干法成熟肉类品质形成机制研究进展

喻倩倩，刘倩倩，谷雪静，张泽阳，温荣欣，孙承锋

（烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005）

宰后成熟是改善肉类食用品质的有效手段。目前国内外实际应用最广泛的肉类宰后成熟方式为湿法成熟，通常将宰后四分体或分割后的不同部位肌肉真空包装，在冷藏条件下成熟一段时间，以达到理想的食用品质。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]。但湿法成熟的产品容易出现酸味、金属味及血腥味[2-3]。近些年，干法成熟产品以其独特的风味逐渐占领肉类市场，尤其是在美国、澳大利亚、韩国和日本等国家。美国干法成熟产品的市场规模在2015年就达到104亿美元，在澳大利亚，由于干法成熟的羊肉产品比湿法成熟溢价近20%～30%，预计将为羊肉行业带来近350万美元的增值[4]。而在我国，干法成熟的实际应用很少，市场、超市中还鲜有干法成熟的肉类产品，仅有少数高档餐厅提供干法成熟牛肉的定制服务，但随着国内消费者对高品质肉类需求量的不断增长，干法成熟肉类产品的市场潜力无限。

干法成熟是将宰后胴体、二分体、四分体或不同部位分割肉块置于特定的温度（0～4 ℃）、相对湿度（61%～85%）和空气流速（0.5～2.0 m/s）环境中一段时间（28～55 d，甚至更长）的有氧成熟方式[5-6]。随着研究深入，透气膜材料包装的袋装干法成熟、结合紫外线处理的干法成熟及分步式干-湿法成熟等方式相继出现。由于干法成熟产品暴露在有氧环境，成熟过程中水分损失较多，产品表面皱缩产生坚硬的“外壳”，后期需要将“外壳”去除，导致严重的质量损失[5,7]。但相对于湿法成熟而言，干法成熟能显著改善肉类风味，使产品具有独特的烤肉味、烤坚果味、黄油味等风味特征[8-10]。虽然干法成熟牛肉产品价格通常是湿法成熟牛肉的近2 倍[4]，但其因独特的风味优势拥有巨大的市场前景。

因此，本文综述干法成熟的关键技术参数，探讨干法成熟改善肉类品质尤其是在提高肉类风味方面的潜在作用途径和机制，并对干法成熟的应用和未来发展进行展望。

1 干法成熟关键技术参数

与湿法成熟相比，传统的干法成熟是将未经任何包装的肉类暴露于特定环境中成熟一段时间，成熟过程中环境温度、相对湿度、空气流速及成熟时间显著影响产品的成熟进程，决定了产品的嫩度、风味等食用品质。

1.1 成熟温度

成熟过程中如果温度过低会抑制肌肉组织中与宰后成熟相关的代谢酶活性，但提高温度同时也会促进部分微生物生长，导致肉类产生异味和腐败变质[11]。澳洲肉类及畜牧业协会推荐的成熟温度范围为－0.5～3.0 ℃[4]，美国肉类出口联合会（United States Meat Export Federation，USMEF）推荐的及多数文献报道的成熟温度范围为0～4 ℃[12]（表1）。Bernardo等[13]研究表明，7 ℃下干法成熟牛肉样品（36 月龄的巴西内洛尔公牛带骨背最长肌）相对于2 ℃条件下具有更大的质量损失及更高含量的菌落总数，尤其是肠杆菌、酵母菌和霉菌。但干法成熟牛肉中李斯特菌ATCC33090计数随着成熟时间的延长和成熟温度（2～8 ℃）的升高而下降[14]。Ferreira等[15]分析了不同成熟温度（2 ℃和7 ℃）及时间（21 d和42 d）对干、湿法成熟牛肉理化品质的影响，发现成熟温度越高、时间越长，产品得率越低，但成熟温度、时间及不同成熟方式对牛肉剪切力的影响没有显著差异；湿法成熟条件下，成熟时间越长，牛肉水分活度越高，而干法成熟则呈相反趋势；干法成熟42 d的牛肉样品其水分活度和水分含量均低于湿法成熟。

表1 干法成熟相关研究及其对肉品质的重要影响Table 1 Recent studies on dry-aging and its important effects on meat quality

