宰后初期pH-溫度窗口對牛肉品質(zhì)的影響

孔瀟，劉琦，羅欣，2，張一敏，劉文營，朱立賢*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018；2.江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095；3.北京食品科學(xué)研究院，北京 100000）

肌肉環(huán)境溫度過低或過高（pH值為6時，胴體溫度低于12℃或高于35℃）均極易引起肌原纖維的收縮[1-2]，使肌肉處于冷收縮或熱收縮的狀態(tài)。為防止以上兩種異常肌肉收縮，澳大利亞肉類標準（Meat Standards Australia，MSA）最早提出了pH-溫度窗口理論，為動物胴體在冷卻過程中pH值與溫度的下降關(guān)系提供了指導(dǎo)。該理論指出當(dāng)胴體pH值下降到6時，若溫度處于12℃～35℃，pH值的下降速率與胴體冷卻速率相適應(yīng)，二者的協(xié)同作用可加速尸僵過程，使肉快速嫩化，該溫度區(qū)間的胴體呈最佳的pH-溫度下降關(guān)系[2-3]；反之，則發(fā)生熱收縮或冷收縮，均不利于牛肉的嫩化[4-5]。

此外，嫩度是牛肉最為重要的食用品質(zhì)之一，消費者愿意為獲得更好的嫩度而支付更高的價格[6]。美國等重要的牛肉生產(chǎn)國每隔幾年就會對牛肉的嫩度數(shù)據(jù)進行更新，這些數(shù)據(jù)不僅為肉牛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了標準，也為后續(xù)牛肉的生產(chǎn)及加工提供了方向，更為消費者獲得更高品質(zhì)的牛肉提供了可能。然而，我國有關(guān)牛肉嫩度的工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)卻十分有限[7]。

為彌補國內(nèi)有關(guān)牛肉嫩度的工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的匱乏以及基于pH-溫度窗口對牛肉品質(zhì)差異分析研究的空缺，本研究選取兩個國內(nèi)具有代表性的大型商業(yè)肉牛屠宰企業(yè)，測定和分析了581條牛胴體的pH值與溫度的關(guān)系、建立了pH-溫度窗口，并對牛肉成熟過程（4 d～42 d）中品質(zhì)相關(guān)指標進行了測定。以期豐富國內(nèi)牛肉嫩度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫，為企業(yè)改進電刺激參數(shù)、改善肉牛宰前管理、提升牛肉品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗樣本由山東省某屠宰工廠（A工廠）和內(nèi)蒙古某屠宰工廠（B工廠）提供。

于A工廠屠宰線隨機選取295頭魯西黃牛×西門塔爾牛[20月齡～22月齡，體重（278.3±63.3）kg]，于 B 工廠屠宰線隨機選取286頭魯西黃牛×西門塔爾牛[20月齡～22月齡，體重（331.1±70.9）kg]進行宰后 24 h 內(nèi)的pH-溫度監(jiān)測。A工廠屠宰后以60 V、1.5 A的強度對牛胴體進行電刺激處理30 s，B工廠以60 V、2 A的強度對牛胴體進行電刺激處理50 s。待胴體冷卻成熟24 h后，選取左半胴體背最長?。╪=60，A工廠、B工廠各30條）真空包裝，冰溫運回實驗室后，分割為2.54 cm的牛排，于 0℃～4℃環(huán)境下分別成熟4、7、14、21、42 d，并對其剪切力、肉色及保水性進行測定。

1.2 儀器與設(shè)備

Sevon2Go便攜式pH計：瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；C200真空包裝機：德國MultiVac公司；DM-6801A數(shù)字溫度計：深圳市勝利高電子科技有限公司；SP62便攜式色差計：美國愛色麗公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉中心溫度及pH值的測定

在肉牛宰后 45 min、3、6、9、12 h 和 24 h，分別用數(shù)字溫度計和便攜式pH計對牛背最長肌第12～13肋骨之間肌肉中心溫度及pH值進行測定。溫度計及pH計探頭插入深度為3 cm，每頭牛測定3次并記錄，取平均值進行分析。

1.3.2 剪切力測定

參考 Ji等[8]的方法并稍作修改，將成熟 4、7、14、21 d和42 d的牛排置于真空包裝袋中，在80℃水浴條件下加熱至牛排中心溫度達到70℃，待牛排冷卻至室溫（25℃）后置于0℃～4℃冷庫過夜。測試肉柱用直徑為1.27 cm的空心取樣器進行取樣（沿肌原纖維方向，避開牛排筋腱和脂肪），使用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀HDP/BSW探頭對牛肉肉柱測試剪切力值，每塊牛排進行5次測定，儀器通過Texture ExpertⅤ1.0軟件進行控制，取平均值進行分析。

