干法成熟肉類品質形成機制研究進展

喻倩倩，劉倩倩，谷雪靜，張澤陽，溫榮欣，孫承鋒

（煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005）

宰后成熟是改善肉類食用品質的有效手段。目前國內外實際應用最廣泛的肉類宰后成熟方式為濕法成熟，通常將宰后四分體或分割后的不同部位肌肉真空包裝，在冷藏條件下成熟一段時間，以達到理想的食用品質。濕法成熟具有產品質量損失少、貨架期長、操作簡單、方便流通等顯著優勢[1]。但濕法成熟的產品容易出現酸味、金屬味及血腥味[2-3]。近些年，干法成熟產品以其獨特的風味逐漸占領肉類市場，尤其是在美國、澳大利亞、韓國和日本等國家。美國干法成熟產品的市場規模在2015年就達到104億美元，在澳大利亞，由于干法成熟的羊肉產品比濕法成熟溢價近20%～30%，預計將為羊肉行業帶來近350萬美元的增值[4]。而在我國，干法成熟的實際應用很少，市場、超市中還鮮有干法成熟的肉類產品，僅有少數高檔餐廳提供干法成熟牛肉的定制服務，但隨著國內消費者對高品質肉類需求量的不斷增長，干法成熟肉類產品的市場潛力無限。

干法成熟是將宰后胴體、二分體、四分體或不同部位分割肉塊置于特定的溫度（0～4 ℃）、相對濕度（61%～85%）和空氣流速（0.5～2.0 m/s）環境中一段時間（28～55 d，甚至更長）的有氧成熟方式[5-6]。隨著研究深入，透氣膜材料包裝的袋裝干法成熟、結合紫外線處理的干法成熟及分步式干-濕法成熟等方式相繼出現。由于干法成熟產品暴露在有氧環境，成熟過程中水分損失較多，產品表面皺縮產生堅硬的“外殼”，后期需要將“外殼”去除，導致嚴重的質量損失[5,7]。但相對于濕法成熟而言，干法成熟能顯著改善肉類風味，使產品具有獨特的烤肉味、烤堅果味、黃油味等風味特征[8-10]。雖然干法成熟牛肉產品價格通常是濕法成熟牛肉的近2 倍[4]，但其因獨特的風味優勢擁有巨大的市場前景。

因此，本文綜述干法成熟的關鍵技術參數，探討干法成熟改善肉類品質尤其是在提高肉類風味方面的潛在作用途徑和機制，并對干法成熟的應用和未來發展進行展望。

1 干法成熟關鍵技術參數

與濕法成熟相比，傳統的干法成熟是將未經任何包裝的肉類暴露于特定環境中成熟一段時間，成熟過程中環境溫度、相對濕度、空氣流速及成熟時間顯著影響產品的成熟進程，決定了產品的嫩度、風味等食用品質。

1.1 成熟溫度

成熟過程中如果溫度過低會抑制肌肉組織中與宰后成熟相關的代謝酶活性，但提高溫度同時也會促進部分微生物生長，導致肉類產生異味和腐敗變質[11]。澳洲肉類及畜牧業協會推薦的成熟溫度范圍為－0.5～3.0 ℃[4]，美國肉類出口聯合會（United States Meat Export Federation，USMEF）推薦的及多數文獻報道的成熟溫度范圍為0～4 ℃[12]（表1）。Bernardo等[13]研究表明，7 ℃下干法成熟牛肉樣品（36 月齡的巴西內洛爾公牛帶骨背最長肌）相對于2 ℃條件下具有更大的質量損失及更高含量的菌落總數，尤其是腸桿菌、酵母菌和霉菌。但干法成熟牛肉中李斯特菌ATCC33090計數隨著成熟時間的延長和成熟溫度（2～8 ℃）的升高而下降[14]。Ferreira等[15]分析了不同成熟溫度（2 ℃和7 ℃）及時間（21 d和42 d）對干、濕法成熟牛肉理化品質的影響，發現成熟溫度越高、時間越長，產品得率越低，但成熟溫度、時間及不同成熟方式對牛肉剪切力的影響沒有顯著差異；濕法成熟條件下，成熟時間越長，牛肉水分活度越高，而干法成熟則呈相反趨勢；干法成熟42 d的牛肉樣品其水分活度和水分含量均低于濕法成熟。

