不同橫截面及長度對牛肉干干燥及其品質(zhì)的影響

劉茜， 黃現(xiàn)青， 馬相杰， 孟少華， 宋蓮軍， 趙秋艷， 曹帥， 趙改名， 張平安， 喬明武， 何人可

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南省食品加工與流通安全控制工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002; 2.河南雙匯投資發(fā)展股份有限公司，河南 漯河 462000)

牛肉脂肪含量低，蛋白質(zhì)含量高，富含人體所需的多種營養(yǎng)成分，包括維生素、氨基酸、礦物質(zhì)和微量元素等，有助于提高人體免疫力[1]。牛肉產(chǎn)品種類繁多，牛肉干作為牛肉休閑食品中重要組成部分，具有含水量低、體積小和運(yùn)輸儲藏方便等特點[2]。目前，關(guān)于牛肉干的研究主要集中在制作工藝、干燥方式和烘干溫度等方面。相玉秀等[3]將紅酒加入牛肉干制作過程中，采用正交試驗開發(fā)出口味獨特的紅酒牛肉干。高倩倩[4]則在牛肉干制作過程中加入番茄，研制出具有較高營養(yǎng)價值和新鮮口感的番茄牛肉干。代曉冬等[5]考察了4種干燥方式對小麥拉絲蛋白素牛肉干品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)真空油炸制備的產(chǎn)品最接近傳統(tǒng)牛肉干的風(fēng)味和口感。姜秀麗等[6]研究了烘干溫度與牛肉干品質(zhì)及水分分布的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)牛肉干品質(zhì)的變化與牛肉中水分遷移有直接關(guān)系。食品規(guī)格會直接影響食品品質(zhì)乃至銷量。以牛排為例，KERTH等[7]發(fā)現(xiàn)牛排厚度是影響牛排揮發(fā)性香氣化學(xué)產(chǎn)生的因素之一；LEICK等[8]認(rèn)為牛排厚度在一定程度上干預(yù)了消費者的選擇傾向；BERTO等[9]探討了不同厚度和質(zhì)量等級對牛排風(fēng)味和嫩度特性的影響。然而對于牛肉干而言，目前市場上牛肉干規(guī)格較為單一，限制了消費者的選擇范圍，同時關(guān)于規(guī)格對牛肉干品質(zhì)影響的相關(guān)研究較少，不利于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的推廣與發(fā)展。本研究以水分含量、水分活度、水分分布以及質(zhì)構(gòu)特性為評價指標(biāo)，分析不同橫截面和不同長度對牛肉干干燥過程及產(chǎn)品品質(zhì)的影響，進(jìn)一步探究牛肉干規(guī)格在牛肉干制備過程中的作用，從而為牛肉干產(chǎn)品的開發(fā)以及牛肉制品的加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料 冷鮮牛里脊肉由河南雙匯投資發(fā)展股份有限公司提供。

1.1.2 儀器設(shè)備 TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀(英國SNS公司)；HygroLab四通道臺式水分活度儀(北京羅杰卓越科技有限公司)； DHG-9070A熱風(fēng)干燥箱(上海捷呈實驗儀器有限公司)；MicroMR核磁共振交聯(lián)密度儀(上海紐邁電子科技有限公司)；電子探針溫度針(廣州市銘睿電子科技有限公司)；FA2204B電子天平(上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)；CR-5色差儀(柯尼卡美能達(dá)中國投資有限責(zé)任有限公司)；HH-501數(shù)顯超級恒溫水浴(河南智成科技發(fā)展有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 原材料的處理 將牛里脊肉去除表面的肥膘、筋腱和肌膜，在-18 ℃冰箱中冷凍8 h。將冷凍的牛肉切塊，規(guī)格如表1所示。添加食鹽進(jìn)行腌制，食鹽的添加量為牛肉質(zhì)量的1.5%，然后將牛肉放入4 ℃的冰箱18 h。將腌制好的樣品放入100 ℃的沸水中，并用探針溫度計測量樣品的中心溫度，當(dāng)溫度達(dá)到71 ℃時取出，之后在70 ℃熱風(fēng)干燥箱中干燥6 h。干燥結(jié)束后，將樣品自然冷卻至25 ℃用吸油紙將表面油吸干，裝入自封袋中，放在干燥器中待測。

