不同工藝制備的干牦牛肉的理化特征分析

辜雪冬, 趙娟紅, 孫術國,,馬美湖, 楊林, 羅章*

1(西藏農牧學院 食品科學學院，西藏 林芝，860000) 2(中南林業科技大學 食品科學與工程學院，湖南 長沙，410004) 3(華中農業大學 食品科技學院，湖北 武漢，430070)

牦牛(bosgrunniens)主要分布在青海-西藏高原地區，富含蛋白質和礦物質，脂肪含量低，營養價值高，肉質鮮美[1-2]。但在目前的生產過程中，牦牛肉沒有經過成熟便直接銷售，嚴重影響了牦牛肉的品質[3]。而且由于西藏遠離內陸，保鮮和運輸是限制西藏牦牛肉為內地消費者消費的主要因素。在西藏，人們常將牦牛肉制成肉干，以利于保存[4-5]和運輸。

牦牛肉干燥的方法有很多，但目前大部分還是采用自然風干法，該法對牦牛肉的營養和風味損失較大[6]。因此，有必要探索一種新的干燥技術。微波加熱具有加熱速度快，加熱均勻，熱能利用率高等優點，為廣大食品加工企業及家庭所采用[7]。微波加熱干燥能夠較好地保持物料中原有物質成分的色、香、味、營養物質以及風味[8-10]，同時它還具有殺菌功能，易于實現自動化控制[11]。夏亞男[12]等人發現，一些含有熱敏性營養物質的食品，采用微波干燥能夠對其營養成分起到很好的保護作用。與恒溫干燥比較，微波干燥具有節能，生產效率高，干燥均勻和清潔生產的優點。

基于此，本研究采用水煮熟和微波加熱煮熟牦牛肉，然后再經過微波干燥和常壓干燥，從產品的水分活度、產率、色澤、組織結構等方面評價產品品質，將現代微波技術應用于牦牛肉加工，旨在獲得最佳牦牛肉干制工藝和產品，為高原牦牛肉干制產品開發，提高牦牛肉產品貯藏保鮮性能提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從西藏林芝地區肉牛屠宰場隨機選取生長發育正常，健康無病，年齡約在2～3歲左右的成年公牦牛屠宰，屠宰時牦牛的平均體重200～300 kg，以臀部肉為研究素材。HCl、CHCl3、NaOH、CCl3COOH、C11H24O4、C4H4N2O2S、H2SO4(98%)均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器設備

JEOL JSM-6390 LV掃描電鏡，日本Tokyo公司；AW-1水分活度儀，北京恒奧德儀器儀表有限公司；AR 2140分析天平，美國奧豪斯公司；FE20梅特勒pH計，深圳市凱銘杰儀器設備有限公司；Nicolet nexus 470紅外光譜儀，美國Nicolet公司；UitraScan XE型色度測定儀，美國HunterLab公司；QSY Y半自動型凱氏定氮儀，北京強盛分析儀器制造中心； FD-18S型冷凍干燥機，北京德天佑科技發展有限公司；實驗型專用微波干燥器，南京澳潤微波科技有限公司；Galanz的G8023DHL-V8型微波爐，廣東格蘭仕集團有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 干牦牛肉制備方法

樣品制備采用5種方法：

方法A(冷凍干燥)：將新鮮的牦牛肉在-18 ℃條件下凍結，冷凍干燥48 h，產品置于4 ℃干燥的環境條件下存放備用。

方法B(常壓水煮后烘干)：加熱處理前將肉切成20 mm×20 mm×20 mm的小方塊，稱取約10 g (每組試驗 8塊肉)置于300 mL飲用水中，添加體積分數5%的食鹽，混合均勻，采用常壓水煮，使中心溫度達到75 ℃，冷卻后，樣品在60 ℃恒溫干澡箱中烘4 h，取出樣品，于4 ℃干燥的環境條件下存放備用。