表1 干法成熟相關研究及其對肉品質的重要影響Table 1 Recent studies on dry-aging and its important effects on meat quality

1.2 相對濕度

環境的相對濕度也是干法成熟的重要參數之一。相對濕度過高促進微生物生長，尤其是霉菌，導致肉類因微生物污染產生異味；但相對濕度過低會導致較快的水分散失及較嚴重的皺縮，影響產品的多汁性和產品得率[1,11,16]。澳洲肉類及畜牧業協會推薦的干法成熟相對濕度為75%～85%[4]，USMEF推薦的相對濕度為80%～85%[12]。但研究發現，不同相對濕度（50%、70%和85%）條件對干法成熟42 d牛肉樣品在模擬銷售期間顏色和脂肪氧化穩定性的影響并沒有顯著差異[17]。

1.3 空氣流速

干法成熟過程中保持成熟環境適當的空氣流速對產品的水分散失至關重要。空氣流速過慢，產品將無法釋放部分水分實現干法成熟，但空氣流速過快，產品會很快變干，從而導致過高的質量損失[18]。此外，研究表明空氣流速可以影響或者改變產品表面的微生物組成，導致干法成熟牛肉的物理化學特征及風味化合物的顯著變化[19]。澳洲肉類及畜牧業協會推薦的空氣流速為0.2～0.5 m/s[4]，USMEF推薦的空氣流速為0.5～2.0 m/s[12]。但現有的研究結果顯示，提高環境的空氣流速并不會對袋裝干法成熟（采用透氣膜材料的包裝袋，能夠使肉與外界交換氧氣，并能使肉中水分散發，同時防止霉菌和異味的產生）牛肉的品質和感官可接受度[20]、氧化穩定性[21]及代謝物指紋圖譜[22]產生顯著影響。

1.4 成熟時間

目前，對于牛肉的干法成熟時間沒有統一的標準。USMEF推薦的干法成熟時間不少于14 d[12]，現有大部分研究采用的成熟時間為14～56 d（表1）。成熟時間的延長有利于風味物質的積累[23-24]，但過長的成熟時間會顯著降低產品得率[5]，同時增加脂肪氧化程度[25-26]、微生物含量[26]和生產成本。有研究表明，將干法成熟時間限制在35～40 d可以在降低生產成本的同時保持產品較好的食用品質[25-27]，但也有相關研究表明想要獲得濃郁的風味，干法成熟時間應控制在50～80 d[16]。更有一些國外餐廳通過延長干法成熟時間（35、42、56、75、90、120、140 d）尋求新風味，有的甚至長達8 個月[28]。除牛肉外，也有針對羊肉[29-31]、豬肉[32-33]樣品進行干法成熟的相關研究，成熟時間多在14～28 d不等。

2 干法成熟對肉類食用品質影響的機制

肉類食用品質主要體現在產品風味、嫩度、保水性、顏色及氧化穩定性等方面。宰后成熟對肉類食用品質的影響已有廣泛研究，多集中于濕法成熟。與濕法成熟不同，干法成熟涉及多個過程參數的選擇及優化，對肉類食用品質的確切作用機制仍需深入探索。

