干法成熟牛肉品質形成與增值途徑研究進展

劉寅初，高曉光，張松山，雷元華，謝 鵬，孫寶忠，魏 萌,3，劉曉暢,*

（1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193；2.河北科技大學食品與生物學院，河北 石家莊 050018；3.石家莊學院化工學院，河北 石家莊 050018）

牛肉的宰后成熟是改善其嫩度、風味等食用品質的一種常見方法[1]，一般牛肉的成熟方法分為兩種——干法成熟和濕法成熟。干法成熟最早作為一種肉品保藏方法，人們將未經包裝的胴體、二分體或四分體放置于低溫條件下保鮮和嫩化[2]，即為早期的干法成熟。但干法成熟對環境條件要求較高，操作不當易造成腐敗變質，且該過程水分散失較多，最終會在牛肉表面形成堅硬的外殼，造成較高的成熟損耗。隨著新包裝的出現、加工技術的發展以及運輸效率的提高，將牛部位肉真空包裝后置于低溫條件下嫩化的濕法成熟隨即出現。到20世紀70年代，濕法成熟因適合自動化流水線操作、成熟損失率低、空間占用率低等優點成為主流的商業成熟方法[3-4]。

已有研究發現濕法成熟牛肉與干法成熟牛肉的風味存在一定差異，前者帶有酸味、金屬味和血腥味[5-7]，后者則具有更濃的牛肉味、燒烤味、黃油味、堅果味、烤堅果味和甜味等令人愉悅的風味[6-10]。因此，盡管干法成熟牛肉的市場定價高于濕法成熟牛肉，但獨特的風味特征仍使其在部分高端消費群體中備受青睞。當前我國中高端消費市場對干法成熟牛肉的需求逐漸增加，主要集中在高檔西餐廳、線上銷售平臺等，未形成規模化生產和消費，產品存在質量不穩定、標準化亟待建立等問題。

本文綜合近年相關研究，系統闡述了干法成熟對牛肉品質的影響并總結特征風味形成的相關機制，探討干法成熟過程中的品質影響因素，介紹干法成熟牛肉生產增值途徑，以期為干法成熟的工藝優化和產品品質提升提供理論支撐。

1 干法成熟牛肉品質特征

1.1 風味

牛肉的風味是影響消費者整體接受度的重要指標之一，對干法成熟牛肉風味的早期研究主要借助感官評價和描述。研究發現牛肉經干法成熟后會產生原始牛肉味、燒烤味、黃油味、堅果味、烤堅果味和甜味等令人愉悅的風味[6-10]。近年來學者借助代謝組學和風味組學技術揭示干法成熟過程中滋味和香氣物質變化，發現干法成熟牛肉特征風味的形成與游離氨基酸、小肽、還原糖和脂質氧化產物等物質變化有關。這些物質是形成特征風味的重要前體，在牛肉烹飪過程中，這些前體物質通過Strecker降解、美拉德反應等途徑形成醛、酮等揮發性風味化合物[11]。此外，還原糖、游離氨基酸等水溶性物質本身是牛肉的重要滋味物質[12]。圖1、2分別總結了干法成熟牛肉中重要的滋味物質和氣味物質。

圖1 干法成熟牛肉中的重要滋味物質[8,11,13-15]Fig.1 Important taste substances in dry-aged beef beef[8,11,13-15]

圖2 干法成熟牛肉中的重要氣味物質[11,16-20]Fig.2 Important odoriferous substances in dry-aged beef[11,16-20]

1.1.1 脂質氧化

牛肉在干法成熟過程發生脂質氧化[21-23]，生成癸烷、癸醛和十二醛等脂質氧化產物，這些物質與干法成熟牛肉的特征風味有關[17-18]。部分脂質氧化產物在烹飪過程中可與還原糖、游離氨基酸等風味前體發生反應，生成醛、酮、烷烴和酯類等一系列揮發性物質，增強牛肉的風味強度，形成獨特的干法成熟牛肉風味[11,24]。干法成熟牛肉形成了一些特有的脂質氧化物，如丙醛和3-庚酮，這些物質含量顯著高于濕法成熟牛肉[16]。盡管脂質氧化在干法成熟牛肉風味形成中發揮重要作用，但部分脂質氧化產物極易引起哈喇味等令人不愉快的氣味。因此干法成熟牛肉的生產過程中應將脂質氧化程度作為重要監測指標，避免脂質過度氧化造成的品質缺陷。

