干法成熟過程羊腿肉持水能力與水分遷移規律

王旭，張德權，趙瑩鑫，擺玉薔，李欣，侯成立，鄭曉春，陳麗

中國農業科學院農產品加工研究所/農業農村部農產品加工重點實驗室，北京 100193

0 引言

【研究意義】成熟是一種提高肉品嫩度、風味、多汁性的方法，現有的成熟方式主要有濕法成熟和干法成熟兩種方式[1-2]。干法成熟通常是指將胴體或分割肉不加任何包裝和保護措施，置于低溫（-1—4℃）環境中自然成熟數天[3]，濕法成熟則是在相同條件下將肉品進行真空包裝成熟[4]。原料肉在干法成熟過程中，伴隨著水分的蒸發，肉中的風味前體物含量升高，使干法成熟的肉具有很強的風味特征，肉香濃郁，嫩度也會極大提高[5-6]，雖然濕法成熟也會提高原料肉嫩度，但會產生一些不良的氣味，如血腥味和酸味等[7]。近年來，澳大利亞、韓國、日本以及香港等地區都對干法成熟的肉表現出極大的興趣[8]，隨著人們對干法成熟肉的需求增加，干法成熟肉品將會為工業化生產和進出口銷售開發新的市場。因此，研究干法成熟過程中原料肉的持水能力和內部水分的遷移規律，確定原料肉最佳的干法成熟時間，對企業生產高端產品具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】干法成熟對原料肉的嫩度、風味、多汁性有積極影響。SMITH等[9]研究表明，成熟14—35 d，干法成熟牛肉剪切力降低17%，嫩度持續改善，但由于水分蒸發，可出售總產量顯著降低，然而感官多汁性評分卻顯著升高；LEPPERBLILIE等[10]研究發現，隨著干法成熟時間延長，大理石花紋不豐富牛肉的整體成熟風味增加，且與第 14天和第21天肉的風味相比，第42天和第49天的風味最濃。原因之一是成熟過程中的水分蒸發可以使肉中的風味前體物質含量升高[11]。LI等[12]測定干/濕法成熟牛臀中肌的蒸煮損失，結果表明，干法成熟處理組的蒸煮損失顯著低于濕法成熟處理組，即干法成熟牛臀中肌的持水能力優于濕法成熟。成熟過程中由于肉暴露于空氣中，水分含量發生改變，內部水分也會發生遷移[13]。研究表明，以殼聚糖為包裝材料的干法成熟袋中成熟的牛肉在成熟 14 d時自由水含量顯著降低，與水分含量的降低趨勢一致[14]。郭兆斌等[15]研究青海牦牛宰后成熟過程中水分分布規律，發現宰后初期，不易流動水轉化為自由水，肌肉的保水能力逐漸降低，后期恰好相反。環境濕度通過改變樣品的水分含量進而影響肉品質，CHO等[16]研究發現，相對濕度65%—75%條件下干法成熟40 d的牛肉水分含量顯著低于相對濕度 85%的肉品，但感官評價中關于嫩度、風味、多汁性和肉品總體可接受程度的評分中前者得分較高?！颈狙芯壳腥朦c】環境濕度是干法成熟過程中主要影響因素之一[8,13]，干法成熟技術會影響肉品品質，且原料肉內部水分的變化對品質影響較大，探究羊腿肉在干法成熟過程中的持水能力及肉中水分遷移規律十分必要?！緮M解決的關鍵問題】本試驗以羊腿肉為研究對象，在濕法成熟、相對濕度 80%干法成熟和相對濕度 60%干法成熟條件下成熟 28 d，探究不同成熟方法對羊腿肉持水能力的影響及其水分遷移規律，為生產高品質干法成熟羊肉提供科學指導。

