热加工程度对不同部位牛肉食用品质的影响

代媛媛，孟兰奇，李美莹，孙 晶，查恩辉

（锦州医科大学食品科学与工程学院，辽宁 锦州121000）

现代经济的发展大大增加了对肉类品质的需求，特别是人们对于牛肉的消费量迅速加大。肉制品的加工方式有多种，其中在日常生活中最常见的处理方法就是热处理，包括烹调、烘烤、油炸等[1]。由于油炸和烧烤等烹饪方法都会产生杂环胺等有害物质，近年来水煮在日常烹饪方式中得到了广泛的应用[2-3]。在低温水煮过程中，肉类中的营养成分不但可以很好地被保留，而且更容易被人体吸收[4-6]。温度、时间等热处理条件对肉制品的最终产品品质和食品安全起着重要的作用。肉制品中的细菌等可以通过热处理方式将之杀死[7-9]。很多学者研究了肉在加热过程中的颜色、保水性、嫩度和风味变化机制，Huang等[10]研究发现，当肉在较高温度下烹调之前，将其在50～60℃之间保持一定时间，可以显著提高肉的嫩度。Obuz等[11]发现，煮牛肉到54℃并保持15 min，然后再加热到70℃与直接烹调到70℃的牛肉相比，剪切力值降低了25%。王君翠[12]通过对牛肉样品的感官分析可知，随加热温度的升高，剪切力和色差呈现先增大后减小的趋势。变频微波加热方式下的牛肉嫩度大，色泽佳。当加热到70℃保持2～6 min时牛肉的感官品质最佳。Chumngoen等[13]研究肉鸡和台湾土鸡胸肌在50～95℃温度下加热后的理化、质地和感官特性的变化，发现随着温度的升高，两种鸡的烹调损失、剪切力值和硬度都增加。周琪[14]根据质构测定和感官评定的结果，确定了烹饪牛肉的最佳条件为：烹饪温度65℃。此外，通过热加工来改善牛肉制品的品质一直是学者研究的热点。Vaskoska等[15]通过研究肌肉类型对牛肉烹调过程中发生的物理变化的影响发现，烹调温度对牛肉的老化起决定性作用。电子鼻可以客观地对气味测定、分类以及定级，但是由于电子鼻不能很好地判别出气味的好坏，所以本试验通过电子鼻结合人的主观评价来进一步确定其气味的好坏。随着保温时间的延长，肉内部蛋白质的理化性质发生变化，从而影响肉品的风味和口感，因此选取30 min作为本试验的保温时间[16-18]。

本试验以不同部位的牛肉为研究对象，进行不同温度的水浴处理，保温时间30 min，探究不同的加热温度对其保水性、颜色、嫩度、风味的影响，旨在为实际生产过程中提高牛肉的品质奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

牛背最长肌、牛腩、牛腱子、牛肩，购于锦州市大润发超市。

1.1.2 仪器与设备

FA1004型电子天平，HH-WO型恒温水浴锅，WRNTE型电热偶，BCD-470WDPG型海尔冰箱，PEN3型电子鼻，TMS-Pro型质构仪，CM-205型色差仪。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理

先用蒸馏水将肉表面清洗干净，然后去除表面的脂肪和结缔组织，将其切割成5 cm×5 cm×2 cm的小块，放入烧杯中，用保鲜膜覆盖，放入4℃冰箱备用。

1.2.2 试验处理

将样品放入装有3 L水的水浴锅中，进行水浴加热处理，将电热偶探头插入样品中心位置，水浴温度分别为40、50、60、70、80、90、100℃，时间为30 min，将牛肉样品完全浸没于水中，当肉样达到所设定的不同温度时，保持30 min，然后将其取出自然冷却至室温，用吸水纸吸干肉表面的水分，等待测定各项指标。每个试验条件重复3次，结果取平均值。

1.2.3 蒸煮损失率的测定

取质量为m1（g）的牛肉样品放入蒸煮袋密封水浴加热，待肉样中心温度分别达40、50、60、70、80、90、100℃并保持30 min，分别将样品冷却至室温，记录质量m2，按公式计算蒸煮损失率。

蒸煮损失率（%）=（m1-m2）/m1×100

式中：m1为蒸煮前样品的质量（g）；m2为蒸煮后样品的质量（g）。

1.2.4 颜色测定

使用色差仪进行牛肉颜色的测定，即通过测定样品的L*（亮度），a*（红度），b*（黄度）值，来确定牛肉样品的亮度和颜色。

1.2.5嫩度测定

参考游佳伟[19]的方法稍加修改。取加热后的牛肉样品，进行切割时用质构仪沿着垂直于肌肉纤维方向，测定剪切力值。仪器参数：力量感应元的量程为1 000 N，回程距离为50 mm。