1.1.2 蛋白質分解

干法成熟牛肉中蛋白質分解產生游離氨基酸和小肽。Kim等[8]在32 種干法成熟牛肉樣品的代謝物中，測得色氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、酪氨酸、谷氨酸、異亮氨酸和亮氨酸7 種代謝物的含量顯著高于濕法成熟牛肉。Bischof等[14]發現丙氨酸、甲硫氨酸和肌肽在干法成熟牛肉中的含量顯著高于濕法成熟牛肉。部分氨基酸是牛肉的滋味物質，如谷氨酸與鮮味有關，苯丙氨酸和酪氨酸與酸味有關，丙氨酸與甜味和酸味有關[15]。氨基酸還可以參與美拉德反應與Strecker降解產生揮發性風味物質，如亮氨酸和異亮氨酸可以與美拉德反應形成的二羰基化合物發生Strecker降解，生成2-甲基丁醛和3-甲基丁醛，與肉香味有關[25]。Setyabrata等[13]發現，隨著干法成熟進行，谷胱甘肽逐漸分解產生γ-谷氨酰肽和谷氨酰胺，這對干法成熟牛肉特征風味的形成可能具有重要作用。

1.1.3 水分損失

干法成熟過程，由于牛肉未進行包裝，故發生較高的水分損失。水分的蒸發主要發生在牛肉表面，隨后形成干燥外殼（圖3）。Lee等[26]發現干法成熟和濕法成熟28 d的牛肉水分含量具有顯著差異，干法成熟21 d后牛肉水分含量顯著下降，引起游離氨基酸和還原糖含量顯著上升。這些美拉德反應底物含量的增加有利于烹飪過程牛肉風味物質的形成，因此，水分損失造成的物質濃縮與特征風味的形成有一定關系。

圖3 牛肉干法成熟過程中質量損失[3]Fig.3 Mass loss of beef during dry aging[3]

1.1.4 微生物活動

干法成熟前期，蛋白質和脂質主要在內源酶作用下發生降解或氧化[27]，隨著成熟時間的延長，內源酶活力降低；成熟后期，蛋白質和脂質的變化與微生物產生的外源酶有關。在干法成熟過程，牛肉中微生物菌群結構發生變化，如Penicillium camemberti和Debaryomyces hansenii數量隨著成熟時間的延長而增加[28]。不同干法成熟間牛肉的微生物群落組成存在較大差異[29]，這可能是造成不同生產商干法成熟牛肉風味等品質差異的原因。Oh等[30]從干法成熟28 d的牛肉中分離優勢菌種，將得到的一株霉菌（Pilaira anomalaSMFM201611）和一株酵母菌（D.hanseniiSMFM201707）接種于最低等級的牛外脊，然后對牛外脊進行干法成熟，發現這兩株菌可降解肌原纖維蛋白進而改善牛肉嫩度，并可顯著提高游離氨基酸和游離脂肪酸含量，從而改善牛肉食用品質。Hanagasaki等[31]將從低溫肉中分離出的Mucor flavus接種到牛肉表面后進行干法成熟，與未接種的干法成熟牛肉相比，天冬氨酸、脯氨酸等游離氨基酸的含量顯著提高，肉香味更強。Lee等[32]將卡門柏青霉和Penicillium nalgiovense以1∶1的比例混合后噴于牛肉表面再進行干法成熟，可促進牛肉蛋白質的水解，提高游離氨基酸等風味化合物含量，改善食用品質。基于微生物對干法成熟牛肉品質的改善作用，未來可將關鍵貢獻菌應用于干法成熟牛肉生產中，以加速干法成熟進程，提高產品品質的穩定性和一致性。目前學者主要研究單一菌種對干法成熟牛肉品質的影響，關于混合菌種的研究較少。混合菌種更接近干法成熟牛肉的真實菌群環境，混合菌種之間的互利共棲等協同作用通過影響微生物生長和代謝情況可產生與單菌接種不同的效果，未來研究可探索微生物不同比例混合接種對干法成熟牛肉品質的影響，及接種微生物對原始菌群結構的影響。

