肉类宰后成熟机制及成熟进程监测研究进展

喻倩倩，李诗萌，程 蓓，刘 硕，孙承锋

（烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005）

近年来我国肉类消费量持续增加，消费者对肉类品质的要求也越来越高，不仅需要满足安全、营养、健康的基本需求，还需满足肉色、嫩度、风味、口感等更高的品质要求。因此，如何提升肉类品质是众多肉类生产企业发展的关键。宰后成熟是一个“增值”的过程，能够改善肉的食用价值，包括肉的嫩度、多汁性、风味等[1-2]，这些品质指标直接影响消费者的购买意愿。肉类成熟过程涉及细胞凋亡、蛋白质水解、脂肪氧化、微生物繁殖等多种复杂的生化代谢活动。尽管众多国内外学者已围绕这一领域开展了广泛研究，但宰后从“肌肉”向“肉”转变过程的成熟机制对食用肉品质的影响仍是肉品科学领域研究的热点和难点。

目前，常见的宰后成熟方式有湿法成熟、干法成熟和干-湿结合的分步式成熟，不同成熟方式各有特点[1-2]，但最终目的都是提高肉的食用品质。有调查显示，美国零售行业的牛肉成熟时间跨度为3～83 d，平均成熟时间为22.6 d；餐饮行业的牛肉成熟时间跨度为7～136 d，平均成熟时间为30.1 d[3]。相较于国外而言，目前国内大部分屠宰加工企业在宰后2～3 d即进行分割、包装、运输和销售，湿法成熟时间不足，未能达到充分改善肉品质的目的。此外，国内外动物品种、饲养方式等方面的差异也会导致冷却肉嫩度、品质参差不齐。目前，国内干法成熟实际应用较少，市场、超市中鲜有干法成熟肉类产品，仅有少数高档餐厅提供定制干法成熟牛肉。随着国内对高品质肉类需求的不断增长，亟需结合国内实际情况探索和研究适合的宰后成熟策略。

虽然宰后成熟能够显著改善肉的食用品质，但成熟时间过长会对肉的品质带来负面影响。成熟过程中肌原纤维、细胞膜结构和细胞骨架的降解导致水分从肌肉组织结构中流失[4]，湿法成熟时间越长，渗出液越多[5-6]；干法成熟时间越长，产品皱缩越严重，质量损失越大。过长时间的成熟还会造成脂肪和蛋白的过度氧化以及后期销售过程中肉色稳定性的降低[7-9]。因此，如何确定成熟时间使其既能充分改善肉的品质和可食用性，同时又能最大限度地减少汁液损失、质量损失和氧化带来的品质劣变是关系到企业利益的关键问题，也是众多国内外学者探究的热点和难点问题。

本文总结肉类宰后成熟的方式及其对肉品质的影响，对不同成熟方式下成熟进程监测和控制手段、湿法成熟过程中组织渗出液的相关研究及潜在利用等问题进行讨论，并对基于组织渗出液的肉品质预测的潜在应用前景进行展望，以期为建立标准化或基于肌肉特异性的成熟策略和开发促进成熟的相关技术提供参考。

1 宰后成熟方式及其对肉品质的作用机制

1.1 宰后成熟方式

1.1.1 湿法成熟

湿法成熟和干法成熟是目前常见的成熟方式。其中，湿法成熟是实际应用中最常见的方法，通常将宰后四分体或分割后的不同部位肌肉进行真空包装，在一定温度（一般为0～4 ℃）下成熟一段时间，以达到理想的食用品质[1]。湿法成熟操作方便、易于运输，便于后期流通和销售环节的进行，是目前肉品企业最常用的成熟方式[10-11]，如美国商超中流通的牛肉基本都经过湿法成熟，一些高端餐厅也配有专门的湿法成熟设备，牛肉成熟时间可达到21～28 d，甚至更久。湿法成熟具有产品质量损失少、货架期长、操作简单、方便流通等显著优势[1]，但湿法成熟产品易出现酸味、金属味及血腥味[12-13]。