1 材料與方法

樣品采集試驗于2019年10—11月在內蒙古巴彥淖爾市內蒙古美洋洋食品有限公司進行；樣品測定試驗于2019年10—12月在中國農業科學院農產品加工研究所肉品實驗室和農業農村部農產品加工重點實驗室進行。

1.1 樣品采集

選取26只6—7月齡的小尾寒羊公羊，按伊斯蘭屠宰方法進行屠宰，宰后羊胴體重量為（23.4±1.09）kg。宰后 1 d，取羊后腿（帶臀，去腱腿）貯存于（2±2）℃的環境中，并在52只羊后腿中隨機挑選出4只羊腿作為成熟0 d的樣品。其余48只羊后腿隨機均分到3個試驗組中：（1）濕法成熟組，真空包裝（透氣率為 O29.3 mL·m-2·d-1，透水率為 4.7 g·m-2·d-1）；（2）相對濕度（80±5）%干法成熟組（RH80干法成熟）；（3）相對濕度（60±5）%干法成熟組（RH60干法成熟），干法成熟樣品均置于可移動的貨架上。所有樣品置于溫度為（2±2）℃的低溫室中成熟，每個處理組分別在成熟7、14、21和28 d取出4只羊腿，干法成熟的樣品先剔除外殼，沿臀股四頭肌、臀股二頭肌和半腱肌之間的自然縫分離得到半膜肌、內收肌、股薄肌，將得到包含半膜肌、內收肌、股薄肌的肉塊進行取樣。所有樣品采集后迅速用液氮冷凍，-80℃貯藏備用。

1.2 主要儀器與設備

DK-S28電熱恒溫水浴鍋，上海精宏試驗設備有限公司；超低溫冰箱，美國Thermo公司；NMR-2011低場核磁共振儀，上海紐邁電子科技有限公司；Vector 33傅里葉變換近紅外光譜儀，德國 Bruker公司；ML204/02電子天平，上海梅特勒-托利多有限公司；TD5001C電子天平，天津天馬衡基儀器有限公司；DH-101烘干箱，天津中環試驗儀器有限公司；FCR1000-UF-E超純水機，青島富勒姆科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 成熟損失 宰后1 d，取下羊腿肉之后稱重（濕法成熟樣品包裝后稱重），記為m1；在成熟取樣時間點時再次稱取羊腿肉的質量（濕法成熟樣品不打開真空包裝直接稱重），記為m2，計算成熟損失，成熟損失（%）＝（m1-m2）/m1×100。

1.3.2 水分含量 參照國標《GB 5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定和計算成熟0、7、14、21和28 d羊腿肉中的水分含量。

1.3.3 蒸煮損失 參考 HOPKINS等[17]方法并稍作修改。在成熟0、7、14、21和28 d取樣時，選取長、寬約為4 cm×6 cm的肉塊進行稱重，記為m1，置于蒸煮袋底部，除去袋內的空氣使其與肉塊緊貼而后封口，將其置于71℃的水浴中加熱35 min后轉移到自來水中冷卻30 min，冷卻結束后取出肉塊擦干表面水分后稱重，記為 m2，即蒸煮損失（%）＝（m1-m2）/m1×100。

1.3.4 羊腿肉蛋白衰減全反射傅里葉變換紅外線光譜（ATR-FTIR）測定 根據GANGIDI等[18]方法，取羊腿肉薄片置于ATR附件上，用壓頭壓緊樣品，使羊腿肉與晶體充分接觸并開始掃描。使用OMNIC軟件記錄紅外光譜，基線通過扣除空氣背景進行校準。試驗參數如下，采用積分球漫反射，分辨率8 cm-1，掃描次數64次，光譜掃描范圍為4 000—600 cm-1。采用Peakfit 4.12軟件分析ATR-FTIR 1 700—1 600 cm-1波段的峰，利用二階求導和去卷曲對酰胺Ⅰ帶進行分峰處理，再結合曲線擬合的方法，對蛋白質二級結構進行定量分析。

