利用核磁共振技術(shù)研究食鹽對魚糜加工的影響

林婉瑜，林晶晶，林向陽,*，寧年英，卞智英，朱榕壁

(1.福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350108；2.福建海壹食品飲料有限公司，福建 福清 350301)

磁矩不為零的原子核(1H)，被置于外加靜磁場中會發(fā)生塞曼分裂，當(dāng)射頻脈沖與拉莫爾頻率相同時，質(zhì)子吸收能量從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)；當(dāng)高、低能級能量相等時，質(zhì)子不再吸收射頻能量并從高能態(tài)以不產(chǎn)生電磁輻射的方式返回到低能態(tài)，這個稱為核磁共振[1-2]。弛豫時間就是高能態(tài)的質(zhì)子釋放能量回到低能態(tài)所需的時間；T2是橫向弛豫時間，代表的是自旋質(zhì)子通過質(zhì)子間的相互碰撞和能量交換將從射頻脈沖中吸收的能量衰減至零所需的時間；T2越大說明水的流動性越好，越小說明水分流動性越弱[3]。NMR橫向弛豫時間T2已經(jīng)被用來研究肉類結(jié)構(gòu)，Bertram等[4]發(fā)現(xiàn)其弛豫組分與持水力(WHC)具有極強的相關(guān)性，眾多學(xué)者也利用其來測定持水力，水分流動性以及分布等[4-6]。張錦勝等[7]采用低場核磁共振技術(shù)研究臍橙貯藏過程中水分的變化以及水分的遷移行為，同時結(jié)合理化分析，探討臍橙貯藏過程中磁共振參數(shù)與臍橙品質(zhì)變化的相關(guān)性。

魚糜制品是指以鮮魚肉或冷凍魚糜為原料，加食鹽等輔料，擂潰成魚漿后，再成型、加熱制成的，有彈性的凝膠狀食品的總稱，如魚丸、魚糕等。魚糜中含有大量的鹽溶性蛋白，而鹽溶性蛋白(包括肌球蛋白、肌動蛋白)的溶出以及交聯(lián)直接影響著魚肉制品的組織特性、保水性、黏結(jié)性以及產(chǎn)品的得率[8]。Goodno等[9]早就研究發(fā)現(xiàn)鹽濃度影響鹽溶性蛋白的溶解性以及凝膠性質(zhì)。各種反應(yīng)的發(fā)生都離不開水的作用，在魚糜加工過程中，水分的分布狀態(tài)及遷移情況都會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。通過核磁共振及時準(zhǔn)確地檢測添加食鹽后魚糜制品加工過程中水分的質(zhì)子弛豫行為，分析水分分布狀態(tài)和流動性的變化，對優(yōu)化魚糜制品的加工工藝具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 材料

冷凍魚糜(A級)，由福建海壹食品飲料有限公司提供，魚糜在使用之前均于－18℃條件下貯藏；馬鈴薯淀粉 長宏馬鈴薯淀粉及設(shè)備有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MINI MR核磁共振分析儀(0.5T) 上海紐邁電子科技有限公司；TA-XT plus Texture Analyzer質(zhì)構(gòu)儀 北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司；SH-KM800擂潰機 英國Kenwood公司；BS224S和BS110S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

1.3.1.1 工藝流程

魚糜→擂潰→配料→成型→加熱煮制→冷卻→貯藏

1.3.1.2 操作要點

取400g冷凍魚糜切成約2mm的薄片，在室溫(25℃，空調(diào)控制)條件下解凍45min左右直到魚糜達(dá)到4～5℃。解凍后的魚糜在擂潰機中以190r/min擂潰3min后，以魚糜含量計，添加不同含量(0～4.55g/100g)的食鹽，再以410r/min鹽擂35min，取樣。再添加15g/100g的馬鈴薯淀粉，310r/min調(diào)味擂潰3min，取樣。制作成直徑3cm大小的丸子，于35℃條件下水浴1h進(jìn)行低溫凝膠化，95℃加熱30min，取樣。

1.3.2 核磁共振測定

取大約2.5g樣品(準(zhǔn)確記錄稱量數(shù)值至0.0000g)放入(18mm)玻璃試管，隨后置于NMR探頭中(保持溫度32℃)，使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列測試橫向弛豫時間T2，其中掃描頻率為200kHz，儀譜死時間為90μs，90°和180°脈寬分別是17.5μs和35μs，90°和180°脈寬的間隔時間τ為100μs，采樣點數(shù)：168140，回波數(shù)為4200，累加掃描次數(shù)為8，兩次掃描之間的重復(fù)時間為600ms，模擬增益20，數(shù)字增益3。實驗取3份平行，每份平行測3次。

對所得圖譜進(jìn)行反演，得到弛豫時間T2、質(zhì)子密度M2。T2表征的是水分的流動性大小，而M2表征的是在某個相應(yīng)的弛豫時間下水分的含量。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)測定

采用P/5探頭，選擇的測定模式為TPA(模擬兩次咀嚼實驗)，測前速率為3mm/s，測后速率為3mm/s，測試速率0.5mm/s，觸發(fā)力為5g，第一次下壓距離和第二次下壓距離都為5mm，兩次間隔時間為5s。

上式中，Y1表示經(jīng)濟(jì)中的總產(chǎn)出。顯然，Yt為耐用品部門與非耐用品部門的產(chǎn)出之和，即：Yt=Ct+Ht。最后，貨幣政策為盯住產(chǎn)出缺口與通脹的價格規(guī)則，即：