表1 不同橫截面及長度的牛肉切塊規(guī)格

1.2.2 水分含量的測定 根據(jù)《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》(GB5009.3—2016)，采用直接干燥法測定水分含量[10]。

1.2.3 水分活度的測定 取2 g切碎的被測樣品放入水分活度儀測量艙中進(jìn)行水分活度的測量。

1.2.4 色澤的測定 選用Lab色彩模型，通過色差儀測定牛肉干表面的L*外側(cè)、a*外側(cè)、b*外側(cè)和牛肉干橫截面的L*內(nèi)側(cè)、a*內(nèi)側(cè)、b*內(nèi)側(cè)[11]。其中，L*反映亮度，a*值反映紅綠度，b*值反映黃藍(lán)度。色差儀參數(shù)為光源D65/15 °，光斑直徑3 mm，自動測定次數(shù)3次，手動測定1次。

1.2.5 水分分布的測定 參考孫紅霞等[12]方法，通過檢測T2弛豫譜測定水分分布。T2弛豫譜檢測采用Carr-Meiboom-Gill脈沖序列。參數(shù)設(shè)置：采樣點數(shù)166 666，共振頻率20 MHz，采樣頻率333.333 kHz，采樣間隔時間2 500 ms，回波個數(shù)為2 500，回波時間為0.1 ms，90°脈沖寬度為4 μs，180 °脈沖寬度為8 μs，累計次數(shù)64。

1.2.6 質(zhì)構(gòu)參數(shù)的測定 參考謝小雷等[13]的方法，將干燥后的牛肉干沿著垂直肌纖維的方向切成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm 大小的樣品，在質(zhì)構(gòu)儀中以“二次壓縮”模式進(jìn)行測定硬度、彈性、凝聚性、膠著性、咀嚼性和回復(fù)性等6個指標(biāo)。參數(shù)設(shè)置：測前速率2 mm·s-1，測中速率2 mm·s-1，測后速率10 mm·s-1，壓縮比40%，感應(yīng)力5 g，2次測定時間間隔為5 s。

1.2.7 剪切力的測定 參考謝小雷等[13]的方法，將干燥后的牛肉干樣品沿肌原纖維方向修整成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的形狀，力臂50 kg，測前速度5 mm·s-1，進(jìn)到速度10 mm·s-1，進(jìn)到距離30 mm，剪切力以N表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗重復(fù)3 次，使用SPSS23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用Duncan方差分析進(jìn)行多重比較，使用Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同橫截面及長度對牛肉干水分含量和水分活度的影響

不同橫截面及長度的牛肉干中水分含量和水分活度變化如圖1和圖2所示。當(dāng)橫截面相同，隨著長度的增大，牛肉干水分含量也在逐漸增大；長度為9 cm時，隨著橫截面的增大，水分含量分別為32.68%、40.17%、44.42%和49.10%，且具有顯著性差異(P<0.05)。當(dāng)橫截面相同，隨著長度的增大，牛肉干水分活度也在逐漸增大；長度為9 cm時，隨著橫截面的增大，水分活度分別為0.76、0.81、0.86和0.92，且具有顯著性差異(P<0.05)。

注：同組不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)。下同。

圖2 不同橫截面及長度對牛肉干水分活度的影響

2.2 不同橫截面及長度對牛肉干水分分布的影響

不同橫截面及長度的牛肉干弛豫時間T2圖譜如圖3所示。水分分布圖中橫坐標(biāo)表示弛豫時間T2，縱坐標(biāo)表示各弛豫時間下的信號強(qiáng)度，各峰積分面積表示所在弛豫時間段的信號幅度，根據(jù)各積分面積可以得到不同狀態(tài)的水分含量及遷移程度[14-15]。隨著橫截面的增大，在牛肉干的T2弛豫時間圖譜中，弛豫峰數(shù)量發(fā)生變化。當(dāng)牛肉干規(guī)格為橫截面2.0 cm×2.0 cm、長度9 cm，以及橫截面2.5 cm×2.5 cm、長度1、3、6、9 cm時，弛豫峰數(shù)量為4個，其中在0～10 ms內(nèi)弛豫峰數(shù)量為2個；其他規(guī)格下牛肉干弛豫峰數(shù)量為3個，其中在0～10 ms內(nèi)弛豫峰數(shù)量為1個。

注：A為橫截面1.0 cm×1.0 cm；B為橫截面1.5 cm×1.5 cm；C為橫截面2.0 cm×2.0 cm；D為橫截面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.