綜上，干法成熟牛肉特征風味形成的潛在機制可能涉及脂質氧化、蛋白質分解、水分損失和微生物活動（圖4）。當前針對干法成熟特征風味的研究仍停留在探索階段，研究僅對風味物質進行簡單的定性或定量分析，多為分析干法和濕法成熟牛肉差異風味物質或成熟過程風味物質含量變化，未來可采用風味重組、風味缺失等實驗手段進一步精確干法成熟牛肉的關鍵揮發性風味物質，這對干法成熟牛肉的風味調控具有重要意義。

圖4 干法成熟牛肉特征風味形成的潛在機制Fig.4 Potential mechanism of formation of characteristic flavor compounds of dry-aged beef

1.2 嫩度

嫩度的高低直接反映了牛肉口感的優劣，牛肉的嫩度是由成熟過程中肌內脂肪組織、結締組織含量以及肌節長度和肌纖維直徑所決定[33]。肌原纖維蛋白在干法成熟過程中逐漸降解，使牛肉的剪切力顯著降低，嫩度得到改善[34-35]。已有研究對比了干法成熟與濕法成熟對牛肉嫩度的影響，發現牛肉經兩種不同的方式成熟后剪切力無顯著差異，但感官評價的嫩度指標存在顯著差異[36-39]，這一結果可能是由于感官評價的嫩度指標與多汁性具有協同效應，多汁性的變化影響評價員對嫩度的感知[40]。

1.3 安全性

盡管干法成熟牛肉因直接暴露在環境中加劇了微生物污染的風險，但現有的研究中均未從干法成熟牛肉成品中分離出Escherichia coli、Listeria monocytogenes和Staphylococcus aureus等食源性致病菌[28,41-42]。致病性微生物一般僅在干法成熟初期檢測到，如Rhodotorulasp.、Candidasp.和Cladosporiumsp.，隨著成熟時間的延長逐漸消失[28]。為探究典型食源性致病菌在干法成熟過程中潛在生長的可能性，van Damme等[43]將Salmonella、E.coliO157:H7和L.monocytogenes混合接種在牛腰肉表面進行干法成熟，結果發現，成熟結束時Salmonella和E.coliO157:H7數量顯著減少，僅在pH＞6.0的腰肉中增殖。da Silva等[44]探究了L.innocua（L.monocytogenes替代菌）在牛肉干法成熟過程的生長情況，發現隨著成熟時間的延長和成熟溫度的提高，L.innocua數量減少。致病菌被抑制的原因可能是干法成熟過程中優勢菌種，如D.hansenii等對致病菌的拮抗作用，提高了牛肉的安全性[45]。然而，一些潛在的腐敗微生物在干法成熟牛肉中常被檢測到，如Pseudomonassp.[46]。這些腐敗微生物分解蛋白質和脂肪產生具有腐敗味的代謝產物，極易造成干法成熟牛肉風味的損失。因此，對干法成熟牛肉中腐敗微生物的控制是生產中需關注的重要問題。

