干法成熟牛肉品质形成与增值途径研究进展.pdf
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1、专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.15 321干法成熟牛肉品质形成与增值途径研究进展刘寅初1,2,高晓光2,张松山1,雷元华1,谢 鹏1,孙宝忠1,魏 萌1,3,刘晓畅1,*(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193;2.河北科技大学食品与生物学院,河北 石家庄 050018;3.石家庄学院化工学院,河北 石家庄 050018)摘 要:干法成熟是肉品提质增值的一种有效方法,干法成熟过程中肉品嫩度和风味等品质特性在一系列生化反应作用下得到显著改善。近年来,干法成熟牛肉因其独特风味受到越来越多的消费者青睐及研究关注。但当前干法成熟牛肉生产存在产品品质差异大、成熟损耗
2、高、成本高等问题。本文系统总结了干法成熟牛肉的风味、嫩度、安全性、色泽和持水力这5 方面的品质特征,简述干法成熟牛肉特征风味形成的作用机制,总结不同干法成熟条件对牛肉品质的影响,介绍新型干法成熟技术和硬壳再利用的增值途径,以期为干法成熟牛肉行业的标准化、高效化和高值化发展提供理论指导。关键词:干法成熟;牛肉;风味;品质;增值途径Research Progress in the Formation of Quality of Dry-Aged Beef and Approaches for Its Added Value LIU Yinchu1,2,GAO Xiaoguang2,ZHANG So
3、ngshan1,LEI Yuanhua1,XIE Peng1,SUN Baozhong1,WEI Meng1,3,LIU Xiaochang1,*(1.Institute of Animal Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China;2.College of Food Science and Biology,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China;3.Chemical Engineering Ins
4、titute,Shijiazhuang University,Shijiazhuang 050018,China)Abstract:Dry aging is an effective method to improve the quality and value of meat.Meat quality characteristics such as tenderness and flavor can be significantly improved through a series of biochemical reactions.In recent years,dry-aged beef
5、 has gained huge popularity among consumers and research attention due to its unique flavor.However,there are some problems with the dry-aged beef industry,such as large quality differences,high losses during maturation,and high production costs.This article systematically summarizes quality charact
6、eristics of dry-aged beef,including flavor,tenderness,safety,color and water-holding capacity(WHC).The mechanism of formation of its characteristic flavor is briefly described.The effects of different dry-aging conditions on beef quality are summarized.New dry aging technologies and value-added ways