1.3.5 低場核磁檢測 參照饒偉麗[19]的測定方法并稍作修改，將不同濕度、不同貯藏時間點的肉樣切成4 cm×2 cm×1 cm的立方體置于核磁管中，測定氫質子低場核磁共振波譜。試驗參數如下：磁場強度0.5 T；質子共振頻率 23 MHz；SF=23 MHz；P90=9 μs；P180=18 μs；TD=59 990；TR=3 000 ms；NS=16；Echo Count=2 000。CPMG指數衰減曲線采用Multi Exp Inv Analysis軟件進行反演，得到T2值。

1.4 數據分析

本試驗采用Microsoft Excel 2010 軟件處理數據（平均值±標準差），利用IBM SPSS Statistics 22統計分析軟件進行雙因素方差分析和聚類分析，并進行Duncan多重比較，采用Microsoft Excel 2010軟件制圖。

2 結果

2.1 干法成熟過程中羊腿肉成熟損失變化

3種成熟方法的成熟損失如圖1所示。在成熟28 d內，濕法成熟組羊腿肉成熟損失差異不顯著（P＞0.05）；干法成熟羊腿肉的成熟損失隨成熟時間的延長而逐漸增大；除成熟14 d外，RH60干法成熟組羊腿肉的成熟損失顯著高于 RH80干法成熟組（P＜0.05），且干法成熟組羊腿肉的成熟損失均顯著高于濕法成熟組（P＜0.05）。

2.2 干法成熟過程中羊腿肉水分含量變化

3種成熟方法羊腿肉的水分含量變化如圖2所示。隨著成熟進行，濕法成熟和RH80干法成熟羊腿肉的水分含量呈現先上升后下降的趨勢。在成熟7 d后，RH60干法成熟羊腿肉的水分含量顯著低于濕法成熟（P＜0.05），但RH80干法成熟組和RH60干法成熟組的羊腿肉水分含量之間無顯著差異（P＞0.05）。

2.3 干法成熟過程中羊腿肉蒸煮損失變化

如圖3所示，3種成熟方法羊腿肉的蒸煮損失整體隨成熟時間的延長而增加，表明羊腿肉的持水能力隨成熟時間的延長而降低，3種成熟方法羊腿肉的蒸煮損失在21 d達到峰值，后趨于穩定。成熟21 d時，濕法成熟組、RH80干法成熟組和RH60干法成熟組羊腿肉的蒸煮損失分別為26.88%、24.52%和22.04%，比0 d時分別增加了13.33%、10.97%和8.49%。在3組之間，除成熟14 d的RH80干法成熟羊肉外，干法成熟羊腿肉蒸煮損失在成熟7、14和21 d時顯著低于濕法成熟（P＜0.05），且在成熟21 d時，RH60干法成熟羊腿肉蒸煮損失顯著低于RH80干法成熟和濕法成熟（P＜0.05）。成熟14 d時，3種成熟方法羊腿肉的蒸煮損失與0 d結果無顯著差異（P＞0.05）。

2.4 干法成熟過程中羊腿肉蛋白質二級結構變化

羊腿肉的蛋白質二級結構結果如圖4所示，在成熟過程中，3種成熟方法均會導致蛋白質二級結構中的α-螺旋和β-折疊的比例先上升后下降；成熟 14 d時，3種成熟方式的α-螺旋結構的比例均上升，這與WU等[20]的研究結果一致。與成熟7 d相比，濕法成熟組、RH80干法成熟組和 RH60干法成熟組在成熟14 d時無序結構分別降低9.2%、14.1%和17.26%，表明成熟14 d羊腿肉蛋白質穩定性高于成熟7 d的，持水能力較好。

為了進一步分析不同時間處理組之間的差異，對不同處理組及不同成熟時間的成熟損失、水分含量、蒸煮損失以及蛋白質二級結構的相對含量進行聚類分析，由圖5可知，歐氏距離為20時，樣本被分成兩大類，干法成熟處理組為一類，濕法成熟處理組為一類，可見不同成熟方式對羊腿肉持水能力有不同影響。