圖3 不同橫截面及長度積牛肉干水分分布

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

2.3 不同橫截面及長度對牛肉干色澤的影響

不同橫截面及長度對牛肉色澤的影響見表2。在肉干制品中，色澤不僅能在一定程度上反映品質(zhì)信息，還會影響銷量。當(dāng)橫截面為1.0 cm×1.0 cm和1.5 cm×1.5 cm時，隨著長度的增大，牛肉干外側(cè)L*值呈現(xiàn)減小趨勢；內(nèi)側(cè)a*值和b*值逐漸增大。當(dāng)橫截面為2.0 cm×2.0 cm和2.5 cm×2.5 cm時，隨著長度的增大，內(nèi)側(cè)L*值先增大后減小，且橫截面2.5 cm×2.5 cm的內(nèi)側(cè)L*值高于橫截面2.0 cm×2.0 cm；b*值隨長度增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且內(nèi)側(cè)b*值最大為14.23，顯著高于外側(cè)b*值最大值9.32(P<0.05)。當(dāng)長度相同時，外側(cè)L*值、a*值隨橫截面的增大而減小，內(nèi)側(cè)L*值卻逐漸增大，最大值為61.67；外側(cè)a*值先減小后增大，最大值為5.68。當(dāng)橫截面2.5 cm×2.5 cm時，牛肉干L*值、a*值、b*值較高，色澤較好。

2.4 不同橫截面及長度對牛肉干質(zhì)構(gòu)的影響

不同橫截面及長度對牛肉干質(zhì)構(gòu)特性的影響見表3。硬度、彈性、凝聚性、膠著性、咀嚼性和回復(fù)性是評價肉制品質(zhì)構(gòu)特征主要指標(biāo)，也是評價肉制品品質(zhì)的重要因素，數(shù)值越大，表明質(zhì)構(gòu)特性與品質(zhì)越好[16]。當(dāng)橫截面相同時，隨著長度的增大，硬度、彈性、膠著性和回復(fù)性逐漸減小，而凝聚性總體呈現(xiàn)著增大的趨勢。長度相同時，隨著橫截面的增大，硬度逐漸減??；彈性在長度為1 cm時逐漸增大，在長度為3、6和9 cm時逐漸減小，這可能與樣品的肌纖維方向存在一定的關(guān)系。凝聚性隨橫截面的增大而逐漸增大，最大值為0.82；膠著性和咀嚼性沒有明顯的變化趨勢；回復(fù)性隨著橫截面的增大而先減小后增大，最大值為0.47。

表2 不同橫截面及長度對牛肉干色澤的影響Table 2 Effect of different cross section and length on color of beef jerky

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同列均值不同字母表示存在顯著性差異(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 不同橫截面及長度對牛肉干質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effects of different cross section and length on the texture characteristics of beef jerky

2.5 不同橫截面及長度對牛肉干剪切力的影響

不同橫截面及長度對牛肉干剪切力的影響見表4。剪切力是評價肉類品質(zhì)的重要指標(biāo)，反映了產(chǎn)品的嫩度[17]。當(dāng)橫截面相同時，隨著長度的增大，牛肉干剪切力值逐漸減小；當(dāng)長度相同時，牛肉干剪切力呈現(xiàn)隨橫截面增大而減小趨勢。當(dāng)橫截面1.0 cm×1.0 cm、長度1 cm時，牛肉干的剪切力達(dá)到最大值，為24 455.17 N。

表4 不同橫截面及長度對牛肉干剪切力的影響Table 4 Effect of different cross section and length on shearing force of beef jerky