1.3.3 貯藏汁液損失測定

參照Yang等[9]的方法并稍作修改，牛肉分割為牛排后質(zhì)量記為W1（g），真空包裝后置于0℃～4℃冷庫貯藏，待成熟7、14、21、42 d后用濾紙吸干表面汁液，此時肉樣質(zhì)量記為W2（g）。

1.3.4 蒸煮損失測定

參照孫文彬等[10]的方法，牛排初始質(zhì)量記為W3（g），置于真空包裝袋后水?。?0℃）加熱至中心溫度為70℃，靜置冷卻至室溫（25℃）后瀝干湯汁，置于0℃～4℃冷庫中過夜，用濾紙吸去表面汁液后肉樣質(zhì)量記為W4（g）。

1.3.5 肉色測定

在成熟 4、7、14、21、42 d 后分別用便攜式色差計（SP62，測量孔徑 8 mm，光源 A，標準視角 10°）對牛排L*（亮度值）、a*（紅度值）、b*（黃度值）進行測定。每塊牛排進行6次測定，取平均值進行分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

pH-溫度窗口的建立：根據(jù)Hopkins等[11]方法進行pH-溫度曲線擬合。使用R 3.6程序建立每一頭牛的pH值隨溫度下降的趨勢圖被擬合為單獨樣條函數(shù)模型，用來預(yù)測牛背最長肌pH6時的平均溫度（Temp@pH6） 和溫度為 12℃時的平均 pH值（pH@Temp12），用自我重復(fù)抽樣法求得標準差。

其它指標的數(shù)據(jù)分析：剪切力、肉色、貯藏損失及蒸煮損失采用SAS 9.2程序中的混合模型（MIXED procedure）進行顯著性分析，差異顯著水平為P＜0.05。模型中牛個體為隨機效應(yīng)，成熟時間為固定效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 A工廠牛胴體pH-溫度窗口的測定

通過對A工廠295條肉牛胴體進行宰后24 h內(nèi)的pH值及溫度的測定，發(fā)現(xiàn)18條胴體的宰后初始pH值低于6.0，16條胴體的極限pH值高于6.0，這34條胴體的pH-溫度曲線不經(jīng)過pH6.0。因此，為更好建立pH-溫度窗口并確定落入理想pH-溫度窗口的胴體百分比，將以上34條胴體數(shù)據(jù)剔除，以剩余的261條肉牛胴體進行pH-溫度下降關(guān)系的構(gòu)建，結(jié)果見圖1。

圖1 A工廠肉牛宰后胴體24 h內(nèi)的pH-溫度下降關(guān)系Fig.1 The pH-temperature decline within 24 hours after slaughter in abattoir A

由圖1可知，當(dāng)胴體pH值下降到6時，溫度落在12℃～35℃，為MSA的理想pH-溫度窗口，大于35℃與小于12℃分別會發(fā)生熱、冷收縮現(xiàn)象。在A屠宰場中，胴體溫度為12℃時的平均pH值（pH@Temp12℃）為5.6±0.2，pH值為6時的平均溫度（Temp@pH6）為（26.3±7.3）℃。共有230條胴體落入理想“窗口”，落入率為88.1%，占總觀測胴體的78.0%。除此之外，19條胴體發(fā)生熱收縮，發(fā)生率為7.3%；12條胴體發(fā)生冷收縮，發(fā)生率為4.6%。

2.2 B工廠牛胴體pH-溫度窗口的測定

通過對B屠宰場286條肉牛胴體進行宰后24 h內(nèi)的pH值及溫度測定，發(fā)現(xiàn)57條胴體的宰后初始pH值低于6.0，70條胴體的極限pH值高于6.0。這127條胴體的pH-溫度曲線也不經(jīng)過pH6.0。因此，以剩余的159條胴體進行pH-溫度下降關(guān)系的構(gòu)建，結(jié)果見圖2所示。

圖2 B工廠肉牛宰后胴體24 h內(nèi)的pH-溫度下降關(guān)系Fig.2 The pH-temperature decline within 24 hours after slaughter in abattoir B

