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      一種基于LF-NMR技術(shù)的不同含水量豬肉檢測(cè)方法研究

      2014-01-18 07:57:06龐之列何栩曉李春保
      食品科學(xué) 2014年4期
      關(guān)鍵詞:低場(chǎng)出峰水量

      龐之列,何栩曉,李春保*

      (南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095)

      一種基于LF-NMR技術(shù)的不同含水量豬肉檢測(cè)方法研究

      龐之列,何栩曉,李春保*

      (南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095)

      研究了一種基于低場(chǎng)核磁共振技術(shù)的不同含水量豬肉檢測(cè)方法。選擇豬背部最長(zhǎng)肌于宰后5 h內(nèi)注射肉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、8.72%、14.23%和17.03%的蒸餾水,于注水后0、12 h和24 h測(cè)定肉色(L*、a*和b*)、低場(chǎng)核磁共振橫向弛豫時(shí)間(T2)。結(jié)果表明,隨著注水量的增加,低場(chǎng)核磁共振中T2中第2個(gè)峰(T21)的峰時(shí)間(t21)增 大、峰面積(A21)減小、峰面積比(P21)減小以及色差中的亮度值(L*)增大,其他指標(biāo)變化相對(duì)較小。因此,建議利用t21、A21、P21、L*這4項(xiàng)指標(biāo)組合,檢測(cè)不同含水量的豬肉。

      豬肉;水分;低場(chǎng)核磁共振;檢測(cè)方法

      近年來,我國(guó)豬肉消費(fèi)增長(zhǎng)迅速,從豬肉的消費(fèi)形式上來看,中國(guó)的豬肉消費(fèi)經(jīng)歷了3個(gè)階段發(fā)展,從緊缺性消費(fèi)發(fā)展到平衡性消費(fèi),近期發(fā)展到注重質(zhì)量安全性的消費(fèi)[1]。然而現(xiàn)今的豬肉市場(chǎng)上,以注水肉冒充新鮮豬肉已經(jīng)成為一種常見現(xiàn)象[2-3],有研究表明:水注入動(dòng)物的肌體后,會(huì)引起機(jī)體細(xì)胞膨脹性的破裂,導(dǎo)致蛋白質(zhì)流失多,肉質(zhì)中的生化內(nèi)環(huán)境及酶生化系統(tǒng)遭受到不同程度的破壞,使肉的尸僵成熟過程延緩,從而會(huì)降低肉的品質(zhì)[4-5]。而且,水分含量的增大也更易造成微生物污染。不僅影響原有的口味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,而且會(huì)對(duì)消費(fèi)者的健康造成潛在的安全危害。因此,有必要建立快速鑒別出這些高水分含量豬肉的方法。

      國(guó)內(nèi)目前對(duì)這類“注水豬肉”的研究不多,檢測(cè)方法主要有感官檢測(cè)、試紙法、蒸煮損失等,檢驗(yàn)精確性不高、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限[6-9]。近年來,低場(chǎng)核磁共振技術(shù)(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)在肉品水分檢測(cè)方面得到了廣泛的應(yīng)用,其主要原理如下:豬肉肌肉中的水分主要是以自由水、不易流動(dòng)水和結(jié)合水這3種形式存在[10]。自由水指的是肌肉中能夠自由流動(dòng),存在于細(xì)胞外間隙中的水,它僅靠毛細(xì)管作用力而保持,約占總水分的15%;不易流動(dòng)水是指那些存在于肌原纖維、纖絲中約占總水分80%的水分,由于它們與蛋白質(zhì)的親水基團(tuán)相距較遠(yuǎn),導(dǎo)致分子排列雖然有一定朝向性但排列的秩序不夠統(tǒng)一,會(huì)隨著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或者電荷的變化而變化;結(jié)合水是指與蛋白質(zhì)大分子之間通過靜電引力而緊密結(jié)合的一部分水分子,大約占總水分的1%~4%,它們的狀態(tài)非常穩(wěn)定,基本不會(huì)受到肌肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的影響,也不會(huì)受到外力的影響。LFNMR的橫向弛豫時(shí)間(T2)的差異可有效區(qū)分肉品中水分的3種分布狀態(tài):T2b= 1~10 ms反映和大分子緊密相連的水[11],可認(rèn)為其對(duì)應(yīng)結(jié)合水;T21= 30~60 ms反映位于高度組織化的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水[12]或細(xì)胞內(nèi)水,可認(rèn)為其對(duì)應(yīng)不易流動(dòng)水;T22= 100~400 ms為肌原纖維蛋白外部的水[12]或細(xì)胞外水,對(duì)應(yīng)于自由水。應(yīng)用LF-NMR技術(shù)檢測(cè)“注水豬肉”具有一定的可行性,但缺乏相關(guān)研究支撐[13-16],因此,本實(shí)驗(yàn)開展了一種基于LF-NMR技術(shù)的不同含水量豬肉檢測(cè)方法研究。