2.5 干法成熟過程中羊腿肉水分分布與遷移

為了探究3種成熟方法羊腿肉樣品中水分的遷移和分布規律，采用低場核磁測量濕法成熟、RH80干法成熟和RH60干法成熟0、7、14、21和28 d的羊腿肉橫向弛豫時間T2。如表1所示，3種成熟方法的T2弛豫時間圖譜中出現4個峰，從左到右分別對應T20（0—1 ms）、T2b（2—5 ms）、T21（30—60 ms）、T22（200—350 ms）。根據前人的研究結果[21]，認為T20、T2b是結合水，T21為不易流動水，T22是自由水，波譜中結合水、不易流動水和自由水所處峰的峰面積P2b、P21和P22比例能夠反映3種狀態水的比例。隨著成熟時間延長，3個處理組中（成熟21 d的RH80干法成熟組除外）羊腿肉結合水的橫向弛豫時間 T2b均變化不顯著（P＞0.05），說明成熟方法以及成熟時間對結合水流動性影響較小。在 RH60干法成熟過程中，T21在成熟14 d時顯著低于成熟7 d（P＜0.05），表明水分自由度降低，流動性減弱。濕法成熟和RH80干法成熟的T21在成熟14 d內均無顯著差異（P＞0.05），在成熟28 d顯著降低（P＜0.05）。T22表示細胞間自由水弛豫時間，這部分水最容易流失[22]。由表1可知，3種成熟方法的T22在成熟21 d較成熟14 d顯著增加（P＜0.05），表明水分自由度升高，持水能力降低，此時羊腿肉的蒸煮損失也比成熟14 d的高。在成熟7和14 d時，RH60干法成熟的T22要顯著低于濕法成熟組（P＜0.05），表明RH60干法成熟水分自由度低，持水能力優于濕法成熟組。

表1 羊腿肉弛豫時間T2隨成熟時間的變化Table 1 Changes of T2 relaxation times with aging time of gigots

由圖6可知，不管哪種成熟方法的羊腿肉中不易流動水相對含量（P21）占比最大，說明肉中水分主要以不易流動水存在，在成熟14 d前，P21先降低后升高；成熟14 d之后，P21逐漸降低。結合水（P2b）是與蛋白質等緊密結合的水分子[23]，成熟前期，3種成熟方法的P2b先升高后降低，成熟后期P2b幾乎不發生變化（濕法成熟28 d除外）。自由水（P22）是存在于細胞外間隙的水，主要靠毛細管凝結作用而存在于肌肉中[24]，是汁液流失的主要來源，這部分水在成熟過程中很容易流失[25]。濕法成熟21 d內，羊腿肉P22未發生顯著變化（P＞0.05），表明真空包裝對羊腿肉中自由水比例影響不顯著，也表明其成熟損失沒有差異。在成熟28 d時，3種成熟方法羊腿肉P22最高、P21最低，說明此時肉品持水能力最差。

3 討論

3.1 干法成熟對羊腿肉成熟損失的影響

成熟損失反映肉品在成熟過程中的重量損失率，主要受成熟過程中樣品水分蒸發的影響。濕法成熟組羊腿肉由于帶有真空包裝袋，水分不容易蒸發，因此成熟期間肉品的成熟損失幾乎無質量變化。HODGES等[26]研究表明，真空包裝的樣品只會造成微小的質量損失。DEGEER等[27]測定干法成熟過程中帶骨和不帶骨牛背最長肌的成熟損失，結果表明成熟損失隨成熟時間延長而增大，KIM等[28]也證明干法成熟豬肉的成熟損失顯著高于濕法成熟，這些與本研究結果一致。環境的相對濕度通過影響肉品的水分蒸發從而影響肉品的最終重量，進而影響肉品的水分含量和蒸煮損失，環境濕度相對較低，肉品表面水分蒸發速率快，成熟損失大。

