不同工艺制备的干牦牛肉的理化特征分析

辜雪冬, 赵娟红, 孙术国,,马美湖, 杨林, 罗章*

1(西藏农牧学院 食品科学学院，西藏 林芝，860000) 2(中南林业科技大学 食品科学与工程学院，湖南 长沙，410004) 3(华中农业大学 食品科技学院，湖北 武汉，430070)

牦牛(bosgrunniens)主要分布在青海-西藏高原地区，富含蛋白质和矿物质，脂肪含量低，营养价值高，肉质鲜美[1-2]。但在目前的生产过程中，牦牛肉没有经过成熟便直接销售，严重影响了牦牛肉的品质[3]。而且由于西藏远离内陆，保鲜和运输是限制西藏牦牛肉为内地消费者消费的主要因素。在西藏，人们常将牦牛肉制成肉干，以利于保存[4-5]和运输。

牦牛肉干燥的方法有很多，但目前大部分还是采用自然风干法，该法对牦牛肉的营养和风味损失较大[6]。因此，有必要探索一种新的干燥技术。微波加热具有加热速度快，加热均匀，热能利用率高等优点，为广大食品加工企业及家庭所采用[7]。微波加热干燥能够较好地保持物料中原有物质成分的色、香、味、营养物质以及风味[8-10]，同时它还具有杀菌功能，易于实现自动化控制[11]。夏亚男[12]等人发现，一些含有热敏性营养物质的食品，采用微波干燥能够对其营养成分起到很好的保护作用。与恒温干燥比较，微波干燥具有节能，生产效率高，干燥均匀和清洁生产的优点。

基于此，本研究采用水煮熟和微波加热煮熟牦牛肉，然后再经过微波干燥和常压干燥，从产品的水分活度、产率、色泽、组织结构等方面评价产品品质，将现代微波技术应用于牦牛肉加工，旨在获得最佳牦牛肉干制工艺和产品，为高原牦牛肉干制产品开发，提高牦牛肉产品贮藏保鲜性能提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

从西藏林芝地区肉牛屠宰场随机选取生长发育正常，健康无病，年龄约在2～3岁左右的成年公牦牛屠宰，屠宰时牦牛的平均体重200～300 kg，以臀部肉为研究素材。HCl、CHCl3、NaOH、CCl3COOH、C11H24O4、C4H4N2O2S、H2SO4(98%)均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器设备

JEOL JSM-6390 LV扫描电镜，日本Tokyo公司；AW-1水分活度仪，北京恒奥德仪器仪表有限公司；AR 2140分析天平，美国奥豪斯公司；FE20梅特勒pH计，深圳市凯铭杰仪器设备有限公司；Nicolet nexus 470红外光谱仪，美国Nicolet公司；UitraScan XE型色度测定仪，美国HunterLab公司；QSY Y半自动型凯氏定氮仪，北京强盛分析仪器制造中心； FD-18S型冷冻干燥机，北京德天佑科技发展有限公司；实验型专用微波干燥器，南京澳润微波科技有限公司；Galanz的G8023DHL-V8型微波炉，广东格兰仕集团有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 干牦牛肉制备方法

样品制备采用5种方法：

方法A(冷冻干燥)：将新鲜的牦牛肉在-18 ℃条件下冻结，冷冻干燥48 h，产品置于4 ℃干燥的环境条件下存放备用。

方法B(常压水煮后烘干)：加热处理前将肉切成20 mm×20 mm×20 mm的小方块，称取约10 g (每组试验 8块肉)置于300 mL饮用水中，添加体积分数5%的食盐，混合均匀，采用常压水煮，使中心温度达到75 ℃，冷却后，样品在60 ℃恒温干澡箱中烘4 h，取出样品，于4 ℃干燥的环境条件下存放备用。

方法C(常压水煮后微波干燥)：经常压水煮熟后，再采用微波干燥，微波干燥条件：功率200 W、干燥时间12 min。样品于4 ℃干燥的环境条件下存放备用。

方法D(微波煮熟后烘干)：同方法B准备原料肉块，微波加热5 min，样品冷却后在60 ℃恒温干澡箱中烘4 h，于4 ℃干燥的环境条件下存放备用。

方法E(微波煮熟后再微波干燥)：同方法B准备原料肉块，经微波煮熟后，再在微波干澡箱中烘10 min，样品于4 ℃干燥的环境条件下存放备用。

1.3.2 取样

按照GB/T 9695.19—2008《肉与肉制品取样方法》进行[13]，将样品真空包装后置于4 ℃条件冰箱中备用，取样后及时分析，样品保藏时间不超过7 d。

1.3.3 干制产品的水分含量、水分活度、嫩度和产率测定

干制产品水分含量检测参考国家标准[14]；水分活度采用便携式水分活度仪测定。干制产品剪切力值测定参考WHEELER等方法[15]。产率测定:取新鲜牦牛肉50.00 g，然后按照1.3.1工艺，获得干制的牛肉，测定干制牛肉的质量(m)。产率按公式(1)计算：

(1)

