不同工藝制備的干牦牛肉的理化特征分析

辜雪冬, 趙娟紅, 孫術(shù)國(guó),,馬美湖, 楊林, 羅章*

1(西藏農(nóng)牧學(xué)院 食品科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝，860000) 2(中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410004) 3(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，湖北 武漢，430070)

牦牛(bosgrunniens)主要分布在青海-西藏高原地區(qū)，富含蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)，脂肪含量低，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，肉質(zhì)鮮美[1-2]。但在目前的生產(chǎn)過(guò)程中，牦牛肉沒(méi)有經(jīng)過(guò)成熟便直接銷售，嚴(yán)重影響了牦牛肉的品質(zhì)[3]。而且由于西藏遠(yuǎn)離內(nèi)陸，保鮮和運(yùn)輸是限制西藏牦牛肉為內(nèi)地消費(fèi)者消費(fèi)的主要因素。在西藏，人們常將牦牛肉制成肉干，以利于保存[4-5]和運(yùn)輸。

牦牛肉干燥的方法有很多，但目前大部分還是采用自然風(fēng)干法，該法對(duì)牦牛肉的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味損失較大[6]。因此，有必要探索一種新的干燥技術(shù)。微波加熱具有加熱速度快，加熱均勻，熱能利用率高等優(yōu)點(diǎn)，為廣大食品加工企業(yè)及家庭所采用[7]。微波加熱干燥能夠較好地保持物料中原有物質(zhì)成分的色、香、味、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及風(fēng)味[8-10]，同時(shí)它還具有殺菌功能，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[11]。夏亞男[12]等人發(fā)現(xiàn)，一些含有熱敏性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的食品，采用微波干燥能夠?qū)ζ錉I(yíng)養(yǎng)成分起到很好的保護(hù)作用。與恒溫干燥比較，微波干燥具有節(jié)能，生產(chǎn)效率高，干燥均勻和清潔生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

基于此，本研究采用水煮熟和微波加熱煮熟牦牛肉，然后再經(jīng)過(guò)微波干燥和常壓干燥，從產(chǎn)品的水分活度、產(chǎn)率、色澤、組織結(jié)構(gòu)等方面評(píng)價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)，將現(xiàn)代微波技術(shù)應(yīng)用于牦牛肉加工，旨在獲得最佳牦牛肉干制工藝和產(chǎn)品，為高原牦牛肉干制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，提高牦牛肉產(chǎn)品貯藏保鮮性能提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從西藏林芝地區(qū)肉牛屠宰場(chǎng)隨機(jī)選取生長(zhǎng)發(fā)育正常，健康無(wú)病，年齡約在2～3歲左右的成年公牦牛屠宰，屠宰時(shí)牦牛的平均體重200～300 kg，以臀部肉為研究素材。HCl、CHCl3、NaOH、CCl3COOH、C11H24O4、C4H4N2O2S、H2SO4(98%)均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

JEOL JSM-6390 LV掃描電鏡，日本Tokyo公司；AW-1水分活度儀，北京恒奧德儀器儀表有限公司；AR 2140分析天平，美國(guó)奧豪斯公司；FE20梅特勒pH計(jì)，深圳市凱銘杰儀器設(shè)備有限公司；Nicolet nexus 470紅外光譜儀，美國(guó)Nicolet公司；UitraScan XE型色度測(cè)定儀，美國(guó)HunterLab公司；QSY Y半自動(dòng)型凱氏定氮儀，北京強(qiáng)盛分析儀器制造中心； FD-18S型冷凍干燥機(jī)，北京德天佑科技發(fā)展有限公司；實(shí)驗(yàn)型專用微波干燥器，南京澳潤(rùn)微波科技有限公司；Galanz的G8023DHL-V8型微波爐，廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 干牦牛肉制備方法

