《食品科學》：山東農業大學張一敏教授等：僵直前期超快速冷凍對牛肉貯藏期嫩度的影響

畜禽屠宰后體溫一般在40 ℃，為了延長保質期、保持肉品的質地和風味，胴體的宰后降溫處理尤為重要。傳統的肉牛屠宰企業中，肉牛屠宰后胴體吊掛在生產線，隨后進入冷卻排酸間（0～4 ℃）降溫并進行成熟，成熟過程中肌原纖維蛋白降解，嫩度隨之得到一定的改善。然而這種冷卻方式存在能耗高、干耗嚴重、微生物超標的問題，使肉類行業面臨嚴重的經濟和質量安全隱患。針對此問題，早在十幾年前，基于肌肉在宰后5 h內冷卻至0～-1 ℃的原理，肉類行業提出了超快速冷卻（UFC）（-20～-30 ℃）的降溫方法。UFC可以使肌肉在較短時間內達到目標溫度，縮短停留在冷卻間的時間，使產品快速運輸到消費者手中，并且可以延長牛肉的貨架期，最終創造更好的經濟效益。綜合考慮到經濟因素，UFC比傳統的低溫冷卻更有優勢。

目前可以確定，胴體經UFC處理后其表面會形成一層漿結面，顯著降低冷卻干耗，但對肉品質的影響仍存在爭議。研究表明，僵直前UFC處理在嫩度改善方面表現出很大的嫩化潛力。與UFC相比，超快速冷漿（UFF）處理在極短時間內將溫度降至更低的水平，既保留了僵直前快速降溫從而降低冷卻干耗的優點，同時也可能有效避免冷收縮而引起的牛肉增韌。并且較低的冷漿中心溫度會形成冰晶，從而對肌纖維造成更大的破壞，這對改善肉的嫩度有積極的作用。

山東農業大學食品科學與工程學院的王會振、李繼強、張一敏*等擬探究牛肉在僵直前經UFF處理（-30 ℃條件下將中心溫度降至-10 ℃，然后在（0±2）℃下保存至宰后24 h）對牛肉嫩度的影響，旨在為UFF技術在牛肉生產中的應用提供新的理論依據，推動肉類加工行業的科技進步和產品升級。

1 冷卻方式對宰后早期牛肉中心溫度的影響

由圖1可知，冷卻方式對牛背最長肌的中心溫度下降有顯著影響（

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＜0.05）。UFF和UFC在宰后4 h內分別達到了所設定的目標中心溫度，符合預期。并且UFC在宰后5 h內中心溫度降至0 ℃以下，這個結果符合UFC的定義。與UFF和UFC相比，CC組樣品溫度下降較慢，在宰后6 h，樣品冷卻到12 ℃左右。到達目標溫度以后，在（0±2）℃的環境中，UFF組樣品溫度逐漸升高，但到宰后24 h UFF組樣品的中心溫度仍在牛肉冰點（-1.6 ℃左右）以下。

2 冷卻方式對宰后早期牛肉pH值的影響

如表1所示，宰后早期牛肉的pH值受到冷卻方式及宰后時間的交互作用影響顯著（

P

＜0.05）。動物屠宰后，由于氧氣供應停止，肌肉組織轉向無氧糖酵解成為主要的能量來源。這一過程中產生的乳酸和氫離子 （H ＋ ） 在肉內逐漸累積，最終導致pH值下降。宰后0.5 h，3 個組（UFF、UFC、CC）兩兩之間pH值差異不顯著（

P

＞0.05），然而，隨著宰后時間的延長，不同處理組之間的pH值差異逐漸變得顯著（

P

＜0.05）。pH值下降的速率與宰后糖酵解的速率密切相關。UFF處理顯著減緩了宰后肌肉pH值的下降速率。這可能是因為快速冷漿形成的低溫環境抑制了與糖酵解相關的酶活性，從而減慢了乳酸和其他代謝產物的生成速率，進而影響了pH值的變化。Sikes、Vieira等的研究中也發現低溫顯著減緩了宰后肌肉pH值下降的速率。在宰后48 h，各處理組之間的差異基本消失，這表明盡管UFF處理減緩了牛肉宰后早期pH值的下降速率，但不影響其極限pH值。