方法C(常壓水煮后微波干燥)：經常壓水煮熟后，再采用微波干燥，微波干燥條件：功率200 W、干燥時間12 min。樣品于4 ℃干燥的環境條件下存放備用。

方法D(微波煮熟后烘干)：同方法B準備原料肉塊，微波加熱5 min，樣品冷卻后在60 ℃恒溫干澡箱中烘4 h，于4 ℃干燥的環境條件下存放備用。

方法E(微波煮熟后再微波干燥)：同方法B準備原料肉塊，經微波煮熟后，再在微波干澡箱中烘10 min，樣品于4 ℃干燥的環境條件下存放備用。

1.3.2 取樣

按照GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品取樣方法》進行[13]，將樣品真空包裝后置于4 ℃條件冰箱中備用，取樣后及時分析，樣品保藏時間不超過7 d。

1.3.3 干制產品的水分含量、水分活度、嫩度和產率測定

干制產品水分含量檢測參考國家標準[14]；水分活度采用便攜式水分活度儀測定。干制產品剪切力值測定參考WHEELER等方法[15]。產率測定:取新鮮牦牛肉50.00 g，然后按照1.3.1工藝，獲得干制的牛肉，測定干制牛肉的質量(m)。產率按公式(1)計算：

(1)

1.3.4 不同干燥條件下干制牛肉產品色澤測定

色澤檢測參照GANASEN和BENJAKUL[16]的方法進行：將干制牛肉產品切成塊狀。色度儀測定前，先將標準板進行校正，檢測時，對同一樣品取 10個點，正反各取5個點，測定其L*(亮度值)、a*(紅值)和b*(黃值)，結果取平均值。

1.3.5 蛋白質水解分析

干制產品中總氮和非蛋白質的測定參考文獻[17]。

1.3.6 紅外光譜分析

干制牛肉樣品采用紅外光譜分析之前需進行處理，一方面控制水分在10%左右，另外，干制的牛肉產品需粉碎成200目的粉末。采用中紅外光譜進行分析，數據收集范圍在4 000～500 cm-1，每次測定前需扣除空氣背景光譜，32次掃描的積累，分辨率是4 cm-1，每個樣品測定3次，取最具代表性的圖譜用于分析。

1.3.7 干牛肉表面組織(切面)分析

對采用5種制備方法得到的干牛肉做掃描電鏡觀察。

樣品的制備：從干制牛肉樣品中剪下最具代表的小塊組織，制作樣品切片，切片時注意橫切肌纖維進行斷面制片，尺寸3 mm×3 mm×1 mm。然后將樣品置于高真空自動鍍膜機內，首先樣品在機器中停留一段時間，長短取決于樣品干燥的程度(即樣品水分含量的多少)。一般待樣品在高真空鍍膜機中干燥至水分含量≤5%時，鍍膜機自動在樣品表面鍍一層金屬膜。掃描電鏡觀察：將已經鍍膜的樣品置于電鏡下，選擇合適的部位，在擴大50倍、200倍和500倍條件下進行觀察并拍照，采集直觀圖片用于分析。

1.3.8 統計方法

本實驗采用SPSS 9.0統計軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，分析不同的處理方法對干牛肉水分含量、水分活度、產率以及色澤等指標的影響，所有試驗重復3次，取平均值。

2 結果與討論

2.1 產品的水分含量、水分活度、嫩度和產率分析

WAN等[18]等發現，新鮮牦牛肉經過干燥脫水之后，既可以有效降低產品水分活度，提高其貯藏貨架期，減少運輸成本，同時還可以滿足不同消費群體的飲食嗜好。實驗結果表明，不同的制作方法，對產品的水分含量、水分活度、嫩度和產率影響也不同，結果如表1所示。不同的制作方法，可以將新鮮牦牛肉的水分從75.33%干燥至25.33%～10.24%，水分活度處于0.863～0.573。作為產品的干牛肉，水分活度過高，容易受到大腸桿菌(O157∶H7血清型)的感染[19]，因此，其水分活度Aw要求低于0.85[20]，5種處理方法基本能達到要求。對于干牛肉產品，需要有一定韌性和嚼勁，牛肉經各種方式干制后，其剪切力值從6.67上升到15.22以上，原因在于隨著牛肉水分的蒸發，牛肉組織結構變得更加致密，同時牛肉中的蛋白質變性，凝膠特性的增加也促進剪切力值上升[21-22]。對于不同的干制牛肉，產率也是一個重要的指標，本實驗除冷凍干燥產率低于40%，其他幾種處理方式的產率在43.29%～45.97%，而微波煮熟再經微波干燥獲得的干制牛肉產率最高。