樣品制備采用5種方法：

方法A(冷凍干燥)：將新鮮的牦牛肉在-18 ℃條件下凍結(jié)，冷凍干燥48 h，產(chǎn)品置于4 ℃干燥的環(huán)境條件下存放備用。

方法B(常壓水煮后烘干)：加熱處理前將肉切成20 mm×20 mm×20 mm的小方塊，稱取約10 g (每組試驗(yàn) 8塊肉)置于300 mL飲用水中，添加體積分?jǐn)?shù)5%的食鹽，混合均勻，采用常壓水煮，使中心溫度達(dá)到75 ℃，冷卻后，樣品在60 ℃恒溫干澡箱中烘4 h，取出樣品，于4 ℃干燥的環(huán)境條件下存放備用。

方法C(常壓水煮后微波干燥)：經(jīng)常壓水煮熟后，再采用微波干燥，微波干燥條件：功率200 W、干燥時(shí)間12 min。樣品于4 ℃干燥的環(huán)境條件下存放備用。

方法D(微波煮熟后烘干)：同方法B準(zhǔn)備原料肉塊，微波加熱5 min，樣品冷卻后在60 ℃恒溫干澡箱中烘4 h，于4 ℃干燥的環(huán)境條件下存放備用。

方法E(微波煮熟后再微波干燥)：同方法B準(zhǔn)備原料肉塊，經(jīng)微波煮熟后，再在微波干澡箱中烘10 min，樣品于4 ℃干燥的環(huán)境條件下存放備用。

1.3.2 取樣

按照GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品取樣方法》進(jìn)行[13]，將樣品真空包裝后置于4 ℃條件冰箱中備用，取樣后及時(shí)分析，樣品保藏時(shí)間不超過(guò)7 d。

1.3.3 干制產(chǎn)品的水分含量、水分活度、嫩度和產(chǎn)率測(cè)定

干制產(chǎn)品水分含量檢測(cè)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[14]；水分活度采用便攜式水分活度儀測(cè)定。干制產(chǎn)品剪切力值測(cè)定參考WHEELER等方法[15]。產(chǎn)率測(cè)定:取新鮮牦牛肉50.00 g，然后按照1.3.1工藝，獲得干制的牛肉，測(cè)定干制牛肉的質(zhì)量(m)。產(chǎn)率按公式(1)計(jì)算：

(1)

1.3.4 不同干燥條件下干制牛肉產(chǎn)品色澤測(cè)定

色澤檢測(cè)參照GANASEN和BENJAKUL[16]的方法進(jìn)行：將干制牛肉產(chǎn)品切成塊狀。色度儀測(cè)定前，先將標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行校正，檢測(cè)時(shí)，對(duì)同一樣品取 10個(gè)點(diǎn)，正反各取5個(gè)點(diǎn)，測(cè)定其L*(亮度值)、a*(紅值)和b*(黃值)，結(jié)果取平均值。

1.3.5 蛋白質(zhì)水解分析

干制產(chǎn)品中總氮和非蛋白質(zhì)的測(cè)定參考文獻(xiàn)[17]。

1.3.6 紅外光譜分析

干制牛肉樣品采用紅外光譜分析之前需進(jìn)行處理，一方面控制水分在10%左右，另外，干制的牛肉產(chǎn)品需粉碎成200目的粉末。采用中紅外光譜進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)收集范圍在4 000～500 cm-1，每次測(cè)定前需扣除空氣背景光譜，32次掃描的積累，分辨率是4 cm-1，每個(gè)樣品測(cè)定3次，取最具代表性的圖譜用于分析。

1.3.7 干牛肉表面組織(切面)分析

對(duì)采用5種制備方法得到的干牛肉做掃描電鏡觀察。

樣品的制備：從干制牛肉樣品中剪下最具代表的小塊組織，制作樣品切片，切片時(shí)注意橫切肌纖維進(jìn)行斷面制片，尺寸3 mm×3 mm×1 mm。然后將樣品置于高真空自動(dòng)鍍膜機(jī)內(nèi)，首先樣品在機(jī)器中停留一段時(shí)間，長(zhǎng)短取決于樣品干燥的程度(即樣品水分含量的多少)。一般待樣品在高真空鍍膜機(jī)中干燥至水分含量≤5%時(shí)，鍍膜機(jī)自動(dòng)在樣品表面鍍一層金屬膜。掃描電鏡觀察：將已經(jīng)鍍膜的樣品置于電鏡下，選擇合適的部位，在擴(kuò)大50倍、200倍和500倍條件下進(jìn)行觀察并拍照，采集直觀圖片用于分析。

