烘干温度对牛肉干水分分布与品质相关性的影响

姜秀丽，牛海力，孔保华，夏秀芳，刘骞

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

烘干温度对牛肉干水分分布与品质相关性的影响

姜秀丽，牛海力，孔保华，夏秀芳，刘骞*

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

主要研究不同烘干温度（55、60、65℃）对牛肉干品质及水分分布的影响，分别测定了牛肉干的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、T2弛豫时间、色差和感官质量，并进行了相关性分析。研究结果表明，随着烘干温度的升高，牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*-值显著降低（P＜0.05）；a*-值和剪切力显著增加（P＜0.05），并在烘干温度为60℃时，获得了最高的感官评分（P＜0.05）。低场NMR研究结果显示，随着烘干温度的升高，T21、T22逐渐向弛豫时间短的方向移动，其峰面积A21和A22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，不同的烘干温度对牛肉干品质的影响主要与肉中的水分迁移有关。

牛肉干；低场核磁共振；烘干温度；品质；水分分布

牛肉干是我国传统的风干肉制品，产品口感独特、回味悠长，具有含水量低，易存储，体积小，便于运输等特点，是深受大众欢迎的产品之一［1］。水分作为牛肉干中重要的组成成分，其含量和迁移动态都会影响牛肉干的质构、风味和稳定性。肉干经过干燥工序后，可以降低水分含量和水分活度，减少微生物的污染，提高产品的稳定性和安全性。就目前的几种干燥工艺来说，晒干和风干［2-3］因耗时长，温度不稳定，内部水分扩散慢，产品容易出现表硬内软的现象；而用烘箱恒温干燥，能使肉干内外水分分布较均匀，产生更好的口感和质地，延长食品的货架期。牛肉经高温烘烤会产生肌纤维收缩、重量减轻、持水能力下降等变化［4］，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［5］和感官评定［6］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）因其具有方便、精准、无损、非侵入的特点［7］在很多方面得到了广泛应用，其主要通过检测食品中H质子弛豫时间的原理，来反映食品中水分的流动性和分布特性［8］。目前，利用LF-NMR能够测定食品中的水分［9］、判定大分子如淀粉的凝胶特性［10］、监控煎炸油脂的质量［11］等等。而在肉品科学研究中，主要测定肉中的水分及其相关的质构特性，包括系水力、风味、多汁性等。Sanchez-Alonso等［7］利用LF-NMR横向弛豫对鳕鱼在冻藏过程中的品质变化进行了测定。结果表明，随着冻藏时间的增加，T21弛豫时间变短，T22弛豫时间变长，持水力和表观黏度降低，并且用T21、T22、A21、A21等参数构建的数学模型可以评估鳕鱼的品质。Shao等［12］采用LF-NMR技术研究了肉类蛋白质的水合作用对肉糊中水分和脂肪流动性的影响。结果发现，肉糊中有3种弛豫组分T22（50 ms）、T2b和T21（低于10 ms），在添加水和脂肪后，主要组分T22明显地向右偏移。但加热后，肉糊乳状液的弛豫时间变短，说明通过加热能够限制水和脂肪的流动速率。除此之外，在乳状液凝胶中，脂肪对T22弛豫时间的影响要高于水分。因此，通过对不同处理方式的肉糊中经过水合作用的水和脂肪弛豫时间的检测能清楚地证明LFNMR的可行性。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探讨了不同烘干温度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、T2弛豫时间、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

新鲜牛肩肉、盐、辣椒粉、五香粉、白砂糖、大豆油均购于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：上海梅特勒-托利多仪器设备有限公司；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-恒科技有限公司。

1.3方法

1.3.1加工工艺流程及操作要点

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

新鲜牛肩肉去脂肪、筋腱，清洗沥干后放入锅中，焖煮至中心温度达80℃取出、冷却（汤汁当作煮肉汤汁用）。将煮好的肉顺着肌原纤维方向切成4 cm×2cm× 0.3 cm的片状。冷藏腌制30 min入味。将腌过肉放置于锅中，以小火不时翻炒至肉入味，汤汁略收干，取出。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55、60、65℃恒温烘干3 h，其中对照组为未经烘干的牛肉干样品。冷却，真空包装。

1.3.2出品率、水分含量和水分活度的测定

出品率参考J.Sindelar等［13］的方法：出品率/%=烘干后样品的重量/烘干前样品的重量×100

水分含量根据国标GB5009.3-2010《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。水分活度在水分活度仪中进行测定。

1.3.3结合LF-NMR测定水分的动态分布（T2的测定）

参考Han等［14］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），质子共振频率为20 MHz，磁场强度为0.47 T，在LF-NMR分析仪中进行横向弛豫时间（T2）的测定。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，反映出相应的弛豫时间（T21和T22）。

1.3.4色差的测定

用ZE-6000色差计分别测定样品的表面和横截面颜色。用白色标准版进行测量校准，分别获得L*-值（亮度值），a*-值（红度值）和b*-值（黄度值）3种反射颜色参数，每组样品重复3次。