7、 to reuse the crust are introduced.This article will hopefully provide theoretical guidance for the standardized,efficient and high-value development of the dry-aged beef industry.Keywords:dry aging;beef;flavor;quality;value-added ways DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220915-139中图分类号:TS251.52 文献标志码:A 文章编
8、号:1002-6630(2023)15-0321-08引文格式:刘寅初,高晓光,张松山,等.干法成熟牛肉品质形成与增值途径研究进展J.食品科学,2023,44(15):321-328.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220915-139.http:/LIU Yinchu,GAO Xiaoguang,ZHANG Songshan,et al.Research progress in the formation of quality of dry-aged beef and approaches for its added valueJ.Food Science,2023,
9、44(15):321-328.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220915-139.http:/收稿日期:2022-09-15基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(2021-YWF-ZYSQ-07);国家自然科学基金青年科学基金项目(32102000);西藏自治区科技计划项目(XZ202101YD0019C);国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系建设专项(CARS-37)第一作者简介:刘寅初(1999)(ORCID:0000-0002-2270-117X),男,硕士研究生,研究方向为畜产品质
10、量与安全。E-mail:*通信作者简介:刘晓畅(1990)(ORCID:0000-0001-6192-5312),女,助理研究员,博士,研究方向为畜产品质量与安全。E-mail:lxc_322 2023,Vol.44,No.15 食品科学 专题论述牛肉的宰后成熟是改善其嫩度、风味等食用品质的一种常见方法1,一般牛肉的成熟方法分为两种干法成熟和湿法成熟。干法成熟最早作为一种肉品保藏方法,人们将未经包装的胴体、二分体或四分体放置于低温条件下保鲜和嫩化2,即为早期的干法成熟。但干法成熟对环境条件要求较高,操作不当易造成腐败变质,且该过程水分散失较多,最终会在牛肉表面形成坚硬的外壳,造成较高的成熟损耗
11、。随着新包装的出现、加工技术的发展以及运输效率的提高,将牛部位肉真空包装后置于低温条件下嫩化的湿法成熟随即出现。到20世纪 70年代,湿法成熟因适合自动化流水线操作、成熟损失率低、空间占用率低等优点成为主流的商业成熟方法3-4。已有研究发现湿法成熟牛肉与干法成熟牛肉的风味存在一定差异,前者带有酸味、金属味和血腥味5-7,后者则具有更浓的牛肉味、烧烤味、黄油味、坚果味、烤坚果味和甜味等令人愉悦的风味6-10。因此,尽管干法成熟牛肉的市场定价高于湿法成熟牛肉,但独特的风味特征仍使其在部分高端消费群体中备受青睐。当前我国中高端消费市场对干法成熟牛肉的需求逐渐增加,主要集中在高档西餐厅、线上销售平台等
12、,未形成规模化生产和消费,产品存在质量不稳定、标准化亟待建立等问题。本文综合近年相关研究,系统阐述了干法成熟对牛肉品质的影响并总结特征风味形成的相关机制,探讨干法成熟过程中的品质影响因素,介绍干法成熟牛肉生产增值途径,以期为干法成熟的工艺优化和产品品质提升提供理论支撑。1 干法成熟牛肉品质特征1.1 风味牛肉的风味是影响消费者整体接受度的重要指标之一,对干法成熟牛肉风味的早期研究主要借助感官评价和描述。研究发现牛肉经干法成熟后会产生原始牛肉味、烧烤味、黄油味、坚果味、烤坚果味和甜味等令人愉悦的风味6-10。近年来学者借助代谢组学和风味组学技术揭示干法成熟过程中滋味和香气物质变化,发现干法成熟牛
