干法成熟牛肉品质形成与增值途径研究进展

刘寅初，高晓光，张松山，雷元华，谢 鹏，孙宝忠，魏 萌,3，刘晓畅,*

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2.河北科技大学食品与生物学院，河北 石家庄 050018；3.石家庄学院化工学院，河北 石家庄 050018）

牛肉的宰后成熟是改善其嫩度、风味等食用品质的一种常见方法[1]，一般牛肉的成熟方法分为两种——干法成熟和湿法成熟。干法成熟最早作为一种肉品保藏方法，人们将未经包装的胴体、二分体或四分体放置于低温条件下保鲜和嫩化[2]，即为早期的干法成熟。但干法成熟对环境条件要求较高，操作不当易造成腐败变质，且该过程水分散失较多，最终会在牛肉表面形成坚硬的外壳，造成较高的成熟损耗。随着新包装的出现、加工技术的发展以及运输效率的提高，将牛部位肉真空包装后置于低温条件下嫩化的湿法成熟随即出现。到20世纪70年代，湿法成熟因适合自动化流水线操作、成熟损失率低、空间占用率低等优点成为主流的商业成熟方法[3-4]。

已有研究发现湿法成熟牛肉与干法成熟牛肉的风味存在一定差异，前者带有酸味、金属味和血腥味[5-7]，后者则具有更浓的牛肉味、烧烤味、黄油味、坚果味、烤坚果味和甜味等令人愉悦的风味[6-10]。因此，尽管干法成熟牛肉的市场定价高于湿法成熟牛肉，但独特的风味特征仍使其在部分高端消费群体中备受青睐。当前我国中高端消费市场对干法成熟牛肉的需求逐渐增加，主要集中在高档西餐厅、线上销售平台等，未形成规模化生产和消费，产品存在质量不稳定、标准化亟待建立等问题。

本文综合近年相关研究，系统阐述了干法成熟对牛肉品质的影响并总结特征风味形成的相关机制，探讨干法成熟过程中的品质影响因素，介绍干法成熟牛肉生产增值途径，以期为干法成熟的工艺优化和产品品质提升提供理论支撑。

1 干法成熟牛肉品质特征

1.1 风味

牛肉的风味是影响消费者整体接受度的重要指标之一，对干法成熟牛肉风味的早期研究主要借助感官评价和描述。研究发现牛肉经干法成熟后会产生原始牛肉味、烧烤味、黄油味、坚果味、烤坚果味和甜味等令人愉悦的风味[6-10]。近年来学者借助代谢组学和风味组学技术揭示干法成熟过程中滋味和香气物质变化，发现干法成熟牛肉特征风味的形成与游离氨基酸、小肽、还原糖和脂质氧化产物等物质变化有关。这些物质是形成特征风味的重要前体，在牛肉烹饪过程中，这些前体物质通过Strecker降解、美拉德反应等途径形成醛、酮等挥发性风味化合物[11]。此外，还原糖、游离氨基酸等水溶性物质本身是牛肉的重要滋味物质[12]。图1、2分别总结了干法成熟牛肉中重要的滋味物质和气味物质。

图1 干法成熟牛肉中的重要滋味物质[8,11,13-15]Fig.1 Important taste substances in dry-aged beef beef[8,11,13-15]

图2 干法成熟牛肉中的重要气味物质[11,16-20]Fig.2 Important odoriferous substances in dry-aged beef[11,16-20]

1.1.1 脂质氧化

牛肉在干法成熟过程发生脂质氧化[21-23]，生成癸烷、癸醛和十二醛等脂质氧化产物，这些物质与干法成熟牛肉的特征风味有关[17-18]。部分脂质氧化产物在烹饪过程中可与还原糖、游离氨基酸等风味前体发生反应，生成醛、酮、烷烃和酯类等一系列挥发性物质，增强牛肉的风味强度，形成独特的干法成熟牛肉风味[11,24]。干法成熟牛肉形成了一些特有的脂质氧化物，如丙醛和3-庚酮，这些物质含量显著高于湿法成熟牛肉[16]。尽管脂质氧化在干法成熟牛肉风味形成中发挥重要作用，但部分脂质氧化产物极易引起哈喇味等令人不愉快的气味。因此干法成熟牛肉的生产过程中应将脂质氧化程度作为重要监测指标，避免脂质过度氧化造成的品质缺陷。