2.1 風味

宰后成熟過程中，肌肉組織代謝和內源酶的作用導致風味及風味前體物質釋放，如氨基酸、多肽、核苷酸、游離脂肪酸、還原糖以及脂肪氧化產物和其他揮發性風味物質，使肉的風味顯著改善[1,8,24]。濕法成熟會使牛肉產生酸味、金屬味及血腥味[18]，而干法成熟能顯著改善牛肉的風味特征，使產品形成濃郁的“干法成熟風味”[1,10]，具有獨特的牛肉味、烤堅果香氣、烤肉香氣、黃油味等[1,5,27,36]。Kim等[23]分析干法成熟和濕法成熟方式對不同部位牛肉品質的影響，結果顯示大部分游離氨基酸的含量均隨成熟時間的延長而顯著增加；干法成熟牛肉中谷氨酸和天冬氨酸（呈鮮味氨基酸）含量顯著高于濕法成熟產品；電子舌檢測結果表明，干法成熟牛肉酸味較低，但苦味、澀味、鮮味和咸味較濕法成熟牛肉高。Setyabrata等[10]利用代謝組學技術揭示了不同成熟方式下牛肉風味的差異，與濕法成熟相比，干法成熟（傳統干法成熟和袋裝干法成熟）樣品中檢測到更多的風味前體物質，如含有谷氨酸/谷氨酰胺的二肽及核苷酸衍生物，這對烹飪后牛肉樣品獨特風味的產生有重要作用，同時干法成熟降低了萜類和類固醇脂質組的含量，減少了草飼牛肉的不良風味。成熟過程不僅使肉的滋味化合物增加，還會促進氣味活性化合物的產生。Lee等[36]比較了不同成熟方式對牛肉成熟28 d過程中揮發性風味化合物的影響，結果顯示隨著成熟時間的延長，干法成熟牛肉的揮發性物質含量顯著高于同期濕法成熟牛肉，不同成熟方式導致產生的主要差異揮發性香氣物質為丙醛、2-甲基丁醛、2-甲基丙醛、1-丁胺、三甲胺、2-甲基丙硫醇和丙酸乙酯等。Li Zhenzhao等[27]研究發現，在干法成熟（35 d和56 d）牛肉中，3-羥基-2-丁酮、2-乙酰-2-噻唑啉和各種烷基-吡嗪的含量均顯著高于濕法成熟組。國內關于牛肉干法成熟特征風味形成的相關研究才剛起步，劉夢等[47]利用電子鼻和氣相色譜-嗅聞-質譜聯用技術研究了牛肉成熟28 d過程中揮發性風味物質的變化規律，發現隨著成熟時間的延長揮發性風味物質含量顯著增加，且在不同成熟階段均有特征的揮發性物質，成熟過程中牛肉整體風味從以果香味為主轉變為以脂肪味為主。

現有的研究表明，除與濕法成熟共有的內源酶作用外，針對干法成熟肉類產品，其獨特風味形成的原因主要歸因于以下4 個方面（圖1）：首先，干法成熟水分散失產生了“風味濃縮效應”[48]；其次，干法成熟是一種有氧成熟過程，涉及一定程度的脂肪或蛋白質氧化并產生氧化產物，其參與到后期的烹飪過程中，產生一系列揮發性風味物質，增強肉的香氣。與濕法成熟相比，干法成熟產品的脂肪氧化程度更高[41]，長時間的成熟會促進游離脂肪酸釋放，這些脂肪酸在與蛋白質和其他前體物質發生反應后，可以促進成熟肉風味形成[36]；然而，這些游離脂肪酸也很容易被氧化，產生酸敗味，造成肉成熟后再經包裝銷售時貨架期縮短。此外，干法成熟過程中肉表面微生物也對風味形成具有貢獻[36,38,49]，Ryu等[49]認為酵母/霉菌可能對干法成熟牛肉的適口性及風味品質的形成發揮重要作用。

圖1 干法成熟肉類獨特風味形成的主要途徑Fig.1 Major factors contributing to the unique flavor development of dry-aged meat