13、肉特征风味的形成与游离氨基酸、小肽、还原糖和脂质氧化产物等物质变化有关。这些物质是形成特征风味的重要前体,在牛肉烹饪过程中,这些前体物质通过Strecker降解、美拉德反应等途径形成醛、酮等挥发性风味化合物11。此外,还原糖、游离氨基酸等水溶性物质本身是牛肉的重要滋味物质12。图1、2分别总结了干法成熟牛肉中重要的滋味物质和气味物质。?5-?5-?图 1 干法成熟牛肉中的重要滋味物质8,11,13-15Fig.1 Important taste substances in dry-aged beef beef8,11,13-152,3-?2,3-?2-?2-?3-?1-?-2-?2-?4-?-
14、1-?2-?3-?4-?3-?2-?3-?-2,5-?2-?-3,5-?2,5-?1-?2-?2-?-2-?图 2 干法成熟牛肉中的重要气味物质11,16-20Fig.2 Important odoriferous substances in dry-aged beef11,16-201.1.1 脂质氧化牛肉在干法成熟过程发生脂质氧化21-23,生成癸烷、癸醛和十二醛等脂质氧化产物,这些物质与干法成熟牛肉的特征风味有关17-18。部分脂质氧化产物在烹饪过程中可与还原糖、游离氨基酸等风味前体发生反应,生成醛、酮、烷烃和酯类等一系列挥发性物质,增强牛肉的风味强度,形成独特的干法成熟牛肉风味11,2
15、4。干法成熟牛肉形成了一些特有的脂质氧化物,如丙醛和3-庚酮,专题论述 食品科学 2023,Vol.44,No.15 323这些物质含量显著高于湿法成熟牛肉16。尽管脂质氧化在干法成熟牛肉风味形成中发挥重要作用,但部分脂质氧化产物极易引起哈喇味等令人不愉快的气味。因此干法成熟牛肉的生产过程中应将脂质氧化程度作为重要监测指标,避免脂质过度氧化造成的品质缺陷。1.1.2 蛋白质分解干法成熟牛肉中蛋白质分解产生游离氨基酸和小肽。Kim等8在32 种干法成熟牛肉样品的代谢物中,测得色氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、酪氨酸、谷氨酸、异亮氨酸和亮氨酸7 种代谢物的含量显著高于湿法成熟牛肉。Bischof等14发现
16、丙氨酸、甲硫氨酸和肌肽在干法成熟牛肉中的含量显著高于湿法成熟牛肉。部分氨基酸是牛肉的滋味物质,如谷氨酸与鲜味有关,苯丙氨酸和酪氨酸与酸味有关,丙氨酸与甜味和酸味有关15。氨基酸还可以参与美拉德反应与Strecker降解产生挥发性风味物质,如亮氨酸和异亮氨酸可以与美拉德反应形成的二羰基化合物发生Strecker降解,生成2-甲基丁醛和3-甲基丁醛,与肉香味有关25。Setyabrata等13发现,随着干法成熟进行,谷胱甘肽逐渐分解产生-谷氨酰肽和谷氨酰胺,这对干法成熟牛肉特征风味的形成可能具有重要作用。1.1.3 水分损失干法成熟过程,由于牛肉未进行包装,故发生较高的水分损失。水分的蒸发主要发生
17、在牛肉表面,随后形成干燥外壳(图3)。Lee等26发现干法成熟和湿法成熟28 d的牛肉水分含量具有显著差异,干法成熟21 d后牛肉水分含量显著下降,引起游离氨基酸和还原糖含量显著上升。这些美拉德反应底物含量的增加有利于烹饪过程牛肉风味物质的形成,因此,水分损失造成的物质浓缩与特征风味的形成有一定关系。?3?10%?30 d?15%?50 d?23%?120 d?35%?ABCD图 3 牛肉干法成熟过程中质量损失3Fig.3 Mass loss of beef during dry aging31.1.4 微生物活动干法成熟前期,蛋白质和脂质主要在内源酶作用下发生降解或氧化27,随着成熟时间的延
18、长,内源酶活力降低;成熟后期,蛋白质和脂质的变化与微生物产生的外源酶有关。在干法成熟过程,牛肉中微生物菌群结构发生变化,如Penicillium camemberti和Debaryomyces hansenii数量随着成熟时间的延长而增加28。不同干法成熟间牛肉的微生物群落组成存在较大差异29,这可能是造成不同生产商干法成熟牛肉风味等品质差异的原因。Oh等30从干法成熟28 d的牛肉中分离优势菌种,将得到的一株霉菌(Pilaira anomala SMFM201611)和一株酵母菌(D.hansenii SMFM201707)接种于最低等级的牛外脊,然后对牛外脊进行干法成熟,发现这两株菌可降解
19、肌原纤维蛋白进而改善牛肉嫩度,并可显著提高游离氨基酸和游离脂肪酸含量,从而改善牛肉食用品质。Hanagasaki等31将从低温肉中分离出的Mucor flavus接种到牛肉表面后进行干法成熟,与未接种的干法成熟牛肉相比,天冬氨酸、脯氨酸等游离氨基酸的含量显著提高,肉香味更强。Lee等32将卡门柏青霉和Penicillium nalgiovense以1 1的比例混合后喷于牛肉表面再进行干法成熟,可促进牛肉蛋白质的水解,提高游离氨基酸等风味化合物含量,改善食用品质。基于微生物对干法成熟牛肉品质的改善作用,未来可将关键贡献菌应用于干法成熟牛肉生产中,以加速干法成熟进程,提高产品品质的稳定性和一致性。