表1 不同處理工藝對牛肉水分含量、水分活度、剪切力值和產率的影響

注：用Duncan法進行多種比較，同列標有不同大寫字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標有不同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標有相同小寫字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.2 不同制備方法對干牛肉色澤影響

新鮮牦牛肉經不同工藝處理后，表面顏色發生了顯著的變化(表2)，對于冷凍干燥的牛肉，由于未經過熱處理，肌紅蛋白、血紅蛋白幾乎未受破壞，此外非酶褐變反應也很低，干燥過程中隨著水分的蒸發，一些蛋白質逐漸呈現在肉表面，致使冷凍干燥的牛肉顏色反而更亮(L*)，紅色(a*)和黃色(b*)加深[23]。然而，經過其余4種熱處理方法，由于產品都要經過加熱熟制，肌紅蛋白、血紅蛋白等發生了變性、氧化，同時非酶褐變和油脂的氧化也大量發生，產品顏色在一定程度上變暗。但采用其他處理方法，微波煮熟再經微波干燥的制備方法能夠在保持較低的水分含量條件下，仍然保持較好的亮度，其顏色較其他3種熱處理工藝對原來的紅色保持能力更強。

表2 不同處理工藝對干牦牛肉綜合色澤的影響

注：用Duncan法進行多種比較，同列標有不同大寫字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標有不同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標有相同小寫字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.3 不同制備方法對牛肉蛋白質水解影響

總氮和非蛋白氮在不同的制備方法下變化結果如表3所示。采用不同制備方法，獲得的干牛肉總氮和非蛋白氮含量各異。由于采用冷凍干燥是不經過熱處理，蛋白質分解較少，因此非蛋白氮的含量較低[24]。對于其余4種經熱處理的牛肉，其本身經歷了2次加熱處理，第1次是經過煮熟，第2次經歷干制，由于煮熟的過程是在水溶液中，不同的煮熟方式，可能造成牛肉與水的能量和物質交換不同，這些都會影響蛋白質分解，小分子肽和氨基酸浸入水中的速率和總量不同，進而影響干制牛肉的總氮和非蛋白氮的含量[25]。由表3可知，產品總氮最高的處理方式是經微波煮熟，再微波干燥制備方法，產品總氮最低的處理方式是常壓煮熟、常壓烘干制備方法。也說明水煮加熱，再經常壓烘干過程蛋白質水解程度比較劇烈，產品營養成分流失比較多。經微波煮熟，再微波干燥工藝對蛋白質水解程度影響最低，對產品營養成分有較好的保護作用。

表3 不同處理工藝對牛肉蛋白質水解影響

注：用Duncan法進行多種比較，同列標有不同大寫字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標有不同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標有相同小寫字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.4 不同干制產品紅外光譜分析

不同處理方法獲得干制產品的紅外光譜特征見圖1所示。結果表明，對冷凍干燥獲得的牛肉，其特征峰在1 744.0 cm-1表示三酰基甘油脂，在1 648.2 cm-1和1 654.9 cm-1出現峰表示蛋白質α-螺旋結構，在1 685.6 cm-1出先峰表示蛋白質β-折疊結構，在1 116.2 cm-1出現特征峰表示牛肉中的油酸不飽和雙鍵的振動[26]。牛肉經熱處理以后，這些特征峰也出現了一定程度的變化，譬如牛肉經微波煮熟，再經微波干燥工藝，表示三酰基甘油脂特征峰變為1 744.2 cm-1，但牛肉中的蛋白質α-螺旋結構和β-折疊結構仍然保持較好，牛肉經微波煮熟，再經常壓恒溫干燥工藝，也出現類似的結果，只是三酰基甘油脂特征峰變化較大，說明油脂出現了明顯氧化。而牛肉經常壓水煮熟后，再經恒溫烘干或微波干燥，此過程對蛋白質的影響特大，蛋白質中β-折疊結構則完全消失，同時表示三酰基甘油脂和油酸的特征峰也出現了變化。這些組分在加熱處理過程中發生的一系列反應，有利于干牛肉風味的形成[27]。