      1 材料與方法

      1.1 材料與儀器

      豬肉樣取自南京元潤(rùn)食品有限公司,共10條完整的豬背最長(zhǎng)肌,于宰后5 h內(nèi)冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

      CR-300色差計(jì) 日本柯尼卡美能達(dá)公司;PQ001低場(chǎng)核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。

      1.2 方法

      1.2.1 樣品準(zhǔn)備

      選擇宰后5 h內(nèi)的整條豬背最長(zhǎng)肌(通脊),沿肌肉走向垂直的方向分切厚度為2.5 cm的肉塊10塊,分成4組(每組3塊肉樣),其中一組為空白,其他3組分別按肉樣質(zhì)量的15%、30%、45%注射蒸餾水,最終實(shí)際注入的水量分別為0%、8.72%、14.23%和17.03%。于注水后0、12 h和24 h測(cè)定肉色(L*、a*和b*)、低場(chǎng)核磁共振橫向弛豫時(shí)間(T2)。

      1.2.2 肉色測(cè)定

      將分切的肉塊平放在紅色塑料盤上,置于0~4℃氧合30~40 min,之后用色差計(jì)測(cè)定L*(亮度值)、a*(紅度值)、b*(黃度值)。測(cè)定前,對(duì)色差計(jì)校正,之后將鏡頭垂直置于肉面上,鏡口緊扣肉面(不能漏光),按下攝像按扭,顏色參數(shù)L*、a*、b*即自動(dòng)存入微機(jī)。每個(gè)樣品至少測(cè)定3個(gè)點(diǎn),取L*、a*、b*的平均值。

      1.2.3 LF-NMR弛豫時(shí)間測(cè)定

      用刀修整肉塊的邊沿,并找出肌纖維的自然走向,用雙片刀(間距1 cm)沿肌纖維的自然走向分切成多個(gè)1 cm厚的小塊;再用鋒利的陶瓷刀從1 cm厚的小塊中分切出1 cm寬的肉柱(質(zhì)量為1.5 g),將肉柱放入特定的樣品管中,用于低場(chǎng)核磁共振儀進(jìn)行T2的測(cè)定,每個(gè)肉樣平行測(cè)定兩次,取平均值。在肉塊的切取過程中,應(yīng)避免肉眼可見的結(jié)締組織、血管及其他缺陷。在32℃、22.4 MHz共振頻率下,使用CPMG(carr-purcell-meiboom-gill)脈沖序列(90°脈沖和180°脈沖之間的時(shí)間τ=200 μs),重復(fù)掃描8次,間隔3 s,得到2 000個(gè)回波。

      1.3 統(tǒng)計(jì)分析

      數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.1.2軟件分析系統(tǒng),注水量和貯藏時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響采用析因方差設(shè)計(jì)分析(Factorial ANOVA),各處理組間的差異顯著性采用Duncan’s multiple comparison。

      表1 不同處理豬肉實(shí)驗(yàn)結(jié)果析因方差設(shè)計(jì)分析表Table 1 Factorial ANOVA of the measurements