3 冷卻方式對貯藏期牛肉剪切力的影響

牛肉嫩度常以剪切力衡量，嫩度作為消費者評價牛肉食用品質的重要指標，直接影響消費者的消費意愿。如圖2所示，牛肉的剪切力受冷卻方式和成熟時間的交互作用影響顯著（

P

＜0.05）。不同冷卻方式處理后的牛肉初始剪切力存在顯著差異。其中，UFF組表現出最佳的初始嫩度，而UFC組的樣品剪切力也顯著低于CC組（

P

＜0.05），顯示出較好的嫩度。隨著貯藏時間的延長，在貯藏14 d時，各處理組樣品的嫩度均得到顯著改善，特別是UFF肌肉嫩度表現最佳。肌肉產生“冷收縮”的典型特征在成熟期間其嫩度不會得到有效改善，而本實驗中各組樣品的嫩度在成熟期間均得到了很好的改善。因此從剪切力的角度來看，UFF處理并未導致“冷收縮”的發生進而未使牛肉變韌。相反，UFF處理不僅有效提升了牛肉的初始嫩度，而且在成熟期間也展現出了良好的嫩化潛力。

4 冷卻方式對貯藏期牛肉汁液損失率的影響

如表2、3所示，貯藏損失率分別受冷卻方式和貯藏時間這兩個主效應影響顯著（

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＜0.05），蒸煮損失率僅受冷卻方式主效應影響顯著。隨著貯藏時間的延長，各組的貯藏損失率均逐漸增加，CC組貯藏損失率顯著低于UFC和UFF（

P

＜0.05）。Neto等同樣發現在貯藏期間（14 d），經UFC處理后的牛肉貯藏損失率較CC組有所增加。可能是由于冷卻溫度過低導致蛋白質發生變性，使其與水結合能力下降，從而在貯藏過程中具有較高的汁液損失。此外經UFF處理后，牛肉肌纖維結構被破壞，從而導致肌纖維與結締組織之間的空間也被破壞，造成水分更容易流失。

蒸煮損失是指在烹飪過程中由于水分和可溶性物質從肉中流失而導致的質量降低，它與肉的持水能力和烹飪方法密切相關。UFF組的蒸煮損失率顯著低于CC和UFC組（

P

＜0.05）。Sikes等的研究也發現UFC處理可降低牛肉的蒸煮損失（

P

＜0.05）。蒸煮損失主要源于肌肉中的不易流動水，其主要存在于肌原纖維蛋白網絡，因此骨架蛋白的降解是影響肌肉蒸煮損失的重要因素。骨架蛋白的降解使肌原纖維中的容水空間增加，從而保留了更多的水分。陳明等通過相關性分析發現，貯藏損失和蒸煮損失呈顯著負相關（

P

＜0.05），說明貯藏損失越大，蒸煮損失越小。本研究中UFF組蒸煮損失最低，可能是其骨架蛋白發生了更大程度的降解，這在本研究中也得到了證實。

5 冷卻方式對牛肉肌節長度的影響

牛肉正常的肌節長度約為2.0 μm，根據Marsh等的研究，當肌節長度縮短超過20%時會導致肉品增韌。如圖3所示，各處理組的肌節均發生一定程度的收縮，UFC組的肌節長度最長，而CC組最短（

P

＜0.05），但均長于1.6 μm，收縮程度均未達到肌節長度的20%。

牛肉嫩度與肌節長度密切相關。然而在本研究中，宰后48 h UFC和UFF組的肌節長度差異不顯著，但在貯藏1 d時，UFF樣品的剪切力顯著低于UFC樣品（

P

＜0.05），這表明在本研究中肌節長度僅是影響牛肉嫩度的一方面原因，并沒有對牛肉嫩度起決定性作用。Sikes等對牛背最長肌進行了CC、延遲冷卻和UFC處理，發現宰后2 d時各組間的肌節長度差異并不顯著，但是UFC處理后的樣品嫩度最佳。以上結果表明，牛肉經UFF和UFC處理后，不會導致肌節的劇烈縮短，肌節長度對嫩度的影響也并沒有發揮關鍵作用。

