的束縛能力減弱，從而使水分大量流失[26]。

2.2 烘干時間對顏色的影響

顏色是脫水食品的重要質量屬性之一，可以作為加工過程的質量控制指標，同時也是影響消費者決定購買產品的重要因素之一[27]。肉的顏色主要通過3 種形式的肌紅蛋白（包括去氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和變性肌紅蛋白）在肉表面的相對數量決定的。在烘干過程中，牛肉干顏色由淡紅色變為棗紅色再變為紅褐色，這是因為3 種形式的肌紅蛋白相互轉化，并通過氧合、氧化和還原反應被降解，最終影響肉的表面顏色[28]。由表3可知，未經烘干的牛肉表面的L*、a*、b*分別為42.73、8.49、20.10。烘干處理后牛肉的L*呈先上升后降低的趨勢，因為牛肉在烘干過程中發生非酶促褐變反應，使肉干產生誘人的亮紅色；但烘干時間過長，會發生脂肪氧化、碳水化合物和蛋白質的氧化聚合作用等，而且辣椒粉、五香粉等配料會沾附在牛肉干表面，影響肉干的表面顏色，使亮度值下降。烘干使牛肉干表面的紅度值呈上升趨勢，此結果與Konieczny等[29]研究的牛肉干顏色變化結果相同。

由表3可知，未經烘干的牛肉橫截面的L*、a*、b*分別為40.88、8.36、12.19。隨著烘干時間的延長，牛肉的L*呈下降的趨勢，可能是因為肌紅蛋白氧化變性、高鐵肌紅蛋白發生富集而引起的[21]。隨著干燥時間的增加，牛肉干內部脂肪被氧化、發生變色，使a*值逐漸減小，但差異不顯著（P>0.05）。

2.3 烘干時間對弛豫時間的影響

LF-NMR主要通過測量自由感應衰減、橫向（T2）和縱向（T1）弛豫時間來研究質子的運動性。在肉品科學研究中，一般用T2來表征弛豫時間的測量，通過T2能夠將肌肉中水的存在狀態分為3 個部分，即T2b、T21、T22，T2b是與大分子緊密結合的水即結合水；T21代表了肌原纖維和網狀組織中的水即不易流動水；T22代表了肌原纖維網格外部的水即自由水[30]。不同烘干時間下牛肉干樣品的T2弛豫時間分布如圖1所示，計算出來的峰面積和弛豫時間見表3。

Fig.1 Representative T2 relaxation time distribution of beef jerky at different drying times

由圖1可知，與對照組相比，烘干處理使T21逐漸向快馳豫時間的方向移動，說明不易流動水在減少。原因可能是在長時間烘干過程中，肌纖維蛋白變性、蛋白凝膠網絡結構被破壞而導致蛋白的持水能力減弱。同時，隨著烘干時間的延長，弛豫時間T22變小，這是因為長期加熱使肌纖維結構收縮，自由水與肉蛋白的結合程度降低，進而導致一部分自由水流出。

由表4可知，不同處理時間對牛肉干的弛豫時間T2和其所對應的峰面積產生顯著的影響（P<0.05）。馳豫時間T21主要分布在13～39 ms，弛豫時間T22在57～127 ms；而且隨著烘干時間的延長，峰面積S21、S22與對照組相比顯著下降（P<0.05）。因為在不同烘干時間下T2b代表的結合水變化不顯著，所以這里只對T21、T22的變化進行了探討。

2.4 烘干時間對感官質量的影響

由表5可知，隨著干燥時間的延長，牛肉干感官質量呈先增加后降低的趨勢。烘干時間為3 h時，牛肉干的總體可接受性最高，顯著高于（P<0.05）其他處理組。烘干時間短，牛肉干的脫水量少，質地過于柔軟，風味差，失去了牛肉干本身的口感；烘干時間長，則水分大量流失，質地堅硬，有柴感，并且表面有焦斑現象出現。結合總體情況表明，烘干時間為3 h時，可以賦予牛肉干更高的可食性。

2.5 T21與水分含量、水分活度、出品率的相關性分析

由表6可知，水分含量、水分活度及出品率與弛豫時間T21呈極大正相關，相關系數分別為0.911、0.942、0.930，水分含量、水分活度與出品率也呈極大正相關，相關系數分別為0.915、0.947。由相關性分析結果說明，隨著烘干時間的增加，牛肉干的出品率、水分含量、水分活度不斷降低，弛豫時間T21所代表的不易流動水也在減少。因此，結合LF-NMR技術能夠更直觀地分析牛肉干的品質變化。

3 結 論

牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*隨著烘干時間的延長而降低，而剪切力和a*逐漸增大，烘干時間3 h時，感官評分最高。低場NMR能夠清楚地顯示水分的遷移情況，結果表明，隨著烘干時間的增加，兩個主要弛豫時間T21、T22的峰逐漸變短，峰面積S21和S22也在逐漸變小，其測定結果與水分活度、水分含量、出品率有極大正相關性。

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