烘干时间对牛肉干水分分布与品质变化的影响

姜秀丽+刁小琴+孔保华+夏秀芳+刘骞

摘 要：研究在60 ℃条件下，不同烘干时间（1、2、3、4、5 h）对牛肉干水分分布及品质变化的影响，分别测定牛肉干的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、弛豫时间T2、色差和感官质量，并进行相关性分析。结果表明：随着烘干时间的延长，牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*显著降低（P<0.05）；a*和剪切力显著增加

（P<0.05），并在烘干时间3 h时，获得了最高的感官评分（P<0.05）。低场核磁共振研究结果显示：随着烘干时间的延长，T21、T22逐渐向驰豫时间短的方向移动，其峰面积S21和S22与对照组相比显著下降（P<0.05）。结合相关性分析可以得出：T21的变化与牛肉干水分含量、水分活度和出品率之间存在正相关的线性关系。因此，不同的烘干时间对牛肉干品质的影响主要与肉中的水分迁移有关。

关键词：牛肉干；低场核磁共振；烘干时间；水分分布；品质

Influence of Drying Time on Water Distribution and Quality Changes of Beef Jerky

JIANG Xiuli， DIAO Xiaoqin， KONG Baohua， XIA Xiufang， LIU Qian*

（College of Food Science， Northeast Agricultural University， Harbin 150030， China）

Abstract： This study was focused on investigating the effect of different drying times （1， 2， 3， 4 and 5 h） at 60 ℃ on the water distribution and quality changes of beef jerky. The cooking yield， moisture content， water activity， shearing force， T2 relaxation time， color and sensory properties were measured and correlated with each other. The results showed that with increasing drying time， the cooking yield， water activity， moisture content and b* value of beef jerky decreased significantly

（P < 0.05）， while shearing force and a* value significantly increased （P < 0.05）. The best sensory evaluation was acquired at 3 h （P < 0.05）. Meanwhile， low-field nuclear magnetic resonance （LF-NMR） indicated that both T21 and T22 peaks shifted toward shorter relaxation times with increasing drying time， and the corresponding peak areas A21 and A22 decreased significantly when compared with the control. Positive linear correlations were obtained between T21 variations and water content， water activity or cooking yield of beef jerky. These findings indicate that the influence of different drying times on the quality of beef jerky is mainly related to water migration.

Key words： beef jerky； low-field nuclear magnetic resonance （LF-NMR）； drying time； water distribution； quality

中图分类号：TS251.5 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2016）04-0030-05

DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007

引文格式：

姜秀丽， 刁小琴， 孔保华， 等. 烘干时间对牛肉干水分分布与品质变化的影响[J]. 肉类研究， 2016， 30（4）： 30-34. DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

JIANG Xiuli， DIAO Xiaoqin， KONG Baohua， et al. Influence of drying time on water distribution and quality changes of beef jerky[J]. Meat Research， 2016， 30（4）： 30-34. （in Chinese with English abstract） DOI： 10.15922/j.cnki.rlyj.2016.04.007.

http：//rlyj.cbpt.cnki.net

牛肉含有丰富的蛋白质、VA和钙、铁、磷等矿物质，而且脂肪和胆固醇含量都要低于其他肉类食品，味道鲜美、营养价值高，素有“肉中骄子”的美称，是肉干加工的良好材料[1-2]。牛肉干是我国传统的风干肉制品，产品口感独特、回味悠长、质量轻、携带方便，是旅游、运动爱好者最受欢迎的食品之一。干燥是牛肉干加工中必不可少的工序，传统的干燥方法包括晒干[3]和风干[4]，但温度不稳定，干燥效率低，产品容易受到污染；而用烘箱恒温干燥，能赋予牛肉干更好的色泽和风味，提高产品的安全性和稳定性。牛肉经高温烘烤会产生肌纤维收缩、质量减轻、持水能力下降等变化[5]，而这些变化都与水分的损失密切相关。近年来，虽然国内外有很多关于牛肉干物性特性的研究报道，但都集中在质构[6]和感官评定[7]上，结合低场核磁共振技术探讨腌制后的原料肉在不同的烘干时间水分分布状态及品质特性的研究比较少。