1.2 相对湿度

环境的相对湿度也是干法成熟的重要参数之一。相对湿度过高促进微生物生长，尤其是霉菌，导致肉类因微生物污染产生异味；但相对湿度过低会导致较快的水分散失及较严重的皱缩，影响产品的多汁性和产品得率[1,11,16]。澳洲肉类及畜牧业协会推荐的干法成熟相对湿度为75%～85%[4]，USMEF推荐的相对湿度为80%～85%[12]。但研究发现，不同相对湿度（50%、70%和85%）条件对干法成熟42 d牛肉样品在模拟销售期间颜色和脂肪氧化稳定性的影响并没有显著差异[17]。

1.3 空气流速

干法成熟过程中保持成熟环境适当的空气流速对产品的水分散失至关重要。空气流速过慢，产品将无法释放部分水分实现干法成熟，但空气流速过快，产品会很快变干，从而导致过高的质量损失[18]。此外，研究表明空气流速可以影响或者改变产品表面的微生物组成，导致干法成熟牛肉的物理化学特征及风味化合物的显著变化[19]。澳洲肉类及畜牧业协会推荐的空气流速为0.2～0.5 m/s[4]，USMEF推荐的空气流速为0.5～2.0 m/s[12]。但现有的研究结果显示，提高环境的空气流速并不会对袋装干法成熟（采用透气膜材料的包装袋，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）牛肉的品质和感官可接受度[20]、氧化稳定性[21]及代谢物指纹图谱[22]产生显著影响。

1.4 成熟时间

目前，对于牛肉的干法成熟时间没有统一的标准。USMEF推荐的干法成熟时间不少于14 d[12]，现有大部分研究采用的成熟时间为14～56 d（表1）。成熟时间的延长有利于风味物质的积累[23-24]，但过长的成熟时间会显著降低产品得率[5]，同时增加脂肪氧化程度[25-26]、微生物含量[26]和生产成本。有研究表明，将干法成熟时间限制在35～40 d可以在降低生产成本的同时保持产品较好的食用品质[25-27]，但也有相关研究表明想要获得浓郁的风味，干法成熟时间应控制在50～80 d[16]。更有一些国外餐厅通过延长干法成熟时间（35、42、56、75、90、120、140 d）寻求新风味，有的甚至长达8 个月[28]。除牛肉外，也有针对羊肉[29-31]、猪肉[32-33]样品进行干法成熟的相关研究，成熟时间多在14～28 d不等。

2 干法成熟对肉类食用品质影响的机制

肉类食用品质主要体现在产品风味、嫩度、保水性、颜色及氧化稳定性等方面。宰后成熟对肉类食用品质的影响已有广泛研究，多集中于湿法成熟。与湿法成熟不同，干法成熟涉及多个过程参数的选择及优化，对肉类食用品质的确切作用机制仍需深入探索。

2.1 风味

宰后成熟过程中，肌肉组织代谢和内源酶的作用导致风味及风味前体物质释放，如氨基酸、多肽、核苷酸、游离脂肪酸、还原糖以及脂肪氧化产物和其他挥发性风味物质，使肉的风味显著改善[1,8,24]。湿法成熟会使牛肉产生酸味、金属味及血腥味[18]，而干法成熟能显著改善牛肉的风味特征，使产品形成浓郁的“干法成熟风味”[1,10]，具有独特的牛肉味、烤坚果香气、烤肉香气、黄油味等[1,5,27,36]。Kim等[23]分析干法成熟和湿法成熟方式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均随成熟时间的延长而显著增加；干法成熟牛肉中谷氨酸和天冬氨酸（呈鲜味氨基酸）含量显著高于湿法成熟产品；电子舌检测结果表明，干法成熟牛肉酸味较低，但苦味、涩味、鲜味和咸味较湿法成熟牛肉高。Setyabrata等[10]利用代谢组学技术揭示了不同成熟方式下牛肉风味的差异，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物，这对烹饪后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组的含量，减少了草饲牛肉的不良风味。成熟过程不仅使肉的滋味化合物增加，还会促进气味活性化合物的产生。Lee等[36]比较了不同成熟方式对牛肉成熟28 d过程中挥发性风味化合物的影响，结果显示随着成熟时间的延长，干法成熟牛肉的挥发性物质含量显著高于同期湿法成熟牛肉，不同成熟方式导致产生的主要差异挥发性香气物质为丙醛、2-甲基丁醛、2-甲基丙醛、1-丁胺、三甲胺、2-甲基丙硫醇和丙酸乙酯等。Li Zhenzhao等[27]研究发现，在干法成熟（35 d和56 d）牛肉中，3-羟基-2-丁酮、2-乙酰-2-噻唑啉和各种烷基-吡嗪的含量均显著高于湿法成熟组。国内关于牛肉干法成熟特征风味形成的相关研究才刚起步，刘梦等[47]利用电子鼻和气相色谱-嗅闻-质谱联用技术研究了牛肉成熟28 d过程中挥发性风味物质的变化规律，发现随着成熟时间的延长挥发性风味物质含量显著增加，且在不同成熟阶段均有特征的挥发性物质，成熟过程中牛肉整体风味从以果香味为主转变为以脂肪味为主。