20、目前学者主要研究单一菌种对干法成熟牛肉品质的影响,关于混合菌种的研究较少。混合菌种更接近干法成熟牛肉的真实菌群环境,混合菌种之间的互利共栖等协同作用通过影响微生物生长和代谢情况可产生与单菌接种不同的效果,未来研究可探索微生物不同比例混合接种对干法成熟牛肉品质的影响,及接种微生物对原始菌群结构的影响。综上,干法成熟牛肉特征风味形成的潜在机制可能涉及脂质氧化、蛋白质分解、水分损失和微生物活动(图4)。当前针对干法成熟特征风味的研究仍停留在探索阶段,研究仅对风味物质进行简单的定性或定量分析,多为分析干法和湿法成熟牛肉差异风味物质或成熟过程风味物质含量变化,未来可采用风味重组、风味缺失等实验手段进一步
21、精确干法成熟牛肉的关键挥发性风味物质,这对干法成熟牛肉的风味调控具有重要意义。?Strecker?OHOCCHHHHHHCCOHOCCCCNCCCCNNCCCCCCHOOOCHOCCCHHHHHHOHOOC?HHNHOHOCC图 4 干法成熟牛肉特征风味形成的潜在机制Fig.4 Potential mechanism of formation of characteristic flavor compounds of dry-aged beef324 2023,Vol.44,No.15 食品科学 专题论述1.2 嫩度嫩度的高低直接反映了牛肉口感的优劣,牛肉的嫩度是由成熟过程中肌内脂肪组织、结缔
22、组织含量以及肌节长度和肌纤维直径所决定33。肌原纤维蛋白在干法成熟过程中逐渐降解,使牛肉的剪切力显著降低,嫩度得到改善34-35。已有研究对比了干法成熟与湿法成熟对牛肉嫩度的影响,发现牛肉经两种不同的方式成熟后剪切力无显著差异,但感官评价的嫩度指标存在显著差异36-39,这一结果可能是由于感官评价的嫩度指标与多汁性具有协同效应,多汁性的变化影响评价员对嫩度的感知40。1.3 安全性尽管干法成熟牛肉因直接暴露在环境中加剧了微生物污染的风险,但现有的研究中均未从干法成熟牛肉成品中分离出Escherichia coli、Listeria monocytogenes和Staphylococcus au
23、reus等食源性致病菌28,41-42。致病性微生物一般仅在干法成熟初期检测到,如Rhodotorula sp.、Candida sp.和Cladosporium sp.,随着成熟时间的延长逐渐消失28。为探究典型食源性致病菌在干法成熟过程中潜在生长的可能性,van Damme等43将Salmonella、E.coli O157:H7和L.monocytogenes混合接种在牛腰肉表面进行干法成熟,结果发现,成熟结束时Salmonella和E.coli O157:H7数量显著减少,仅在pH6.0的腰肉中增殖。da Silva等44探究了L.innocua(L.monocytogenes替代菌)
24、在牛肉干法成熟过程的生长情况,发现随着成熟时间的延长和成熟温度的提高,L.innocua数量减少。致病菌被抑制的原因可能是干法成熟过程中优势菌种,如 D.hansenii等对致病菌的拮抗作用,提高了牛肉的安全性45。然而,一些潜在的腐败微生物在干法成熟牛肉中常被检测到,如Pseudomonas sp.46。这些腐败微生物分解蛋白质和脂肪产生具有腐败味的代谢产物,极易造成干法成熟牛肉风味的损失。因此,对干法成熟牛肉中腐败微生物的控制是生产中需关注的重要问题。1.4 色泽牛肉的色泽是消费者选购时判断牛肉品质最直接的感官指标,与肉品pH值、高铁肌红蛋白比例、氧气渗透和水分含量等因素高度相关。干法成熟
25、过程中牛肉的亮度(L*值)增加,红度(a*值)和黄度(b*值)降低10,21,47。L*值的增加可能由于肉品结构中的蛋白质随着成熟时间的延长而发生构象变化,导致更大的光散射,肌红蛋白氧化程度的增加导致a*和b*值减小。干法成熟牛肉的L*、a*值和b*值较湿法成熟显著降低8,48,可能是干法成熟较湿法成熟水分含量减少更多,导致光反射减少,牛肉色泽变暗,且牛肉暴露于空气中导致肌红蛋白氧化为高铁肌红蛋白49。干法成熟还会影响牛肉的色泽稳定性,干法成熟牛肉在展示期间的色泽稳定性下降,色泽变化速率高于湿法成熟牛肉48。这可能是由于,一方面,干法成熟牛肉较湿法成熟于氧气中的暴露程度更大,还原型烟酰胺腺嘌呤
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