1.4 色澤

牛肉的色澤是消費者選購時判斷牛肉品質最直接的感官指標，與肉品pH值、高鐵肌紅蛋白比例、氧氣滲透和水分含量等因素高度相關。干法成熟過程中牛肉的亮度（L*值）增加，紅度（a*值）和黃度（b*值）降低[10,21,47]。L*值的增加可能由于肉品結構中的蛋白質隨著成熟時間的延長而發生構象變化，導致更大的光散射，肌紅蛋白氧化程度的增加導致a*和b*值減小。干法成熟牛肉的L*、a*值和b*值較濕法成熟顯著降低[8,48]，可能是干法成熟較濕法成熟水分含量減少更多，導致光反射減少，牛肉色澤變暗，且牛肉暴露于空氣中導致肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白[49]。干法成熟還會影響牛肉的色澤穩定性，干法成熟牛肉在展示期間的色澤穩定性下降，色澤變化速率高于濕法成熟牛肉[48]。這可能是由于，一方面，干法成熟牛肉較濕法成熟于氧氣中的暴露程度更大，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）等還原化合物消耗更快，一旦NADH耗盡，高鐵肌紅蛋白還原受到限制并在牛肉表面大量積累；另一方面，展示期間干法成熟牛肉較濕法成熟牛肉的脂質氧化程度更嚴重[48,50]，脂質氧化中間產物促進肌紅蛋白氧化[49,51]。因此，干法成熟牛肉在展示期間的護色極為重要，未來可探索利用天然抗氧化劑維持干法成熟牛肉色澤的穩定性，或添加乳酸鹽等促進NADH再生的物質提高干法成熟牛肉中高鐵肌紅蛋白的還原效率。

1.5 持水力

牛肉的持水力是肉品工業及消費者衡量其經濟效益和食用品質的重要參數之一，其與牛肉中蛋白質結構有關，通常通過滴水損失和蒸煮損失等指標表征牛肉的持水力[52]。牛肉宰后成熟過程中蛋白質發生降解導致持水力的下降[53]。Gudjónsdóttir等[54]發現干法成熟過程中微生物降解作用也會導致肌肉滴水損失的增加，牛肉持水力受到影響。研究普遍認為持水力的強弱主要與牛肉中不易流動水含量有關[55]。Shi Yingwu等[56]認為由于干法成熟過程中蛋白質變性和肌原纖維結構發生變化，結合水含量較未成熟前降低，釋放的結合水轉化為不易流動水和自由水，持水力下降。干法成熟和濕法成熟后牛肉蒸煮損失沒有顯著差異[8,57-58]。

2 干法成熟過程中影響牛肉品質的因素

2.1 成熟時間

成熟時間對干法成熟牛肉嫩度和風味等食用品質的改善至關重要[59-60]。干法成熟前期主要發生嫩度變化，而后期是風味的形成。在干法成熟前21 d，牛肉剪切力顯著下降，之后剪切力未繼續下降[61-63]。但21 d后脂質氧化程度和游離氨基酸的含量仍持續增加，引起牛肉風味變化[63-64]。牛肉經干法成熟28 d后風味物質含量增加2.24 倍[18]，顯著高于濕法成熟28 d的牛肉[16]。盡管延長成熟時間利于特征風味的產生，但一味延長成熟時間不僅增加成熟損耗，還會降低成熟間的周轉利用率。近年來的研究中，干法成熟時間主要為14～45 d[20,65-66]。Iida等[67]基于干法時間對嫩度、多汁性和風味影響的研究結果提出，高品質雪花牛肉的最佳成熟時間為40 d。Utama等[61]綜合考慮嫩度、成本和脂質氧化情況，建議成熟時間應少于40 d。綜合考慮牛肉品質和成本問題，美國肉類出口協會建議干法成熟的最佳時間范圍為28～55 d[68]。根據現有研究，干法成熟時間可控制在28～40 d，具體的時間應綜合考慮溫度、相對濕度和空氣流速確定。

2.2 環境條件

干法成熟環境條件主要包括溫度、相對濕度和空氣流速，三者通過影響牛肉中酶系統活性、微生物生長和水分流失，進而影響干法成熟牛肉最終品質。溫度、相對濕度和空氣流速需控制在合適的范圍，以達到理想的成熟效果。