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同處理組豬肉的弛豫時(shí)間及色差值的方差分析

      不同處理組豬肉的弛豫時(shí)間及色差值的方差分析結(jié)果如表1所示。t2b、A2b、P2b代表的是豬肉LF-NMR檢測(cè)中結(jié)合水的3項(xiàng)指標(biāo),t2b代表出現(xiàn)最高峰的時(shí)間,A2b代表結(jié)合水的峰面積,P2b代表的是結(jié)合水占豬肉中總水分的比例,從表1可以看出:注水量和貯藏時(shí)間對(duì)結(jié)合水的出峰時(shí)間沒有顯著影響(P>0.05)。結(jié)合水的峰面積和峰面積比會(huì)因?yàn)樽⑺吭黾踊蛸A藏時(shí)間延長(zhǎng)而降低,其中當(dāng)注水量超過14.23%會(huì)顯著降低(P<0.05)。但整體上,注水量與貯藏時(shí)間對(duì)結(jié)合水3個(gè)指標(biāo)(t2b、A2b、P2b)沒有顯著的影響(P>0.05),所以這3個(gè)指標(biāo)不適合作為不同含水量豬肉的檢測(cè)指標(biāo)。

      t21、A21、P21代表的是豬肉中不易流動(dòng)水的出峰時(shí)間、峰面積、峰面積比。注水量的增加會(huì)導(dǎo)致不 易流動(dòng)水的穩(wěn)定性下降(出峰時(shí)間延長(zhǎng)),注水量超過14.23%時(shí)t21顯著增大(P<0.05);貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致出峰時(shí)間先增大后減?。≒<0.05)。隨著注水量的增加,不易流動(dòng)水的峰面積顯著減?。≒<0.05);貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致峰面積先小幅增大(P>0.05),隨后顯著減?。≒<0.05)。不易流動(dòng)水的峰面積比會(huì)隨注水量的增加和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而減小,注水量超過14.23%或貯藏24 h后差異顯著(P<0.05)。不易流動(dòng)水是肉中水分的主要存在形式,且注水量和貯藏時(shí)間對(duì)不易流動(dòng)水的3項(xiàng)指標(biāo)有顯著影響(P<0.05),因此,可用t21、A21、P21作為不同含水量豬肉的檢測(cè)指標(biāo)。

      t22、A22、P22代表的是豬肉中自由水的出峰時(shí)間、峰面積、峰面積比。注水量的變化對(duì)于自由水的出峰時(shí)間沒有顯著的影響(P>0.05),但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),自由水的出峰時(shí)間下降(P<0.05)。注水量超過14.23%和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致自由水的峰面積以及峰面積比顯著增大(P<0.05)。從結(jié)果上來看,A22、P22可以用做注水豬肉的檢測(cè)指標(biāo),但自由水的受外界干擾程度大,而且自由水的3項(xiàng)指標(biāo)中,出峰時(shí)間也不能作為檢測(cè)指標(biāo),所以為了檢測(cè)的準(zhǔn)確性,自由水的3 個(gè)指標(biāo)不適合用于不同含水量豬肉的檢測(cè)。

      色差的3項(xiàng)指標(biāo)中,L*(亮度值)隨著注水量的增大和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增大,而a*值(紅度值)和b*值(黃度值)的變化規(guī)律性不如L*值明顯。因此,可以將L*作為用LF-NMR檢測(cè)不同含水量豬肉的輔助性檢測(cè)指標(biāo)。

      綜上所述,低場(chǎng)核磁共振橫向弛豫時(shí)間T2的不易流動(dòng)水的3項(xiàng)指標(biāo)(t21、A21、P21)和顏色參數(shù)L*值可作為判定不同含水量豬肉的指標(biāo),因此,對(duì)這幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