1.3.5剪切力的测定

将牛肉干样品沿肌原纤维方向修整成4 cm×1 cm的肉条，在数显式肌肉嫩度仪上以10mm/min的速度测量。测定时每组样品重复10次，剪切力以N作单位［15］。

1.3.6感官评价

参考Gök等［16］的方法并略作改动，邀请食品学院具有感官经验的10名同学，感官评价前先使小组成员了解本次试验的评分标准和注意事项，掌握本次试验的目的和意义。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。感官评定标准如下：

1.3.7T21与其他指标的相关性分析

应用单向方差分析对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。

1.3.8统计分析

每个试验重复3次，结果表示为平均数±SD。用Statistix 8.1（分析软件，St Paul，MN）进行数据统计分析，差异显著性（P＜0.05）用Tukey HSD程序进行分析比较。用sigmaplot10.0软件作图。

2　结果与分析

2.1烘干温度对出品率、水分活度及水分含量的影响

烘烤温度和时间对肉的物理变化和食用品质会产生很大影响［17］，蛋白质变性、肉纤维收缩、结缔组织的收缩和增容［18］，都会直接影响产品的出品率。不同烘干温度对牛肉干出品率、水分活度以及水分含量的影响见表1。

从表1可以看出，随着烘干温度的升高，牛肉的出品率逐渐下降，在干燥温度为55℃时，牛肉干的出品率显著高于其他两组（P＜0.05）。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［19］，导致出品率下降。Juareze等［20］也发现出品率下降的直接原因是水分的丢失。这也印证了后面的研究结果（表5），出品率与水分含量呈0.990的极显著正相关。

表1　不同烘干温度对牛肉干出品率、水分活度以及水分含量的影响Table 1　Effects of different drying temperatures on cooking yield，water activity and water content of beef jerky

水分含量和水分活度对半干肉制品的稳定性具有决定性的作用，在加工肉干的过程中，它们可以有效地控制肉干的品质和感官特性。由表1可以得出，随着烘干温度的升高，水分活度显著降低（P＜0.05），主要是因为高温加热使肌纤维纵向收缩，导致水分大量损失，并迅速扩散到空气中［21］，使水分活度下降。同时，由表1可知，随着烘干温度的升高水分含量也显著降低（P＜0.05），这种现象与随着温度的升高出品率下降的结果相一致，这主要是因为高温加热使肌原纤维对水的束缚能力减小，肌肉持水性减弱，导致大量水分从肉干表面流失，随着干燥温度的升高，蛋白持水能力越来越弱，进而使水分含量越来越低。

2.2烘干温度对弛豫时间的影响

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质。在肉品科学研究中，利用LF-NMR质子弛豫行为可以进一步了解肌肉中水分分布和迁移变化情况。不同烘干温度下牛肉干样品的T2弛豫时间分布如图1，计算出来的峰面积和弛豫时间见表2。

图1　不同烘干温度对牛肉干T2弛豫时间分布的影响Fig.1　Representative distributions of T2relaxation times for different drying temperatures

由图1可知，与对照组相比，烘干处理使T21逐渐向快弛豫时间的方向移动，说明不易流动水在减少。原因可能是高温加热使肌纤维蛋白变性、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，随着烘干温度的升高，T22弛豫时间变短，振幅变小，这是因为长期高温加热使肌纤维结构收缩，蛋白质凝固，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。从表2来看，不同处理时间对牛肉干的T2弛豫时间和其所对应的峰面积产生显著的影响（P＜0.05）。T21的弛豫时间主要分布在12 ms～42 ms，T22的弛豫弛豫时间在63 ms～113ms；而且随着烘干温度的升高，峰面积A21、A22与空白组相比显著下降（P＜0.05）。

表2　不同烘干温度对牛肉干T2弛豫时间的影响Table 2 Influences of different drying temperatures on T2relaxation times of beef jerky

2.3烘干温度对色差的影响

不同烘干温度对牛肉干表面和横截面色差的影响见表3。

表3　不同烘干温度对牛肉干表面和横截面色差的影响Table 3　Effects of different drying temperatures on surface and cross section color of beef jerky

颜色的测定可以为脱水食品的品质属性提供可靠信息。肌红蛋白是负责肉颜色的主要蛋白，在烹调过程中也有其他种类的蛋白质促进颜色的变化（包括去氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白和变性肌红蛋白）。在不同烘干温度下，牛肉干颜色由枣红色变为红褐色再变为黑褐色，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［22］。表3可知，随着烘干温度的升高，牛肉干的表面L*-值呈先上升后降低的趋势，因为牛肉在烘干过程中发生美拉德反应，使肉干产生诱人的亮红色；但烘干温度达65℃时，美拉德反应过度发生，影响牛肉干表面的色泽；而且高温长时间加热使辣椒粉、五香粉等配料沾附在牛肉干表面，导致肉干颜色发污，亮度值下降。不同烘干温度使牛肉干表面的红度值呈上升趋势，此趋势与P.Konieczny等［23］研究的牛肉干颜色变化结果一致。同时，由表可知，随着烘干温度的升高，牛肉干横截面的L*-值呈下降的趋势，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［18］。随着干燥温度的升高，牛肉干内部脂肪被氧化、发生变色，使横截面红度值逐渐减小，但差异不显著（P>0.05）。

