牛肉冷藏过程中品质变化的动力学分析

郭晓，胡祎荣，陈骋，吴成帆，韩玲，余群力

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)



牛肉冷藏过程中品质变化的动力学分析

郭晓，胡祎荣，陈骋，吴成帆，韩玲，余群力

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)

【目的】 研究宰后冷藏过程中牦牛肉和西门塔尔杂交牛肉的肉用品质.【方法】 试验以3～5岁的牦牛肉和西门塔尔杂交牛肉背最长肌为研究对象，分析了4 ℃冷藏过程中样品肉用品质(pH、失水率、熟肉率、剪切力和肉色)的变化，采用动力学探究了样品肉用品质的变化规律.【结果】 在4 ℃有氧贮藏条件下，牦牛肉和西门塔尔杂交牛肉的pH、熟肉率均先降低后升高，在第5天达到最小值，剪切力先升高后降低，第3天达到最大值，失水率和b*值均先升高后降低，在第5天达到最大值，L*值和a*值持续降低；与西门塔尔杂交牛肉相比，牦牛肉的pH、失水率、L*值低于西门塔尔杂交牛肉，剪切力、熟肉率、a*值和b*值高于西门塔尔杂交牛肉.【结论】 贮藏过程中牦牛肉的剪切力、L*值、a*值可以进行线性拟合，a*值的拟合度最高；pH、失水率、熟肉率和b*值不可以进行线性拟合，失水率的拟合度最低.贮藏过程中西门塔尔杂交牛肉的L*值、a*值可以进行线性拟合，a*值的拟合度最高；pH、失水率、熟肉率、剪切力和b*值不可以进行线性拟合，b*值的拟合度最低.

牛肉；肉用品质；动力学分析

近年来，我国的畜牧业得到了空前发展，肉类产量已连续10 a居世界第一，牛肉生产也继美国、巴西之后成为世界第三大牛肉生产国[1].牛肉是主要肉类产品之一，具有高蛋白、低脂肪、维生素及丰富的矿物质，含有人们所需要的一切必需氨基酸[2]，是一种营养价值较高的保健型肉食品，深受国内外市场的青睐[3].与此同时消费者对牛肉品质的要求也越来越高，如何评价牛肉品质也越来越受到重视.

牛肉宰后贮藏过程中肉色、pH、失水率、熟肉率、剪切力等是极其重要的肉用品质评价指标[4]，通过对这些指标的研究可以很好地预测牛肉在有氧贮藏过程中肉用品质达到最佳状态时的时间.郭兆彬等[5]研究表明，对于牛肉品质的评价，一方面牛肉的色泽是决定消费者购买行为的最直观的感官评定指标之一[8-11]，直接影响肉类产业的各种经济指标[9].另一方面嫩度反映了肉中各种蛋白质的结构特性，直接影响着肉的食用价值和商品价值.而嫩度又受pH、失水率、熟肉率、剪切力等指标的影响，其中剪切力是肉嫩度最直接的反映[6]，剪切力越低肉的嫩度越好.pH值也是衡量牛肉品质的一个关键参数，它不仅直接影响肉的适口性、嫩度，还与牛肉肉色等显著相关[7].

动力学数据分析是牛肉宰后品质变化规律研究中的一种手段，旨在用模型量化变化规律，以期最终为品质监控提供有效的工具.Zamora等[12]曾经使用线性函数来拟合牛肉宰后品质及生理生化指标的变化，从而将其变化规律量化为方程参数，这类函数也因此成为牛肉品质与成熟时间的主要拟合函数.关于牛肉品质变化的研究中，较少涉及动力学数据分析方法.鉴于此，本试验通过运用动力学来研究4 ℃有氧贮藏过程中牦牛肉和西门塔尔杂交牛肉(西杂牛)肉用品质的变化规律，以期为牛肉的加工、运输和消费提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验仪器

仪器：CR-10型色差仪；便携式酸度计；C-LM4型数显式肌肉嫩度仪；YYW-2型应变式控制式无侧限压力仪；AL-104型电子天平.

