宰后初期pH-温度窗口对牛肉品质的影响

孔潇，刘琦，罗欣，2，张一敏，刘文营，朱立贤*

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心，江苏 南京 210095；3.北京食品科学研究院，北京 100000）

肌肉环境温度过低或过高（pH值为6时，胴体温度低于12℃或高于35℃）均极易引起肌原纤维的收缩[1-2]，使肌肉处于冷收缩或热收缩的状态。为防止以上两种异常肌肉收缩，澳大利亚肉类标准（Meat Standards Australia，MSA）最早提出了pH-温度窗口理论，为动物胴体在冷却过程中pH值与温度的下降关系提供了指导。该理论指出当胴体pH值下降到6时，若温度处于12℃～35℃，pH值的下降速率与胴体冷却速率相适应，二者的协同作用可加速尸僵过程，使肉快速嫩化，该温度区间的胴体呈最佳的pH-温度下降关系[2-3]；反之，则发生热收缩或冷收缩，均不利于牛肉的嫩化[4-5]。

此外，嫩度是牛肉最为重要的食用品质之一，消费者愿意为获得更好的嫩度而支付更高的价格[6]。美国等重要的牛肉生产国每隔几年就会对牛肉的嫩度数据进行更新，这些数据不仅为肉牛产业的发展提供了标准，也为后续牛肉的生产及加工提供了方向，更为消费者获得更高品质的牛肉提供了可能。然而，我国有关牛肉嫩度的工厂生产数据却十分有限[7]。

为弥补国内有关牛肉嫩度的工厂生产数据的匮乏以及基于pH-温度窗口对牛肉品质差异分析研究的空缺，本研究选取两个国内具有代表性的大型商业肉牛屠宰企业，测定和分析了581条牛胴体的pH值与温度的关系、建立了pH-温度窗口，并对牛肉成熟过程（4 d～42 d）中品质相关指标进行了测定。以期丰富国内牛肉嫩度的关键数据库，为企业改进电刺激参数、改善肉牛宰前管理、提升牛肉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验样本由山东省某屠宰工厂（A工厂）和内蒙古某屠宰工厂（B工厂）提供。

于A工厂屠宰线随机选取295头鲁西黄牛×西门塔尔牛[20月龄～22月龄，体重（278.3±63.3）kg]，于 B 工厂屠宰线随机选取286头鲁西黄牛×西门塔尔牛[20月龄～22月龄，体重（331.1±70.9）kg]进行宰后 24 h 内的pH-温度监测。A工厂屠宰后以60 V、1.5 A的强度对牛胴体进行电刺激处理30 s，B工厂以60 V、2 A的强度对牛胴体进行电刺激处理50 s。待胴体冷却成熟24 h后，选取左半胴体背最长肌（n=60，A工厂、B工厂各30条）真空包装，冰温运回实验室后，分割为2.54 cm的牛排，于 0℃～4℃环境下分别成熟4、7、14、21、42 d，并对其剪切力、肉色及保水性进行测定。

1.2 仪器与设备

Sevon2Go便携式pH计：瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；TA-XT2i型质构仪：英国Stable Micro System公司；C200真空包装机：德国MultiVac公司；DM-6801A数字温度计：深圳市胜利高电子科技有限公司；SP62便携式色差计：美国爱色丽公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉中心温度及pH值的测定

在肉牛宰后 45 min、3、6、9、12 h 和 24 h，分别用数字温度计和便携式pH计对牛背最长肌第12～13肋骨之间肌肉中心温度及pH值进行测定。温度计及pH计探头插入深度为3 cm，每头牛测定3次并记录，取平均值进行分析。

