不同横截面及长度对牛肉干干燥及其品质的影响

刘茜， 黄现青， 马相杰， 孟少华， 宋莲军， 赵秋艳， 曹帅， 赵改名， 张平安， 乔明武， 何人可

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南省食品加工与流通安全控制工程技术研究中心，河南 郑州 450002; 2.河南双汇投资发展股份有限公司，河南 漯河 462000)

牛肉脂肪含量低，蛋白质含量高，富含人体所需的多种营养成分，包括维生素、氨基酸、矿物质和微量元素等，有助于提高人体免疫力[1]。牛肉产品种类繁多，牛肉干作为牛肉休闲食品中重要组成部分，具有含水量低、体积小和运输储藏方便等特点[2]。目前，关于牛肉干的研究主要集中在制作工艺、干燥方式和烘干温度等方面。相玉秀等[3]将红酒加入牛肉干制作过程中，采用正交试验开发出口味独特的红酒牛肉干。高倩倩[4]则在牛肉干制作过程中加入番茄，研制出具有较高营养价值和新鲜口感的番茄牛肉干。代晓冬等[5]考察了4种干燥方式对小麦拉丝蛋白素牛肉干品质的影响，发现真空油炸制备的产品最接近传统牛肉干的风味和口感。姜秀丽等[6]研究了烘干温度与牛肉干品质及水分分布的关系，发现牛肉干品质的变化与牛肉中水分迁移有直接关系。食品规格会直接影响食品品质乃至销量。以牛排为例，KERTH等[7]发现牛排厚度是影响牛排挥发性香气化学产生的因素之一；LEICK等[8]认为牛排厚度在一定程度上干预了消费者的选择倾向；BERTO等[9]探讨了不同厚度和质量等级对牛排风味和嫩度特性的影响。然而对于牛肉干而言，目前市场上牛肉干规格较为单一，限制了消费者的选择范围，同时关于规格对牛肉干品质影响的相关研究较少，不利于相关产业的推广与发展。本研究以水分含量、水分活度、水分分布以及质构特性为评价指标，分析不同横截面和不同长度对牛肉干干燥过程及产品品质的影响，进一步探究牛肉干规格在牛肉干制备过程中的作用，从而为牛肉干产品的开发以及牛肉制品的加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料 冷鲜牛里脊肉由河南双汇投资发展股份有限公司提供。

1.1.2 仪器设备 TA-XT plus质构仪(英国SNS公司)；HygroLab四通道台式水分活度仪(北京罗杰卓越科技有限公司)； DHG-9070A热风干燥箱(上海捷呈实验仪器有限公司)；MicroMR核磁共振交联密度仪(上海纽迈电子科技有限公司)；电子探针温度针(广州市铭睿电子科技有限公司)；FA2204B电子天平(上海精科天美科学仪器有限公司)；CR-5色差仪(柯尼卡美能达中国投资有限责任有限公司)；HH-501数显超级恒温水浴(河南智成科技发展有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 原材料的处理 将牛里脊肉去除表面的肥膘、筋腱和肌膜，在-18 ℃冰箱中冷冻8 h。将冷冻的牛肉切块，规格如表1所示。添加食盐进行腌制，食盐的添加量为牛肉质量的1.5%，然后将牛肉放入4 ℃的冰箱18 h。将腌制好的样品放入100 ℃的沸水中，并用探针温度计测量样品的中心温度，当温度达到71 ℃时取出，之后在70 ℃热风干燥箱中干燥6 h。干燥结束后，将样品自然冷却至25 ℃用吸油纸将表面油吸干，装入自封袋中，放在干燥器中待测。

表1 不同横截面及长度的牛肉切块规格

1.2.2 水分含量的测定 根据《中华人民共和国行业标准 食品安全国家标准 食品中水分的测定》(GB5009.3—2016)，采用直接干燥法测定水分含量[10]。

1.2.3 水分活度的测定 取2 g切碎的被测样品放入水分活度仪测量舱中进行水分活度的测量。

1.2.4 色泽的测定 选用Lab色彩模型，通过色差仪测定牛肉干表面的L*外侧、a*外侧、b*外侧和牛肉干横截面的L*内侧、a*内侧、b*内侧[11]。其中，L*反映亮度，a*值反映红绿度，b*值反映黄蓝度。色差仪参数为光源D65/15 °，光斑直径3 mm，自动测定次数3次，手动测定1次。

1.2.5 水分分布的测定 参考孙红霞等[12]方法，通过检测T2弛豫谱测定水分分布。T2弛豫谱检测采用Carr-Meiboom-Gill脉冲序列。参数设置：采样点数166 666，共振频率20 MHz，采样频率333.333 kHz，采样间隔时间2 500 ms，回波个数为2 500，回波时间为0.1 ms，90°脉冲宽度为4 μs，180 °脉冲宽度为8 μs，累计次数64。