低场核磁共振技术（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是利用物理学原理，通过检测食品中H质子的弛豫时间，来反映食品中水分的流动性和分布特性[8]，因其具有快速、灵敏、无损、非侵入的特点[9]而被广泛应用。目前，利用LF-NMR能够测定食品中的水分[10]、判定大分子如蛋白质的结构[11]、鉴定食品中的掺假问题[12]等等。而在肉品科学研究中，主要测定肉中的水分与肉品质之间的关系，包括尸僵成熟、加工贮藏等各个环节。McDonnell等[13]利用LF-NMR研究了不同盐浓度和纤维方向对肉基质的水分分布和移动性的影响。结果表明，T2b随着盐浓度的增加而增加，肌原纤维内部的水分增加和肌原纤维外部的水分减少导致较高的水结合能力，在平行肌原纤维方向处理样品时水分可更快地分散在肌原纤维外部的空间，因此，利用LF-NMR结果能够更快提供肉基质中水结合能力的信息。Gudjónsdóttir等[14]利用LF-NMR研究了鳕鱼在贮藏过程中物理特性与核磁共振参数的相关性，结果表明，T21、T22、S21等参数可有效反映鳕鱼冷冻引起的肉结构变化以及相应的水分迁移，并通过建模可预测鳕鱼货架期。虽然LF-NMR在肉制品加工中被普遍应用，但在干燥工艺中的研究却鲜少发现。本研究利用LF-NMR探讨了在60 ℃的烘干温度下，不同烘干时间对牛肉干水分分布及品质特性的影响，分别测定了牛肉干的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、弛豫时间T2、色差和感官质量等相关指标，进而筛选出适合牛肉干制品生产的最佳加工工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牛肩肉、盐、辣椒粉、五香粉、白砂糖、

大豆油 哈尔滨市大润发超市。

1.2 仪器与设备

JD500-2电子天平 沈阳龙腾电子称量仪器有限公司；

AL-104精密电子天平 梅特勒-托利多仪器设备（上海）有限公司；美的SK2105电磁炉 广东美的电器股份有限公司；DH-9070A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏设备有限公司；ZE-6000电子色差仪 日本电色工业株式会社；Aqua Lab水分活度测定仪 美国Decagon公司；C-LM3型数显式肌肉嫩度仪 东北农业大学工程学院研制；Mq-20低场核磁共振分析仪 德国布鲁克公司；M-380型气调保鲜包装机 上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉干的加工工艺流程及操作要点

加工工艺流程：原料的选择与预处理→焖煮→

切片→腌制→收汁→烘干→真空包装→成品

操作要点：1）原料的选择与预处理：选取符合国家标准的新鲜牛肩肉，去骨除皮、脂肪、筋腱，并对原料进行清洗，洗去血污等杂质。2）焖煮：将牛肩肉放入锅中，加入水（淹过肉面），焖煮至中心温度达80 ℃取出，熄火，捞出待冷却。焖煮过程中不断将表面浮沫撇去，汤汁当作煮肉汤汁使用。3）切片：将煮好的肉顺着肌原纤维方向切成4 cm×2 cm×0.3 cm的片状。

4）腌制：按照每千克牛肉的比例配制腌料配方：煮肉汤汁200 g、白砂糖230 g、盐15 g、辣椒粉5 g、五香粉3 g。调味料与牛肉混合均匀，冷藏30 min入味。5）收汁：将腌过的肉放置于锅中，以小火不时翻炒至肉入味，汤汁略收干，取出。6）烘干：将取出的肉片平铺于已铺好烘烤纸（抹一层油）的烤盘上，放置于已预热烘箱内以60 ℃恒温烘干1～5 h。7）真空包装：烘干结束后，冷却，真空包装。

1.3.2 出品率的测定

参考Sindelar等[15]的方法并略作改动，烘干后的样品待冷却后称质量，出品率按照烘干之前和烘干之后的质量差异进行计算，公式如下：

1.3.3 水分含量和水分活度的测定

根据国标GB 5009.3—2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》，采用105 ℃烘干恒重法测定样品的水分含量。水分活度利用水分活度仪进行测定。

1.3.4 结合LF-NMR测定水分的动态分布（T2的测定）

参考Han Minyi等[16]的方法，牛肉干沿着肌原纤维方向切成长2 cm、宽0.5 cm的肉条，放入圆筒状的玻璃试管中（直径1.8 cm，高度18 cm），在LF-NMR分析仪中进行横向驰豫时间T2的测定，质子共振频率为20 MHz，磁场强度为0.47 T。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定牛肉干中的T2，每个样品自动扫描16 次，间隔时间为2 s。通过CONTIN软件对T2进行反演，得出每个样品的弛豫时间（T21和T22）及相对应的峰面积（S21和S22）。