6 冷卻方式對牛肉MFI的影響

MFI作為嫩度的評價重要標志，通過反映肌原纖維中大分子蛋白質的斷裂程度可以評估肌肉嫩化的情況。動物在屠宰后，隨著特定酶對肌動蛋白、肌球蛋白等結構蛋白的降解，肌原纖維逐漸斷裂成更小的片段，導致MFI升高。如圖4所示，牛肉MFI受冷卻方式和宰后時間的交互作用影響顯著（

P

＜0.05）。各處理組的MFI都隨宰后時間的延長而增加，并且宰后3、10、24 h UFF組的MFI均為最高，CC組的MFI最低（

P

＜0.05）。這可能是由于UFF處理引起了細胞內環境的變化，如pH值和離子濃度的改變，進而激活了特定的蛋白酶（如鈣蛋白酶和組織蛋白酶），導致肌動蛋白和肌球蛋白等結構蛋白降解。此外，UFF處理過程中形成的冰晶也可能對牛肉肌原纖維造成物理破壞，從而使MFI提升。MFI的結果也解釋了UFF相較于UFC和CC剪切力更低的原因。

7 冷卻方式對牛肉肌原纖維蛋白粒徑的影響

肌原纖維蛋白粒徑是指肌原纖維中蛋白質顆粒的具體大小。測定牛肉肌原纖維蛋白粒徑是評估肌原纖維蛋白降解和肉質嫩化情況的一個有效方法。在本研究中，冷卻方式和宰后時間的交互作用對肌原纖維蛋白粒徑影響顯著（

P

＜0.05）。如圖5所示，各處理組的肌原纖維蛋白粒徑隨宰后時間的延長而逐漸減小，在宰后3 h，各處理組間出現顯著差異（

P

＜0.05）。并且在宰后3、10、24 h，UFF組的肌原纖維蛋白粒徑顯著低于UFC和CC組（

P

＜0.05），其中CC組顯示出最大的粒徑（

P

＜0.05）。這一結果說明UFF有效地促進了蛋白質的降解過程，使得肌原纖維中的蛋白質顆粒更為細小，這與MFI的結果相印證，進一步證明了UFF處理能有效提升肉質嫩度。

8 冷卻方式對牛肉宰后早期肌纖維形態的影響

由圖6可見，在宰后初期（0.5 h），未經處理的牛背最長肌顯示出緊密有序的肌纖維排列，肌原纖維之間的間隙較小，細胞結構完整。在宰后3 h，樣品隨著中心溫度的降低，“空腔”結構變得明顯，并且可以觀察到少部分肌細胞結構被破壞。這表明UFF處理和UFC處理可能對肌細胞造成了一定程度的微觀結構變化。與此形成鮮明對比的是，CC組樣品的細胞形態仍保持完整，顯示出較少的結構破壞。在宰后24 h，CC組樣品中的肌細胞結構依然保持完整，僅觀察到部分肌原纖維之間的間距有所增大。這表明在CC條件下，肌肉微觀結構的變化相對輕微。與CC組宰后3 h的樣品相比，UFC組樣品的“空腔”結構僅少量增加，而UFF組樣品中“空腔”結構的數量顯著增加，并且這些“空腔”結構較大。這一結果表明UFF處理對肌細胞結構的破壞程度相較于CC宰后3 h進一步加劇。

通過上述結果可以明顯看出，隨著冷卻中心溫度的降低和宰后時間的延長，肌細胞微觀結構所受的影響逐漸加劇，導致更為嚴重的肌細胞損傷。這一現象與Sikes等的研究結果相吻合，在對UFC處理的牛肉進行觀察時，同樣發現了肌細胞內部形成明顯的“空腔”結構。這表明宰后早期（24 h內）超快冷漿處理可以對肌細胞結構造成嚴重的物理損傷，這可能是導致UFF組樣品初始嫩度較好的原因之一。此外，UFF處理還破壞了肌纖維與結締組織之間的空間結構，增加了細胞質的疏水性。這一結果解釋了UFF組貯藏損失較高的原因。