1.2.6 质构参数的测定 参考谢小雷等[13]的方法，将干燥后的牛肉干沿着垂直肌纤维的方向切成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm 大小的样品，在质构仪中以“二次压缩”模式进行测定硬度、弹性、凝聚性、胶着性、咀嚼性和回复性等6个指标。参数设置：测前速率2 mm·s-1，测中速率2 mm·s-1，测后速率10 mm·s-1，压缩比40%，感应力5 g，2次测定时间间隔为5 s。

1.2.7 剪切力的测定 参考谢小雷等[13]的方法，将干燥后的牛肉干样品沿肌原纤维方向修整成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的形状，力臂50 kg，测前速度5 mm·s-1，进到速度10 mm·s-1，进到距离30 mm，剪切力以N表示。

1.3 数据处理

试验重复3 次，使用SPSS23.0软件对数据进行分析，采用Duncan方差分析进行多重比较，使用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 不同横截面及长度对牛肉干水分含量和水分活度的影响

不同横截面及长度的牛肉干中水分含量和水分活度变化如图1和图2所示。当横截面相同，随着长度的增大，牛肉干水分含量也在逐渐增大；长度为9 cm时，随着横截面的增大，水分含量分别为32.68%、40.17%、44.42%和49.10%，且具有显著性差异(P<0.05)。当横截面相同，随着长度的增大，牛肉干水分活度也在逐渐增大；长度为9 cm时，随着横截面的增大，水分活度分别为0.76、0.81、0.86和0.92，且具有显著性差异(P<0.05)。

注：同组不同字母表示存在显著性差异(P<0.05)。下同。

图2 不同横截面及长度对牛肉干水分活度的影响

2.2 不同横截面及长度对牛肉干水分分布的影响

不同横截面及长度的牛肉干弛豫时间T2图谱如图3所示。水分分布图中横坐标表示弛豫时间T2，纵坐标表示各弛豫时间下的信号强度，各峰积分面积表示所在弛豫时间段的信号幅度，根据各积分面积可以得到不同状态的水分含量及迁移程度[14-15]。随着横截面的增大，在牛肉干的T2弛豫时间图谱中，弛豫峰数量发生变化。当牛肉干规格为横截面2.0 cm×2.0 cm、长度9 cm，以及横截面2.5 cm×2.5 cm、长度1、3、6、9 cm时，弛豫峰数量为4个，其中在0～10 ms内弛豫峰数量为2个；其他规格下牛肉干弛豫峰数量为3个，其中在0～10 ms内弛豫峰数量为1个。

注：A为横截面1.0 cm×1.0 cm；B为横截面1.5 cm×1.5 cm；C为横截面2.0 cm×2.0 cm；D为横截面2.5 cm×2.5 cm。

Note: A means 1.0 cm×1.0 cm cross section; B means 1.5 cm×1.5 cm cross section; C means 2.0 cm×2.0 cm cross section; D means 2.5 cm×2.5 cm cross section.

图3 不同横截面及长度积牛肉干水分分布

Fig.3 Water distribution of beef jerky of different cross section and length

2.3 不同横截面及长度对牛肉干色泽的影响

不同横截面及长度对牛肉色泽的影响见表2。在肉干制品中，色泽不仅能在一定程度上反映品质信息，还会影响销量。当横截面为1.0 cm×1.0 cm和1.5 cm×1.5 cm时，随着长度的增大，牛肉干外侧L*值呈现减小趋势；内侧a*值和b*值逐渐增大。当横截面为2.0 cm×2.0 cm和2.5 cm×2.5 cm时，随着长度的增大，内侧L*值先增大后减小，且横截面2.5 cm×2.5 cm的内侧L*值高于横截面2.0 cm×2.0 cm；b*值随长度增大呈现先增大后减小的趋势，且内侧b*值最大为14.23，显著高于外侧b*值最大值9.32(P<0.05)。当长度相同时，外侧L*值、a*值随横截面的增大而减小，内侧L*值却逐渐增大，最大值为61.67；外侧a*值先减小后增大，最大值为5.68。当横截面2.5 cm×2.5 cm时，牛肉干L*值、a*值、b*值较高，色泽较好。

2.4 不同横截面及长度对牛肉干质构的影响

不同横截面及长度对牛肉干质构特性的影响见表3。硬度、弹性、凝聚性、胶着性、咀嚼性和回复性是评价肉制品质构特征主要指标，也是评价肉制品品质的重要因素，数值越大，表明质构特性与品质越好[16]。当横截面相同时，随着长度的增大，硬度、弹性、胶着性和回复性逐渐减小，而凝聚性总体呈现着增大的趋势。长度相同时，随着横截面的增大，硬度逐渐减小；弹性在长度为1 cm时逐渐增大，在长度为3、6和9 cm时逐渐减小，这可能与样品的肌纤维方向存在一定的关系。凝聚性随横截面的增大而逐渐增大，最大值为0.82；胶着性和咀嚼性没有明显的变化趋势；回复性随着横截面的增大而先减小后增大，最大值为0.47。

表2 不同横截面及长度对牛肉干色泽的影响Table 2 Effect of different cross section and length on color of beef jerky

注：平均值±标准差。同列均值不同字母表示存在显著性差异(P<0.05)。下同。

Note: Average value ± standard deviation. There was significant difference (P<0.05) in the same column with different letters. The same as below.