盡管已有關于干法成熟肉類產品的風味相關研究，但大多僅是對風味物質的檢測和鑒定。對于干法成熟產品關鍵/特征風味物質的確定及關鍵風味物質之間的交互作用鮮有報道。通常，決定樣品特征風味的往往是氣味活度值較大的關鍵化合物，且需結合香氣化合物稀釋分析和氣相色譜-嗅聞-質譜聯用等手段確定關鍵風味物質。同時，各香氣化合物相互混合時，香氣分子間會因物理、化學等作用發生相應反應，進而使樣品整體風味發生微妙變化。最終風味的形成與其所含的風味前體物質或滋味活性成分密不可分，關鍵風味化合物的具體形成途徑仍有待深入探究。

2.2 嫩度及保水性

通常嫩度和保水性會影響產品咀嚼時的口感和多汁性。宰后成熟是提高肉類嫩度的關鍵策略。成熟過程中嫩度的提高通常是由內源性蛋白酶作用降解肌原纖維蛋白和細胞骨架蛋白所致，涉及Calpain系統、組織蛋白酶、凋亡介導的Caspase系統和蛋白酶體等[50-53]。通常而言，產品嫩度隨著成熟時間的延長顯著提高[8]。Berger等[54]研究發現濕法成熟、傳統干法成熟和袋裝干法成熟對牛肉剪切力的影響沒有顯著差異，但感官評價中干法成熟產品的嫩度和多汁性得分顯著高于濕法成熟組，這可能是多汁性和風味等其他口感特征的改善產生了協同效應，從而提高了消費者對嫩度的評價。Kim等[9]研究發現干法成熟溫度（1 ℃或3 ℃）和環境風速（0.2 m/s或0.5 m/s）的不同組合處理并不會對成熟后牛肉剪切力產生顯著不同的影響。但也有相關研究表明，干法成熟豬肉樣品在成熟21 d時剪切力顯著低于濕法成熟處理組，且十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜顯示干法成熟處理產品的蛋白降解程度更高[55]。傳統干法成熟和袋裝干法成熟同樣都能引起酶促蛋白降解過程，然而在相同的成熟時間內，與傳統干法成熟的豬肉樣品相比，袋裝干法成熟樣品的蛋白質降解更嚴重，表現為袋裝干法成熟處理的豬肉非蛋白氮和α-氨基的含量顯著高于傳統干法成熟組[33]。干法成熟過程中肉類嫩度的改善除涉及各種復雜的內源酶系統外，特定的酵母和霉菌也可能在嫩度變化中發揮一定作用[18]，但目前干法成熟涉及的復雜嫩度改善機制及其與濕法成熟間的差異仍未明確。

保水性是指肉類在絞碎、切片和壓力處理以及在貯藏、運輸、加工、烹飪和咀嚼等過程中保留水分的能力[56]。肌原纖維占肌細胞體積的82%～87%，肌肉細胞中85%的水分都儲存在肌原纖維結構中，包括肌纖維內和肌纖維外間隙[57]。動物宰后及成熟過程中pH值、離子強度、蛋白氧化、蛋白水解等變化與肌原纖維蛋白及肌肉細胞保持/吸收水分的能力密切相關[57]。成熟過程中內源酶水解導致肌原纖維蛋白和細胞骨架蛋白降解成更小的片段，致使水分及碎片化的蛋白更容易從肌肉組織結構中流失[58]，表現為隨成熟時間延長汁液損失和蒸煮損失逐漸增多。傳統或袋裝干法成熟由于水分散失導致產品表面皺縮，出現天然的“外殼”，質量（水分）損失隨成熟時間延長不斷增加且顯著高于濕法成熟處理[13,32]，導致干法成熟產品水分含量[41]和水分活度[15]較低，與濕法成熟相比表現為滴水損失[32]或蒸煮損失[59]顯著較低。但也有研究發現干法成熟（傳統干法成熟或袋裝干法）和濕法成熟對牛肉產品的滴水損失、蒸煮損失的影響沒有顯著差異[9]。目前保水性的研究多數僅停留在對基礎指標的測定，尚缺乏干法成熟過程中水分遷移、水分動力學或干燥動力學的相關探索和機制研究。

