薛美芳， 王永瑞， 張 也， 馬 亮， 賀曉光， 王松磊*

（1.寧夏大學(xué) 食品與葡萄酒學(xué)院，寧夏 銀川750021；2.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川750021）

肉脯是肉類(lèi)制品深加工的主要產(chǎn)品之一，因其本身諸多特點(diǎn)深受消費(fèi)者的喜愛(ài)[1]。水分是牛肉脯的重要組成部分，牛肉脯的品質(zhì)、感官及各種變化受其水分含量及分布情況的影響[2]。牛肉脯經(jīng)過(guò)干燥后，水分含量有所降低，微生物的生長(zhǎng)減緩[3]。對(duì)于目前的一些干燥方法來(lái)說(shuō)，曬干和風(fēng)干因時(shí)間長(zhǎng)、溫差大、干燥慢，產(chǎn)品干燥效果不好，內(nèi)外硬度不一等現(xiàn)象容易出現(xiàn)；用恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥，能使肉脯內(nèi)外水分?jǐn)U散較快，有利于產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)并提高產(chǎn)品品質(zhì)。干燥能賦予肉脯良好的色澤和可接受性，牛肉經(jīng)過(guò)高溫會(huì)產(chǎn)生表面卷曲、體積減小、保水力下降等變化，這些變化都與水分損失遷移密切相關(guān)[4]。與此同時(shí)，干燥溫度和干燥時(shí)間顯著影響著肉脯質(zhì)量特征。

劉麗美等探討油炸溫度對(duì)牛肉干水分變化與品質(zhì)的影響[5]；渠琛玲等研究了熱風(fēng)干燥過(guò)程中花生仁內(nèi)部水分的分布規(guī)律[6]。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)能夠?qū)Σ煌瑺顟B(tài)的水分加以區(qū)分，分析與其他物質(zhì)之間的相互作用[3]。低場(chǎng)核磁共振包括低場(chǎng)核磁共振波譜及核磁共振成像技術(shù)，它是一種現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，具備了高精準(zhǔn)、速度快、零損傷、無(wú)侵入等特點(diǎn)。不同的弛豫時(shí)間T2值反映了樣品中不同的水分狀態(tài)。T2值越高，水分子的流動(dòng)性越高，在T2圖譜上峰位置越靠右；而T2值越低，水分子的流動(dòng)性越差，在T2圖譜上峰位置越靠左[7]。因此通過(guò)樣品中橫向弛豫時(shí)間T2的變化來(lái)觀(guān)察水分狀態(tài)的變化過(guò)程[8]。氫質(zhì)子核磁共振成像可以顯示樣品中水分分布和加工過(guò)程中的水分結(jié)構(gòu)變化。

作者以熱風(fēng)干燥牛肉脯為研究對(duì)象，運(yùn)用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)牛肉脯不同干燥溫度和不同干燥時(shí)間下橫向弛豫時(shí)間和核磁共振成像，了解不同干燥溫度對(duì)牛肉脯色澤、水分含量、水分狀態(tài)、活躍程度及水分遷移動(dòng)態(tài)規(guī)律。對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，為干燥牛肉脯品質(zhì)提升、產(chǎn)品研發(fā)和節(jié)約能源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冰鮮牛肉、調(diào)味品（包括味精、白砂糖、食鹽）、馬鈴薯淀粉、復(fù)合磷酸鹽、大豆分離蛋白、卡拉膠、紅曲紅（食品級(jí)）：市售。

1.2 儀器與設(shè)備

JP728料理機(jī)：蘇泊爾股份有限公司產(chǎn)品；WSC-S色差計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；SQP電子天平：多利斯科學(xué)儀器北京有限公司產(chǎn)品；DHG-9123A恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；NMI120核磁共振成像分析儀：上海紐邁電子科技有限公司產(chǎn)品；K30FK806電烤箱：蘇泊爾股份有限公司產(chǎn)品；BCD-649WDGK冰箱：海爾股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程選料→原料預(yù)處理→絞肉→混勻→腌制→攤篩→烘干→烘烤→壓平切片→冷卻→包裝→成品。