1.1.2 干法成熟

干法成熟是将动物宰后未经任何包装的胴体、二分体或四分体置于特定温度（一般为0～4 ℃）、相对湿度（一般为61%～85%）和空气流速（0.5～2.0 m/s）环境中成熟一段时间（28～55 d或更长）[14]。一些小型屠宰加工厂会针对高端餐厅、酒店或市场的特定需求，对宰后胴体进行干法成熟处理。干法成熟的产品具有独特的风味，如烤牛肉味、烤坚果味、黄油味等[15-17]。但由于干法成熟产品水分损失严重，产品表面皱缩产生坚硬的外壳，后期需要修整，导致严重的质量损失[14,18]。相对于湿法成熟，干法成熟是改善肉类风味的有效手段，但过程耗时，通常干法成熟时间都不少于21 d或25 d[19]，且成本较高，需要特定的成熟空间，同时会产生严重的质量损失。研究发现干法成熟21 d的牛肉，由于水分蒸发而导致的质量损失高达10%，成熟50 d时质量损失高达23%[14]。因此，通常干法成熟牛排的价格较湿法成熟高很多。

袋装干法成熟是一种相对较新的技术，汲取了湿法成熟和干法成熟的特性，需要通过使用特定的包装材料实现。例如，由Dry Aging Bags™生产的干法成熟袋是一种独特的透气膜材料，能够使肉与外界交换氧气，并能使肉中水分散发，同时防止霉菌和异味的产生。Tublin®10（TUBLIN-ex ApS，丹麦）干法成熟袋是由一种柔性聚合物和刚性聚酰胺制成的2 mm厚热塑性弹性体组成，具有很高的水蒸气透过性，目前在美国以UMAi Dry®品牌售卖[19]。多项研究表明，袋装干法成熟与传统的干法成熟肉品具有相似的感官特性和风味浓缩效应，袋装干法成熟由于降低了质量损失、修整损失和微生物污染，可以显著提高产品得率[20-22]。

1.1.3 干-湿结合的分步式成熟

基于湿法成熟和干法成熟的优缺点，Kim等[1]提出一种改良的干法成熟方法，即干-湿结合的分步式成熟，先对胴体进行一段时间干法成熟，再对分割的不同部位肉进行湿法成熟。感官评价结果表明，干-湿结合的分步式成熟（干法成熟10 d、湿法成熟7 d）与传统干法成熟（17 d）的牛肉产品在食用品质属性，如嫩度、多汁性、风味和消费者整体接受度方面没有显著差异，说明干-湿结合的分步式成熟能在减少成熟空间和运营成本的同时达到与传统干法成熟相当甚至更理想的品质特性[23]。

1.2 宰后成熟对肉品质的影响及相关作用机制

1.2.1 嫩度

成熟过程中内源性蛋白酶降解细胞骨架肌原纤维蛋白，显著改善了肉的适口性，包括嫩度、风味和多汁性。其中，嫩度是影响肉类口感的最重要因素，蛋白质水解是宰后成熟过程中嫩度显著提高的最主要原因。钙激活的半胱氨酸蛋白酶或钙蛋白酶系统在肌肉向食用肉转变过程中发挥重要作用，这些酶可降解骨架蛋白、伴肌动蛋白、肌联蛋白等结构蛋白[24-25]。此外，溶酶体组织蛋白酶、细胞凋亡蛋白酶和蛋白酶体等也参与了成熟过程中结构蛋白的降解[26-28]。相较其他肉类而言，嫩度在牛肉品质评价中尤为重要。