2.3 顏色及脂肪氧化

消費者常將肉的顏色與其新鮮度聯系，因此肉類顏色是影響消費者購買意愿的重要因素之一。對生鮮肉，保持消費者所期望的肉色是保證其市場價值的關鍵所在[60]。但肉類宰后較長時間的成熟過程往往會對顏色及氧化穩定性產生負面影響，導致后期銷售過程中更嚴重的肉色劣變及脂肪和蛋白氧化[18,61]。與濕法成熟相比，經干法成熟的牛肉顏色較深、較暗，表現為L*、a*值或色彩濃度（Chroma）更低[9,17]。人眼對顏色的辨別受到光反射的影響。干法成熟導致肉類含水量較低，肉類表面水分較少，更多的光被吸收而呈現暗紅色[9]。同時，干法成熟過程中水分隨著成熟過程流失，可能會致使肌原纖維收縮，增加了吸收光線的空間，從而降低了肉表面的光散射能力，導致顏色變暗[17]。此外，與濕法成熟相比，干法成熟牛肉在陳列銷售過程中也表現出更嚴重的顏色劣變，但不同相對濕度（50%、70%和85%）的干法成熟處理組間并無顯著差異[17]。

研究證實脂肪氧化和肌紅蛋白氧化之間往往相互促進[62-63]。一方面脂肪氧化產生了大量的自由基，可以爭奪肌紅蛋白血紅素Fe2+的電子，從而促進肌紅蛋白的氧化，同時，脂肪氧化產生的次級代謝產物，如醛類能夠與肌紅蛋白共價結合，促進肌紅蛋白的氧化[64]；另一方面，氧合肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白（metmyoglobin，MetMb）過程中會產生活性中間體[63]，特別是超氧陰離子[65]，能迅速分解為過氧化氫，與MetMb反應形成活化的MetMb復合物，促進脂質氧化[66]。與濕法成熟相比，干法成熟產品的脂肪氧化程度更高[17,32]，其主要原因是干法成熟是有氧成熟過程。適度的脂肪氧化是干法成熟形成特殊風味的關鍵[67]，但相關研究表明，肉類的TBARS值為2 mg/kg時是消費者可接受的脂肪氧化極限值，TBARS值大于2 mg/kg時，產品就會有明顯的腐臭味[68]。Ribeiro等[17]研究發現干法成熟42 d的牛排在模擬銷售第4天其TBARS值超過2 mg/kg，但不同的環境相對濕度對干法成熟產品脂肪氧化的影響并沒有明顯差異。干法成熟在通過氧化作用產生獨特風味的同時，如何控制成熟后產品在銷售階段的進一步氧化也是亟需解決的問題。

針對牛肉，不同國家有各自的等級劃分標準，其中大理石花紋等級是等級劃分的重要依據之一。大理石花紋等級較低的牛肉往往嫩度、多汁性及風味較差。Berger等[54]研究發現，與濕法成熟相比干法成熟能顯著改善低大理石花紋等級草飼牛肉（100%草飼母牛背最長肌，根據美國農業部分級標準為精選級）的風味和嫩度。Lee等[69]研究表明，與未成熟組相比干法成熟28 d能顯著提高低大理石花紋等級牛肉（48 月齡韓牛，在韓國牛肉質量等級劃分中大理石花紋等級2級）的嫩度及總游離氨基酸含量。雖然現有的相關研究仍然較少，但干法成熟可作為有效提高低大理石花紋等級牛肉經濟和食用價值的潛在策略。