1.3.2 干燥試驗(yàn)熱風(fēng)干燥的干燥溫度為50、60、70℃。樣品尺寸為6.0 cm×4.5 cm×0.3 cm。通過(guò)控制恒溫鼓風(fēng)干燥箱加熱干燥設(shè)備中的溫度開(kāi)關(guān)進(jìn)行干燥。其中，每30 min取樣，當(dāng)含水率由干燥前的68%降至30%以下時(shí)，肉脯半成品的干燥過(guò)程結(jié)束[9]。實(shí)驗(yàn)重復(fù)做3次取平均值。

1.3.3 初始含水量的測(cè)定采用烘干恒重法[10]測(cè)定初始含水量。

1.3.4 濕基含水率的測(cè)定參照馬慧俐等[11]的方法。

我們發(fā)現(xiàn)，我們用了太多時(shí)間去構(gòu)建所謂的公司文化，卻沒(méi)把主要精力放在拓展業(yè)務(wù)和渠道上。每個(gè)月公司賬面都是不小的赤字，自然沒(méi)法給員工漲工資。

1.3.5 干基含水率的測(cè)定參照楚文靜等[12]的方法。

1.3.6 干燥速率的測(cè)定參照朱文學(xué)等[13]的方法。

1.3.7 低場(chǎng)核磁共振的測(cè)定參照Caia[14]等的方法，略做修改。將樣品切成肉條，進(jìn)行橫向弛豫時(shí)間（T2）的測(cè)定。質(zhì)子共振頻率為20 MHz，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.47 T。T2測(cè)量用90。脈沖時(shí)間16μs；180°脈沖時(shí)間33 μs。掃描16次，回波2 000次，采樣點(diǎn)180 030。

1.3.8 低場(chǎng)核磁共振成像的測(cè)定參照Li[15]等的方法，略做修改。主要參數(shù)：重復(fù)時(shí)間1 500 ms；縱向弛豫時(shí)間T1為20 ms；自旋回波時(shí)間T2為20 ms。

1.3.9 色澤測(cè)定采用WSC-S測(cè)色色差計(jì)，分別記錄L*值、a*值和b*值，其中L*值表示亮度，a*值表示紅度，b*值表示黃度。每個(gè)處理測(cè)定4次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 23軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，所有分析圖均采用Origin2018軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥溫度對(duì)干燥耗時(shí)及濕基含水率的影響

由圖1可知，不同干燥環(huán)境下的干燥曲線(xiàn)趨勢(shì)較為一致，在50、60、70℃3種干燥溫度下，含水率由68%降至30%以下，分別用的時(shí)間為180、150、120 min。其中干燥時(shí)間與含水率成反比，在溫度為70℃時(shí)含水率下降最明顯。如圖，干燥時(shí)間延長(zhǎng)，其含水率并不是勻速下降的，而是逐漸趨于緩慢。在干燥時(shí)間一致下，牛肉脯70℃干燥比50℃和60℃的濕基含水率要低，表明干燥溫度越高越能夠有效加快水分的遷移，提高干燥效率。與曹葉萍等[2]的研究結(jié)果一致。這可能與蛋白質(zhì)變性和肌纖維收縮有關(guān)。

圖1 不同干燥溫度下牛肉脯的干燥耗時(shí)及濕基含水率Fig.1 Drying time and moisture content of dried beef jerky under different drying temperatures

2.2 不同干燥溫度對(duì)干燥速率的影響

圖2 不同干燥溫度下牛肉脯的干燥速率Fig.2 Drying rate of dried beef jerky under different drying temperatures

2.3 不同干燥溫度對(duì)T2弛豫圖譜的影響

通過(guò)反演算法得到不同溫度下牛肉脯核磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)的T2反演圖譜，見(jiàn)圖3（a）-（c）。圖中均出現(xiàn)3個(gè)峰，代表結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水[19]，橫向弛豫時(shí)間T2與水分子流動(dòng)性成正比，這與劉宗博等[20]研究結(jié)果一致。T2圖譜上信號(hào)量越強(qiáng)，峰面積越大代表該種水分含量越高[21]，可以看出牛肉脯中的不易流動(dòng)水含量最高，結(jié)合水和自由水占比較少。并且不同干燥溫度下，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)相似的變化，峰面積減小峰位置左移，說(shuō)明含水率在逐漸降低[22]，這與Lin等[23]研究中波紅外輻射干燥胡蘿卜切片水分的結(jié)果基本一致。