表3 不同横截面及长度对牛肉干质构特性的影响Table 3 Effects of different cross section and length on the texture characteristics of beef jerky

2.5 不同横截面及长度对牛肉干剪切力的影响

不同横截面及长度对牛肉干剪切力的影响见表4。剪切力是评价肉类品质的重要指标，反映了产品的嫩度[17]。当横截面相同时，随着长度的增大，牛肉干剪切力值逐渐减小；当长度相同时，牛肉干剪切力呈现随横截面增大而减小趋势。当横截面1.0 cm×1.0 cm、长度1 cm时，牛肉干的剪切力达到最大值，为24 455.17 N。

表4 不同横截面及长度对牛肉干剪切力的影响Table 4 Effect of different cross section and length on shearing force of beef jerky

3 结论与讨论

切片厚度等参数会影响牛肉干物理性质和微生物质量，因此本研究进一步探讨牛肉干的规格与其干燥特性及其食用特性之间的关系。李丙子等[18]研究表明，水分含量和水分活度是用来评价肉制品很重要的因素，也是影响产品货架期的重要因素。在本研究中，牛肉干规格最小时，其水分含量和水分活度最小，分别为17.73%和0.71，推测是因为在干燥过程中，规格小的样品肌纤维结构容易丧失其完整性，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]。

在水分分布图中，弛豫时间T2分为3部分。当T2<10 ms表示结合水(T21)，与牛肉干大分子表面结合的水分子；当10 ms100 ms表示自由水(T23)，是肌原纤维束外的水分子[20]。本研究发现，在弛豫时间T2分布图中，随着横截面增大，弛豫峰的个数有所变化。当牛肉干规格为横截面2.0 cm×2.0 cm、长度9 cm，以及横截面2.5 cm×2.5 cm、长度1、3、6、9 cm时，弛豫峰数量为4个，其中在0～10 ms内弛豫峰数量为2个，而其他规格下牛肉干弛豫峰数量为3个，其中在0～10 ms内弛豫峰数量为1个。弛豫峰的个数表示了牛肉干中水分的状态，而水分的结合方式的不同导致了峰顶点弛豫时间的差异[20]。本研究结果表明，随着牛肉干规格的增大，最紧密的化合水和处于非水组分亲水性基团周围的邻近水及多层水数量增多，这是根据结合水中水分子与牛肉中非水组分结合的牢固程度进行划分的。同时，牛肉干的水分分布与水分含量和水分活度的变化趋势相吻合。

肌红蛋白是决定牛肉颜色的主要因素，但在加工过程中包括去氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白和变性肌红蛋白等蛋白质也会对颜色产生影响[21]。在烘干过程中，牛肉干的颜色由枣红色变为红褐色再变为黑褐色，这是由于肌红蛋白通过氧合、氧化和还原反应被降解，并最终影响牛肉干的色泽[22]。目前研究中通常选用Lab色彩模型来表示产品的色泽。本研究中，当长度相同时，外侧L*值、内侧a*值随横截面的增大而减小，内侧L*值却逐渐增大，最大值为61.67，而外侧a*值先减小后增大，最高达到5.68，比最小值高了20倍，这表明牛肉干的色泽受横截面和长度的影响。

本研究发现，当牛肉干横截面相同时，随着长度的增大，硬度、弹性、胶着性和回复性均逐渐减小，这与牛肉干的水分含量和水分活度的变化趋势正好相反。LIU等[23]研究表明水分含量是影响质构的因素。咀嚼性是硬度、弹性及凝聚性的综合表现，反映了牛肉干从可咀嚼状态到可吞咽状态所需的能量，在一定范围内，其值越大说明肉干口感方面对应的“咬感”就越好。本研究发现，随着长度的增大，牛肉干的咀嚼值减小，在开发牛肉干制品时需要综合考虑规格大小对品质的影响。此外，本研究中牛肉干的剪切力范围为6 676.32～24 455.17 N。当横截面相同时，随着长度的增大，其剪切力值逐渐减小，横截面1 cm×1 cm的剪切力明显大于其他横截面。研究表明，在一定范围内，剪切力越小其肉制品的嫩度越好，而大规格的牛肉干剪切力较小是因为在干燥过程中牛肉干接触空气面积增大，导致牛肉干体积收缩和表面硬化速度变慢[24]。