1.2 试验方法

1.2.1 肉样采集及处理 试验选取健康、无病、生长发育正常、牛龄在3～5岁的牦牛和西门塔尔杂交牛(西杂牛)各5头，屠宰前禁食24 h，禁水2 h，宰后立即取背最长肌，剔除表面脂肪、筋膜及结缔组织，垂直肌纤维方向切分成50 g左右的块状，装入透氧的聚乙烯保鲜袋，在4 ℃有氧条件下贮藏，分别在第1、3、5、7、9天测定肉用品质.

1.2.2 肉用品质测定

1.2.2.1 色泽 用色差计测定样品表面的L*、a*、b*值，随机选择测定位置并至少重复3次，记录数据，计算平均值.

1.2.2.2 pH 将pH电极用蒸馏水冲洗干净，滤纸轻轻蘸干，插入肉样中，待数值稳定后记录数值，取出电极，清洗电极，再换另一不同的位置测定，共测定3次(每次测定前都应将电极冲洗干净)，分别记录3次数据，取平均值.

1.2.2.3 失水率 截取5 cm肉样，平置于干净薄板上，用取样器从背最长肌上顺肌纤维方向的横向切约1 cm厚的肉片，再在肉片中央截取截面积约为5 cm2、厚度为1 cm的小块(厚度的方向就是肌纤维方向)，用分析天平称质量，记作M1.

称质量后迅速在上下各衬一层脱脂纱布，再各衬14～16层吸水纸(以水分不透出，全部吸净为度)，然后置于测定仪平台上施加35 kg压力保持5 min，之后将肉样取出再称质量，记作M2，失水率计算公式如下：

W=(M1-M2)/M1×100%

1.2.2.4 熟肉率 取肉样约60 g，用电子天平进行称量，记作W1，将称量好的肉样放入蒸煮袋中.插入温度计，将电磁炉温度调到80 ℃，在80 ℃条件下进行蒸煮，随时观察温度计温度变化，当肉样中心温度达到70 ℃时开始计时，使肉样中心温度保持在70 ℃继续蒸煮30 min，取出冷却至室温后称量，记作W2，熟肉率计算公式如下：

W=W2/W1×100%

1.2.2.5 剪切力 垂直于肌纤维方向切取约60 g肉样，将肉样放入蒸煮袋中，置于水浴锅中，插入温度计(温度计插入深度至肉样中心).将水浴锅温度调到80 ℃，在80 ℃条件下进行蒸煮，随时观察温度变化，当肉样中心温度达到70 ℃时开始计时，使肉样中心温度保持在70 ℃继续煮30 min，将肉样取出在室温下冷却.用取样器顺着肌纤维的方向取样(避开筋腱)，用嫩度仪测定样品剪切力，每个样品至少测定3次，取平均值.

1.3 数据处理

分析结果采用Microsoft Excel进行处理，并用SPSS 19.0软件对两种牛贮藏过程中肉用品质进行方差分析和动力学分析，其中方差分析采用LSD法，为了定量描述肉用品质于宰后贮藏过程中的变化规律，采用动力学数据分析，具体参考Zamora等[12]所描述的方法.线性函数模型：Yx=K×x+YL0，其中，x为成熟时间，Yx为x时刻的相对变化量(下同)，K代表变化速率，YL0代表成熟时品质指标的初始值.