2.4烘干温度对剪切力的影响

不同烘干温度对牛肉干剪切力的影响见图2。

图2　不同烘干温度对牛肉干剪切力的影响Fig.2　Effects of different drying temperatures on shearing force of beef jerky

嫩度是肉干的重要质量属性之一，可以通过剪切力的测定来衡量，在一定范围内，其剪切力值越小，说明嫩度越好。由图2可知，随着烘干温度的升高，牛肉干的剪切力值显著变大（P＜0.05），在温度为55℃时，剪切力值最小，说明此时肉质较嫩。结合上面水分含量的测定结果了解到，肉干的剪切力值可能与水分含量的高低和肌纤维组成有关。此结果与Yang等［24］研究的剪切力或硬度可以被水分含量影响的结果相一致。另一方面，牛肉在烘干过程中主要采用对流传热，其传热速度较慢，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，使牛肉干表面发生结壳的现象，随着干燥温度的升高，结壳现象加重而使外表变硬，质地变差，剪切力变大［25］。此外，一些研究还表明，食品中的盐浓度和脂肪含量也都会影响产品的硬度［26］。

2.5烘干温度对感官质量的影响

不同烘干温度对牛肉干感官质量的影响见表4。

表4　不同烘干温度对牛肉干感官质量的影响Table 4　Effects of different drying temperatures on sensory evaluation of beef jerky

由表4可知，随着烘干温度的升高，牛肉干的红色加深、风味浓郁，组织状态和口感均有所提高，但温度达65℃时，肉干颜色过深，质地较硬，并且有局部结壳的现象，因此各项感官评分与其它两组存在显著差异（P＜0.05）。在烘干温度为60℃时，牛肉干的总体可接受性最高。结合总体情况表明，烘干温度为60℃时，可以赋予牛肉干更高的可食性。2.6T21与出品率、水分含量及水分活度的相关性分析

在烘干时间为3 h的情况下，不同烘干温度对牛肉干的T21与出品率、水分含量及水分活度的关系如表5所示。

表5　T21与出品率、水分含量及水分活度的相关性Table 5　The relativity among T21，cooking yield，water content and water activity

通过表5的数据结果可知，出品率、水分含量、水分活度与T21弛豫时间呈极显著正相关，相关系数分别为0.952、0.952、0.937；水分含量、水分活度与出品率也呈极显著正相关，相关系数分别为0.990、0.965。由相关性分析结果说明，T21弛豫时间所代表的不易流动水与牛肉干的出品率、水分含量、水分活度密切相关。因此，结合LF-NMR技术能够更直观的分析牛肉干的品质变化情况。

3　结论

牛肉干的出品率、水分活度、水分含量、b*-值随着烘干温度的升高而降低，而剪切力和a*-值逐渐增大，烘干温度60℃，感官评分值最高。低场NMR能够清楚的显示水分的迁移情况，结果显示，随着烘干温度的升高，两个主要的峰T21、T22的弛豫时间逐渐变短，峰面积A21和A22也在逐渐变小，其测定结果与水分活度、水分含量、出品率有着极显著正相关性。这为以后研究干肉制品的加工工艺和品质变化奠定了基础。

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The Relationship between Water Distribution and Quality of Beef Jerky as Attributed to Different Drying Temperatures

JIANG Xiu-li，NIU Hai-li，KONG Bao-hua，XIA Xiu-fang，LIU Qian*
（College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

The relationship between water distributionand the quality of beef jerky as affected by different drying temperatures（55，60℃and 65℃）was mainly investigated.The cooking yield，moisture content，water activity，shearing force，T2relaxation time，color and sensory properties were measured respectively，and the relativity among them was also analyzed.The results showed that with the increasing of the drying temperature，the cooking yield，water activity，moisture content，b*-value decreased significantly（P＜0.05），while the shearing force and a*-value significantly increased（P＜0.05），the best sensory valuation was acquired at 60℃（P＜0.05）.Meanwhile，LF-NMR indicated that T21and T22peak shifted towards to shorter relaxation times with the drying temperatures increasing，the peak proportion of A21and A22decreased significantly when compared with the control.Positive linear correlations were obtained with the analysis of the relativity among the variation of T21，water content，water activity and cooking yield of beef jerky.The results indicated that the influence of different drying temperatures on beef jerky quality mainly related to water migrating in meat.

beef jerky；LF-NMR；drying temperature；quality；water distribution

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.003

黑龙江省重大应用技术研究与开发计划项目（GA15B302）

姜秀丽（1991—），女（汉），硕士研究生，研究方向：食品科学与工程。

刘骞，副教授，硕士生导师，博士。

2015-12-31