1.1.2 蛋白质分解

干法成熟牛肉中蛋白质分解产生游离氨基酸和小肽。Kim等[8]在32 种干法成熟牛肉样品的代谢物中，测得色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、谷氨酸、异亮氨酸和亮氨酸7 种代谢物的含量显著高于湿法成熟牛肉。Bischof等[14]发现丙氨酸、甲硫氨酸和肌肽在干法成熟牛肉中的含量显著高于湿法成熟牛肉。部分氨基酸是牛肉的滋味物质，如谷氨酸与鲜味有关，苯丙氨酸和酪氨酸与酸味有关，丙氨酸与甜味和酸味有关[15]。氨基酸还可以参与美拉德反应与Strecker降解产生挥发性风味物质，如亮氨酸和异亮氨酸可以与美拉德反应形成的二羰基化合物发生Strecker降解，生成2-甲基丁醛和3-甲基丁醛，与肉香味有关[25]。Setyabrata等[13]发现，随着干法成熟进行，谷胱甘肽逐渐分解产生γ-谷氨酰肽和谷氨酰胺，这对干法成熟牛肉特征风味的形成可能具有重要作用。

1.1.3 水分损失

干法成熟过程，由于牛肉未进行包装，故发生较高的水分损失。水分的蒸发主要发生在牛肉表面，随后形成干燥外壳（图3）。Lee等[26]发现干法成熟和湿法成熟28 d的牛肉水分含量具有显著差异，干法成熟21 d后牛肉水分含量显著下降，引起游离氨基酸和还原糖含量显著上升。这些美拉德反应底物含量的增加有利于烹饪过程牛肉风味物质的形成，因此，水分损失造成的物质浓缩与特征风味的形成有一定关系。

图3 牛肉干法成熟过程中质量损失[3]Fig.3 Mass loss of beef during dry aging[3]

1.1.4 微生物活动

干法成熟前期，蛋白质和脂质主要在内源酶作用下发生降解或氧化[27]，随着成熟时间的延长，内源酶活力降低；成熟后期，蛋白质和脂质的变化与微生物产生的外源酶有关。在干法成熟过程，牛肉中微生物菌群结构发生变化，如Penicillium camemberti和Debaryomyces hansenii数量随着成熟时间的延长而增加[28]。不同干法成熟间牛肉的微生物群落组成存在较大差异[29]，这可能是造成不同生产商干法成熟牛肉风味等品质差异的原因。Oh等[30]从干法成熟28 d的牛肉中分离优势菌种，将得到的一株霉菌（Pilaira anomalaSMFM201611）和一株酵母菌（D.hanseniiSMFM201707）接种于最低等级的牛外脊，然后对牛外脊进行干法成熟，发现这两株菌可降解肌原纤维蛋白进而改善牛肉嫩度，并可显著提高游离氨基酸和游离脂肪酸含量，从而改善牛肉食用品质。Hanagasaki等[31]将从低温肉中分离出的Mucor flavus接种到牛肉表面后进行干法成熟，与未接种的干法成熟牛肉相比，天冬氨酸、脯氨酸等游离氨基酸的含量显著提高，肉香味更强。Lee等[32]将卡门柏青霉和Penicillium nalgiovense以1∶1的比例混合后喷于牛肉表面再进行干法成熟，可促进牛肉蛋白质的水解，提高游离氨基酸等风味化合物含量，改善食用品质。基于微生物对干法成熟牛肉品质的改善作用，未来可将关键贡献菌应用于干法成熟牛肉生产中，以加速干法成熟进程，提高产品品质的稳定性和一致性。目前学者主要研究单一菌种对干法成熟牛肉品质的影响，关于混合菌种的研究较少。混合菌种更接近干法成熟牛肉的真实菌群环境，混合菌种之间的互利共栖等协同作用通过影响微生物生长和代谢情况可产生与单菌接种不同的效果，未来研究可探索微生物不同比例混合接种对干法成熟牛肉品质的影响，及接种微生物对原始菌群结构的影响。