美国在1991-2015年共进行5 次全国牛肉嫩度统计调查，2015年的调查报告表明，不同销售渠道中大部分牛肉的成熟时间较以前有所延长，零售行业的牛肉平均成熟时间长达25.9 d，餐饮行业的牛肉平均成熟时间长达31.5 d[29]，与1991年的数据相比，臀肉、上腰肉、上脑和去骨眼肉的剪切力分别下降了27%、23%、26%和26%，嫩度显著提高[29-30]。Kim等[12]研究发现，宰后成熟（28 d）能显著降低牛肉的剪切力，且湿法成熟和传统干法成熟对剪切力没有显著影响。成熟是提高嫩度较差肉类食用品质的关键手段。Chail等[31]研究发现，与谷饲牛肉相比，草饲牛肉的食用品质较差，特别是风味、嫩度、多汁性、脂肪和整体可接受度方面均低于谷饲牛肉。Berger等[22]研究不同成熟方式，以探索改善低等级大理石花纹草饲牛肉适口性的有效策略，结果发现干法成熟可以改善低等级大理石花纹草饲牛肉的食用品质，较湿法成熟的牛肉风味和嫩度评分更高；此外，与其他成熟方式相比，袋装干法成熟可以显著提高牛肉的多汁性，同时最大限度地减少了水分损失和修整质量损失，产品食用特性与传统干法成熟牛肉相当，甚至更好。研究表明，干法成熟能够抑制细菌生长，促进有益霉菌生长，在干法成熟肉表面已发现枝霉属（Thamnidium）、青霉属（Penicillium）、根霉属（Rhizopus）和毛霉属（Mucor genera）等霉菌，尤其是枝霉属，其外观呈浅灰色，并会在胴体或切割体的脂肪部分形成“胡须状”斑块[14]，其释放的蛋白水解酶能够渗透到肉中分解肌肉组织和结缔组织，在肉嫩化中发挥一定作用[32]。

1.2.2 风味

宰后成熟过程中，肌肉组织代谢和内源酶的作用导致与风味有关的化合物释放，如氨基酸、多肽、核苷酸、游离脂肪酸、参与美拉德反应相关的糖片段、其他与风味有关的挥发性化合物及脂质氧化相关化合物等，使肉品风味得到显著改善[1,15,33-34]。但成熟时间过长会导致氧化异味产生，对风味造成负面影响。

Spanier等[35]研究表明，牛肉在4 ℃条件下成熟4 d可以改善其风味特征；但随着成熟时间的延长会出现苦味和酸味。Kim等[36]分析干法成熟和湿法成熟对不同部位牛肉品质的影响，结果显示大部分游离氨基酸的含量随成熟时间的延长显著增加，干法成熟牛肉中谷氨酸和天冬氨酸（呈鲜味氨基酸）的含量显著高于湿法成熟牛肉；电子舌检测结果表明，干法成熟牛肉酸味值较低，但苦味、涩味、鲜味和咸味值较湿法成熟牛肉高。同时，也有相关报道显示，与干法成熟相比，湿法成熟会使牛肉产生酸味、金属味及血腥味[32]。

成熟过程不仅使肉中呈味化合物含量增加，还会产生气味活性化合物，如随着湿法成熟时间的延长，苯乙醛、2-甲酰基呋喃、吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2-乙酰噻唑及2-甲酰基-3-甲基噻吩化合物含量显著增加，赋予肉特殊的风味[33]。Setyabrata等[17]利用代谢组学技术揭示不同成熟方式下牛肉风味形成的机制，与湿法成熟相比，干法成熟（传统干法成熟和袋装干法成熟）样品中检测到更多的风味前体物质，如含有谷氨酸/谷氨酰胺的二肽及核苷酸衍生的代谢产物，对熟制牛肉样品独特风味的产生有重要作用，同时干法成熟降低了萜类和类固醇脂质的含量，改善了草饲牛肉的不良风味。

与湿法成熟相比，干法成熟往往赋予产品更为独特的风味。风味的形成除与脂肪氧化密切相关外，可能也与干法成熟过程中的微生物菌群变化有关，Ryu等[37]认为酵母/真菌可能对干法成熟牛肉的适口性及风味品质的形成具有重要作用。因此，成熟机制的调控应充分考虑最大限度地促进理想风味形成，同时减少不良风味的产生。