      2.2 注水對(duì)時(shí)間t21的影響

      如圖1所示,注水會(huì)對(duì)不易流動(dòng)水的出峰時(shí)間造成影響。在注水初期,注水量越大,出峰時(shí)間越遲,且注水量相差較大的兩組肉樣間的t21差異顯著(P<0.05);貯藏12h后,注水0%與8.72%的肉樣之間無顯著性差異(P>0.05),14.23%與17.03%的肉樣之間無顯著性差異(P>0.05);隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),低注水量(8.72%以下)與高注水量(14.23%以上)之間的差異越來越顯著(P<0.05)。

      圖1 注水量對(duì)時(shí)間t2121的影響Fig.1 Effect of the amount of water injected on pork t21during storage

      2.3 注水對(duì)峰面積A21的影響

      圖2 注水量對(duì)峰面積A21的影響Fig.2 Effect of the amount of water injected on pork A21during storage

      如圖2所示,峰A21反映的是不易流動(dòng)水的含量情況。注水初期,注水量對(duì)峰面積的影響不顯著(P>0.05)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),注水量大的肉樣中的不易流動(dòng)水流失加速,在24 h時(shí),注水14.23%以上的肉樣與少量注水的均有顯著差異(P<0.05)。

      2.4 注水對(duì)峰面積比P21的影響

      圖3 注水量對(duì)峰面積比P21的影響Fig.3 Effect of the amount of water injected on pork P21during storage

      如圖3所示,峰面積比P21表示的是不易流動(dòng)水占肉中總水分的比例。在注水初期,P21隨著注水量的增大而減少,其中注水0%與17.03%之間有顯著性差異(P<0.05)。12 h后,各組之間的差異值增大,到24 h,各組之間除了14.23%與17.03%之外均有顯著性差異(P<0.05)。

      2.5 注水對(duì)色差L*值的影響

      圖4 注水量對(duì)色差L*值的影響Fig.4 Effect of the amount of water injected on pork L* during storage

      如圖4所示,色差L*值表示肉色中的亮度,L*會(huì)隨著注水量的增大和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。在各貯藏時(shí)間點(diǎn),注水0%與17.03%之間都有顯著差異(P<0.05)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),各注水量肉樣之間的L*值差異越來越明顯。

      3 討 論

      本實(shí)驗(yàn)主要研究了應(yīng)用LF-NMR檢測(cè)不同含水量豬肉的可行性,在橫向弛豫測(cè)定出現(xiàn)的結(jié)合水、不易流動(dòng)水、自由水的出峰時(shí)間、峰面積、峰面積比指標(biāo)中(t2b、A2b、P2b;t21、A21、P21;t22、A22、P22),挑選出可用于檢測(cè)不同含水量豬肉的一組指標(biāo)。

      不易流動(dòng)水是指那些存在于肌原纖維、纖絲中的水分。不同的注水量會(huì)導(dǎo)致豬肉中的肌原纖維所處的內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變,結(jié)構(gòu)變得松散,從而導(dǎo)致不易流動(dòng)水移動(dòng)性增大,t21增大;自由水是指靠大分子靜電引力而存在的水,移動(dòng)性最大,受外部影響較大,與不易流動(dòng)水之間存在滴出與轉(zhuǎn)化的關(guān)系[17]:自由度最大的自由水首先滴出,部分活躍的不易流動(dòng)水再轉(zhuǎn)化成為自由水,兩個(gè)過程交替進(jìn)行,達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。這也解釋了表1中注水量的變化對(duì)t22沒有顯著影響。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知,注水量對(duì)不易流動(dòng)水和自由水都有顯著的影響,但是注水量的變化對(duì)t22沒有顯著的影響,而且在進(jìn)行LF-NMR測(cè)定時(shí),自由水的3 項(xiàng)指標(biāo)(t22、A22、P22)受外部因素影響大,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不夠。因此,最終選擇不易流動(dòng)水的3項(xiàng)指標(biāo)(t21、A21、P21)檢測(cè)不同含水量的豬肉,這一選擇與Sánchez-Alonso[18]、Li Chunbao[19]等在應(yīng)用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)檢測(cè)豬肉品質(zhì)變化的結(jié)果相一致。