综上，干法成熟牛肉特征风味形成的潜在机制可能涉及脂质氧化、蛋白质分解、水分损失和微生物活动（图4）。当前针对干法成熟特征风味的研究仍停留在探索阶段，研究仅对风味物质进行简单的定性或定量分析，多为分析干法和湿法成熟牛肉差异风味物质或成熟过程风味物质含量变化，未来可采用风味重组、风味缺失等实验手段进一步精确干法成熟牛肉的关键挥发性风味物质，这对干法成熟牛肉的风味调控具有重要意义。

图4 干法成熟牛肉特征风味形成的潜在机制Fig.4 Potential mechanism of formation of characteristic flavor compounds of dry-aged beef

1.2 嫩度

嫩度的高低直接反映了牛肉口感的优劣，牛肉的嫩度是由成熟过程中肌内脂肪组织、结缔组织含量以及肌节长度和肌纤维直径所决定[33]。肌原纤维蛋白在干法成熟过程中逐渐降解，使牛肉的剪切力显著降低，嫩度得到改善[34-35]。已有研究对比了干法成熟与湿法成熟对牛肉嫩度的影响，发现牛肉经两种不同的方式成熟后剪切力无显著差异，但感官评价的嫩度指标存在显著差异[36-39]，这一结果可能是由于感官评价的嫩度指标与多汁性具有协同效应，多汁性的变化影响评价员对嫩度的感知[40]。

1.3 安全性

尽管干法成熟牛肉因直接暴露在环境中加剧了微生物污染的风险，但现有的研究中均未从干法成熟牛肉成品中分离出Escherichia coli、Listeria monocytogenes和Staphylococcus aureus等食源性致病菌[28,41-42]。致病性微生物一般仅在干法成熟初期检测到，如Rhodotorulasp.、Candidasp.和Cladosporiumsp.，随着成熟时间的延长逐渐消失[28]。为探究典型食源性致病菌在干法成熟过程中潜在生长的可能性，van Damme等[43]将Salmonella、E.coliO157:H7和L.monocytogenes混合接种在牛腰肉表面进行干法成熟，结果发现，成熟结束时Salmonella和E.coliO157:H7数量显著减少，仅在pH＞6.0的腰肉中增殖。da Silva等[44]探究了L.innocua（L.monocytogenes替代菌）在牛肉干法成熟过程的生长情况，发现随着成熟时间的延长和成熟温度的提高，L.innocua数量减少。致病菌被抑制的原因可能是干法成熟过程中优势菌种，如D.hansenii等对致病菌的拮抗作用，提高了牛肉的安全性[45]。然而，一些潜在的腐败微生物在干法成熟牛肉中常被检测到，如Pseudomonassp.[46]。这些腐败微生物分解蛋白质和脂肪产生具有腐败味的代谢产物，极易造成干法成熟牛肉风味的损失。因此，对干法成熟牛肉中腐败微生物的控制是生产中需关注的重要问题。

