干法成熟过程羊腿肉持水能力与水分迁移规律

王旭，张德权，赵莹鑫，摆玉蔷，李欣，侯成立，郑晓春，陈丽

中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工重点实验室，北京 100193

0 引言

【研究意义】成熟是一种提高肉品嫩度、风味、多汁性的方法，现有的成熟方式主要有湿法成熟和干法成熟两种方式[1-2]。干法成熟通常是指将胴体或分割肉不加任何包装和保护措施，置于低温（-1—4℃）环境中自然成熟数天[3]，湿法成熟则是在相同条件下将肉品进行真空包装成熟[4]。原料肉在干法成熟过程中，伴随着水分的蒸发，肉中的风味前体物含量升高，使干法成熟的肉具有很强的风味特征，肉香浓郁，嫩度也会极大提高[5-6]，虽然湿法成熟也会提高原料肉嫩度，但会产生一些不良的气味，如血腥味和酸味等[7]。近年来，澳大利亚、韩国、日本以及香港等地区都对干法成熟的肉表现出极大的兴趣[8]，随着人们对干法成熟肉的需求增加，干法成熟肉品将会为工业化生产和进出口销售开发新的市场。因此，研究干法成熟过程中原料肉的持水能力和内部水分的迁移规律，确定原料肉最佳的干法成熟时间，对企业生产高端产品具有重要意义。【前人研究进展】干法成熟对原料肉的嫩度、风味、多汁性有积极影响。SMITH等[9]研究表明，成熟14—35 d，干法成熟牛肉剪切力降低17%，嫩度持续改善，但由于水分蒸发，可出售总产量显著降低，然而感官多汁性评分却显著升高；LEPPERBLILIE等[10]研究发现，随着干法成熟时间延长，大理石花纹不丰富牛肉的整体成熟风味增加，且与第 14天和第21天肉的风味相比，第42天和第49天的风味最浓。原因之一是成熟过程中的水分蒸发可以使肉中的风味前体物质含量升高[11]。LI等[12]测定干/湿法成熟牛臀中肌的蒸煮损失，结果表明，干法成熟处理组的蒸煮损失显著低于湿法成熟处理组，即干法成熟牛臀中肌的持水能力优于湿法成熟。成熟过程中由于肉暴露于空气中，水分含量发生改变，内部水分也会发生迁移[13]。研究表明，以壳聚糖为包装材料的干法成熟袋中成熟的牛肉在成熟 14 d时自由水含量显著降低，与水分含量的降低趋势一致[14]。郭兆斌等[15]研究青海牦牛宰后成熟过程中水分分布规律，发现宰后初期，不易流动水转化为自由水，肌肉的保水能力逐渐降低，后期恰好相反。环境湿度通过改变样品的水分含量进而影响肉品质，CHO等[16]研究发现，相对湿度65%—75%条件下干法成熟40 d的牛肉水分含量显著低于相对湿度 85%的肉品，但感官评价中关于嫩度、风味、多汁性和肉品总体可接受程度的评分中前者得分较高。【本研究切入点】环境湿度是干法成熟过程中主要影响因素之一[8,13]，干法成熟技术会影响肉品品质，且原料肉内部水分的变化对品质影响较大，探究羊腿肉在干法成熟过程中的持水能力及肉中水分迁移规律十分必要。【拟解决的关键问题】本试验以羊腿肉为研究对象，在湿法成熟、相对湿度 80%干法成熟和相对湿度 60%干法成熟条件下成熟 28 d，探究不同成熟方法对羊腿肉持水能力的影响及其水分迁移规律，为生产高品质干法成熟羊肉提供科学指导。

1 材料与方法

样品采集试验于2019年10—11月在内蒙古巴彦淖尔市内蒙古美洋洋食品有限公司进行；样品测定试验于2019年10—12月在中国农业科学院农产品加工研究所肉品实验室和农业农村部农产品加工重点实验室进行。

1.1 样品采集

选取26只6—7月龄的小尾寒羊公羊，按伊斯兰屠宰方法进行屠宰，宰后羊胴体重量为（23.4±1.09）kg。宰后 1 d，取羊后腿（带臀，去腱腿）贮存于（2±2）℃的环境中，并在52只羊后腿中随机挑选出4只羊腿作为成熟0 d的样品。其余48只羊后腿随机均分到3个试验组中：（1）湿法成熟组，真空包装（透气率为 O29.3 mL·m-2·d-1，透水率为 4.7 g·m-2·d-1）；（2）相对湿度（80±5）%干法成熟组（RH80干法成熟）；（3）相对湿度（60±5）%干法成熟组（RH60干法成熟），干法成熟样品均置于可移动的货架上。所有样品置于温度为（2±2）℃的低温室中成熟，每个处理组分别在成熟7、14、21和28 d取出4只羊腿，干法成熟的样品先剔除外壳，沿臀股四头肌、臀股二头肌和半腱肌之间的自然缝分离得到半膜肌、内收肌、股薄肌，将得到包含半膜肌、内收肌、股薄肌的肉块进行取样。所有样品采集后迅速用液氮冷冻，-80℃贮藏备用。