由圖2可知，在B屠宰場中，胴體溫度為12℃時的平均pH值（pH@Temp12℃）為5.6±0.15，pH 值為 6時的平均溫度（Temp@pH6）為（31.6±6.6）℃。其中僅有96條胴體落入理想“窗口”，落入率為60.4%，占總觀測胴體的33.6%。除此之外，60條胴體發(fā)生熱收縮，發(fā)生率高達37.7%；3條胴體發(fā)生冷收縮，發(fā)生率為1.9%。

A、B工廠之間肉牛宰后24 h內(nèi)的pH-溫度窗口存在較大差異。相較于B工廠，A工廠胴體pH-溫度下降關(guān)系更為適宜。B工廠Temp@pH6遠高于A工廠，表明該工廠胴體pH值下降速率更快。pH值的快速降低會在成熟初期引起肌肉蛋白變性以及鈣蛋白酶自溶，不利于牛肉宰后嫩化[12]。

2.3 極限pH值分析

兩個工廠牛肉極限pH值比較見表1。

表1 兩個工廠牛肉極限pH值比較Table 1 Comparison of beef ultimate pH values between two abattoirs

黑切（dark，firm and dry，DFD）牛肉存在肉色差、貨架期短等不利影響[18]，會直接影響到消費者的購買欲望，并會對企業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟損失。目前，DFD牛肉的確定主要是以極限pH值為依據(jù)，極限pH≥6.10為DFD牛肉，極限pH值在5.80～6.10為中間型牛肉，極限pH＜5.80為正常牛肉。由表1可知，B工廠的DFD發(fā)生率為17.1%，遠高于A工廠2.7%的發(fā)生率。王晶等[13]研究發(fā)現(xiàn)，pH＞6.09的牛肉，肉色、嫩度和貨架期等品質(zhì)與正常牛肉相比存在較大差異。綜合牛肉生產(chǎn)過程中的品質(zhì)影響關(guān)鍵點分析，B工廠DFD發(fā)生率高可能與兩個因素有關(guān)：一是B工廠同時進入待宰圈的肉牛數(shù)量過大，存在靜養(yǎng)條件不充分，且存在能量補充不足的現(xiàn)象；二是B工廠肉牛宰前不栓系，發(fā)生的混群、打斗、攀爬等行為消耗了大量肌糖原，導(dǎo)致部分牛肉極限pH值超出了正常范圍[14]?；谝陨蟽?nèi)容，B工廠需要加強動物的宰前管理，以降低DFD發(fā)生率。

2.4 牛肉嫩度差異分析

剪切力值是用來衡量肉品嫩度的重要指標之一，剪切力值越低表明肉嫩度越好[15]。兩工廠牛背最長肌在成熟期間內(nèi)的剪切力值變化見表2。

表2 成熟時間對牛背最長肌剪切力的影響Table 2 Effect of aging time on shear force of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表2可知，宰后4 d為冷鮮牛肉開始在市場流通銷售的初平均時間，兩工廠牛肉在該時間點的剪切力均高于澳洲和美國標準[11-16]，存在食用品質(zhì)不佳的現(xiàn)象。隨著成熟時間的延長，牛肉剪切力逐漸降低，嫩度逐漸改善。成熟42 d的牛肉剪切力已降低至40 N以下。Pearce等[17]研究發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)電刺激處理的牛背最長肌成熟至42 d時的剪切力與初始剪切力相比下降了20%，通過與本研究比較，發(fā)現(xiàn)電刺激可以加速肉的嫩化，使肉較早獲得更好的嫩度。成熟前期（4 d～14 d）牛肉的剪切力快速降低，其剪切力變化值高于成熟最后4周的變化值，表明牛肉嫩度的改善主要發(fā)生在成熟前期。成熟21 d為市場上冷鮮牛肉到達消費者手中的平均時間，該時間點的剪切力仍高于中國消費者的理想嫩度閾值（剪切力＞41.4 N）[18]，表明需要更長的成熟時間才可達到中國消費者對于牛肉嫩度的要求。

值得關(guān)注的是，盡管B工廠的pH值下降速度過快，但其剪切力值卻與熱收縮現(xiàn)象并無直接關(guān)系。這一結(jié)果與MSA及之前的一些研究略有不同，然而Hopkins等[11]研究結(jié)果顯示，相較于Temp@pH6=33.3℃，Temp@pH6=40.9℃對牛肉嫩度并未有負面影響。不同的結(jié)果指向反映了不同的pH-溫度下降關(guān)系，且這種差異可能也與不同的樣品處理方式有一定關(guān)聯(lián)。將A、B工廠的電刺激參數(shù)進行對比，A工廠進行電刺激的電流較低，時間較短，避免了較高的熱收縮發(fā)生率，是較為理想的處理條件。