现有的研究表明，除与湿法成熟共有的内源酶作用外，针对干法成熟肉类产品，其独特风味形成的原因主要归因于以下4 个方面（图1）：首先，干法成熟水分散失产生了“风味浓缩效应”[48]；其次，干法成熟是一种有氧成熟过程，涉及一定程度的脂肪或蛋白质氧化并产生氧化产物，其参与到后期的烹饪过程中，产生一系列挥发性风味物质，增强肉的香气。与湿法成熟相比，干法成熟产品的脂肪氧化程度更高[41]，长时间的成熟会促进游离脂肪酸释放，这些脂肪酸在与蛋白质和其他前体物质发生反应后，可以促进成熟肉风味形成[36]；然而，这些游离脂肪酸也很容易被氧化，产生酸败味，造成肉成熟后再经包装销售时货架期缩短。此外，干法成熟过程中肉表面微生物也对风味形成具有贡献[36,38,49]，Ryu等[49]认为酵母/霉菌可能对干法成熟牛肉的适口性及风味品质的形成发挥重要作用。

图1 干法成熟肉类独特风味形成的主要途径Fig.1 Major factors contributing to the unique flavor development of dry-aged meat

尽管已有关于干法成熟肉类产品的风味相关研究，但大多仅是对风味物质的检测和鉴定。对于干法成熟产品关键/特征风味物质的确定及关键风味物质之间的交互作用鲜有报道。通常，决定样品特征风味的往往是气味活度值较大的关键化合物，且需结合香气化合物稀释分析和气相色谱-嗅闻-质谱联用等手段确定关键风味物质。同时，各香气化合物相互混合时，香气分子间会因物理、化学等作用发生相应反应，进而使样品整体风味发生微妙变化。最终风味的形成与其所含的风味前体物质或滋味活性成分密不可分，关键风味化合物的具体形成途径仍有待深入探究。

2.2 嫩度及保水性

通常嫩度和保水性会影响产品咀嚼时的口感和多汁性。宰后成熟是提高肉类嫩度的关键策略。成熟过程中嫩度的提高通常是由内源性蛋白酶作用降解肌原纤维蛋白和细胞骨架蛋白所致，涉及Calpain系统、组织蛋白酶、凋亡介导的Caspase系统和蛋白酶体等[50-53]。通常而言，产品嫩度随着成熟时间的延长显著提高[8]。Berger等[54]研究发现湿法成熟、传统干法成熟和袋装干法成熟对牛肉剪切力的影响没有显著差异，但感官评价中干法成熟产品的嫩度和多汁性得分显著高于湿法成熟组，这可能是多汁性和风味等其他口感特征的改善产生了协同效应，从而提高了消费者对嫩度的评价。Kim等[9]研究发现干法成熟温度（1 ℃或3 ℃）和环境风速（0.2 m/s或0.5 m/s）的不同组合处理并不会对成熟后牛肉剪切力产生显著不同的影响。但也有相关研究表明，干法成熟猪肉样品在成熟21 d时剪切力显著低于湿法成熟处理组，且十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱显示干法成熟处理产品的蛋白降解程度更高[55]。传统干法成熟和袋装干法成熟同样都能引起酶促蛋白降解过程，然而在相同的成熟时间内，与传统干法成熟的猪肉样品相比，袋装干法成熟样品的蛋白质降解更严重，表现为袋装干法成熟处理的猪肉非蛋白氮和α-氨基的含量显著高于传统干法成熟组[33]。干法成熟过程中肉类嫩度的改善除涉及各种复杂的内源酶系统外，特定的酵母和霉菌也可能在嫩度变化中发挥一定作用[18]，但目前干法成熟涉及的复杂嫩度改善机制及其与湿法成熟间的差异仍未明确。