1.2.3 肉色及氧化稳定性

肉的颜色是最直观的品质评价指标，消费者往往习惯通过肉色变化评价肉的新鲜程度[38]，但肉类颜色劣变通常早于实际的微生物腐败变质。虽然颜色劣变并非意味着肉的腐败，但肉色劣变后生产商和零售商对产品进行降价处理，造成巨大的经济损失，因此，保持消费者所期望的肉色是保证生鲜肉市场价值的关键。宰后成熟在提高肉类食用品质的同时会对肉的颜色、脂质及蛋白质稳定性产生负面影响。研究表明，经长时间成熟后，采用透氧包装并在光照条件下零售时，肉的发色潜力下降，肉表面颜色劣变和氧化异味的产生速率加快[7,9,32,39]。还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinarnide adenine dinucleotide，NADH）是参与高铁肌红蛋白还原的必需物质，高铁肌红蛋白还原酶在辅因子NADH和辅酶细胞色素b5的参与下能够将高铁肌红蛋白还原为亚铁肌红蛋白。成熟时间过长会增加氧化劣变的速率和程度，消耗产生NADH所需的底物，降低高铁肌红蛋白还原酶和线粒体活性，导致线粒体功能退化。因此，成熟后透氧包装销售的肉品颜色稳定性更差[32,39-40]。

成熟处理会导致肉类氧化稳定性下降、脂肪氧化加剧[7,40]。研究证实脂肪氧化产生大量自由基，自由基争夺肌红蛋白血红素Fe2＋的电子，从而促进肌红蛋白氧化；同时，脂肪氧化产生的次级代谢产物（如醛类）能够与肌红蛋白共价结合，促进肌红蛋白的氧化[41]。干法成熟是一种有氧成熟过程，肉品在成熟过程中发生一定程度的氧化并产生氧化产物，这些氧化产物在后期烹饪过程中参与形成一系列挥发性化合物，增强肉的风味，与湿法成熟相比，干法成熟产品脂肪氧化程度更高[42-43]，这是独特“干法成熟风味”形成的重要原因之一。长时间的成熟会促进游离脂肪酸释放，这些脂肪酸与蛋白质和其他前体物质发生反应，促进肉品风味形成，然而这些游离脂肪酸也很容易被氧化，产生酸败味，造成成熟肉品再经包装销售时的货架期缩短。为此，通常采用不同包装方式以提高销售过程中肉品的颜色和氧化稳定性，如气调包装、活性包装等。此外，FreshCase——美国Bemis公司研制的特殊包装材料，由具有高阻隔率的含亚硝酸盐的薄膜制成，将其用于鲜肉的真空包装，与普通真空包装相比，可以使牛肉在无氧真空包装中呈现鲜艳的红色，其原理是通过将一定量的亚硝酸钠挤压到真空包装膜的肉类接触层，使其与肉中的酶接触，产生一氧化氮，一氧化氮与肉中的肌红蛋白结合产生鲜艳的红色。FreshCase薄膜包装的牛排在4 ℃条件下可贮藏36 d，且与普通包装材料（不含亚硝酸盐）相比能使牛排保持稳定的鲜艳红色[44]。此类包装材料可用于减缓成熟对肉色带来的负面影响。

表1汇总了不同成熟方式的成熟条件、特点及其对肉品质的主要影响。

表1 不同成熟方式的成熟条件、特点及对肉品质的主要影响Table 1 Conditions and characteristics of different aging strategies and their effects on meat quality

2 肉品成熟进程的监测

如何快速预测或监控成熟进程和肉品质的变化，最大限度地提高肉品食用特性，降低过度成熟导致的负面影响是生产高品质肉类产品必须解决的关键技术。

2.1 基于肉表面电阻及霉菌分布的干法成熟进程监测

干法成熟最主要的特点是水分流失导致产品表面皱缩，形成较干的外壳。水分是促进电流通过的重要因素之一，水分含量的减少导致电阻增加[46]。Oh等[47]提出利用测定电阻的方式监测干法成熟过程中肉表面水分含量变化，从而确定成熟进程，结果显示，肉表面的水分含量随成熟时间的延长显著降低，与电阻呈高度显著负相关（R2＝－0.72，P＜0.001）；结合成熟过程中牛肉内部品质指标发现，肉表面电阻与pH值（R2＝0.91，P＜0.001）和嫩度（R2＝0.69，P＜0.01）呈高度显著和极显著正相关，与剪切力呈高度显著负相关（R2＝－0.72，P＜0.001）。