3 結(jié)論與討論

切片厚度等參數(shù)會影響牛肉干物理性質(zhì)和微生物質(zhì)量，因此本研究進(jìn)一步探討牛肉干的規(guī)格與其干燥特性及其食用特性之間的關(guān)系。李丙子等[18]研究表明，水分含量和水分活度是用來評價肉制品很重要的因素，也是影響產(chǎn)品貨架期的重要因素。在本研究中，牛肉干規(guī)格最小時，其水分含量和水分活度最小，分別為17.73%和0.71，推測是因為在干燥過程中，規(guī)格小的樣品肌纖維結(jié)構(gòu)容易喪失其完整性，肌纖維束收縮，空隙變大，肌束膜被破壞，對水的束縛能力減弱，從而使水分大量流失[19]。

在水分分布圖中，弛豫時間T2分為3部分。當(dāng)T2<10 ms表示結(jié)合水(T21)，與牛肉干大分子表面結(jié)合的水分子；當(dāng)10 ms100 ms表示自由水(T23)，是肌原纖維束外的水分子[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，在弛豫時間T2分布圖中，隨著橫截面增大，弛豫峰的個數(shù)有所變化。當(dāng)牛肉干規(guī)格為橫截面2.0 cm×2.0 cm、長度9 cm，以及橫截面2.5 cm×2.5 cm、長度1、3、6、9 cm時，弛豫峰數(shù)量為4個，其中在0～10 ms內(nèi)弛豫峰數(shù)量為2個，而其他規(guī)格下牛肉干弛豫峰數(shù)量為3個，其中在0～10 ms內(nèi)弛豫峰數(shù)量為1個。弛豫峰的個數(shù)表示了牛肉干中水分的狀態(tài)，而水分的結(jié)合方式的不同導(dǎo)致了峰頂點弛豫時間的差異[20]。本研究結(jié)果表明，隨著牛肉干規(guī)格的增大，最緊密的化合水和處于非水組分親水性基團(tuán)周圍的鄰近水及多層水?dāng)?shù)量增多，這是根據(jù)結(jié)合水中水分子與牛肉中非水組分結(jié)合的牢固程度進(jìn)行劃分的。同時，牛肉干的水分分布與水分含量和水分活度的變化趨勢相吻合。

肌紅蛋白是決定牛肉顏色的主要因素，但在加工過程中包括去氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和變性肌紅蛋白等蛋白質(zhì)也會對顏色產(chǎn)生影響[21]。在烘干過程中，牛肉干的顏色由棗紅色變?yōu)榧t褐色再變?yōu)楹诤稚@是由于肌紅蛋白通過氧合、氧化和還原反應(yīng)被降解，并最終影響牛肉干的色澤[22]。目前研究中通常選用Lab色彩模型來表示產(chǎn)品的色澤。本研究中，當(dāng)長度相同時，外側(cè)L*值、內(nèi)側(cè)a*值隨橫截面的增大而減小，內(nèi)側(cè)L*值卻逐漸增大，最大值為61.67，而外側(cè)a*值先減小后增大，最高達(dá)到5.68，比最小值高了20倍，這表明牛肉干的色澤受橫截面和長度的影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)牛肉干橫截面相同時，隨著長度的增大，硬度、彈性、膠著性和回復(fù)性均逐漸減小，這與牛肉干的水分含量和水分活度的變化趨勢正好相反。LIU等[23]研究表明水分含量是影響質(zhì)構(gòu)的因素。咀嚼性是硬度、彈性及凝聚性的綜合表現(xiàn)，反映了牛肉干從可咀嚼狀態(tài)到可吞咽狀態(tài)所需的能量，在一定范圍內(nèi)，其值越大說明肉干口感方面對應(yīng)的“咬感”就越好。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著長度的增大，牛肉干的咀嚼值減小，在開發(fā)牛肉干制品時需要綜合考慮規(guī)格大小對品質(zhì)的影響。此外，本研究中牛肉干的剪切力范圍為6 676.32～24 455.17 N。當(dāng)橫截面相同時，隨著長度的增大，其剪切力值逐漸減小，橫截面1 cm×1 cm的剪切力明顯大于其他橫截面。研究表明，在一定范圍內(nèi)，剪切力越小其肉制品的嫩度越好，而大規(guī)格的牛肉干剪切力較小是因為在干燥過程中牛肉干接觸空氣面積增大，導(dǎo)致牛肉干體積收縮和表面硬化速度變慢[24]。