保水性是指肉类在绞碎、切片和压力处理以及在贮藏、运输、加工、烹饪和咀嚼等过程中保留水分的能力[56]。肌原纤维占肌细胞体积的82%～87%，肌肉细胞中85%的水分都储存在肌原纤维结构中，包括肌纤维内和肌纤维外间隙[57]。动物宰后及成熟过程中pH值、离子强度、蛋白氧化、蛋白水解等变化与肌原纤维蛋白及肌肉细胞保持/吸收水分的能力密切相关[57]。成熟过程中内源酶水解导致肌原纤维蛋白和细胞骨架蛋白降解成更小的片段，致使水分及碎片化的蛋白更容易从肌肉组织结构中流失[58]，表现为随成熟时间延长汁液损失和蒸煮损失逐渐增多。传统或袋装干法成熟由于水分散失导致产品表面皱缩，出现天然的“外壳”，质量（水分）损失随成熟时间延长不断增加且显著高于湿法成熟处理[13,32]，导致干法成熟产品水分含量[41]和水分活度[15]较低，与湿法成熟相比表现为滴水损失[32]或蒸煮损失[59]显著较低。但也有研究发现干法成熟（传统干法成熟或袋装干法）和湿法成熟对牛肉产品的滴水损失、蒸煮损失的影响没有显著差异[9]。目前保水性的研究多数仅停留在对基础指标的测定，尚缺乏干法成熟过程中水分迁移、水分动力学或干燥动力学的相关探索和机制研究。

2.3 颜色及脂肪氧化

消费者常将肉的颜色与其新鲜度联系，因此肉类颜色是影响消费者购买意愿的重要因素之一。对生鲜肉，保持消费者所期望的肉色是保证其市场价值的关键所在[60]。但肉类宰后较长时间的成熟过程往往会对颜色及氧化稳定性产生负面影响，导致后期销售过程中更严重的肉色劣变及脂肪和蛋白氧化[18,61]。与湿法成熟相比，经干法成熟的牛肉颜色较深、较暗，表现为L*、a*值或色彩浓度（Chroma）更低[9,17]。人眼对颜色的辨别受到光反射的影响。干法成熟导致肉类含水量较低，肉类表面水分较少，更多的光被吸收而呈现暗红色[9]。同时，干法成熟过程中水分随着成熟过程流失，可能会致使肌原纤维收缩，增加了吸收光线的空间，从而降低了肉表面的光散射能力，导致颜色变暗[17]。此外，与湿法成熟相比，干法成熟牛肉在陈列销售过程中也表现出更严重的颜色劣变，但不同相对湿度（50%、70%和85%）的干法成熟处理组间并无显著差异[17]。

研究证实脂肪氧化和肌红蛋白氧化之间往往相互促进[62-63]。一方面脂肪氧化产生了大量的自由基，可以争夺肌红蛋白血红素Fe2+的电子，从而促进肌红蛋白的氧化，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[64]；另一方面，氧合肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白（metmyoglobin，MetMb）过程中会产生活性中间体[63]，特别是超氧阴离子[65]，能迅速分解为过氧化氢，与MetMb反应形成活化的MetMb复合物，促进脂质氧化[66]。与湿法成熟相比，干法成熟产品的脂肪氧化程度更高[17,32]，其主要原因是干法成熟是有氧成熟过程。适度的脂肪氧化是干法成熟形成特殊风味的关键[67]，但相关研究表明，肉类的TBARS值为2 mg/kg时是消费者可接受的脂肪氧化极限值，TBARS值大于2 mg/kg时，产品就会有明显的腐臭味[68]。Ribeiro等[17]研究发现干法成熟42 d的牛排在模拟销售第4天其TBARS值超过2 mg/kg，但不同的环境相对湿度对干法成熟产品脂肪氧化的影响并没有明显差异。干法成熟在通过氧化作用产生独特风味的同时，如何控制成熟后产品在销售阶段的进一步氧化也是亟需解决的问题。

针对牛肉，不同国家有各自的等级划分标准，其中大理石花纹等级是等级划分的重要依据之一。大理石花纹等级较低的牛肉往往嫩度、多汁性及风味较差。Berger等[54]研究发现，与湿法成熟相比干法成熟能显著改善低大理石花纹等级草饲牛肉（100%草饲母牛背最长肌，根据美国农业部分级标准为精选级）的风味和嫩度。Lee等[69]研究表明，与未成熟组相比干法成熟28 d能显著提高低大理石花纹等级牛肉（48 月龄韩牛，在韩国牛肉质量等级划分中大理石花纹等级2级）的嫩度及总游离氨基酸含量。虽然现有的相关研究仍然较少，但干法成熟可作为有效提高低大理石花纹等级牛肉经济和食用价值的潜在策略。