干法成熟过程中肉表面会有多种微生物的生长，Oh等[48]利用微生物组分析和DNA测序技术鉴别干法成熟牛肉表面微生物分布，结果表明成熟28 d时牛肉中霉菌和酵母菌是主要的优势菌；并发现鉴定到的菌株（Pilaira anomalaSMFM201611和Debaryomyces hanseniiSMFM201707）具有蛋白酶和脂肪酶活性，将其接种于质量等级较低的牛肉中（荷斯坦牛，质量等级3级）再经干法成熟，结果表明这两种微生物能通过降解肌原纤维蛋白改善产品嫩度，增强脂肪分解和蛋白质水解程度，提高游离脂肪酸和游离氨基酸含量，改善牛肉口感和香气特征。Thamnidium会附着在干法成熟牛肉表面，并在牛肉脂肪部位产生类似“胡须状”状的淡灰色斑点，同时微生物酶渗透到肉中与其他酶共同作用，并最终决定肉的食用品质[14]。

从肉的外观变化预测成熟程度或成熟进程对控制肉品质具有重要意义。韩国首尔大学的Jo Cheorun团队设计开发了一种基于肉表面霉菌覆盖率和电阻的干法成熟度监测方法[49]。在充分分析霉菌覆盖率、电阻与肉各项品质指标相关性的前提下，设计搭载智能设备的软件，通过智能设备拍照并结合算法，计算肉表面霉菌覆盖率；外接电阻测定探针，连接智能设备得到电阻；通过算法（Y＝aX＋b，其中Y代表成熟度，Y＜38为未达到成熟，38＜Y＜54为适度成熟，Y＞54为成熟过度；a和b为常数，a为5.0～5.6，b为15.6～16.2）整合两个指标，最终计算得到成熟度值（图1），用以监测牛肉的干法成熟进程，确定最佳成熟状态[49]，为小型肉类加工企业和无相关干法成熟经验的工作人员提供了一种在不用测定肉品质指标前提下就能准确、便捷、高效判断成熟度的方法。

图1 基于表面霉菌及电阻判断干法成熟度的方法[49]Fig.1 Determination of dry aging degree based on meat surface electrical resistance and mold distribution[49]

2.2 基于组织渗出液的湿法成熟进程监测

湿法成熟是在不透水的真空包装袋中进行，与干法成熟的区别在于随成熟时间的延长，组织渗出液逐渐增多。这主要是由于成熟过程中内源酶导致肌原纤维、细胞膜结构和细胞内细胞骨架降解[4]；此外，真空包装过程中施加的物理压力也会导致肉中的液体被挤压释放，从而产生大量渗出物[50]。宰后成熟期间肌肉组织的代谢过程仍在继续，代谢物不断发生变化，且存在肌肉部位差异性。从肌肉组织中渗出的“天然汁液”含有水溶性肌浆蛋白、核苷酸、氨基酸、多肽和许多可溶性酶，这些都是参与宰后肌肉组织代谢的重要物质，能够在一定程度上反映肌肉组织的代谢图谱和品质特征，并可能与肉质变化密切相关[51-52]。然而，关于组织渗出液方面的研究大多是测定汁液损失量，分析其与肌肉保水性、嫩度和蛋白氧化的相关性[53-55]，针对渗出液本身组分及其与肉品质关系的研究很少。通常渗出液会直接被丢弃，只有极少数研究探索了肉类渗出液的潜在价值[40,51,56]。