圖3 不同干燥溫度下的核磁共振波譜Fig.3 NMR spectra under different drying temperatures

2.4 不同干燥溫度對(duì)峰面積的影響

如表1所示，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，3種干燥溫度下A、A22和A23均呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明不易流動(dòng)水在向自由水方向遷移而被脫去，導(dǎo)致不易流動(dòng)水含量降低。A23下降可能是由于牛肉在干燥過(guò)程中溫度達(dá)到50℃左右，牛肉肌球蛋白和部分肌漿蛋白發(fā)生變性，持水力降低[23]。A21先升高又逐漸降低，這是由于一些不易流動(dòng)水開(kāi)始向結(jié)合水遷移，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)結(jié)合水中結(jié)合相對(duì)較弱的弱結(jié)合水有所降低[4]。由于干燥破壞了肉中的肌原纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大部分水位于肌原纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致的蛋白質(zhì)變性與水分狀態(tài)的變化有關(guān)。在干燥時(shí)間一致下，70℃干燥的A最低，這與干燥速率和含水量變化相同。表明70℃干燥明顯提升了水分?jǐn)U散梯度。

表1 不同干燥溫度下牛肉脯3種狀態(tài)水峰積分面積Table 1 Water peak integral area of three states of dried beef jerky under different drying temperatures

2.5 不同干燥溫度對(duì)橫向弛豫時(shí)間的影響

橫向弛豫時(shí)間T2是指處于平衡態(tài)的系統(tǒng)受到外界刺激后，停止激發(fā)脈沖經(jīng)一定時(shí)間能恢復(fù)到原來(lái)的平衡態(tài)，系統(tǒng)所經(jīng)歷的這一段時(shí)間[20]，氫質(zhì)子與其他非水組分結(jié)合程度越小，水分越易失去[25-26]。由表2可知，在這3種干燥溫度下，T22和T23均隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，這與Li等[14]報(bào)道的牛肉粒干燥過(guò)程中橫向弛豫時(shí)間變化趨勢(shì)一致。干燥初期的T22、T23比干燥后期的下降速度快，可能是主動(dòng)力為干燥溫度造成的，隨著干燥時(shí)間的進(jìn)行干燥速率降低，T22和T23弛豫時(shí)間緩慢減少，說(shuō)明這個(gè)階段的主要驅(qū)動(dòng)力是內(nèi)部水分向外擴(kuò)散的速率[25]。這與石芳等[25]研究食用菌的橫向弛豫時(shí)間下降速率一致。在相同的干燥時(shí)間下，70℃干燥溫度下的T22、T23顯著低于（P＜0.05）50℃和60℃干燥，表明70℃干燥能加快水分的自由擴(kuò)散度。隨著干燥的進(jìn)行，T21逐漸增大然后又減小，結(jié)合水的波峰右移，不易流動(dòng)水的波峰左移，這說(shuō)明結(jié)合水和不易流動(dòng)水兩種水分相互轉(zhuǎn)化，逐漸成連續(xù)狀態(tài)。

續(xù)表1

表2 不同干燥溫度下牛肉脯中3種狀態(tài)水的橫向弛豫時(shí)間Table 2 Transverse relaxation time of water in three states of dried beef jerky under different drying temperatures

2.6 不同干燥溫度對(duì)水分分布的影響

核磁共振成像技術(shù)MRI是用投影重建法根據(jù)所釋放的磁共振的信號(hào)強(qiáng)度，研究加工過(guò)程中的水分分布和結(jié)構(gòu)變化[27-28]。由表3可知，對(duì)比不同熱風(fēng)溫度條件下T1加權(quán)成像圖發(fā)現(xiàn)，在熱風(fēng)溫度為50℃時(shí)，成像圖亮度變化緩慢；隨著溫度的增加，亮度變化越明顯。干燥時(shí)間相同，不同溫度條件下的加權(quán)成像圖有所不同，成像圖的亮度下降，表明其含水率逐漸減少，與玉米干燥過(guò)程中的成像圖亮度變化一致[29]。這說(shuō)明不同的溫度條件下，水分遷移速率的變化較明顯。隨著干燥的進(jìn)行，物料不斷收縮卷曲，其原因是水分子外遷產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)造成物料組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。