1.4 色泽

牛肉的色泽是消费者选购时判断牛肉品质最直接的感官指标，与肉品pH值、高铁肌红蛋白比例、氧气渗透和水分含量等因素高度相关。干法成熟过程中牛肉的亮度（L*值）增加，红度（a*值）和黄度（b*值）降低[10,21,47]。L*值的增加可能由于肉品结构中的蛋白质随着成熟时间的延长而发生构象变化，导致更大的光散射，肌红蛋白氧化程度的增加导致a*和b*值减小。干法成熟牛肉的L*、a*值和b*值较湿法成熟显著降低[8,48]，可能是干法成熟较湿法成熟水分含量减少更多，导致光反射减少，牛肉色泽变暗，且牛肉暴露于空气中导致肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白[49]。干法成熟还会影响牛肉的色泽稳定性，干法成熟牛肉在展示期间的色泽稳定性下降，色泽变化速率高于湿法成熟牛肉[48]。这可能是由于，一方面，干法成熟牛肉较湿法成熟于氧气中的暴露程度更大，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）等还原化合物消耗更快，一旦NADH耗尽，高铁肌红蛋白还原受到限制并在牛肉表面大量积累；另一方面，展示期间干法成熟牛肉较湿法成熟牛肉的脂质氧化程度更严重[48,50]，脂质氧化中间产物促进肌红蛋白氧化[49,51]。因此，干法成熟牛肉在展示期间的护色极为重要，未来可探索利用天然抗氧化剂维持干法成熟牛肉色泽的稳定性，或添加乳酸盐等促进NADH再生的物质提高干法成熟牛肉中高铁肌红蛋白的还原效率。

1.5 持水力

牛肉的持水力是肉品工业及消费者衡量其经济效益和食用品质的重要参数之一，其与牛肉中蛋白质结构有关，通常通过滴水损失和蒸煮损失等指标表征牛肉的持水力[52]。牛肉宰后成熟过程中蛋白质发生降解导致持水力的下降[53]。Gudjónsdóttir等[54]发现干法成熟过程中微生物降解作用也会导致肌肉滴水损失的增加，牛肉持水力受到影响。研究普遍认为持水力的强弱主要与牛肉中不易流动水含量有关[55]。Shi Yingwu等[56]认为由于干法成熟过程中蛋白质变性和肌原纤维结构发生变化，结合水含量较未成熟前降低，释放的结合水转化为不易流动水和自由水，持水力下降。干法成熟和湿法成熟后牛肉蒸煮损失没有显著差异[8,57-58]。

2 干法成熟过程中影响牛肉品质的因素

2.1 成熟时间

成熟时间对干法成熟牛肉嫩度和风味等食用品质的改善至关重要[59-60]。干法成熟前期主要发生嫩度变化，而后期是风味的形成。在干法成熟前21 d，牛肉剪切力显著下降，之后剪切力未继续下降[61-63]。但21 d后脂质氧化程度和游离氨基酸的含量仍持续增加，引起牛肉风味变化[63-64]。牛肉经干法成熟28 d后风味物质含量增加2.24 倍[18]，显著高于湿法成熟28 d的牛肉[16]。尽管延长成熟时间利于特征风味的产生，但一味延长成熟时间不仅增加成熟损耗，还会降低成熟间的周转利用率。近年来的研究中，干法成熟时间主要为14～45 d[20,65-66]。Iida等[67]基于干法时间对嫩度、多汁性和风味影响的研究结果提出，高品质雪花牛肉的最佳成熟时间为40 d。Utama等[61]综合考虑嫩度、成本和脂质氧化情况，建议成熟时间应少于40 d。综合考虑牛肉品质和成本问题，美国肉类出口协会建议干法成熟的最佳时间范围为28～55 d[68]。根据现有研究，干法成熟时间可控制在28～40 d，具体的时间应综合考虑温度、相对湿度和空气流速确定。

2.2 环境条件

干法成熟环境条件主要包括温度、相对湿度和空气流速，三者通过影响牛肉中酶系统活性、微生物生长和水分流失，进而影响干法成熟牛肉最终品质。温度、相对湿度和空气流速需控制在合适的范围，以达到理想的成熟效果。