2.5 保水性

兩工廠牛背最長肌在成熟期間內(nèi)的保水性變化見表3。

表3 成熟時間對牛背最長肌保水性的影響Table 3 Effect of aging time on water holding capacity of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表3可知，成熟時間對牛肉的貯藏損失影響顯著（P＜0.05）。隨著成熟時間的延長，牛肉的貯藏損失顯著增加（P＜0.05）。且當(dāng)牛肉成熟至42 d時，A工廠的貯藏損失率達到7.2%，B工廠的貯藏損失率達到6.6%，與Devine等[19]研究結(jié)果相似。Bogdanowicz等[20]結(jié)果也顯示，隨著貯藏時間延長，貯藏汁液損失呈逐漸上升的趨勢。該現(xiàn)象與尸僵過程中肌纖維的收縮以及成熟過程中蛋白質(zhì)的不斷降解有直接關(guān)系[21]。牛肉的貯藏損失在整個成熟期間變化不大，但由表3可以看出，成熟期間B工廠牛肉的蒸煮損失高于A工廠牛肉?？赡苁荁工廠過度電刺激引起pH值快速降低，對細胞膜的完整性產(chǎn)生了破壞，造成該工廠牛肉的低保水性[22-23]。綜合以上內(nèi)容，B工廠電刺激參數(shù)雖未導(dǎo)致嫩度劣變，但其對牛肉的保水性具有一定的負面影響，電刺激參數(shù)仍需要進一步改進。

2.6 肉色

工廠和成熟時間對牛宰后背最長肌肉色的影響見表4。

表4 成熟時間對牛背最長肌肉色的影響Table 4 Effect of aging time on meat color of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表4可知，隨著成熟時間的延長，A工廠牛肉L*值整體呈現(xiàn)上升趨勢。B工廠牛肉L*值在整個成熟期間相對穩(wěn)定，Colle等[24]結(jié)果也顯示，真空包裝可以維持牛肉成熟過程中L*值的相對穩(wěn)定。整個成熟期間，A工廠牛肉的L*值始終高于B工廠，這與A工廠在該時間點貯藏損失的增加有關(guān)，水分的滲出會增加光的散射，進而導(dǎo)致L*值增大[25]。兩工廠牛肉b*值在成熟期間整體呈上升趨勢。隨著成熟時間的延長，A工廠牛肉a*值顯著增加（P＜0.05），而B工廠牛肉的a*值在成熟末期略微下降。整個成熟期間內(nèi)，A、B兩工廠均保持了較好的a*值。有研究表明，電刺激會對肌肉超微結(jié)構(gòu)造成破壞，有利于肌紅蛋白與氧氣接觸，氧合肌紅蛋白增多，使得肉品的a*值較高[26]。成熟期間兩工廠牛肉b*值的變化趨勢與a*值相似，并且A工廠牛肉的b*值始終高于B工廠。

3 結(jié)論

兩工廠宰后24h內(nèi)的pH-溫度下降關(guān)系存在差異，A工廠中更高比例的胴體落入了理想pH-溫度窗口。B工廠熱收縮率高達37.7%，DFD發(fā)生率高達17.1%，其應(yīng)加強宰前管理，改進電刺激參數(shù)，降低DFD及熱收縮現(xiàn)象的發(fā)生。兩工廠牛肉在成熟期間均保持較好的肉色，B工廠保水性較差。與預(yù)期不同的是，B工廠pH值的快速下降并沒有導(dǎo)致該工廠牛肉嫩度發(fā)生劣變。綜合肉品品質(zhì)與經(jīng)濟效益，B工廠在其較長電刺激時間的基礎(chǔ)上可降低電流，避免過度電刺激的發(fā)生，延緩牛肉pH值下降速率。同時，兩工廠牛肉經(jīng)過21 d的成熟，仍未達到中國消費者可接受的理想嫩度閾值，成熟42 d后才可以降至理想范圍。據(jù)此，中國牛肉生產(chǎn)者、銷售者應(yīng)充分考慮消費者對于高品質(zhì)牛肉的需要，在平衡經(jīng)濟效益與消費者需求的基礎(chǔ)之上，為消費者提供更多優(yōu)質(zhì)牛肉。