1.3.8 統(tǒng)計(jì)方法

本實(shí)驗(yàn)采用SPSS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，分析不同的處理方法對(duì)干牛肉水分含量、水分活度、產(chǎn)率以及色澤等指標(biāo)的影響，所有試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品的水分含量、水分活度、嫩度和產(chǎn)率分析

WAN等[18]等發(fā)現(xiàn)，新鮮牦牛肉經(jīng)過(guò)干燥脫水之后，既可以有效降低產(chǎn)品水分活度，提高其貯藏貨架期，減少運(yùn)輸成本，同時(shí)還可以滿足不同消費(fèi)群體的飲食嗜好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同的制作方法，對(duì)產(chǎn)品的水分含量、水分活度、嫩度和產(chǎn)率影響也不同，結(jié)果如表1所示。不同的制作方法，可以將新鮮牦牛肉的水分從75.33%干燥至25.33%～10.24%，水分活度處于0.863～0.573。作為產(chǎn)品的干牛肉，水分活度過(guò)高，容易受到大腸桿菌(O157∶H7血清型)的感染[19]，因此，其水分活度Aw要求低于0.85[20]，5種處理方法基本能達(dá)到要求。對(duì)于干牛肉產(chǎn)品，需要有一定韌性和嚼勁，牛肉經(jīng)各種方式干制后，其剪切力值從6.67上升到15.22以上，原因在于隨著牛肉水分的蒸發(fā)，牛肉組織結(jié)構(gòu)變得更加致密，同時(shí)牛肉中的蛋白質(zhì)變性，凝膠特性的增加也促進(jìn)剪切力值上升[21-22]。對(duì)于不同的干制牛肉，產(chǎn)率也是一個(gè)重要的指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)除冷凍干燥產(chǎn)率低于40%，其他幾種處理方式的產(chǎn)率在43.29%～45.97%，而微波煮熟再經(jīng)微波干燥獲得的干制牛肉產(chǎn)率最高。

表1 不同處理工藝對(duì)牛肉水分含量、水分活度、剪切力值和產(chǎn)率的影響

注：用Duncan法進(jìn)行多種比較，同列標(biāo)有不同大寫(xiě)字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標(biāo)有不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.2 不同制備方法對(duì)干牛肉色澤影響

新鮮牦牛肉經(jīng)不同工藝處理后，表面顏色發(fā)生了顯著的變化(表2)，對(duì)于冷凍干燥的牛肉，由于未經(jīng)過(guò)熱處理，肌紅蛋白、血紅蛋白幾乎未受破壞，此外非酶褐變反應(yīng)也很低，干燥過(guò)程中隨著水分的蒸發(fā)，一些蛋白質(zhì)逐漸呈現(xiàn)在肉表面，致使冷凍干燥的牛肉顏色反而更亮(L*)，紅色(a*)和黃色(b*)加深[23]。然而，經(jīng)過(guò)其余4種熱處理方法，由于產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)加熱熟制，肌紅蛋白、血紅蛋白等發(fā)生了變性、氧化，同時(shí)非酶褐變和油脂的氧化也大量發(fā)生，產(chǎn)品顏色在一定程度上變暗。但采用其他處理方法，微波煮熟再經(jīng)微波干燥的制備方法能夠在保持較低的水分含量條件下，仍然保持較好的亮度，其顏色較其他3種熱處理工藝對(duì)原來(lái)的紅色保持能力更強(qiáng)。

表2 不同處理工藝對(duì)干牦牛肉綜合色澤的影響

注：用Duncan法進(jìn)行多種比較，同列標(biāo)有不同大寫(xiě)字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標(biāo)有不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.3 不同制備方法對(duì)牛肉蛋白質(zhì)水解影響