2 结果与分析

2.1 宰后贮藏过程中肉用品质的变化

2.1.1 宰后贮藏过程中肉色变化 由图1可以看出，随着贮藏时间的延长，牦牛肉和西杂牛肉的L*值明显下降，7 d后趋于平缓.在第1、3、5天牦牛肉L*值极显著低于西杂牛肉(P<0.01).牦牛肉和西杂牛肉的a*值均呈下降趋势.在第1、3、5、7、9天牦牛肉a*值极显著高于西杂牛肉(P<0.01).牦牛肉与西杂牛肉的b*值变化始终维持在12～15，变化不明显.L*值变化与吴菊清等[14]的研究结果一致，亮度取决于光的散射或折射，与图3相对应，贮藏过程中，随着水分的损失，肌肉对光线的散射和折射率降低，因此有的亮度在贮藏过程中有所下降.但由于水分渗出到肉表面时受到蒸发速率的影响，加上西杂牛肉的保水性较差，肌肉表面水分渗出量高于牦牛，短时内反而对光的反射能力增强，所以其L*值在前期高于牦牛肉.a*值表征肌肉的红色度，其变化决定了肉色的变化.a*值变化与程志斌等[15]的研究一致，肉中的肌红蛋白对a*值有决定性作用，肌红蛋白有3种主要的化学状态，分别是氧合肌红蛋白、高铁肌红蛋白和脱氧肌红蛋白，在氧气存在的条件下，肉中肌红蛋白主要以氧合肌红蛋白(鲜红色)和高铁肌红蛋白(褐色)的形式存在，氧合肌红蛋白中金属铁离子以二价态存在，这就导致了肌红蛋白的不稳定性，随着贮藏时间的延长，Fe2+会被氧化成Fe3+，从而使氧合肌红蛋白转化为高铁肌红蛋白[16]，此时，肉的红色度降低，当高铁肌红蛋白积累到一定程度时，肉色就会发生褐变.

图1 不同品种贮藏过程中肉色变化Fig.1 The changes of meat color of different varieties during the storage

2.1.2 宰后贮藏过程中pH变化 如图2所示，宰后贮藏过程中牦牛肉和西杂牛肉pH先降低后缓慢升高，在第1天牦牛肉pH值显著低于西杂牛肉(P<0.05).这与刘佳东等[4]的研究结果一致，其研究表明pH值发生这种变化是由于宰后肌肉中氧气供应中断，肌糖原进行无氧糖酵解产生的乳酸、磷酸等酸性物质，使pH降低[17]，但随着pH的降低，与糖酵解有关的酶活性逐渐受到抑制，且糖原被酵解.此时pH达到最低，随着时间的延长，肉中蛋白质发生降解得到的某些产物又会使pH略微升高.pH的变化与其他品质紧密相关，如剪切力、失水率等[18].

2.1.3 宰后贮藏过程中失水率变化 如图3所示，在贮藏过程中牦牛肉和西杂牛肉的失水率都是先升高后降低，在第5、7、9天牦牛肉失水率极显著低于西杂牛肉(P<0.01).这与Li等[18]的研究结果一致，其研究表明肉的失水率与保水性呈高度负相关，肌肉的失水率愈高，保水性愈差，失水率升高意味着肌肉中大量汁液外流，可溶性营养成分和风味物质随之损失，肌肉也变得干硬无味，造成肉品质量下降.这与pH值的测定结果一致，由于pH值下降到极限值时，达到或接近了肌球蛋白质的等电点(pH=5.40)，此时肌肉的系水力很差，导致失水率升高.牦牛肉失水率极显著低于西杂牛肉(P<0.01)，这是由于牦牛肉在冷藏时的系水力很好，因此在很大程度上造成牦牛肉的食用品质高于西杂牛肉.

图2 不同品种贮藏过程中pH变化Fig.2 The changes of pH of different varieties during the storage

图3 不同品种贮藏过程中失水率变化Fig.3 The changes of water loss rate of different varieties during the storage

2.1.4 宰后贮藏过程中熟肉率变化 如图4所示，牦牛肉和西杂牛肉的熟肉率在贮藏过程中先降低后升高，第5天达到最小值，在第5、7、9天牦牛肉熟肉率极显著高于西杂牛肉(P<0.01).万发春等[8]的研究表明熟肉率是度量蒸煮损失的一项指标，与保水性紧密相关，保水性越好，熟肉率就越大，牦牛肉的保水性高于西杂牛肉，所以牦牛肉的熟肉率极显著高于西杂牛肉.熟肉率对产品加工过程中的出品率有直接影响，所以是衡量肉品加工性能的主要指标，熟肉率升高，加工损失减少，肉品加工性能好.