      在對(duì)t21、A21、P21以及輔助性測(cè)量指標(biāo)L*進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn):豬肉的亮度L*值會(huì)隨注水量的增大和貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增大,顯蒼白色。注水初期雖然對(duì)自由水的影響顯著,但對(duì)不易流動(dòng)水的影響不顯著,不過隨之貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),注水對(duì)肌原纖維組織結(jié)構(gòu)的影響會(huì)逐漸顯現(xiàn),造成不易流動(dòng)水的持續(xù)流失,表現(xiàn)出不易流動(dòng)水的峰面積減少以及不易流動(dòng)水總比例的下降[20-21]。在貯藏0、12、24 h 3個(gè)時(shí)間段里,不同的注水量對(duì)這4項(xiàng)指標(biāo)都有著影響,尤其是低注水量組(不高于8.72%)與高注水量組(不低于14.23%)之間存在顯著差異(P<0.05),這也說明了檢測(cè)指標(biāo)的可行性。

      綜上所述,依靠LF-NMR技術(shù),利用t21、A21、P21、L*這4項(xiàng)指標(biāo),可以檢測(cè)出不同水分含量的豬肉。但是,本研究?jī)H證明了應(yīng)用LF-NMR技術(shù)檢測(cè)不同含水量豬肉的可行性,如何利用這4項(xiàng)指標(biāo)來檢測(cè)不同含水量的豬肉,還需要對(duì)t21、A21、P21、L*進(jìn)行有效域值的劃分,尚有待進(jìn)一步研究。

      4 結(jié) 論

      注水會(huì)導(dǎo)致豬肉低場(chǎng)核磁共振弛豫時(shí)間T2中第2個(gè)峰(T21)的峰時(shí)間(t21)增大、峰面積(A21)減小、峰面積比(P21)減小以及色差中的亮度值(L*)增大。建議利用t21、A21、P21、L* 4項(xiàng)指標(biāo)組合,檢測(cè)不同含水量的豬肉。

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      [19] LI Chunbao, LIU Dengyong, ZHOU Guanghong, et al. Meat quality and cooking attributes of thawed pork with different low field NMR T21[J]. Meat Science, 2012, 92(2): 79-83.

      [20] 劉登勇, 艾迎飛, 呂超, 等. 注水肉檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J]. 肉類工業(yè), 2012(1): 54-56.

      [21] 姜曉文, 韓劍眾. 生鮮豬肉持水性的核磁共振研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2009, 30(7): 128-130.

      A Method for Detection of Water Content in Pork Using Low-Field Nuclear M agnetic Resonance ( LF-NMR)

      PANG Zhi-lie, HE Xu-xiao, LI Chun-bao*
      (Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

      This study was designed to establish a method for rapid detection of water content in pork using low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR). Pork Longissimus dorsi muscle was injected with distilled water at doses of 0, 8.72%, 14.23% and 17.03%, respectively, at 5 h postmortem. The color parameters L*, a* and b* and NMR T2were measured at 0, 12 and 24 h, respectively, after injection. The results indicated that with the increased amount of injected water, L* value and the peak time (t21) of the second peak (T21) in the NMR T2were increased while peak area (A21) and peak area ratio (P21) were decreased and all other parameters tested were changed relatively slightly. Therefore, it is possible to rapidly detect pork samples with different water contents using t21, A21, P21and L*.

      pork; water addition; low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR); detection

      TS251.7

      A

      1002-6630(2014)04-0142-04

      10.7506/spkx1002-6630-201404029

      2013-06-13

      教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”項(xiàng)目(NCET-11-0668);產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-江蘇省前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2011161);國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(生豬)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-36-11B)

      龐之列(1990—),男,碩士,研究方向?yàn)槿馄芳庸づc質(zhì)量控制。E-mail:pangzhilie@126.com

      *通信作者:李春保(1978—),男,副教授,博士,研究方向?yàn)槿馄芳庸づc質(zhì)量控制。E-mail:chbli2002@sina.com

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