1.3.2 剪切力测定

参考 Ji等[8]的方法并稍作修改，将成熟 4、7、14、21 d和42 d的牛排置于真空包装袋中，在80℃水浴条件下加热至牛排中心温度达到70℃，待牛排冷却至室温（25℃）后置于0℃～4℃冷库过夜。测试肉柱用直径为1.27 cm的空心取样器进行取样（沿肌原纤维方向，避开牛排筋腱和脂肪），使用TA-XT2i型质构仪HDP/BSW探头对牛肉肉柱测试剪切力值，每块牛排进行5次测定，仪器通过Texture ExpertⅤ1.0软件进行控制，取平均值进行分析。

1.3.3 贮藏汁液损失测定

参照Yang等[9]的方法并稍作修改，牛肉分割为牛排后质量记为W1（g），真空包装后置于0℃～4℃冷库贮藏，待成熟7、14、21、42 d后用滤纸吸干表面汁液，此时肉样质量记为W2（g）。

1.3.4 蒸煮损失测定

参照孙文彬等[10]的方法，牛排初始质量记为W3（g），置于真空包装袋后水浴（80℃）加热至中心温度为70℃，静置冷却至室温（25℃）后沥干汤汁，置于0℃～4℃冷库中过夜，用滤纸吸去表面汁液后肉样质量记为W4（g）。

1.3.5 肉色测定

在成熟 4、7、14、21、42 d 后分别用便携式色差计（SP62，测量孔径 8 mm，光源 A，标准视角 10°）对牛排L*（亮度值）、a*（红度值）、b*（黄度值）进行测定。每块牛排进行6次测定，取平均值进行分析。

1.4 数据统计分析

pH-温度窗口的建立：根据Hopkins等[11]方法进行pH-温度曲线拟合。使用R 3.6程序建立每一头牛的pH值随温度下降的趋势图被拟合为单独样条函数模型，用来预测牛背最长肌pH6时的平均温度（Temp@pH6） 和温度为 12℃时的平均 pH值（pH@Temp12），用自我重复抽样法求得标准差。

其它指标的数据分析：剪切力、肉色、贮藏损失及蒸煮损失采用SAS 9.2程序中的混合模型（MIXED procedure）进行显著性分析，差异显著水平为P＜0.05。模型中牛个体为随机效应，成熟时间为固定效应。

2 结果与分析

2.1 A工厂牛胴体pH-温度窗口的测定

通过对A工厂295条肉牛胴体进行宰后24 h内的pH值及温度的测定，发现18条胴体的宰后初始pH值低于6.0，16条胴体的极限pH值高于6.0，这34条胴体的pH-温度曲线不经过pH6.0。因此，为更好建立pH-温度窗口并确定落入理想pH-温度窗口的胴体百分比，将以上34条胴体数据剔除，以剩余的261条肉牛胴体进行pH-温度下降关系的构建，结果见图1。

图1 A工厂肉牛宰后胴体24 h内的pH-温度下降关系Fig.1 The pH-temperature decline within 24 hours after slaughter in abattoir A

由图1可知，当胴体pH值下降到6时，温度落在12℃～35℃，为MSA的理想pH-温度窗口，大于35℃与小于12℃分别会发生热、冷收缩现象。在A屠宰场中，胴体温度为12℃时的平均pH值（pH@Temp12℃）为5.6±0.2，pH值为6时的平均温度（Temp@pH6）为（26.3±7.3）℃。共有230条胴体落入理想“窗口”，落入率为88.1%，占总观测胴体的78.0%。除此之外，19条胴体发生热收缩，发生率为7.3%；12条胴体发生冷收缩，发生率为4.6%。

2.2 B工厂牛胴体pH-温度窗口的测定

通过对B屠宰场286条肉牛胴体进行宰后24 h内的pH值及温度测定，发现57条胴体的宰后初始pH值低于6.0，70条胴体的极限pH值高于6.0。这127条胴体的pH-温度曲线也不经过pH6.0。因此，以剩余的159条胴体进行pH-温度下降关系的构建，结果见图2所示。

图2 B工厂肉牛宰后胴体24 h内的pH-温度下降关系Fig.2 The pH-temperature decline within 24 hours after slaughter in abattoir B