溫度低于肉的冰點（－2～－3 ℃）時，成熟相關的酶系統活性會降低，不利于生化反應的進行；升高溫度雖然可以促進酶促反應，但過高的成熟溫度又會導致牛肉的腐敗變質[3,40]。相對濕度過高，腐敗細菌和霉菌大量滋生；相對濕度過低會影響牛肉質量損失率和多汁性[28,69]。Kim等[8]研究發現1 ℃與3 ℃的成熟溫度對干法成熟牛肉的剪切力無顯著影響，但消費者認為3 ℃下成熟的牛肉多汁性更好。Ribeiro等[70]在1 ℃和相對濕度50%、70%和85%條件下干法成熟42 d，發現相對濕度對水分流失總量、修剪損失、得率、嫩度和風味無顯著影響，但較低的相對濕度（50%）僅會導致成熟前期較快的水分流失速率。Vossen等[62]對比不同溫度（2 ℃與6 ℃，相對濕度75%）和相對濕度（相對濕度75%與90%，2 ℃）條件下比利時藍牛肉的感官品質特征，發現溫度和相對濕度僅對異味（澀味、煮熟的牛奶味、酸敗味、變質味等）的產生具有顯著影響，較高的溫度和相對濕度條件下會產生更多的異味，牛肉的嫩度、色澤和脂質氧化穩定性均不受溫度和相對濕度的影響。

干法成熟過程需保證足夠的空氣流通，較低的空氣流速無法釋放必要的水分，從而達到風味物質濃縮效果，微生物也會大量生長導致變質，可通過安裝空氣流通加速設備使成熟間內的空氣流速達到特定要求。通常使用穿孔架子、金屬貨架、樹或掛鉤，使牛肉表面全部暴露在低溫氣流中[40]。Lee等[71]分別在0、2.5 m/s和5 m/s空氣流速下對牛臀中肌進行28 d干法成熟，發現空氣流速影響牛肉表面霉菌和酵母菌組成，引起蛋白質和脂肪不同程度地分解，最終0 m/s條件下形成的牛肉香氣和滋味物質與2.5 m/s和5 m/s顯著不同。

綜上，干法成熟過程需嚴格控制溫度、相對濕度和空氣流速在合適的范圍之內，減少環境條件參數波動。適宜的干法成熟牛肉生產條件為成熟溫度0～4 ℃、相對濕度75%～85%、空氣流速0.5～2.5 m/s。

2.3 紫外線照射

一些干法成熟研究會使用紫外空氣凈化系統[63]或通過紫外燈照射[19,21,72]減少環境微生物在牛肉表面的生長繁殖，防止牛肉腐敗。已有研究發現紫外照射會改變干法成熟牛肉表面的微生物組成[29]。然而紫外照射在抑制腐敗微生物的同時，也可能影響風味物質產生菌等有益微生物的生長繁殖，進而對干法成熟牛肉品質產生影響。此外，紫外線照射會促進干法成熟牛肉的脂質氧化[73]。專業感官品鑒人員認為紫外線照射顯著增加了干法成熟牛肉的脂肪味[74]。然而，Setyabrata等[50]并未發現紫外線處理和未經紫外線處理的干法成熟豬肉硫代巴比妥酸反應物值存在顯著差異。以上研究結論的差異可能與原料肉的脂肪含量、紫外線處理參數（強度、使用頻率和處理時間）等因素有關。未來可深入研究不同紫外線照射條件對干法成熟牛肉微生物組成、風味以及脂肪氧化程度的影響，確定合理的紫外線處理條件，達到抑制腐敗微生物生長且不影響風味的雙重效果。

3 干法成熟牛肉增值途徑

近年來國內外對干法成熟牛肉的需求和生產均呈現上升趨勢[75-76]。但較高的成熟損失和修剪損失，以及較長的成熟時間使得干法成熟的成本遠高于濕法成熟（表1）。為降低生產成本、提高經濟收益，現有研究提出了透濕袋中干法成熟和干-濕結合的分步式成熟，以減少成熟損耗和成品的修剪損失，縮短空間占用時間。此外，修剪硬殼的再利用也可提高干法成熟牛肉產業經濟效益。