1.2 主要仪器与设备

DK-S28电热恒温水浴锅，上海精宏试验设备有限公司；超低温冰箱，美国Thermo公司；NMR-2011低场核磁共振仪，上海纽迈电子科技有限公司；Vector 33傅里叶变换近红外光谱仪，德国 Bruker公司；ML204/02电子天平，上海梅特勒-托利多有限公司；TD5001C电子天平，天津天马衡基仪器有限公司；DH-101烘干箱，天津中环试验仪器有限公司；FCR1000-UF-E超纯水机，青岛富勒姆科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 成熟损失 宰后1 d，取下羊腿肉之后称重（湿法成熟样品包装后称重），记为m1；在成熟取样时间点时再次称取羊腿肉的质量（湿法成熟样品不打开真空包装直接称重），记为m2，计算成熟损失，成熟损失（%）＝（m1-m2）/m1×100。

1.3.2 水分含量 参照国标《GB 5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定和计算成熟0、7、14、21和28 d羊腿肉中的水分含量。

1.3.3 蒸煮损失 参考 HOPKINS等[17]方法并稍作修改。在成熟0、7、14、21和28 d取样时，选取长、宽约为4 cm×6 cm的肉块进行称重，记为m1，置于蒸煮袋底部，除去袋内的空气使其与肉块紧贴而后封口，将其置于71℃的水浴中加热35 min后转移到自来水中冷却30 min，冷却结束后取出肉块擦干表面水分后称重，记为 m2，即蒸煮损失（%）＝（m1-m2）/m1×100。

1.3.4 羊腿肉蛋白衰减全反射傅里叶变换红外线光谱（ATR-FTIR）测定 根据GANGIDI等[18]方法，取羊腿肉薄片置于ATR附件上，用压头压紧样品，使羊腿肉与晶体充分接触并开始扫描。使用OMNIC软件记录红外光谱，基线通过扣除空气背景进行校准。试验参数如下，采用积分球漫反射，分辨率8 cm-1，扫描次数64次，光谱扫描范围为4 000—600 cm-1。采用Peakfit 4.12软件分析ATR-FTIR 1 700—1 600 cm-1波段的峰，利用二阶求导和去卷曲对酰胺Ⅰ带进行分峰处理，再结合曲线拟合的方法，对蛋白质二级结构进行定量分析。

1.3.5 低场核磁检测 参照饶伟丽[19]的测定方法并稍作修改，将不同湿度、不同贮藏时间点的肉样切成4 cm×2 cm×1 cm的立方体置于核磁管中，测定氢质子低场核磁共振波谱。试验参数如下：磁场强度0.5 T；质子共振频率 23 MHz；SF=23 MHz；P90=9 μs；P180=18 μs；TD=59 990；TR=3 000 ms；NS=16；Echo Count=2 000。CPMG指数衰减曲线采用Multi Exp Inv Analysis软件进行反演，得到T2值。

1.4 数据分析

本试验采用Microsoft Excel 2010 软件处理数据（平均值±标准差），利用IBM SPSS Statistics 22统计分析软件进行双因素方差分析和聚类分析，并进行Duncan多重比较，采用Microsoft Excel 2010软件制图。

2 结果

2.1 干法成熟过程中羊腿肉成熟损失变化

3种成熟方法的成熟损失如图1所示。在成熟28 d内，湿法成熟组羊腿肉成熟损失差异不显著（P＞0.05）；干法成熟羊腿肉的成熟损失随成熟时间的延长而逐渐增大；除成熟14 d外，RH60干法成熟组羊腿肉的成熟损失显著高于 RH80干法成熟组（P＜0.05），且干法成熟组羊腿肉的成熟损失均显著高于湿法成熟组（P＜0.05）。