图4 不同品种贮藏过程中熟肉率变化Fig.4 The changes of cooking percentage of different varieties during the storage

2.1.5 宰后贮藏过程中剪切力变化 如图5所示，牦牛肉和西杂牛肉的剪切力先升高后降低，在第1、3、5天牦牛肉剪切力极显著高于西杂牛肉(P<0.01)，在第7天显著高于西杂牛肉(P<0.05).郭兆斌等[5]的研究结果表明剪切力值是反映肌肉嫩度的直接指标，剪切力值越低，肌肉越嫩，剪切力值的大小与肌纤维直径、水分含量、成熟程度等密切相关.在1～3 d剪切力略微升高，可能是因为牦牛肉和西杂牛肉发生僵直现象.肌肉剪切力值在食用时可接受的范围是4.30～5.20 kgf[20].表明牦牛肉和西杂牛肉在屠宰后的5 d内，剪切力值均高于可接受范围.牦牛肉第9天时剪切力达到4.84 kgf，西杂牛肉在第9天时剪切力达到4.19 kgf，均达到最佳食用可接受范围，即牦牛肉和西杂牛肉在此过程中口感变好.

图5 不同品种贮藏过程中剪切力变化Fig.5 The changes of shear force of different varieties during the storage

2.2 宰后贮藏过程中肉用品质变化的动力学数据分析

2.2.1 宰后贮藏过程中肉色变化的动力学数据分析 由图6可以看出，牦牛肉和西杂牛肉贮藏过程中L*、a*值变化的线性模型拟合度均很高，b*值变化的线性模型拟合度均不高.牦牛肉和西杂牛肉L*值的初始值分别为39.40和38.21，其对应的原始初始值分别为38.08和39.30，因为L*值变化可以进行线性拟合，故与原始初始值均比较接近.牦牛肉和西杂牛肉a*值的初始值分别为18.23和15.74，其对应的原始初始值分别为18.22和15.72，因为a*值变化可以进行线性拟合，故与原始初始值均比较接近.牦牛肉和西杂牛肉b*值的初始值分别为12.15和12.00，其对应的原始初始值分别为12.55和12.19，由于b*值变化不可以进行线性拟合，故与原始初始值均有一定差距.

图6 不同品种贮藏过程中肉色变化的动力学分析Fig.6 Dynamics analysis of the changes of meat color of different varieties during the storage

2.2.2 宰后贮藏过程中pH变化的动力学数据分析 由图7可以看出，牦牛肉和西杂牛肉贮藏过程中pH变化的线性模型拟合度均不高.牦牛肉和西杂牛肉pH的初始值分别为5.93和6.10，其对应的原始初始值分别为5.88和5.98，由于pH变化不可以进行线性拟合，故与原始初始值均有一定差距.

图7 不同品种贮藏过程中pH值变化的动力学分析Fig.7 Dynamics analysis of the changes of pH of different varieties during the storage

2.2.3 宰后贮藏过程中失水率变化的动力学数据分析 由图8可以看出，牦牛肉和西杂牛肉贮藏过程中失水率变化的线性模型拟合度不高.牦牛肉和西杂牛肉失水率的初始值分别为28.11和28.25，其对应的原始初始值分别为30.69和31.06，由于失水率变化不可以进行线性拟合，故与原始初始值均有一定差距.

图8 不同品种贮藏过程中失水率变化的动力学分析Fig.8 Dynamics analysis of the changes of water loss rate of different varieties during the storage

2.2.4 宰后贮藏过程中熟肉率变化的动力学数据分析 由图9可以看出，牦牛肉和西杂牛肉贮藏过程中熟肉率变化的线性模型拟合度均不高.牦牛肉和西杂牛肉熟肉率的初始值分别为63.93和62.84，其对应的原始初始值分别为61.70和60.88，由于熟肉率变化不可以进行线性拟合，故与原始初始值均有一定差距.