1.3.5 剪切力的测定

参考Li Miaoyun等[17]的方法并略作改动，将牛肉干样品用剪刀沿肌原纤维方向修整成长4 cm、宽1 cm的肉条，将修剪的样品放置在数显式肌肉嫩度仪上，并保证肌原纤维方向垂直于剪切刀片。测量时速率10 mm/min，剪切刀片厚度为1.5 mm。测定时每组样品重复10 次。

1.3.6 颜色的测定

参考Yang等[18]的方法并略作改动，将烘干后的牛肉干切开，用ZE-6000色差计分别测定样品的表面和断面颜色L*（亮度）、a*（红色度）和b*（黄度）。用白色标准版进行测量校准，每组样品重复3 次。

1.3.7 感官评价

参考G?k等[19]的方法并略作改动，邀请食品学院具有丰富经验的10 名同学，感官评价前先使小组成员了解本次实验的评分标准和注意事项，掌握本次实验的目的和意义。小组成员要求评价牛肉干的色泽、风味、组织状态、口感和总体可接受性。每组样品的最高得分为9 分，最低得分为1 分，通过得分高低来评判产品的优劣。感官评定标准如表1所示。

1.3.8 T21与其他指标的相关性分析

应用单向方差分析经过不同烘烤时间处理后牛肉干T21与理化指标之间的相关性。Pearson相关系数用于检验T21与水分含量、水分活度和出品率之间的相关性。

1.4 数据分析

每组实验重复3 次，结果表示为平均值±标准差。用Statistix 8.1分析软件进行数据统计分析，P<0.05表示差异显著性，用Tukey HSD程序进行分析比较，用Sigmaplot 10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 烘干时间对出品率、剪切力、水分活度和水分含量的影响

高温和长时间烘烤对肉的物理性质有很大影响[20]，不同的肉蛋白会发生变性以及肉的结构也发生变化，如细胞膜的破坏、肉纤维收缩、肌纤维蛋白和肌浆蛋白聚集和形成凝胶、结缔组织收缩和增容[21]，都会直接影响产品的出品率。

由表2可知，随着烘干处理时间的延长，出品率逐渐下降，干燥时间1 h时，出品率最高。这是因为牛肉干在干燥过程中，随着肌原纤维对水束缚能力的减小，肌肉持水性减弱，导致大量水分从肉干表面流失，随着干燥的进行，蛋白持水能力逐渐下降，因而出品率也越来越低，这与Destefanis等[22]研究的水分含量降低是导致出品率下降的直接因素结论相一致。

剪切力指剪切刀片通过样品时所获得的最大的力，是衡量牛肉干嫩度的重要指标。由表2可知，随着烘干时间的进行，牛肉干的剪切力显著增大（P<0.05），嫩度越来越差。这是因为烘箱干燥主要是利用对流传热，其传热速度慢，导致牛肉干表面水分蒸发的速率大于水分从内部扩散到表面的速率，使牛肉干表面容易出现结壳的现象，随着干燥的进行，结壳现象加重而使外表变硬，质地变差，剪切力变大[23]。陈洪生等[24]也指出随着烘干时间的延长，大量水分从肌纤维内部流出，使纤维之间黏结在一起形成较硬的质体，产品过硬，组织状态差，使牛肉干产生较高的剪切力。

水分含量和水分活度是描述肉中水分存在的普遍参数。由表2可知，水分活度在干燥过程中显著降低，主要是因为在长期烘干过程中，肌纤维纵向收缩，导致水分大量损失，并迅速扩散到空气中[25]，使水分活度下降。同时，随着烘干时间的延长水分含量也显著降低

（P<0.05），这种现象与随着时间的延长出品率下降的结果相一致，这主要是因为干燥使肌纤维结构丧失完整性，肌纤维束收缩，空隙变大，肌束膜被破坏，对水的束缚能力减弱，从而使水分大量流失[26]。