2.2 干法成熟过程中羊腿肉水分含量变化

3种成熟方法羊腿肉的水分含量变化如图2所示。随着成熟进行，湿法成熟和RH80干法成熟羊腿肉的水分含量呈现先上升后下降的趋势。在成熟7 d后，RH60干法成熟羊腿肉的水分含量显著低于湿法成熟（P＜0.05），但RH80干法成熟组和RH60干法成熟组的羊腿肉水分含量之间无显著差异（P＞0.05）。

2.3 干法成熟过程中羊腿肉蒸煮损失变化

如图3所示，3种成熟方法羊腿肉的蒸煮损失整体随成熟时间的延长而增加，表明羊腿肉的持水能力随成熟时间的延长而降低，3种成熟方法羊腿肉的蒸煮损失在21 d达到峰值，后趋于稳定。成熟21 d时，湿法成熟组、RH80干法成熟组和RH60干法成熟组羊腿肉的蒸煮损失分别为26.88%、24.52%和22.04%，比0 d时分别增加了13.33%、10.97%和8.49%。在3组之间，除成熟14 d的RH80干法成熟羊肉外，干法成熟羊腿肉蒸煮损失在成熟7、14和21 d时显著低于湿法成熟（P＜0.05），且在成熟21 d时，RH60干法成熟羊腿肉蒸煮损失显著低于RH80干法成熟和湿法成熟（P＜0.05）。成熟14 d时，3种成熟方法羊腿肉的蒸煮损失与0 d结果无显著差异（P＞0.05）。

2.4 干法成熟过程中羊腿肉蛋白质二级结构变化

羊腿肉的蛋白质二级结构结果如图4所示，在成熟过程中，3种成熟方法均会导致蛋白质二级结构中的α-螺旋和β-折叠的比例先上升后下降；成熟 14 d时，3种成熟方式的α-螺旋结构的比例均上升，这与WU等[20]的研究结果一致。与成熟7 d相比，湿法成熟组、RH80干法成熟组和 RH60干法成熟组在成熟14 d时无序结构分别降低9.2%、14.1%和17.26%，表明成熟14 d羊腿肉蛋白质稳定性高于成熟7 d的，持水能力较好。

为了进一步分析不同时间处理组之间的差异，对不同处理组及不同成熟时间的成熟损失、水分含量、蒸煮损失以及蛋白质二级结构的相对含量进行聚类分析，由图5可知，欧氏距离为20时，样本被分成两大类，干法成熟处理组为一类，湿法成熟处理组为一类，可见不同成熟方式对羊腿肉持水能力有不同影响。

2.5 干法成熟过程中羊腿肉水分分布与迁移

为了探究3种成熟方法羊腿肉样品中水分的迁移和分布规律，采用低场核磁测量湿法成熟、RH80干法成熟和RH60干法成熟0、7、14、21和28 d的羊腿肉横向弛豫时间T2。如表1所示，3种成熟方法的T2弛豫时间图谱中出现4个峰，从左到右分别对应T20（0—1 ms）、T2b（2—5 ms）、T21（30—60 ms）、T22（200—350 ms）。根据前人的研究结果[21]，认为T20、T2b是结合水，T21为不易流动水，T22是自由水，波谱中结合水、不易流动水和自由水所处峰的峰面积P2b、P21和P22比例能够反映3种状态水的比例。随着成熟时间延长，3个处理组中（成熟21 d的RH80干法成熟组除外）羊腿肉结合水的横向弛豫时间 T2b均变化不显著（P＞0.05），说明成熟方法以及成熟时间对结合水流动性影响较小。在 RH60干法成熟过程中，T21在成熟14 d时显著低于成熟7 d（P＜0.05），表明水分自由度降低，流动性减弱。湿法成熟和RH80干法成熟的T21在成熟14 d内均无显著差异（P＞0.05），在成熟28 d显著降低（P＜0.05）。T22表示细胞间自由水弛豫时间，这部分水最容易流失[22]。由表1可知，3种成熟方法的T22在成熟21 d较成熟14 d显著增加（P＜0.05），表明水分自由度升高，持水能力降低，此时羊腿肉的蒸煮损失也比成熟14 d的高。在成熟7和14 d时，RH60干法成熟的T22要显著低于湿法成熟组（P＜0.05），表明RH60干法成熟水分自由度低，持水能力优于湿法成熟组。

表1 羊腿肉弛豫时间T2随成熟时间的变化Table 1 Changes of T2 relaxation times with aging time of gigots