1.2.6 风味测定

参考Cassens等[20]的方法稍加修改，将加热后的样品放入烧杯中，在表面附上一层保鲜膜，用皮筋将其固定，以防气味挥发。将电子鼻仪器参数设置如下：载气为空气，流速500 mL/min，进样体积2 500 μL，清洗时间为100 s，数据检测时间为60 s。

1.2.7 牛肉香气感官评定

使用定量描述对牛肉香气进行分析，总分30分。评判标准为：腥膻味的牛肉1～5分，清香的牛肉香味6～15分，较浓的牛肉香味16～20分，浓郁的牛肉香味21～30分。感官评估小组由10人组成（5男5女），对其气味指标进行评定。为保证评分的准确性，每个样品重复3次，结果取平均值。

1.2.8 综合评价分数的确定

综合评价分数是由保水性（蒸煮损失率）、颜色、嫩度（剪切力）、风味4项指标制定的（见表1）。综合评价分数权重的确定是采用专家评分的方法，专家对4个指标（总和为100分）的重要程度进行评分，确定4项指标的权重系数。

表1 综合评价评分标准Table 1 Comprehensive evaluation scoring criteria

综合评分的具体计算公式为：

综合评分=0.50×嫩度+0.10×保水性+0.05×颜色（L*）+0.05×颜色（a*）+0.30×气味

1.2.9 数据处理

所有结果均为3次重复的平均值，使用Microsoft Office 2013软件绘制图。采用电子鼻自带的Alpha Soft软件进行数据处理和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 煮制温度对牛肉蒸煮损失率的影响

蒸煮损失率是衡量肌肉保水能力的重要指标。蒸煮损失可用来反映蒸煮过程中失水的程度。持水能力强，则蒸煮损失小，质量损失小。持水能力弱，则蒸煮损失较大，质量损失较大。

由图1可知，随着温度的升高，牛肉所有样品的蒸煮损失率随之增大。40～70℃蒸煮损失率快速升高，因为牛肉样品中的蛋白质在此温度范围内发生了加热收缩，导致蛋白质的持水性下降，水分流失。70～100℃蒸煮损失率虽然还在上升，但是速度较第一阶段缓慢，90～100℃出现了平稳态势，原因是肌原纤维蛋白热变性使肉的持水性下降，但胶原蛋白水解成明胶后会使肉的持水性升高。从图1还可以看出，牛肩肉的蒸煮损失率相对其他部位要小，原因可能是牛肩肉的肌间脂肪比较丰富，甘油三酯的羟基增加了肉的持水性[21-22]。

图1 煮制温度对不同部位牛肉蒸煮损失率的影响Fig.1 Effects of cooking temperatures on cooking loss rates of beef from different parts

2.2 煮制温度对牛肉颜色的影响

牛肉的颜色直接影响消费者的选择。肌肉的颜色主要由肌红蛋白的含量决定，肉色的差异与肉中氧合肌红蛋白（鲜红色）、肌红蛋白（紫红色）和高铁肌红蛋白（褐色）的比例有关，加热程度是影响三者比例非常重要的因素。本试验利用色差计来研究加热程度对肉色的影响，其中L*代表明亮度，a*代表物体的红绿色，b*代表物体的黄蓝色，结果见图2。

图2 煮制温度对不同牛肉部位L*(A)、a*(B)和b*(C)值的影响Fig.2 Effects of cooking temperatures on L*(A),a*(B)and b*(C)of beef from different parts

由图2A可知，随着煮制温度的升高，各部位的牛肉L*值大体上呈先升高后下降的趋势，在温度为70℃时，L*值达到最大值。原因是在70℃之前，肌肉蛋白以热收缩为主，导致水分外渗，从而使L*值上升，70℃以后胶原蛋白逐渐变成明胶，导致牛肉外部的水分减少，从而L*值下降。另外热加工还会导致肉表面纤维结构的不同，从而造成对光的散射不同[23]。

由图2B、图2C可知，各部位牛肉的a*值和b*值变化呈现了相似的规律，即随着温度的增加，a*值呈下降趋势，b*值呈上升趋势。牛背最长肌和牛肩肉的a*值70℃后趋于稳定而牛腩和牛腱子肉的a*值80℃后趋于稳定。牛背最长肌和牛肩肉的b*值70℃后趋于稳定而牛腩和牛腱子肉的b*值80℃后趋于稳定。a*值不同可能是由于不同部位牛肉间的氧合肌红蛋白含量不同所造成的。a*值越小，b*值越大，说明肉色越暗。加热会加速肌红蛋白的氧化褐变，所以a*值下降，b*值升高，但当70%以上的肌红蛋白都转变成高铁蛋白后颜色开始趋于稳定[23]。