1.3.4 不同干燥条件下干制牛肉产品色泽测定

色泽检测参照GANASEN和BENJAKUL[16]的方法进行：将干制牛肉产品切成块状。色度仪测定前，先将标准板进行校正，检测时，对同一样品取 10个点，正反各取5个点，测定其L*(亮度值)、a*(红值)和b*(黄值)，结果取平均值。

1.3.5 蛋白质水解分析

干制产品中总氮和非蛋白质的测定参考文献[17]。

1.3.6 红外光谱分析

干制牛肉样品采用红外光谱分析之前需进行处理，一方面控制水分在10%左右，另外，干制的牛肉产品需粉碎成200目的粉末。采用中红外光谱进行分析，数据收集范围在4 000～500 cm-1，每次测定前需扣除空气背景光谱，32次扫描的积累，分辨率是4 cm-1，每个样品测定3次，取最具代表性的图谱用于分析。

1.3.7 干牛肉表面组织(切面)分析

对采用5种制备方法得到的干牛肉做扫描电镜观察。

样品的制备：从干制牛肉样品中剪下最具代表的小块组织，制作样品切片，切片时注意横切肌纤维进行断面制片，尺寸3 mm×3 mm×1 mm。然后将样品置于高真空自动镀膜机内，首先样品在机器中停留一段时间，长短取决于样品干燥的程度(即样品水分含量的多少)。一般待样品在高真空镀膜机中干燥至水分含量≤5%时，镀膜机自动在样品表面镀一层金属膜。扫描电镜观察：将已经镀膜的样品置于电镜下，选择合适的部位，在扩大50倍、200倍和500倍条件下进行观察并拍照，采集直观图片用于分析。

1.3.8 统计方法

本实验采用SPSS 9.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，分析不同的处理方法对干牛肉水分含量、水分活度、产率以及色泽等指标的影响，所有试验重复3次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 产品的水分含量、水分活度、嫩度和产率分析

WAN等[18]等发现，新鲜牦牛肉经过干燥脱水之后，既可以有效降低产品水分活度，提高其贮藏货架期，减少运输成本，同时还可以满足不同消费群体的饮食嗜好。实验结果表明，不同的制作方法，对产品的水分含量、水分活度、嫩度和产率影响也不同，结果如表1所示。不同的制作方法，可以将新鲜牦牛肉的水分从75.33%干燥至25.33%～10.24%，水分活度处于0.863～0.573。作为产品的干牛肉，水分活度过高，容易受到大肠杆菌(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种处理方法基本能达到要求。对于干牛肉产品，需要有一定韧性和嚼劲，牛肉经各种方式干制后，其剪切力值从6.67上升到15.22以上，原因在于随着牛肉水分的蒸发，牛肉组织结构变得更加致密，同时牛肉中的蛋白质变性，凝胶特性的增加也促进剪切力值上升[21-22]。对于不同的干制牛肉，产率也是一个重要的指标，本实验除冷冻干燥产率低于40%，其他几种处理方式的产率在43.29%～45.97%，而微波煮熟再经微波干燥获得的干制牛肉产率最高。

表1 不同处理工艺对牛肉水分含量、水分活度、剪切力值和产率的影响

注：用Duncan法进行多种比较，同列标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P<0.01)；标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)；标有相同小写字母者表示组间不差异显著(P>0.05)。

2.2 不同制备方法对干牛肉色泽影响

新鲜牦牛肉经不同工艺处理后，表面颜色发生了显著的变化(表2)，对于冷冻干燥的牛肉，由于未经过热处理，肌红蛋白、血红蛋白几乎未受破坏，此外非酶褐变反应也很低，干燥过程中随着水分的蒸发，一些蛋白质逐渐呈现在肉表面，致使冷冻干燥的牛肉颜色反而更亮(L*)，红色(a*)和黄色(b*)加深[23]。然而，经过其余4种热处理方法，由于产品都要经过加热熟制，肌红蛋白、血红蛋白等发生了变性、氧化，同时非酶褐变和油脂的氧化也大量发生，产品颜色在一定程度上变暗。但采用其他处理方法，微波煮熟再经微波干燥的制备方法能够在保持较低的水分含量条件下，仍然保持较好的亮度，其颜色较其他3种热处理工艺对原来的红色保持能力更强。

表2 不同处理工艺对干牦牛肉综合色泽的影响

注：用Duncan法进行多种比较，同列标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P<0.01)；标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)；标有相同小写字母者表示组间不差异显著(P>0.05)。

2.3 不同制备方法对牛肉蛋白质水解影响

总氮和非蛋白氮在不同的制备方法下变化结果如表3所示。采用不同制备方法，获得的干牛肉总氮和非蛋白氮含量各异。由于采用冷冻干燥是不经过热处理，蛋白质分解较少，因此非蛋白氮的含量较低[24]。对于其余4种经热处理的牛肉，其本身经历了2次加热处理，第1次是经过煮熟，第2次经历干制，由于煮熟的过程是在水溶液中，不同的煮熟方式，可能造成牛肉与水的能量和物质交换不同，这些都会影响蛋白质分解，小分子肽和氨基酸浸入水中的速率和总量不同，进而影响干制牛肉的总氮和非蛋白氮的含量[25]。由表3可知，产品总氮最高的处理方式是经微波煮熟，再微波干燥制备方法，产品总氮最低的处理方式是常压煮熟、常压烘干制备方法。也说明水煮加热，再经常压烘干过程蛋白质水解程度比较剧烈，产品营养成分流失比较多。经微波煮熟，再微波干燥工艺对蛋白质水解程度影响最低，对产品营养成分有较好的保护作用。