2.2 烘干时间对颜色的影响

颜色是脱水食品的重要质量属性之一，可以作为加工过程的质量控制指标，同时也是影响消费者决定购买产品的重要因素之一[27]。肉的颜色主要通过3 种形式的肌红蛋白（包括去氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白和变性肌红蛋白）在肉表面的相对数量决定的。在烘干过程中，牛肉干颜色由淡红色变为枣红色再变为红褐色，这是因为3 种形式的肌红蛋白相互转化，并通过氧合、氧化和还原反应被降解，最终影响肉的表面颜色[28]。由表3可知，未经烘干的牛肉表面的L*、a*、b*分别为42.73、8.49、20.10。烘干处理后牛肉的L*呈先上升后降低的趋势，因为牛肉在烘干过程中发生非酶促褐变反应，使肉干产生诱人的亮红色；但烘干时间过长，会发生脂肪氧化、碳水化合物和蛋白质的氧化聚合作用等，而且辣椒粉、五香粉等配料会沾附在牛肉干表面，影响肉干的表面颜色，使亮度值下降。烘干使牛肉干表面的红度值呈上升趋势，此结果与Konieczny等[29]研究的牛肉干颜色变化结果相同。

由表3可知，未经烘干的牛肉横截面的L*、a*、b*分别为40.88、8.36、12.19。随着烘干时间的延长，牛肉的L*呈下降的趋势，可能是因为肌红蛋白氧化变性、高铁肌红蛋白发生富集而引起的[21]。随着干燥时间的增加，牛肉干内部脂肪被氧化、发生变色，使a*值逐渐减小，但差异不显著（P>0.05）。

2.3 烘干时间对弛豫时间的影响

LF-NMR主要通过测量自由感应衰减、横向（T2）和纵向（T1）弛豫时间来研究质子的运动性。在肉品科学研究中，一般用T2来表征弛豫时间的测量，通过T2能够将肌肉中水的存在状态分为3 个部分，即T2b、T21、T22，T2b是与大分子紧密结合的水即结合水；T21代表了肌原纤维和网状组织中的水即不易流动水；T22代表了肌原纤维网格外部的水即自由水[30]。不同烘干时间下牛肉干样品的T2弛豫时间分布如图1所示，计算出来的峰面积和弛豫时间见表3。

Fig.1 Representative T2 relaxation time distribution of beef jerky at different drying times

由图1可知，与对照组相比，烘干处理使T21逐渐向快驰豫时间的方向移动，说明不易流动水在减少。原因可能是在长时间烘干过程中，肌纤维蛋白变性、蛋白凝胶网络结构被破坏而导致蛋白的持水能力减弱。同时，随着烘干时间的延长，弛豫时间T22变小，这是因为长期加热使肌纤维结构收缩，自由水与肉蛋白的结合程度降低，进而导致一部分自由水流出。

由表4可知，不同处理时间对牛肉干的弛豫时间T2和其所对应的峰面积产生显著的影响（P<0.05）。驰豫时间T21主要分布在13～39 ms，弛豫时间T22在57～127 ms；而且随着烘干时间的延长，峰面积S21、S22与对照组相比显著下降（P<0.05）。因为在不同烘干时间下T2b代表的结合水变化不显著，所以这里只对T21、T22的变化进行了探讨。

2.4 烘干时间对感官质量的影响

由表5可知，随着干燥时间的延长，牛肉干感官质量呈先增加后降低的趋势。烘干时间为3 h时，牛肉干的总体可接受性最高，显著高于（P<0.05）其他处理组。烘干时间短，牛肉干的脱水量少，质地过于柔软，风味差，失去了牛肉干本身的口感；烘干时间长，则水分大量流失，质地坚硬，有柴感，并且表面有焦斑现象出现。结合总体情况表明，烘干时间为3 h时，可以赋予牛肉干更高的可食性。

2.5 T21与水分含量、水分活度、出品率的相关性分析

由表6可知，水分含量、水分活度及出品率与弛豫时间T21呈极大正相关，相关系数分别为0.911、0.942、0.930，水分含量、水分活度与出品率也呈极大正相关，相关系数分别为0.915、0.947。由相关性分析结果说明，随着烘干时间的增加，牛肉干的出品率、水分含量、水分活度不断降低，弛豫时间T21所代表的不易流动水也在减少。因此，结合LF-NMR技术能够更直观地分析牛肉干的品质变化。

3 结 论

牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*随着烘干时间的延长而降低，而剪切力和a*逐渐增大，烘干时间3 h时，感官评分最高。低场NMR能够清楚地显示水分的迁移情况，结果表明，随着烘干时间的增加，两个主要弛豫时间T21、T22的峰逐渐变短，峰面积S21和S22也在逐渐变小，其测定结果与水分活度、水分含量、出品率有极大正相关性。

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