由图2可知，在B屠宰场中，胴体温度为12℃时的平均pH值（pH@Temp12℃）为5.6±0.15，pH 值为 6时的平均温度（Temp@pH6）为（31.6±6.6）℃。其中仅有96条胴体落入理想“窗口”，落入率为60.4%，占总观测胴体的33.6%。除此之外，60条胴体发生热收缩，发生率高达37.7%；3条胴体发生冷收缩，发生率为1.9%。

A、B工厂之间肉牛宰后24 h内的pH-温度窗口存在较大差异。相较于B工厂，A工厂胴体pH-温度下降关系更为适宜。B工厂Temp@pH6远高于A工厂，表明该工厂胴体pH值下降速率更快。pH值的快速降低会在成熟初期引起肌肉蛋白变性以及钙蛋白酶自溶，不利于牛肉宰后嫩化[12]。

2.3 极限pH值分析

两个工厂牛肉极限pH值比较见表1。

表1 两个工厂牛肉极限pH值比较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、货架期短等不利影响[18]，会直接影响到消费者的购买欲望，并会对企业造成严重的经济损失。目前，DFD牛肉的确定主要是以极限pH值为依据，极限pH≥6.10为DFD牛肉，极限pH值在5.80～6.10为中间型牛肉，极限pH＜5.80为正常牛肉。由表1可知，B工厂的DFD发生率为17.1%，远高于A工厂2.7%的发生率。王晶等[13]研究发现，pH＞6.09的牛肉，肉色、嫩度和货架期等品质与正常牛肉相比存在较大差异。综合牛肉生产过程中的品质影响关键点分析，B工厂DFD发生率高可能与两个因素有关：一是B工厂同时进入待宰圈的肉牛数量过大，存在静养条件不充分，且存在能量补充不足的现象；二是B工厂肉牛宰前不栓系，发生的混群、打斗、攀爬等行为消耗了大量肌糖原，导致部分牛肉极限pH值超出了正常范围[14]。基于以上内容，B工厂需要加强动物的宰前管理，以降低DFD发生率。

2.4 牛肉嫩度差异分析

剪切力值是用来衡量肉品嫩度的重要指标之一，剪切力值越低表明肉嫩度越好[15]。两工厂牛背最长肌在成熟期间内的剪切力值变化见表2。

表2 成熟时间对牛背最长肌剪切力的影响Table 2 Effect of aging time on shear force of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表2可知，宰后4 d为冷鲜牛肉开始在市场流通销售的初平均时间，两工厂牛肉在该时间点的剪切力均高于澳洲和美国标准[11-16]，存在食用品质不佳的现象。随着成熟时间的延长，牛肉剪切力逐渐降低，嫩度逐渐改善。成熟42 d的牛肉剪切力已降低至40 N以下。Pearce等[17]研究发现，未经电刺激处理的牛背最长肌成熟至42 d时的剪切力与初始剪切力相比下降了20%，通过与本研究比较，发现电刺激可以加速肉的嫩化，使肉较早获得更好的嫩度。成熟前期（4 d～14 d）牛肉的剪切力快速降低，其剪切力变化值高于成熟最后4周的变化值，表明牛肉嫩度的改善主要发生在成熟前期。成熟21 d为市场上冷鲜牛肉到达消费者手中的平均时间，该时间点的剪切力仍高于中国消费者的理想嫩度阈值（剪切力＞41.4 N）[18]，表明需要更长的成熟时间才可达到中国消费者对于牛肉嫩度的要求。

值得关注的是，尽管B工厂的pH值下降速度过快，但其剪切力值却与热收缩现象并无直接关系。这一结果与MSA及之前的一些研究略有不同，然而Hopkins等[11]研究结果显示，相较于Temp@pH6=33.3℃，Temp@pH6=40.9℃对牛肉嫩度并未有负面影响。不同的结果指向反映了不同的pH-温度下降关系，且这种差异可能也与不同的样品处理方式有一定关联。将A、B工厂的电刺激参数进行对比，A工厂进行电刺激的电流较低，时间较短，避免了较高的热收缩发生率，是较为理想的处理条件。