3 干法成熟肉类微生物安全性

传统干法成熟是将肉暴露于空气中，如没有额外杀菌处理，即使在低温环境产品也会存在微生物安全风险。由于干法成熟过程中肉表面形成“外壳”，其水分活度较低，能够抑制部分细菌生长，但对霉菌和酵母生长有促进作用。在干法成熟肉的表面发现了枝霉属（Thamnidium）、青霉菌属（Penicillium）、根霉属（Rhizopus）和毛霉属（Mucor）。这些霉菌可以释放蛋白水解酶并渗透到肉中，在牛肉的嫩度改善中发挥作用[11]，同时霉菌的存在对干法成熟产品特殊香气的形成有一定贡献[38]。Oh等[70]研究发现在干法成熟28 d牛肉中主要优势菌为霉菌和酵母菌。将分离鉴定到的菌株（Pilaira anomalaSMFM201611和Debaryomyces hanseniiSMFM201707）回接至牛肉中再进行干法成熟，结果表明，这两种微生物能通过蛋白水解改善产品嫩度，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。由于目前针对商业的干法成熟产品并没有微生物相关标准，各国家或地区的干法成熟产品受屠宰、分割、成熟条件及成熟环境的影响，微生物含量和种类差异显著。Gowda等[43]分析比利时商业肉类公司干法成熟牛肉的微生物组成和安全性，发现大部分干法成熟牛肉肌肉组织和脂肪组织中总嗜冷需氧菌、假单胞菌、嗜冷乳酸菌和酵母菌数量较高，鲜切干法成熟牛肉切面的微生物含量一般低于产品外部表面，但一些牛肉内部同时存在嗜冷好氧和厌氧菌，同时干法成熟牛肉内部的水分活度较高，可能导致成熟后销售过程中潜在嗜冷致病菌的生长。此外，动物在屠宰时其肠道或皮毛上可能携带食源性致病菌，如沙门氏菌、产志贺毒素的大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌等，在去皮和剔骨过程中有可能转移到胴体上[45,71]。针对此类食源性致病菌可能产生的潜在食品安全风险，van Damme等[45]将以上致病菌接种于牛肉表面，分析其在不同干法成熟条件下的生长情况，研究发现沙门氏菌和大肠杆菌O157:H7数量在干法成熟过程中减少，成熟42 d后，两种致病菌数量至少减少3 个对数值，但单核细胞增生李斯特菌数量随成熟时间的延长没有明显减少，即使在较低的成熟温度下也可能会生长。通常，干法成熟后的产品在进一步销售和烹饪前需要切除“外壳”，产品内部的微生物含量少于表面，微生物所带来的潜在风险也进一步降低。此外，采用透气的干法成熟袋或成熟过程中采用间歇紫外照射也均作为减少微生物的有效措施[32,72]。

4 结语

相较于湿法成熟，干法成熟虽然在嫩度、颜色及氧化稳定性方面没有显著优势，但却使肉类风味和香气得到极大改善，使产品能保持高度浓缩的“干法成熟风味”。尤其是针对一些大理石花纹等级较低的牛肉，干法成熟可作为提高其食用品质和经济价值的有效方式。国内对于干法成熟相关的研究鲜有报道，但随着国内消费者对高品质肉类需求量的不断增长，干法成熟的肉类产品市场有巨大发展空间。成熟温度、相对湿度、环境风速及成熟时间是干法成熟的关键技术参数，决定成熟后产品的食用品质，但目前各国家或企业并没有统一的标准。因此，需要结合国内实际情况，优化干法成熟关键参数。同时，进一步明确成熟过程中嫩度改善及独特风味形成的作用机制；探索通过物理手段促进蛋白及脂肪水解，改善嫩度的同时缩短成熟时间；探索通过接种微生物的方式调控风味形成，实现干法成熟的“定制化”策略。干法成熟过程中的水分散失导致严重的质量和修整损失，使得产品得率较低。因此，为提高干法成熟产品市场竞争力，仍需进一步明确成熟过程中水分迁移规律，减少质量损失，为生产更加适应市场需求的干法成熟产品提供理论和技术支持。