2.2.5 宰后贮藏过程中剪切力变化的动力学数据分析 由图10可以看出，贮藏过程中牦牛肉剪切力变化的线性模型拟合度高，西杂牛肉剪切力变化的线性模型拟合度低.牦牛肉和西杂牛肉剪切力的初始值分别为6.18和4.97，其对应的原始初始值分别为6.57和5.47，由于牦牛肉剪切力变化可以进行线性拟合，而西杂牛剪切力变化不可以进行线性拟合，故牦牛肉剪切力的初始值和原始初始值比较接近，而西杂牛肉则存在一定的差距.

图9 不同品种贮藏过程中熟肉率变化的动力学分析Fig.9 Dynamics analysis of the changes of cooking percentage of different varieties during the storage

图10 不同品种贮藏过程中剪切力变化的动力学分析Fig.10 Dynamics analysis of the changes of shear force of different varieties during the storage

3 结论

1) 有氧贮藏条件下，牦牛肉和西杂牛肉的pH和熟肉率均先降低后升高，剪切力、失水率和b*值均先升高后降低，L*值和a*值持续降低；牦牛肉的pH、失水率、L*值低于西杂牛肉，剪切力、熟肉率、a*值和b*值高于西杂牛肉.

2) 通过线性拟合方程可以看出，随着冷藏时间的延长，牦牛肉的剪切力、L*值和a*值呈线性减小，pH、失水率、熟肉率则呈非线性变化.

3) 通过线性拟合方程可以看出，随着冷藏时间的延长，西杂牛肉的L*值和a*值呈线性减小，pH、失水率、熟肉率、剪切力则呈非线性变化.

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(责任编辑 赵晓倩)

Changes of beef quality and its dynamics analysisduring cool storage

GUO Xiao,HU Yi-rong,CHEN Cheng,WU Cheng-fan,HAN Ling,YU Qun-li

(College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

【Objective】 To analyze the changes of meat quality during storage.【Method】 Longissimus dorsi muscle of the 3～5 years old of yak meat and Simmental Crossbred Progeny,the pH,water loss rate,cooking percentage,shear force and color were measured under aerobic 4oC,and analyzed by using the method of dynamics analysis.【Result】 The pH and cooking percentage of yak meat and Simmental Crossbred Progeny decreased during 1 to 5 d and then increased,shear force increased during 1 to 3 d and then decreased,water lose rate andb*value increased during 1 to 5 d and then decreased,L*value anda*value continued to decrease.Compared with Simmental Crossbred Progeny,pH,water lose rate andL*value of yak meat were lower；shear force,cooking percentage,a*value andb*value were higher.【Conclusion】 During the storage,yak meat shear force,L*value,a*value were linear fitting,a*value had a highest degree of fit；pH,water lose rate,cooking percentage andb*values were not linear fitting,the fit of the linear model of the water lose rate was the lowest.TheL*value,a*value of Simmental Crossbred Progeny were linear fitting,the fit of the linear model ofa*value was the highest；pH,water lose rate,cooking percentage,shear stress,andb*values were not linear fitting,the fit of the linear model of theb*value was the lowest during the storage.

beef；meat quality；dynamic analysis

郭晓(1993-)，女，本科生，研究方向为生物工程.E-mail：1767681905@qq.com

韩玲，女，教授，博士生导师，主要从事畜产品加工及贮藏研究.E-mail：hanling5@126.com

甘肃农业大学学生科研训练计划(SRTP)(2013)；国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系资助项目(CARS-38)；国家自然基金项目(31260380).

2015-10-15；

2015-11-14

TS 251.5+2

A

1003-4315(2016)06-0128-06