總氮和非蛋白氮在不同的制備方法下變化結(jié)果如表3所示。采用不同制備方法，獲得的干牛肉總氮和非蛋白氮含量各異。由于采用冷凍干燥是不經(jīng)過(guò)熱處理，蛋白質(zhì)分解較少，因此非蛋白氮的含量較低[24]。對(duì)于其余4種經(jīng)熱處理的牛肉，其本身經(jīng)歷了2次加熱處理，第1次是經(jīng)過(guò)煮熟，第2次經(jīng)歷干制，由于煮熟的過(guò)程是在水溶液中，不同的煮熟方式，可能造成牛肉與水的能量和物質(zhì)交換不同，這些都會(huì)影響蛋白質(zhì)分解，小分子肽和氨基酸浸入水中的速率和總量不同，進(jìn)而影響干制牛肉的總氮和非蛋白氮的含量[25]。由表3可知，產(chǎn)品總氮最高的處理方式是經(jīng)微波煮熟，再微波干燥制備方法，產(chǎn)品總氮最低的處理方式是常壓煮熟、常壓烘干制備方法。也說(shuō)明水煮加熱，再經(jīng)常壓烘干過(guò)程蛋白質(zhì)水解程度比較劇烈，產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分流失比較多。經(jīng)微波煮熟，再微波干燥工藝對(duì)蛋白質(zhì)水解程度影響最低，對(duì)產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分有較好的保護(hù)作用。

表3 不同處理工藝對(duì)牛肉蛋白質(zhì)水解影響

注：用Duncan法進(jìn)行多種比較，同列標(biāo)有不同大寫(xiě)字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；標(biāo)有不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間不差異顯著(P>0.05)。

2.4 不同干制產(chǎn)品紅外光譜分析

不同處理方法獲得干制產(chǎn)品的紅外光譜特征見(jiàn)圖1所示。結(jié)果表明，對(duì)冷凍干燥獲得的牛肉，其特征峰在1 744.0 cm-1表示三?；视椭?，在1 648.2 cm-1和1 654.9 cm-1出現(xiàn)峰表示蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)，在1 685.6 cm-1出先峰表示蛋白質(zhì)β-折疊結(jié)構(gòu)，在1 116.2 cm-1出現(xiàn)特征峰表示牛肉中的油酸不飽和雙鍵的振動(dòng)[26]。牛肉經(jīng)熱處理以后，這些特征峰也出現(xiàn)了一定程度的變化，譬如牛肉經(jīng)微波煮熟，再經(jīng)微波干燥工藝，表示三?；视椭卣鞣遄?yōu)? 744.2 cm-1，但牛肉中的蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)仍然保持較好，牛肉經(jīng)微波煮熟，再經(jīng)常壓恒溫干燥工藝，也出現(xiàn)類似的結(jié)果，只是三?；视椭卣鞣遄兓^大，說(shuō)明油脂出現(xiàn)了明顯氧化。而牛肉經(jīng)常壓水煮熟后，再經(jīng)恒溫烘干或微波干燥，此過(guò)程對(duì)蛋白質(zhì)的影響特大，蛋白質(zhì)中β-折疊結(jié)構(gòu)則完全消失，同時(shí)表示三?；视椭陀退岬奶卣鞣逡渤霈F(xiàn)了變化。這些組分在加熱處理過(guò)程中發(fā)生的一系列反應(yīng)，有利于干牛肉風(fēng)味的形成[27]。