表3 不同处理工艺对牛肉蛋白质水解影响

注：用Duncan法进行多种比较，同列标有不同大写字母者表示组间差异极显著(P<0.01)；标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)；标有相同小写字母者表示组间不差异显著(P>0.05)。

2.4 不同干制产品红外光谱分析

不同处理方法获得干制产品的红外光谱特征见图1所示。结果表明，对冷冻干燥获得的牛肉，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出现峰表示蛋白质α-螺旋结构，在1 685.6 cm-1出先峰表示蛋白质β-折叠结构，在1 116.2 cm-1出现特征峰表示牛肉中的油酸不饱和双键的振动[26]。牛肉经热处理以后，这些特征峰也出现了一定程度的变化，譬如牛肉经微波煮熟，再经微波干燥工艺，表示三酰基甘油脂特征峰变为1 744.2 cm-1，但牛肉中的蛋白质α-螺旋结构和β-折叠结构仍然保持较好，牛肉经微波煮熟，再经常压恒温干燥工艺，也出现类似的结果，只是三酰基甘油脂特征峰变化较大，说明油脂出现了明显氧化。而牛肉经常压水煮熟后，再经恒温烘干或微波干燥，此过程对蛋白质的影响特大，蛋白质中β-折叠结构则完全消失，同时表示三酰基甘油脂和油酸的特征峰也出现了变化。这些组分在加热处理过程中发生的一系列反应，有利于干牛肉风味的形成[27]。

图1 不同制备方法得到的干牛肉红外光谱图

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

2.5 不同制备方法干牛肉组织结构比较

各种制备方法对干牛肉组织结构影响如图2所示。结果表明，方法E或方法D对牛肉组织机构变化差异不大，但是经过方法C或方法B的样品从扫描电镜观察，其表面结构差异明显，经过微波干燥处理的产品(E方法)组织切片表面肌束和肌纤维之间结合比较紧密，而经过烘干处理的牛肉组织切面结构明显松散，其主要原因为微波干燥处理时干燥介质(射线)直接穿透牛肉肌肉收缩较短时间达到水分蒸发，但微波干燥器体积小又没有鼓风抽气装置使水分蒸发流动缓慢，肌束与肌束之间和肌纤维与肌纤维之间结构上形成的狭缝及孔隙比较小，这样有利于防止产品脂肪被空气所氧化[28]，提高了产品贮藏稳定性[29-31]。

图2 不同制备方法产品组织结构

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

常压加热干燥在加热介质和鼓风机的联动作用使产品中的水蒸气充分排散造成肌束与肌束和肌纤维与肌纤维之间结构上形成较大的狭缝及空隙；冷冻干燥使牦牛肉瞬间进行速冻(在60 min的时间肌肉深层温度达到-20 ℃左右)，形成微细结构的针状微细冰晶，在抽真空、冷冻和微加热条件下经过48 h左右的肉中水分升华达到干燥的目的。也形成了横断切面结构肌束与肌束和肌纤维与肌纤维之间结合松散和分布均匀的酥状微观结构。另外，冷冻干燥A相比其他干燥(BCDE)差异很大，主要原因冷冻干燥A未经高温热处理，肉组织内蛋白质之间网络结构保持较好，因此扫描电镜观察，组织结构有蜂窝状结构出现，而其他几种干燥，前期都经历高温熟制，后期经历高温干燥，蛋白质发生凝胶，因此，组织结构显现更加致密。

3 结论

新鲜牦牛肉采用冷冻干燥、水煮熟+恒温烘干、水煮熟+微波干燥、微波煮熟+恒温干燥和微波煮熟+微波干燥等方法进行干燥，比较了这5种方法制备的产品在水分含量、水分活度、嫩度、产率、色泽、蛋白质水解程度、红外光谱特征、及产品表面组织结构等方面的差异，结果表明:微波煮熟再经微波干燥获得的干制牛肉产率最高(45.97b±1.54)%；水分活度最低(0.797±0.256)，色泽能保持与新鲜牦牛肉接近的颜色；蛋白质水解程度最低。其次，经FT-IR图谱分析，微波煮熟再微波干燥的牦牛肉与冷冻干燥相比三酰基甘油脂特征峰都发生变化，但牛肉中的蛋白质α-螺旋结构和β-折叠结构仍然保持较好；表面形成较致密结构，有利于贮藏；其中五种方法制备的产品综合品质较好的还有微波煮熟+恒温干燥方法制备得到的产品，而水煮熟+恒温烘干品质最差，其产率低，色泽较暗、牦牛肉特有的风味浓度较低，其表面呈现一定的多空结构促进脂肪的氧化，不利于贮藏。本研究实验方法为肉干制品的研究提供了借鉴，也为进一步开发牦牛肉干奠定了理论和实践基础。