2.5 保水性

两工厂牛背最长肌在成熟期间内的保水性变化见表3。

表3 成熟时间对牛背最长肌保水性的影响Table 3 Effect of aging time on water holding capacity of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表3可知，成熟时间对牛肉的贮藏损失影响显著（P＜0.05）。随着成熟时间的延长，牛肉的贮藏损失显著增加（P＜0.05）。且当牛肉成熟至42 d时，A工厂的贮藏损失率达到7.2%，B工厂的贮藏损失率达到6.6%，与Devine等[19]研究结果相似。Bogdanowicz等[20]结果也显示，随着贮藏时间延长，贮藏汁液损失呈逐渐上升的趋势。该现象与尸僵过程中肌纤维的收缩以及成熟过程中蛋白质的不断降解有直接关系[21]。牛肉的贮藏损失在整个成熟期间变化不大，但由表3可以看出，成熟期间B工厂牛肉的蒸煮损失高于A工厂牛肉。可能是B工厂过度电刺激引起pH值快速降低，对细胞膜的完整性产生了破坏，造成该工厂牛肉的低保水性[22-23]。综合以上内容，B工厂电刺激参数虽未导致嫩度劣变，但其对牛肉的保水性具有一定的负面影响，电刺激参数仍需要进一步改进。

2.6 肉色

工厂和成熟时间对牛宰后背最长肌肉色的影响见表4。

表4 成熟时间对牛背最长肌肉色的影响Table 4 Effect of aging time on meat color of Longissimus dorsi muscle in cattle

由表4可知，随着成熟时间的延长，A工厂牛肉L*值整体呈现上升趋势。B工厂牛肉L*值在整个成熟期间相对稳定，Colle等[24]结果也显示，真空包装可以维持牛肉成熟过程中L*值的相对稳定。整个成熟期间，A工厂牛肉的L*值始终高于B工厂，这与A工厂在该时间点贮藏损失的增加有关，水分的渗出会增加光的散射，进而导致L*值增大[25]。两工厂牛肉b*值在成熟期间整体呈上升趋势。随着成熟时间的延长，A工厂牛肉a*值显著增加（P＜0.05），而B工厂牛肉的a*值在成熟末期略微下降。整个成熟期间内，A、B两工厂均保持了较好的a*值。有研究表明，电刺激会对肌肉超微结构造成破坏，有利于肌红蛋白与氧气接触，氧合肌红蛋白增多，使得肉品的a*值较高[26]。成熟期间两工厂牛肉b*值的变化趋势与a*值相似，并且A工厂牛肉的b*值始终高于B工厂。

3 结论

两工厂宰后24h内的pH-温度下降关系存在差异，A工厂中更高比例的胴体落入了理想pH-温度窗口。B工厂热收缩率高达37.7%，DFD发生率高达17.1%，其应加强宰前管理，改进电刺激参数，降低DFD及热收缩现象的发生。两工厂牛肉在成熟期间均保持较好的肉色，B工厂保水性较差。与预期不同的是，B工厂pH值的快速下降并没有导致该工厂牛肉嫩度发生劣变。综合肉品品质与经济效益，B工厂在其较长电刺激时间的基础上可降低电流，避免过度电刺激的发生，延缓牛肉pH值下降速率。同时，两工厂牛肉经过21 d的成熟，仍未达到中国消费者可接受的理想嫩度阈值，成熟42 d后才可以降至理想范围。据此，中国牛肉生产者、销售者应充分考虑消费者对于高品质牛肉的需要，在平衡经济效益与消费者需求的基础之上，为消费者提供更多优质牛肉。