圖1 不同制備方法得到的干牛肉紅外光譜圖

Fig.1 The infrared spectra of various products prepared by different methods

2.5 不同制備方法干牛肉組織結(jié)構(gòu)比較

各種制備方法對(duì)干牛肉組織結(jié)構(gòu)影響如圖2所示。結(jié)果表明，方法E或方法D對(duì)牛肉組織機(jī)構(gòu)變化差異不大，但是經(jīng)過(guò)方法C或方法B的樣品從掃描電鏡觀察，其表面結(jié)構(gòu)差異明顯，經(jīng)過(guò)微波干燥處理的產(chǎn)品(E方法)組織切片表面肌束和肌纖維之間結(jié)合比較緊密，而經(jīng)過(guò)烘干處理的牛肉組織切面結(jié)構(gòu)明顯松散，其主要原因?yàn)槲⒉ǜ稍锾幚頃r(shí)干燥介質(zhì)(射線)直接穿透牛肉肌肉收縮較短時(shí)間達(dá)到水分蒸發(fā)，但微波干燥器體積小又沒(méi)有鼓風(fēng)抽氣裝置使水分蒸發(fā)流動(dòng)緩慢，肌束與肌束之間和肌纖維與肌纖維之間結(jié)構(gòu)上形成的狹縫及孔隙比較小，這樣有利于防止產(chǎn)品脂肪被空氣所氧化[28]，提高了產(chǎn)品貯藏穩(wěn)定性[29-31]。

圖2 不同制備方法產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)

Fig.2 Structures of dried yak meat prepared by different processing methods

常壓加熱干燥在加熱介質(zhì)和鼓風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)作用使產(chǎn)品中的水蒸氣充分排散造成肌束與肌束和肌纖維與肌纖維之間結(jié)構(gòu)上形成較大的狹縫及空隙；冷凍干燥使牦牛肉瞬間進(jìn)行速凍(在60 min的時(shí)間肌肉深層溫度達(dá)到-20 ℃左右)，形成微細(xì)結(jié)構(gòu)的針狀微細(xì)冰晶，在抽真空、冷凍和微加熱條件下經(jīng)過(guò)48 h左右的肉中水分升華達(dá)到干燥的目的。也形成了橫斷切面結(jié)構(gòu)肌束與肌束和肌纖維與肌纖維之間結(jié)合松散和分布均勻的酥狀微觀結(jié)構(gòu)。另外，冷凍干燥A相比其他干燥(BCDE)差異很大，主要原因冷凍干燥A未經(jīng)高溫?zé)崽幚?，肉組織內(nèi)蛋白質(zhì)之間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保持較好，因此掃描電鏡觀察，組織結(jié)構(gòu)有蜂窩狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，而其他幾種干燥，前期都經(jīng)歷高溫熟制，后期經(jīng)歷高溫干燥，蛋白質(zhì)發(fā)生凝膠，因此，組織結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)更加致密。

3 結(jié)論

新鮮牦牛肉采用冷凍干燥、水煮熟+恒溫烘干、水煮熟+微波干燥、微波煮熟+恒溫干燥和微波煮熟+微波干燥等方法進(jìn)行干燥，比較了這5種方法制備的產(chǎn)品在水分含量、水分活度、嫩度、產(chǎn)率、色澤、蛋白質(zhì)水解程度、紅外光譜特征、及產(chǎn)品表面組織結(jié)構(gòu)等方面的差異，結(jié)果表明:微波煮熟再經(jīng)微波干燥獲得的干制牛肉產(chǎn)率最高(45.97b±1.54)%；水分活度最低(0.797±0.256)，色澤能保持與新鮮牦牛肉接近的顏色；蛋白質(zhì)水解程度最低。其次，經(jīng)FT-IR圖譜分析，微波煮熟再微波干燥的牦牛肉與冷凍干燥相比三?；视椭卣鞣宥及l(fā)生變化，但牛肉中的蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)仍然保持較好；表面形成較致密結(jié)構(gòu)，有利于貯藏；其中五種方法制備的產(chǎn)品綜合品質(zhì)較好的還有微波煮熟+恒溫干燥方法制備得到的產(chǎn)品，而水煮熟+恒溫烘干品質(zhì)最差，其產(chǎn)率低，色澤較暗、牦牛肉特有的風(fēng)味濃度較低，其表面呈現(xiàn)一定的多空結(jié)構(gòu)促進(jìn)脂肪的氧化，不利于貯藏。本研究實(shí)驗(yàn)方法為肉干制品的研究提供了借鑒，也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)牦牛肉干奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。