3.2 干法成熟對羊腿肉水分含量的影響

在成熟過程中濕法成熟和RH80干法成熟組羊腿肉水分含量先上升后下降，原因是0 d的羊腿肉處于僵直期，肉持水能力差，在取樣分割過程中會損失掉水分，故水分含量低；隨著時間推移，肉品進行解僵和成熟，持水能力增大，在測量切割過程中損失的水分較少，肌肉持水能力會降低，汁液流失過多，羊腿肉水分含量降低[29]。成熟7 d時，3種成熟方法的水分含量無顯著差異，這與LI等[30]的研究結果一致，其試驗發現成熟8 d時干法成熟與濕法成熟肉品的水分含量無顯著差異。LEE等[4]試驗表明，與濕法成熟樣品相比，長時間的干法成熟會降低樣品中的水分含量，對于形成濃郁的干法成熟牛肉風味有重要意義，這與RH60干法成熟14、21和28 d的羊腿肉水分含量顯著低于濕法成熟結果一致。干法成熟過程中羊腿肉的成熟損失不斷增大，這也是干法成熟羊腿肉成熟后期水分含量降低的原因之一。

3.3 干法成熟對羊腿肉蒸煮損失的影響

持水能力是肉類加工的重要性能，羊腿肉蒸煮損失是衡量肌肉持水能力的重要指標之一，隨著成熟時間的延長，肌肉在內源酶的作用下，破壞肌原纖維和骨架蛋白的結構，結合水的能力下降，汁液流失、蒸煮損失逐漸增大[31]。本研究中，干法成熟羊腿肉的蒸煮損失顯著低于濕法成熟，表明干法成熟可以顯著提高羊腿肉的持水能力。LI等[12]與本研究結果相似，結果表明干法成熟14 d牛肉蒸煮損失比濕法成熟牛肉低。LASTER等[32]也表明干法成熟牛腰肉和里脊肉的加工產量高于濕法成熟樣品。成熟7 d時，3種成熟方式樣品的水分含量無顯著差異，但是干法成熟肉品的蒸煮損失顯著低于濕法成熟肉品，持水能力優于濕法成熟肉品，但在成熟14和21 d，干法成熟羊腿肉水分含量顯著低于濕法成熟，可能是樣品持水能力提高，也可能是因為樣品本身水分含量降低而導致蒸煮損失降低。成熟14 d羊腿肉蒸煮損失與成熟7 d的試驗結果相比，蒸煮損失下降，該結果與KIM等[28]的研究結果一致。一方面可能是隨著肉中蛋白質的分解，吸收K+、釋放Ca2+導致離子凈電荷增加，滲透壓增加，持水能力升高，同時蛋白質的電荷發生改變，也導致持水能力的增加[33-34]；另一方面可能是在較短的成熟時間內，細胞內蛋白降解使細胞膨脹，增加肉品的持水能力。KRISTENSEN等[35]研究表明，宰后2—7 d豬肉的持水能力下降，7 d后持水能力有所增加，進一步分析表明在細胞收縮前，骨架蛋白降解導致細胞外的水進入到細胞內，增加細胞的持水能力。DAVIS等[36]的研究也證明了豬肉第7和14天肌間線蛋白降解較多的樣品持水性高。因此，干法成熟技術對提高羊腿肉持水能力有積極作用，且在成熟14 d時，羊腿肉的持水能力顯著提高。