9 冷卻方式對牛肉肌原纖維蛋白降解的影響

9.1 冷卻方式對肌間線蛋白降解的影響

肌間線蛋白是指位于肌原纖維內的關鍵結構蛋白，在肌肉的收縮和舒張中起著重要作用。宰后隨著特定蛋白酶的活性增加，導致肌間線蛋白逐漸降解，這使得肌原纖維結構變得松散，從而顯著改善肉的嫩度。因此，肌間線蛋白的降解程度可作為評估牛肉嫩度的重要指標。如圖7所示，宰后24 h內，隨著宰后時間的延長，3 個處理組的肌間線蛋白完整條帶的相對光密度呈現逐漸降低的趨勢。UFF組的肌間線蛋白完整條帶相對光密度最低，表明其降解程度最為顯著；其次為UFC組，CC組的相對光密度最高（

P

＜0.05）。肌間線蛋白為

-鈣蛋白酶的主要降解底物，UFF處理通過延緩宰后pH值的下降速度，維持了較高的pH值環境，這也提高了

-鈣蛋白酶的活性。因此，UFF組的肌間線蛋白降解程度顯著增加。這一實驗結果進一步證實，UFF處理能夠有效促進宰后牛肉中肌間線蛋白的降解，使得肌肉纖維更加松散，有助于改善嫩度。

9.2 冷卻方式對肌鈣蛋白-T降解的影響

肌鈣蛋白-T位于肌原纖維細肌絲上，與原肌球蛋白結合，形成肌鈣蛋白復合體的一部分，在調節肌肉收縮與舒張中起著關鍵作用。牛肉宰后隨著時間的延長，肌鈣蛋白-T逐漸降解，這一過程導致細絲結構的弱化，從而影響牛肉嫩度。本研究中肌鈣蛋白-T完整條帶的相對光密度受冷卻方式和宰后時間的交互作用影響顯著（

P

＜0.05）。由圖8可知，隨著宰后時間的延長，各組樣品的肌鈣蛋白-T條帶逐漸變淺，其中UFF樣品條帶的相對光密度下降最快，表明其肌鈣蛋白-T的降解最為顯著；其次是UFC樣品，而CC樣品降解速度最慢。較高的降解程度意味著肌原纖維結構弱化更為明顯，從而提升了肉質的嫩度。這一結果進一步證實了不同冷卻處理方式對肌鈣蛋白-T降解的影響，其中UFF處理能夠更有效地促進肌鈣蛋白-T的降解，有助于提升牛肉的嫩度。

9.3 冷卻方式對

-鈣蛋白酶降解的影響

-鈣蛋白酶是一種特異性降解蛋白的酶，主要作用于肌原纖維蛋白。它通過選擇性地降解關鍵結構蛋白，如肌動蛋白和肌球蛋白，從而提高肌肉的嫩度，在肉品嫩化過程中發揮重要作用。

-鈣蛋白酶的激活過程伴隨著自溶的發生，其80 kDa的條帶首先自溶并出現78 kDa的降解條帶，在變為78 kDa之后，該亞基仍然保持其蛋白水解活性，能夠繼續參與細胞內的蛋白質降解過程，參與牛肉的嫩化過程。如圖9所示，在宰后10 h UFF中觀察到

-鈣蛋白酶的自溶現象，出現了78 kDa的降解條帶，表明其80 kDa的原始條帶開始降解。而在UFC中，78 kDa的降解條帶在宰后24 h才被觀察到。值得注意的是，在宰后早期（24 h內），CC組