近几年Isabel Cambero研究团队利用1H核磁共振对不同成熟时期的牛肉[51]、猪肉[57]及其肌肉组织渗出液的代谢物进行表征，结果表明，肌肉代谢组与渗出液代谢图谱有很强的相关性，并提出一种通过渗出液代谢图谱监测肌肉组织代谢、预测成熟时间的方法，但并未涉及肉品质变化的相关性研究。随着质谱技术的不断发展，超高效液相色谱-串联质谱（ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrum，UPLC-MS/MS）技术以其高灵敏度、高分辨率和宽动态范围，成为代谢组学研究中的关键技术手段，能够对复杂生物样品中的大规模小分子代谢物进行全面定量和定性分析[58]，在肉品研究领域得到越来越广泛的应用[59-60]。Setyabrata等[56]利用UPLC-MS/MS分析牛背最长肌和腰大肌成熟过程中（9、16、23 d）组织渗出液代谢物变化，初步筛选出与肉氧化稳定性相关的代谢物，为后期建立基于渗出液代谢物的牛肉品质预测奠定了基础。Yu Qianqian等[40]对猪肉成熟过程中（2、9、16 d）颜色稳定性、脂肪及蛋白氧化、剪切力等品质指标和渗出液的代谢组进行研究，发现不同成熟时间的渗出液代谢组存在显著差异，初步识别出多个有显著变化的特征代谢物，其中一些与ATP代谢（肌酸和次黄嘌呤）、抗氧化（氧化型谷胱甘肽和肌肽）和蛋白水解（二肽和多肽）有关，可作为预测成熟时间和肉品质变化的潜在生物标记物（图2）。

图2 利用猪肉渗出液代谢组学揭示湿法成熟对猪肉品质的影响[40]Fig.2 Metabolomic analysis of pork exudate reveals the impact of wet aging on meat quality[40]

除代谢物外，渗出液中还存在很多参与代谢的酶以及具有各种功能的蛋白质。湿法成熟过程中，随着成熟时间的延长，可溶性蛋白随渗出液从肌肉组织中排出，蛋白和代谢物随成熟的进行显著改变，最终导致渗出液逐渐混浊，澄清度下降。本团队利用无标记蛋白质组学技术对牛背最长肌湿法成熟过程中（2 ℃，3、7、14、21、28 d）组织渗出液的蛋白质组进行鉴定分析，共鉴定到1023 个蛋白，这些蛋白显著富集的代谢途径涉及糖酵解代谢、磷酸戊糖途径、丙酮酸代谢、谷胱甘肽代谢等，与成熟3 d相比，成熟时间越长渗出液的差异蛋白（差异倍数＞1.5且P＜0.05）数量越多，表明成熟时间越长，渗出液蛋白质组的变化越显著（未发表数据）（图3），后期拟采用偏最小二乘判别分析和反向传播神经网络建立基于渗出液代谢/蛋白图谱或特征代谢物/蛋白质的肉品质预测模型，并考察其在成熟进程精准监控中的应用潜力。目前基于组织渗出液代谢/蛋白图谱或特征代谢物/蛋白质的牛肉品质预测报道较少。

图3 牛背最长肌湿法成熟过程中渗出液蛋白质组的代谢通路富集分析（A）及不同成熟时间差异蛋白数量（B）Fig.3 Metabolic pathway enrichment analysis of proteins from beef meat exudate during postmortem aging (A) and number of differentially abundant proteins among different aging time in meat exudate (B)

3 结语

宰后肌肉组织存在复杂的生物化学变化，成熟方式最终决定了肉的食用品质和贮藏特性。尽管针对宰后成熟机制及其对肉品质的影响已有较多研究报道，但由于畜禽品种、饲养方式、肌纤维类型等的不同，宰后成熟进程也会存在显著差异。因此，仍需要根据不同情况探索和研究“个性化”的成熟策略，在改善肉食用品质的同时尽量减少成熟带来的负面影响。尤其是针对一些肉质较差、大理石花纹较少、分类等级较低的冷鲜肉产品，合适的宰后成熟方式是改善其品质的有效手段。但成熟时间的控制往往需要通过肉的食用品质指标决定，并没有统一的参照标准。如何根据不同成熟方式建立肉品质预测模型并应用于成熟进程的精准监控和预测是优化成熟时间的关键，也是未来需要深入研究的方向。随着质谱技术、生物大数据及生物信息学的不断发展，基于宏基因组学、蛋白质组学、代谢组学的研究平台也将为进一步揭示宰后成熟机制、成熟进程大数据监测、肉品质指标的模型预测等提供新的研究视角和更全面的技术支持。