3.4 干法成熟羊腿肉蛋白質二級結構分析

通常情況下，1 615—1 637 cm-1和1 682—1 700 cm-1為β-折疊，1 646—1 664 cm-1為α-螺旋，1 637—1 645 cm-1為無規則卷曲，1 664—1 681 cm-1為β-轉角[37]。α-螺旋和β-折疊表征蛋白質分子的規則性，β-轉角和無規卷曲通常反映出其較松散的結構[38]。在成熟過程中，3種成熟方法均會導致蛋白質二級結構中α-螺旋和β-折疊的比例先上升后下降，即表明成熟時間過長，肌纖維結構的破壞會導致蛋白質中有序結構轉向無序結構，此時肌肉持水能力下降，蒸煮損失增加。α-螺旋結構的比例升高，表明蛋白構象發生了變化，也反映其內部的疏水性位點暴露程度下降，表面疏水性減少[39]，預示著蛋白質的持水能力增強。在成熟過程中，無序結構降低表明成熟14 d比成熟7 d的羊腿肉蛋白質穩定性高，持水能力好；環境濕度越低，蛋白質穩定性越高，羊腿肉持水能力越好。因此，本研究結果表明干法成熟組羊腿肉成熟14 d蛋白質穩定性較好，持水能力較強。

3.5 干法成熟羊腿肉水分遷移和分布分析

T2表示H質子的橫向弛豫時間，其分布表示肉中存在多個水分群，T2越短，說明水與底物結合越緊密，T2越長則表示水分越自由[40]。濕法成熟組和RH80干法成熟組的T21在成熟21 d以前均無顯著差異，在成熟28 d顯著降低，分析原因可能是隨著成熟時間的延長，蛋白質、脂肪等物質在自身酶的作用下被分解消耗，產生各種代謝物增加體系的黏度，降低水分自由度[22]。

在整個成熟期間，濕法成熟組羊腿肉 P21變化范圍是 90.765%—95.793%，P22變化范圍是 0.765%—6.258%；RH80干法成熟組羊腿肉 P21變化范圍是90.931%—95.803%，P22變化范圍是0.729%—6.08%；RH60干法成熟組羊腿肉 P21變化范圍是 91.402%—95.933%，P22變化范圍是0.568%—5.474%。由此可知，3種成熟方法組羊腿肉P21變化范圍大致相同，P22變化范圍由小到大依次是RH60干法成熟組、RH80干法成熟組和濕法成熟組，可見干法成熟組羊腿肉的持水能力較好。低場核磁結果顯示，羊腿肉在成熟0—7 d時，內部不易流動水轉化為結合水；在成熟 7—14 d時，結合水轉化為不易流動水。成熟14 d羊腿肉的蒸煮損失顯著低于成熟7 d，這是因為不易流動水對肌肉的持水能力起決定性影響[41]，羊腿肉中不易流動的水增多，持水能力增強，蒸煮損失降低。在成熟21—28 d時，3組羊腿肉中不易流動水大量轉化為自由水，可能是因為在成熟后期肌肉中蛋白質大量降解，肌肉結構崩塌[42]，束縛水的能力下降，自由水相對含量增加。此時細胞的持水能力最弱，因而在成熟28 d時羊腿肉蒸煮損失最大。

在干法成熟過程中，肉中自由水梯度高于外部環境濕度，會通過自由擴散從肉品表面遷移到周圍環境中，使其達到相對穩定的狀態[22,43]，濕度越低，水分遷移越多，導致羊腿肉水分含量下降，成熟損失增大。

4 結論

干法成熟羊腿肉蒸煮損失顯著低于濕法成熟，表明干法成熟可以有效提高羊腿肉的持水能力。在干法成熟14 d內，不易流動水先轉化為結合水再轉化為不易流動水，成熟14 d羊腿肉中不易流動水增多，持水能力增強；在干法成熟21—28 d，羊腿肉中的不易流動水轉化為自由水，自由水含量增多，持水能力降低。羊腿肉在較長時間的干法成熟過程中，環境濕度對樣品的成熟損失和蒸煮損失影響顯著，對肉品的水分含量、水分遷移和分布影響不顯著。因此，干法成熟14 d是羊腿肉成熟的最佳推薦時間。