由图6可知，不管哪种成熟方法的羊腿肉中不易流动水相对含量（P21）占比最大，说明肉中水分主要以不易流动水存在，在成熟14 d前，P21先降低后升高；成熟14 d之后，P21逐渐降低。结合水（P2b）是与蛋白质等紧密结合的水分子[23]，成熟前期，3种成熟方法的P2b先升高后降低，成熟后期P2b几乎不发生变化（湿法成熟28 d除外）。自由水（P22）是存在于细胞外间隙的水，主要靠毛细管凝结作用而存在于肌肉中[24]，是汁液流失的主要来源，这部分水在成熟过程中很容易流失[25]。湿法成熟21 d内，羊腿肉P22未发生显著变化（P＞0.05），表明真空包装对羊腿肉中自由水比例影响不显著，也表明其成熟损失没有差异。在成熟28 d时，3种成熟方法羊腿肉P22最高、P21最低，说明此时肉品持水能力最差。

3 讨论

3.1 干法成熟对羊腿肉成熟损失的影响

成熟损失反映肉品在成熟过程中的重量损失率，主要受成熟过程中样品水分蒸发的影响。湿法成熟组羊腿肉由于带有真空包装袋，水分不容易蒸发，因此成熟期间肉品的成熟损失几乎无质量变化。HODGES等[26]研究表明，真空包装的样品只会造成微小的质量损失。DEGEER等[27]测定干法成熟过程中带骨和不带骨牛背最长肌的成熟损失，结果表明成熟损失随成熟时间延长而增大，KIM等[28]也证明干法成熟猪肉的成熟损失显著高于湿法成熟，这些与本研究结果一致。环境的相对湿度通过影响肉品的水分蒸发从而影响肉品的最终重量，进而影响肉品的水分含量和蒸煮损失，环境湿度相对较低，肉品表面水分蒸发速率快，成熟损失大。

3.2 干法成熟对羊腿肉水分含量的影响

在成熟过程中湿法成熟和RH80干法成熟组羊腿肉水分含量先上升后下降，原因是0 d的羊腿肉处于僵直期，肉持水能力差，在取样分割过程中会损失掉水分，故水分含量低；随着时间推移，肉品进行解僵和成熟，持水能力增大，在测量切割过程中损失的水分较少，肌肉持水能力会降低，汁液流失过多，羊腿肉水分含量降低[29]。成熟7 d时，3种成熟方法的水分含量无显著差异，这与LI等[30]的研究结果一致，其试验发现成熟8 d时干法成熟与湿法成熟肉品的水分含量无显著差异。LEE等[4]试验表明，与湿法成熟样品相比，长时间的干法成熟会降低样品中的水分含量，对于形成浓郁的干法成熟牛肉风味有重要意义，这与RH60干法成熟14、21和28 d的羊腿肉水分含量显著低于湿法成熟结果一致。干法成熟过程中羊腿肉的成熟损失不断增大，这也是干法成熟羊腿肉成熟后期水分含量降低的原因之一。

3.3 干法成熟对羊腿肉蒸煮损失的影响

持水能力是肉类加工的重要性能，羊腿肉蒸煮损失是衡量肌肉持水能力的重要指标之一，随着成熟时间的延长，肌肉在内源酶的作用下，破坏肌原纤维和骨架蛋白的结构，结合水的能力下降，汁液流失、蒸煮损失逐渐增大[31]。本研究中，干法成熟羊腿肉的蒸煮损失显著低于湿法成熟，表明干法成熟可以显著提高羊腿肉的持水能力。LI等[12]与本研究结果相似，结果表明干法成熟14 d牛肉蒸煮损失比湿法成熟牛肉低。LASTER等[32]也表明干法成熟牛腰肉和里脊肉的加工产量高于湿法成熟样品。成熟7 d时，3种成熟方式样品的水分含量无显著差异，但是干法成熟肉品的蒸煮损失显著低于湿法成熟肉品，持水能力优于湿法成熟肉品，但在成熟14和21 d，干法成熟羊腿肉水分含量显著低于湿法成熟，可能是样品持水能力提高，也可能是因为样品本身水分含量降低而导致蒸煮损失降低。成熟14 d羊腿肉蒸煮损失与成熟7 d的试验结果相比，蒸煮损失下降，该结果与KIM等[28]的研究结果一致。一方面可能是随着肉中蛋白质的分解，吸收K+、释放Ca2+导致离子净电荷增加，渗透压增加，持水能力升高，同时蛋白质的电荷发生改变，也导致持水能力的增加[33-34]；另一方面可能是在较短的成熟时间内，细胞内蛋白降解使细胞膨胀，增加肉品的持水能力。KRISTENSEN等[35]研究表明，宰后2—7 d猪肉的持水能力下降，7 d后持水能力有所增加，进一步分析表明在细胞收缩前，骨架蛋白降解导致细胞外的水进入到细胞内，增加细胞的持水能力。DAVIS等[36]的研究也证明了猪肉第7和14天肌间线蛋白降解较多的样品持水性高。因此，干法成熟技术对提高羊腿肉持水能力有积极作用，且在成熟14 d时，羊腿肉的持水能力显著提高。