温度低于肉的冰点（－2～－3 ℃）时，成熟相关的酶系统活性会降低，不利于生化反应的进行；升高温度虽然可以促进酶促反应，但过高的成熟温度又会导致牛肉的腐败变质[3,40]。相对湿度过高，腐败细菌和霉菌大量滋生；相对湿度过低会影响牛肉质量损失率和多汁性[28,69]。Kim等[8]研究发现1 ℃与3 ℃的成熟温度对干法成熟牛肉的剪切力无显著影响，但消费者认为3 ℃下成熟的牛肉多汁性更好。Ribeiro等[70]在1 ℃和相对湿度50%、70%和85%条件下干法成熟42 d，发现相对湿度对水分流失总量、修剪损失、得率、嫩度和风味无显著影响，但较低的相对湿度（50%）仅会导致成熟前期较快的水分流失速率。Vossen等[62]对比不同温度（2 ℃与6 ℃，相对湿度75%）和相对湿度（相对湿度75%与90%，2 ℃）条件下比利时蓝牛肉的感官品质特征，发现温度和相对湿度仅对异味（涩味、煮熟的牛奶味、酸败味、变质味等）的产生具有显著影响，较高的温度和相对湿度条件下会产生更多的异味，牛肉的嫩度、色泽和脂质氧化稳定性均不受温度和相对湿度的影响。

干法成熟过程需保证足够的空气流通，较低的空气流速无法释放必要的水分，从而达到风味物质浓缩效果，微生物也会大量生长导致变质，可通过安装空气流通加速设备使成熟间内的空气流速达到特定要求。通常使用穿孔架子、金属货架、树或挂钩，使牛肉表面全部暴露在低温气流中[40]。Lee等[71]分别在0、2.5 m/s和5 m/s空气流速下对牛臀中肌进行28 d干法成熟，发现空气流速影响牛肉表面霉菌和酵母菌组成，引起蛋白质和脂肪不同程度地分解，最终0 m/s条件下形成的牛肉香气和滋味物质与2.5 m/s和5 m/s显著不同。

综上，干法成熟过程需严格控制温度、相对湿度和空气流速在合适的范围之内，减少环境条件参数波动。适宜的干法成熟牛肉生产条件为成熟温度0～4 ℃、相对湿度75%～85%、空气流速0.5～2.5 m/s。

2.3 紫外线照射

一些干法成熟研究会使用紫外空气净化系统[63]或通过紫外灯照射[19,21,72]减少环境微生物在牛肉表面的生长繁殖，防止牛肉腐败。已有研究发现紫外照射会改变干法成熟牛肉表面的微生物组成[29]。然而紫外照射在抑制腐败微生物的同时，也可能影响风味物质产生菌等有益微生物的生长繁殖，进而对干法成熟牛肉品质产生影响。此外，紫外线照射会促进干法成熟牛肉的脂质氧化[73]。专业感官品鉴人员认为紫外线照射显著增加了干法成熟牛肉的脂肪味[74]。然而，Setyabrata等[50]并未发现紫外线处理和未经紫外线处理的干法成熟猪肉硫代巴比妥酸反应物值存在显著差异。以上研究结论的差异可能与原料肉的脂肪含量、紫外线处理参数（强度、使用频率和处理时间）等因素有关。未来可深入研究不同紫外线照射条件对干法成熟牛肉微生物组成、风味以及脂肪氧化程度的影响，确定合理的紫外线处理条件，达到抑制腐败微生物生长且不影响风味的双重效果。

3 干法成熟牛肉增值途径

近年来国内外对干法成熟牛肉的需求和生产均呈现上升趋势[75-76]。但较高的成熟损失和修剪损失，以及较长的成熟时间使得干法成熟的成本远高于湿法成熟（表1）。为降低生产成本、提高经济收益，现有研究提出了透湿袋中干法成熟和干-湿结合的分步式成熟，以减少成熟损耗和成品的修剪损失，缩短空间占用时间。此外，修剪硬壳的再利用也可提高干法成熟牛肉产业经济效益。