3 干法成熟肉類微生物安全性

傳統干法成熟是將肉暴露于空氣中，如沒有額外殺菌處理，即使在低溫環境產品也會存在微生物安全風險。由于干法成熟過程中肉表面形成“外殼”，其水分活度較低，能夠抑制部分細菌生長，但對霉菌和酵母生長有促進作用。在干法成熟肉的表面發現了枝霉屬（Thamnidium）、青霉菌屬（Penicillium）、根霉屬（Rhizopus）和毛霉屬（Mucor）。這些霉菌可以釋放蛋白水解酶并滲透到肉中，在牛肉的嫩度改善中發揮作用[11]，同時霉菌的存在對干法成熟產品特殊香氣的形成有一定貢獻[38]。Oh等[70]研究發現在干法成熟28 d牛肉中主要優勢菌為霉菌和酵母菌。將分離鑒定到的菌株（Pilaira anomalaSMFM201611和Debaryomyces hanseniiSMFM201707）回接至牛肉中再進行干法成熟，結果表明，這兩種微生物能通過蛋白水解改善產品嫩度，增強脂肪分解和蛋白質水解程度，提高游離脂肪酸和游離氨基酸含量，改善牛肉口感和香氣特征。由于目前針對商業的干法成熟產品并沒有微生物相關標準，各國家或地區的干法成熟產品受屠宰、分割、成熟條件及成熟環境的影響，微生物含量和種類差異顯著。Gowda等[43]分析比利時商業肉類公司干法成熟牛肉的微生物組成和安全性，發現大部分干法成熟牛肉肌肉組織和脂肪組織中總嗜冷需氧菌、假單胞菌、嗜冷乳酸菌和酵母菌數量較高，鮮切干法成熟牛肉切面的微生物含量一般低于產品外部表面，但一些牛肉內部同時存在嗜冷好氧和厭氧菌，同時干法成熟牛肉內部的水分活度較高，可能導致成熟后銷售過程中潛在嗜冷致病菌的生長。此外，動物在屠宰時其腸道或皮毛上可能攜帶食源性致病菌，如沙門氏菌、產志賀毒素的大腸桿菌和單核細胞增生李斯特菌等，在去皮和剔骨過程中有可能轉移到胴體上[45,71]。針對此類食源性致病菌可能產生的潛在食品安全風險，van Damme等[45]將以上致病菌接種于牛肉表面，分析其在不同干法成熟條件下的生長情況，研究發現沙門氏菌和大腸桿菌O157:H7數量在干法成熟過程中減少，成熟42 d后，兩種致病菌數量至少減少3 個對數值，但單核細胞增生李斯特菌數量隨成熟時間的延長沒有明顯減少，即使在較低的成熟溫度下也可能會生長。通常，干法成熟后的產品在進一步銷售和烹飪前需要切除“外殼”，產品內部的微生物含量少于表面，微生物所帶來的潛在風險也進一步降低。此外，采用透氣的干法成熟袋或成熟過程中采用間歇紫外照射也均作為減少微生物的有效措施[32,72]。

4 結語

相較于濕法成熟，干法成熟雖然在嫩度、顏色及氧化穩定性方面沒有顯著優勢，但卻使肉類風味和香氣得到極大改善，使產品能保持高度濃縮的“干法成熟風味”。尤其是針對一些大理石花紋等級較低的牛肉，干法成熟可作為提高其食用品質和經濟價值的有效方式。國內對于干法成熟相關的研究鮮有報道，但隨著國內消費者對高品質肉類需求量的不斷增長，干法成熟的肉類產品市場有巨大發展空間。成熟溫度、相對濕度、環境風速及成熟時間是干法成熟的關鍵技術參數，決定成熟后產品的食用品質，但目前各國家或企業并沒有統一的標準。因此，需要結合國內實際情況，優化干法成熟關鍵參數。同時，進一步明確成熟過程中嫩度改善及獨特風味形成的作用機制；探索通過物理手段促進蛋白及脂肪水解，改善嫩度的同時縮短成熟時間；探索通過接種微生物的方式調控風味形成，實現干法成熟的“定制化”策略。干法成熟過程中的水分散失導致嚴重的質量和修整損失，使得產品得率較低。因此，為提高干法成熟產品市場競爭力，仍需進一步明確成熟過程中水分遷移規律，減少質量損失，為生產更加適應市場需求的干法成熟產品提供理論和技術支持。