圖1 不同制備方法得到的干牛肉紅外光譜圖

Fig.1 The infrared spectra of various products prepared by different methods

2.5 不同制備方法干牛肉組織結構比較

各種制備方法對干牛肉組織結構影響如圖2所示。結果表明，方法E或方法D對牛肉組織機構變化差異不大，但是經過方法C或方法B的樣品從掃描電鏡觀察，其表面結構差異明顯，經過微波干燥處理的產品(E方法)組織切片表面肌束和肌纖維之間結合比較緊密，而經過烘干處理的牛肉組織切面結構明顯松散，其主要原因為微波干燥處理時干燥介質(射線)直接穿透牛肉肌肉收縮較短時間達到水分蒸發，但微波干燥器體積小又沒有鼓風抽氣裝置使水分蒸發流動緩慢，肌束與肌束之間和肌纖維與肌纖維之間結構上形成的狹縫及孔隙比較小，這樣有利于防止產品脂肪被空氣所氧化[28]，提高了產品貯藏穩定性[29-31]。

圖2 不同制備方法產品組織結構

Fig.2 Structures of dried yak meat prepared by different processing methods

常壓加熱干燥在加熱介質和鼓風機的聯動作用使產品中的水蒸氣充分排散造成肌束與肌束和肌纖維與肌纖維之間結構上形成較大的狹縫及空隙；冷凍干燥使牦牛肉瞬間進行速凍(在60 min的時間肌肉深層溫度達到-20 ℃左右)，形成微細結構的針狀微細冰晶，在抽真空、冷凍和微加熱條件下經過48 h左右的肉中水分升華達到干燥的目的。也形成了橫斷切面結構肌束與肌束和肌纖維與肌纖維之間結合松散和分布均勻的酥狀微觀結構。另外，冷凍干燥A相比其他干燥(BCDE)差異很大，主要原因冷凍干燥A未經高溫熱處理，肉組織內蛋白質之間網絡結構保持較好，因此掃描電鏡觀察，組織結構有蜂窩狀結構出現，而其他幾種干燥，前期都經歷高溫熟制，后期經歷高溫干燥，蛋白質發生凝膠，因此，組織結構顯現更加致密。

3 結論

新鮮牦牛肉采用冷凍干燥、水煮熟+恒溫烘干、水煮熟+微波干燥、微波煮熟+恒溫干燥和微波煮熟+微波干燥等方法進行干燥，比較了這5種方法制備的產品在水分含量、水分活度、嫩度、產率、色澤、蛋白質水解程度、紅外光譜特征、及產品表面組織結構等方面的差異，結果表明:微波煮熟再經微波干燥獲得的干制牛肉產率最高(45.97b±1.54)%；水分活度最低(0.797±0.256)，色澤能保持與新鮮牦牛肉接近的顏色；蛋白質水解程度最低。其次，經FT-IR圖譜分析，微波煮熟再微波干燥的牦牛肉與冷凍干燥相比三酰基甘油脂特征峰都發生變化，但牛肉中的蛋白質α-螺旋結構和β-折疊結構仍然保持較好；表面形成較致密結構，有利于貯藏；其中五種方法制備的產品綜合品質較好的還有微波煮熟+恒溫干燥方法制備得到的產品，而水煮熟+恒溫烘干品質最差，其產率低，色澤較暗、牦牛肉特有的風味濃度較低，其表面呈現一定的多空結構促進脂肪的氧化，不利于貯藏。本研究實驗方法為肉干制品的研究提供了借鑒，也為進一步開發牦牛肉干奠定了理論和實踐基礎。