-鈣蛋白酶的80 kDa條帶保持較為完整，未出現自溶條帶。以上結果表明，UFF樣品中

-鈣蛋白酶更早地被激活，參與宰后牛肉的嫩化過程，其次是UFC。這可能是由于宰后初期UFF組中較高的pH值條件為

-鈣蛋白酶發揮水解活性提供了適宜的環境。并且Yan Tongjing等的研究發現，羊肉經UFC處理后

-鈣蛋白酶較CC組更早發生自溶。本研究中UFF組

-鈣蛋白酶的早期激活和自溶也與宰后1 d時UFF組牛肉嫩度最佳相印證。

結論

本研究通過設定不同的冷卻方式（UFF、UFC、CC）探究僵直前背最長肌嫩度變化及其機理，通過對貯藏期間牛肉品質變化以及宰后早期肌細胞微觀結構變化進行分析，部分解釋僵直前UFF對牛肉背最長肌嫩度的影響機制。結果表明，UFF處理顯著改善了牛肉的嫩度。經UFF處理的牛肉沒有發生因為溫度急劇下降而引起“冷收縮”和“解漿收縮”產生的肌肉增韌現象，相反，由于UFF提供的較低的環境溫度減緩了牛肉pH值的下降，維持了較高的pH值環境。這不僅增強了

-鈣蛋白酶的活性，還促進了關鍵結構蛋白的早期降解，進一步提升了嫩度。此外，低溫環境對肌細胞以及肌原纖維造成了一定程度的破壞，促進了MFI的提高，這也是嫩度提升的重要原因。盡管UFF在貯藏過程中降低了蒸煮損失，但也一定程度上增加了牛肉的貯藏損失，然而，鑒于其在提升肉品品質方面的顯著優勢，UFF仍然是一種極具潛力的宰后處理方法。

因此，對熱剔骨的背最長肌進行僵直前UFF處理是一種有效的策略，能夠將牛肉嫩化進程提前至僵直前階段，不僅避免了傳統快速冷卻導致的冷收縮問題，還在改善牛肉嫩度的同時減少干耗損失并縮短了冷卻成熟的時間。這種加工處理技術不僅可以提高牛肉的品質，還可以在多個方面降低牛肉成熟的成本，為改善牛肉品質和牛肉嫩度調控技術提供新的思路，具有潛在的應用價值。

第一作者：

王會振 碩士研究生

山東農業大學食品科學與工程學院

王會振，男，中共黨員，山東農業大學碩士生。在學習方面，研究生期間成績排名專業第四，占專業前8%。連續兩年獲得校級一等學業獎學金。在工作方面，始終保持嚴謹認真的態度，積極做好為學院為班級服務的工作。研究生期間，作為班級班長能夠處理好同學之間的關系，帶領班級有一個和諧融洽的氛圍；作為研究生會主席，與老師、各部長積極交流溝通，成功組織策劃了十幾場院級活動，并且獲得了“優秀研究生干部”的稱號。目前已發表英文會議論文1 篇，SCI一區文章1 篇 已錄用。

通信作者：

張一敏 教 授

山東農業大學食品科學與工程學院

張一敏，女，山東農業大學教授、博士生導師。國家肉牛牦牛產業技術體系-質量安全與營養品質評價崗位科學家，泰山學者青年專家，山東省優秀青年基金獲得者，山東省高等學校優秀青年創新團隊——牛肉品質控制創新團隊帶頭人。美國猶他州立大學、澳大利亞初級產業部紅肉研究中心訪問學者。中國畜產品加工研究會理事、青年委員會委員；全國畜牧業標準化技術委員會牛業及奶業標準化工作組委員、全國畜牧屠宰質量標準創新中心委員。目前主要從事肉品科學領域的教學與科研工作，研發了一系列肉類產品和生鮮肉品質與安全控制技術，主持承擔與澳大利亞國際合作項目、國家自然科學基金面上項目、國家重點研發專項子課題等項目15 項；發表SCI/EI收錄論文160 篇。獲得中國產學研合作創新獎、山東省高等學校科學技術獎一等獎等獎勵4 項，出版中英文專著及教材7 部，申獲發明專利15 件，其中美國發明專利1 件。

本文《僵直前期超快速冷漿對牛肉貯藏期嫩度的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第18期291-299頁，作者：王會振，李繼強，朱立賢，毛衍偉，梁榮蓉，馮元順，郝劍剛，張新軍，張一敏*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250218-076。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：農夢琪；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網