表1 干法成熟和湿法成熟的比较Table 1 Comparison of dry aging and wet aging

3.1 新型干法成熟工艺

一些研究人员尝试将一种热塑性弹性体（由柔性聚合物和刚性聚酰胺制成）制成的透湿袋作为干法成熟的包装材料，通过使用透湿袋可以在更可控的条件下生产干法成熟牛肉，而品质属性也不会受影响[77]。Ahnström等[78]发现，经21 d透湿袋中成熟的牛肉具有与传统干法成熟牛肉相同的感官性状，同时还减少了1.4%的成熟损失和2.3%的修剪损失。Li Xin等[10]比较了在透湿袋中干法成熟和传统干法成熟19 d后的产品得率，与传统干法成熟相比，透湿袋中干法成熟减小了1.8%的成熟损失和2.6%的修剪损失。Shi Yingwu等[56]研究使用不同透湿程度的透湿袋对牛肉干法成熟的影响，结果发现，随着透湿程度的增加，质量损失率、需氧菌数、酵母菌数和霉菌数均增加，因此可以通过使用不同透湿程度的透湿袋控制水分损失量并有效减少微生物污染。透湿袋中成熟还可提高干法成熟牛肉冻藏期间脂质和蛋白质的氧化稳定性[64]。与湿法成熟相比，透湿袋中干法成熟的牛肉具有更高的嫩度和多汁性，整体可接受性更高[13,57,77]。

基于干法成熟和湿法成熟的优缺点，Kim等[79]提出干-湿结合的分步式成熟，先将牛胴体干法成熟10 d，切割成部位肉再进行7 d的湿法成熟，发现与直接干法成熟17 d的牛肉相比，风味、多汁性和整体接受度均无显著差异[80]。另有研究尝试透湿袋中干法成熟与湿法成熟相结合的分步式成熟，发现牛肉适口性、脂质氧化稳定性和蛋白降解情况与仅在透湿袋中干法成熟牛肉无明显差异[64,81]。因此，两种成熟方法相结合的分步式成熟可用于规模化生产，以提高成熟空间利用率和降低生产成本。

3.2 干法成熟牛肉硬壳的利用

干法成熟牛肉因表面脱水形成硬壳而造成严重的修剪损失（3%～24%）[3]，有学者提出可将外壳搅碎后用于馅饼、香肠等肉糜类制品的生产。Lee等[82]将干法成熟牛肉外壳添加于猪肉饼，猪肉饼的风味得到改善，蒸煮损失和烹饪后猪肉饼体积的缩减程度降低。Park等[83]将干法成熟牛肉外壳添加到馅饼中，产品的风味、嫩度、多汁性和整体可接受性评分均提高，但冷藏期间菌落总数显著高于未添加的对照组。Witte等[84]使用超高压处理干法成熟牛肉外壳以降低其微生物数量，再将其以不同比例添加到生发酵香肠中，可缩短香肠的发酵时间。Xue Siwen等[17]研究干法成熟牛肉修剪外壳的功能特性发现，其与湿法成熟牛肉相比具有更高的抗氧化和乳化能力，将其添加于牛肉饼中，所制备牛肉饼与对照组相比质地和脂质氧化稳定性无明显差异，且烧烤味和鲜味更浓。此外，Choe等[85]发现，干法成熟牛肉修剪硬壳的抗氧化活性和血管紧张素I转换酶抑制活性显著高于干法成熟牛肉可食用部分、湿法成熟牛肉和未成熟牛肉。因此，干法成熟牛肉的修剪外壳可用于新型食品成分和功能性食品的开发。

4 结 语

牛肉经干法成熟后嫩度提高，并产生游离氨基酸等滋味物质和醛、酮、酯等挥发性风味物质，形成烧烤味等特征风味。干法成熟牛肉特征风味的形成机制复杂，涉及脂质氧化、蛋白质分解、水分损失和微生物活动等过程。实际生产过程应综合考虑成熟时间、成熟温度、相对湿度和空气流速等因素对牛肉品质的影响，确定最佳成熟工艺参数。今后可研究微生物在干法成熟牛肉风味等品质指标形成中的作用，筛选风味贡献菌，将其应用于干法成熟牛肉生产，改善牛肉品质，缩短成熟时间。此外，干法成熟牛肉外壳的高效利用也亟待探索，这将成为干法成熟牛肉行业的重要增值途径。