表1 干法成熟和濕法成熟的比較Table 1 Comparison of dry aging and wet aging

3.1 新型干法成熟工藝

一些研究人員嘗試將一種熱塑性彈性體（由柔性聚合物和剛性聚酰胺制成）制成的透濕袋作為干法成熟的包裝材料，通過使用透濕袋可以在更可控的條件下生產干法成熟牛肉，而品質屬性也不會受影響[77]。Ahnstr?m等[78]發現，經21 d透濕袋中成熟的牛肉具有與傳統干法成熟牛肉相同的感官性狀，同時還減少了1.4%的成熟損失和2.3%的修剪損失。Li Xin等[10]比較了在透濕袋中干法成熟和傳統干法成熟19 d后的產品得率，與傳統干法成熟相比，透濕袋中干法成熟減小了1.8%的成熟損失和2.6%的修剪損失。Shi Yingwu等[56]研究使用不同透濕程度的透濕袋對牛肉干法成熟的影響，結果發現，隨著透濕程度的增加，質量損失率、需氧菌數、酵母菌數和霉菌數均增加，因此可以通過使用不同透濕程度的透濕袋控制水分損失量并有效減少微生物污染。透濕袋中成熟還可提高干法成熟牛肉凍藏期間脂質和蛋白質的氧化穩定性[64]。與濕法成熟相比，透濕袋中干法成熟的牛肉具有更高的嫩度和多汁性，整體可接受性更高[13,57,77]。

基于干法成熟和濕法成熟的優缺點，Kim等[79]提出干-濕結合的分步式成熟，先將牛胴體干法成熟10 d，切割成部位肉再進行7 d的濕法成熟，發現與直接干法成熟17 d的牛肉相比，風味、多汁性和整體接受度均無顯著差異[80]。另有研究嘗試透濕袋中干法成熟與濕法成熟相結合的分步式成熟，發現牛肉適口性、脂質氧化穩定性和蛋白降解情況與僅在透濕袋中干法成熟牛肉無明顯差異[64,81]。因此，兩種成熟方法相結合的分步式成熟可用于規模化生產，以提高成熟空間利用率和降低生產成本。

3.2 干法成熟牛肉硬殼的利用

干法成熟牛肉因表面脫水形成硬殼而造成嚴重的修剪損失（3%～24%）[3]，有學者提出可將外殼攪碎后用于餡餅、香腸等肉糜類制品的生產。Lee等[82]將干法成熟牛肉外殼添加于豬肉餅，豬肉餅的風味得到改善，蒸煮損失和烹飪后豬肉餅體積的縮減程度降低。Park等[83]將干法成熟牛肉外殼添加到餡餅中，產品的風味、嫩度、多汁性和整體可接受性評分均提高，但冷藏期間菌落總數顯著高于未添加的對照組。Witte等[84]使用超高壓處理干法成熟牛肉外殼以降低其微生物數量，再將其以不同比例添加到生發酵香腸中，可縮短香腸的發酵時間。Xue Siwen等[17]研究干法成熟牛肉修剪外殼的功能特性發現，其與濕法成熟牛肉相比具有更高的抗氧化和乳化能力，將其添加于牛肉餅中，所制備牛肉餅與對照組相比質地和脂質氧化穩定性無明顯差異，且燒烤味和鮮味更濃。此外，Choe等[85]發現，干法成熟牛肉修剪硬殼的抗氧化活性和血管緊張素I轉換酶抑制活性顯著高于干法成熟牛肉可食用部分、濕法成熟牛肉和未成熟牛肉。因此，干法成熟牛肉的修剪外殼可用于新型食品成分和功能性食品的開發。

4 結 語

牛肉經干法成熟后嫩度提高，并產生游離氨基酸等滋味物質和醛、酮、酯等揮發性風味物質，形成燒烤味等特征風味。干法成熟牛肉特征風味的形成機制復雜，涉及脂質氧化、蛋白質分解、水分損失和微生物活動等過程。實際生產過程應綜合考慮成熟時間、成熟溫度、相對濕度和空氣流速等因素對牛肉品質的影響，確定最佳成熟工藝參數。今后可研究微生物在干法成熟牛肉風味等品質指標形成中的作用，篩選風味貢獻菌，將其應用于干法成熟牛肉生產，改善牛肉品質，縮短成熟時間。此外，干法成熟牛肉外殼的高效利用也亟待探索，這將成為干法成熟牛肉行業的重要增值途徑。