2.3 煮制温度对牛肉剪切力的影响

肉品嫩度是消费者评判肉质优劣最常用的指标之一[24]。牛肉在加热过程中嫩度的变化主要与肌原纤维蛋白和结缔组织的变性和收缩有关。不同蛋白质的变性温度不同，其中肌球蛋白、胶原蛋白和肌动蛋白的变性温度分别为50～60℃、60～70℃和70～80℃，这些蛋白质的变性影响着肉的嫩度。

由图3可知，当加热时间一定时，在不同加热温度条件下，60℃时剪切力最大，在70℃时快速降低，然而继续升高温度时，剪切力又再次变大。剪切力产生这种变化规律，是因为在40～60℃过程中结缔组织会变性，这种蛋白质的变性会导致剪切力的升高，而在60～80℃之间肌原蛋白和肌动蛋白会缓慢变性并收缩，造成剪切力先减小后增大的现象。70～80℃是影响肉品嫩度的重要温度范围。当肉的温度到70℃时，肌球蛋白已经变性完全，肌动蛋白开始变性，当温度为80℃时，肌动蛋白基本上完全变性。在70～80℃范围内肌纤维的收缩和胶原蛋白溶解度的增加是影响肉嫩度的主要因素。继续升高温度至90～100℃，肌肉蛋白完全变性，在肉中心温度达到100℃时，肌肉组织的完整性破坏程度加大，肌肉蛋白发生部分裂解使肉变嫩[25-26]。从图3还可以看出，牛肩较其他3种肉嫩，是因为牛肩的脂肪含量较多、结缔组织含量少，使其嫩度增大。

图3 煮制温度对不同部位牛肉剪切力的影响Fig.3 Effects of cooking temperatures on beef shearing force at different parts

2.4 煮制温度对牛肉挥发性风味物质的影响

2.4.1 牛肉气味的PCA分析结果

通过多次预试验得出电子鼻检测在50 s之后开始趋于稳定，为了确保数据的准确性和稳定性，特征值提取时间点选取57～60 s的数据，对数据进行PCA分析。主成分分析是一种有效的简化数据的工具，主要是降低数据维数，简化原始数据。不同加热温度牛肉样品的电子鼻PCA分析结果见图4。

图4 牛背最长肌（A）、牛腩（B）、牛腱子（C）和牛肩（D）的主成分分析图Fig.4 Principal component analysis of longissimus dorsi muscle（A），brisket（B），bovine tendon（C）and cattle shoulder（D）

由图4可见，每个椭圆表示在相同条件下的数据收集点，也就是说，数据点越接近，样品的重复性越好。贡献率较大，说明主成分能较好地反映原始的多指标信息。一般情况下，总贡献率超过75%～85%，此方法就是有效的。在PCA图中，两个样品在横坐标上的间距越大，说明其差异越大；但是第2主成分的贡献率较第1主成分的贡献率小，所以可以将其忽略。样品的差异性主要表现在第一主成分（PC1）上。通过PCA分析可以看出，加热程度对不同部位牛肉的风味有明显的影响。

2.4.2 牛肉气味的主观评定

由图5可知，牛背最长肌和牛肩产生风味的最佳温度为70℃，而牛腩和牛腱子产生风味的最佳温度为80℃。

图5 煮制温度对不同部位牛肉气味感官评分的影响Fig.5 Effects of cooking temperatures on sensory score of the flavors of beef from different parts

2.5 不同部位牛肉的综合评价分值

由图6可知，总体上综合评价分数呈现先增加后下降的趋势，牛背最长肌和牛肩的综合评价分数在70℃时最高，分别为29.58、30.96。牛腩和牛腱子的综合评价分数在80℃时最高，分别为29.76、29.43。因此牛背最长肌和牛肩的最佳低温煮制温度是70℃，牛腩和牛腱子的最佳低温煮制温度是80℃。

图6 煮制不同部位牛肉的综合评价分数Fig.6 Comprehensive evaluation scores of beef from different parts

3 结论

（1）70℃水浴加热30 min时，牛背最长肌和牛肩肉综合评价分数最高，分别为29.58（其中蒸煮损失率41.36%、L*值51.99、a*值13.01、剪切力99.6 N、感官评定29分）、30.96（其中蒸煮损失率39.87%、L*值52.64、a*值12.04、剪切力为65.8 N、感官评定30分）。

（2）80℃水浴加热30 min时，牛腩和牛腱子肉综合评价分数最高，分别为29.76（其中蒸煮损失率42.78%、L*值54.62、a*值14.36、剪切力179.8 N、感官评定28分）、29.43（其中蒸煮损失率44.79%、L*值52.09、a*值14.91、剪切力159.5 N、感官评定29分）。

（3）PCA分析结果表明，电子鼻能够将不同加热程度的牛肉区分开，即加热程度对牛肉的风味有较为明显的影响。