3.4 干法成熟羊腿肉蛋白质二级结构分析

通常情况下，1 615—1 637 cm-1和1 682—1 700 cm-1为β-折叠，1 646—1 664 cm-1为α-螺旋，1 637—1 645 cm-1为无规则卷曲，1 664—1 681 cm-1为β-转角[37]。α-螺旋和β-折叠表征蛋白质分子的规则性，β-转角和无规卷曲通常反映出其较松散的结构[38]。在成熟过程中，3种成熟方法均会导致蛋白质二级结构中α-螺旋和β-折叠的比例先上升后下降，即表明成熟时间过长，肌纤维结构的破坏会导致蛋白质中有序结构转向无序结构，此时肌肉持水能力下降，蒸煮损失增加。α-螺旋结构的比例升高，表明蛋白构象发生了变化，也反映其内部的疏水性位点暴露程度下降，表面疏水性减少[39]，预示着蛋白质的持水能力增强。在成熟过程中，无序结构降低表明成熟14 d比成熟7 d的羊腿肉蛋白质稳定性高，持水能力好；环境湿度越低，蛋白质稳定性越高，羊腿肉持水能力越好。因此，本研究结果表明干法成熟组羊腿肉成熟14 d蛋白质稳定性较好，持水能力较强。

3.5 干法成熟羊腿肉水分迁移和分布分析

T2表示H质子的横向弛豫时间，其分布表示肉中存在多个水分群，T2越短，说明水与底物结合越紧密，T2越长则表示水分越自由[40]。湿法成熟组和RH80干法成熟组的T21在成熟21 d以前均无显著差异，在成熟28 d显著降低，分析原因可能是随着成熟时间的延长，蛋白质、脂肪等物质在自身酶的作用下被分解消耗，产生各种代谢物增加体系的黏度，降低水分自由度[22]。

在整个成熟期间，湿法成熟组羊腿肉 P21变化范围是 90.765%—95.793%，P22变化范围是 0.765%—6.258%；RH80干法成熟组羊腿肉 P21变化范围是90.931%—95.803%，P22变化范围是0.729%—6.08%；RH60干法成熟组羊腿肉 P21变化范围是 91.402%—95.933%，P22变化范围是0.568%—5.474%。由此可知，3种成熟方法组羊腿肉P21变化范围大致相同，P22变化范围由小到大依次是RH60干法成熟组、RH80干法成熟组和湿法成熟组，可见干法成熟组羊腿肉的持水能力较好。低场核磁结果显示，羊腿肉在成熟0—7 d时，内部不易流动水转化为结合水；在成熟 7—14 d时，结合水转化为不易流动水。成熟14 d羊腿肉的蒸煮损失显著低于成熟7 d，这是因为不易流动水对肌肉的持水能力起决定性影响[41]，羊腿肉中不易流动的水增多，持水能力增强，蒸煮损失降低。在成熟21—28 d时，3组羊腿肉中不易流动水大量转化为自由水，可能是因为在成熟后期肌肉中蛋白质大量降解，肌肉结构崩塌[42]，束缚水的能力下降，自由水相对含量增加。此时细胞的持水能力最弱，因而在成熟28 d时羊腿肉蒸煮损失最大。

在干法成熟过程中，肉中自由水梯度高于外部环境湿度，会通过自由扩散从肉品表面迁移到周围环境中，使其达到相对稳定的状态[22,43]，湿度越低，水分迁移越多，导致羊腿肉水分含量下降，成熟损失增大。

4 结论

干法成熟羊腿肉蒸煮损失显著低于湿法成熟，表明干法成熟可以有效提高羊腿肉的持水能力。在干法成熟14 d内，不易流动水先转化为结合水再转化为不易流动水，成熟14 d羊腿肉中不易流动水增多，持水能力增强；在干法成熟21—28 d，羊腿肉中的不易流动水转化为自由水，自由水含量增多，持水能力降低。羊腿肉在较长时间的干法成熟过程中，环境湿度对样品的成熟损失和蒸煮损失影响显著，对肉品的水分含量、水分迁移和分布影响不显著。因此，干法成熟14 d是羊腿肉成熟的最佳推荐时间。