表3 不同干燥溫度下牛肉脯氫質(zhì)子密度成像對(duì)比Table 3 Comparison of hydrogen proton density imaging of dried beef jerky under different drying temperatures

2.7 低場(chǎng)核磁共振總峰積分面積與涇源牛肉濕基含水率相關(guān)性分析

從圖4可以看出，不同干燥條件下，低場(chǎng)核磁共振峰積分面積總和與濕基含水率均呈現(xiàn)顯著的線(xiàn)性關(guān)系（P<0.05），50℃干燥的線(xiàn)性回歸方程為y=337.83x-6 946.19（R2=0.957 0），60℃干燥的線(xiàn)性回歸方程為y=270.72x-4 296.98（R2=0.928 6），70℃的線(xiàn)性回歸方程為y=323.34x-6 092.77（R2=0.975 0），表明其含水率對(duì)核磁共振峰積分面積有影響。因?yàn)橹苯訙y(cè)定濕基含水率耗時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)建立的方程可以更好地預(yù)測(cè)樣品含水率，為牛肉脯熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化、過(guò)程控制提供參考。

圖4 不同干燥溫度下牛肉脯濕基含水率與低場(chǎng)核磁共振總峰積分面積的相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis between moisture content of wet base and total peak integral area of low-field NMR magnetic resonance under different drying temperatures

2.8 不同干燥溫度對(duì)色澤變化的影響

色澤是影響消費(fèi)者喜愛(ài)度和產(chǎn)品市場(chǎng)接受度的重要品質(zhì)屬性之一。肌紅蛋白的氧化是牛肉干燥過(guò)程中色澤變化的主要原因。從圖5可以看出，不同干燥溫度下L*值逐漸下降，亮度降低，a*值和b*值先升高，隨后又慢慢降低。干燥溫度升高，亮度L*值逐漸降低，這是因?yàn)楦稍镞^(guò)程中發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生誘人的亮紅色；美拉德反應(yīng)隨著溫度的升高而加劇，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)美拉德反應(yīng)過(guò)度直接影響色澤；亮度值L*下降，還因?yàn)榕Ｈ飧簻p少，引起樣品表面光鮮度下降，從而使樣品亮度減弱。此外，干燥結(jié)束后干燥溫度高的a*值和b*值比干燥溫度低的高，此結(jié)果與姜秀麗[3]研究的牛肉干顏色變化結(jié)果一致。

圖5 不同干燥溫度下的色澤Fig.5 Color underdifferent drying temperatures

3 結(jié)語(yǔ)

采用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)，分別從以下方面揭示了牛肉脯在3種不同干燥溫度下的水分狀態(tài)。

1）牛肉脯在50、60、70℃3種干燥溫度下，含水率68%降至30%以下，用的時(shí)間為180、150、120 min，平均干燥速率分別為0.226 5、0.277 9、0.353 9 g/（g·min）。

2）牛肉濕基含水率達(dá)到35%左右時(shí)，結(jié)合水峰積分面積A21明顯降低，不易流動(dòng)水的波峰明顯左移。

3）不同干燥溫度下，牛肉濕基含水率與核磁共振峰積分面積總和均呈現(xiàn)顯著的線(xiàn)性關(guān)系（P<0.05），其中70℃干燥的線(xiàn)性回歸方程為y=323.34x-6 092.77（R2=0.975 0）。

4）3種溫度下的水分變化基本一致。70℃干燥前期水分下降較快，而后期水分?jǐn)U散速率顯著低于（P＜0.05）50℃及60℃干燥，但在相近含水狀態(tài)下70℃干燥的氫質(zhì)子密度分布相對(duì)均勻，牛肉脯干燥品質(zhì)較高。