魚糜樣品切成15mm×15mm的正方形，擂潰過程取兩個平行，各測6個點。凝膠化因成品數(shù)據(jù)誤差較大，取3份平行，各測6個點，共18個點。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得到樣品的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)：硬度、彈性、凝聚性、黏性、咀嚼性。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

實驗中的數(shù)據(jù)分析均采用SPSS 17.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 食鹽添加量對魚糜核磁共振性質(zhì)的影響

圖 1 添加食鹽與未加食鹽魚糜的弛豫時間T2Fig.1 Spin-spin relaxation time T2 of surimi with and without salt

食鹽的添加在魚糜制品整個加工過程中起著重要的作用，食鹽可促進(jìn)魚肉中鹽溶性蛋白質(zhì)(肌球蛋白和肌動蛋白)的溶出，它與水發(fā)生水化作用，并聚合成黏性很強的肌動球蛋白凝膠[8]。由圖1可知，利用CPMG序列測定T2值，得到3個組分的峰，它們代表了魚糜中3種流動性不同的水分，分別是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流動性最強，T21流動性最弱。T21、T22組分的弛豫時間都只有幾毫秒，且質(zhì)子密度很小，它們的區(qū)別是限制其剛性運動的氫鍵數(shù)量不同[10-11]，在這個弛豫時間范圍的水質(zhì)子主要是通過氫鍵與其他分子緊密結(jié)合[12]。由于分子表面氫鍵的作用，它們具有很低的流動性，在食鹽添加過程中沒有顯著變化(P＞0.05)。T23被認(rèn)為是在凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的物理截留水[11-15]，在食鹽添加過程中發(fā)生顯著的變化(P＜0.001)，因此在實驗中T23組分是最主要的研究對象。根據(jù)具體情況把T23分成兩個部分即相對低弛豫時間(23.101～48.626ms)、相對高弛豫時間(58.579～123.290ms)，每個部分取5個反演數(shù)據(jù)點，通過對比這5個數(shù)據(jù)點下，T23質(zhì)子密度的變化可以觀察出水分的遷移過程。

2.2 食鹽添加量對質(zhì)子密度的影響

2.2.1 鹽擂后食鹽添加量對質(zhì)子密度的影響

由圖2可知，經(jīng)過鹽擂，添加食鹽的魚糜樣品處于低弛豫時間的質(zhì)子密度減少；而由圖3可知，添加食鹽的魚糜樣品處于高弛豫時間的質(zhì)子密度增加。這說明添加食鹽后，水分從低弛豫時間向高弛豫時間遷移，水分流動性增強，而且隨著添加量的增加，這種現(xiàn)象更加明顯。這是因為一方面食鹽的添加使得肌球蛋白膨脹，增加了肌絲纖維之間的空隙，肌絲纖維對水分的截留能力減弱[16]，另一方面鹽擂過程進(jìn)一步破壞了肌原纖維，促進(jìn)了鹽溶性蛋白的溶解，形成溶膠，二者均會使弛豫時間延長。Bertram等[17]也發(fā)現(xiàn)肉類制品NMR的弛豫時間T2與肌絲間隙有著高度的相關(guān)性。還有研究者[18-20]認(rèn)為食鹽導(dǎo)致的肌纖維膨脹可歸因于兩種作用機制，一是負(fù)電荷離子結(jié)合增加了纖維間的電荷斥力，增加了肌絲纖維之間的間隙，截留住的水分多；二是肌原纖維中一個或更多的橫向結(jié)構(gòu)限制解除，纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的擴張，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變大，截留水增多，T23弛豫時間延長?？臻g網(wǎng)絡(luò)中的截留水越多，鹽溶性蛋白析出的越多，這對加工過程中肌動蛋白和肌球蛋白交聯(lián)形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是有利的。

圖 2 鹽擂后不同食鹽添加量對低弛豫時間質(zhì)子密度M2的影響Fig.2 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after salt blending

圖 3 鹽擂后不同食鹽添加量對高弛豫質(zhì)子密度M2的影響Fig.3 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after salt blending

2.2.2 調(diào)味擂潰后食鹽添加量對質(zhì)子密度的影響

圖 4 調(diào)味擂潰后不同食鹽添加量對低弛豫時間質(zhì)子密度M2的影響Fig.4 Effect of different salt addition content to the proton density M2 of the low relaxation time after seasoning blending

由圖4、5可知，調(diào)味擂潰后的質(zhì)子密度與鹽擂后的質(zhì)子密度有類似的變化趨勢：添加食鹽的魚糜樣品水分流動性仍然比沒有添加食鹽的強，并且隨著食鹽添加量的增多，質(zhì)子分布向高弛豫時間遷移。但是，添加3.0g/100g和4.5g/100g的食鹽時，二者的質(zhì)子密度分布沒有很大的區(qū)別，說明鹽溶性蛋白的溶出在3.0g/100g添加量時已經(jīng)達(dá)到了飽和，而在4.5g/100g添加量沒有更大的作用可能是因為高鹽溶度時蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致肌原纖維蛋白聚合，－CH3、－NH、－CO2H、－OH剛性增加，這些基團(tuán)與結(jié)合能力強的水分產(chǎn)生交叉弛豫現(xiàn)象[19]，導(dǎo)致能量交換加快，弛豫時間縮短。

圖 5 調(diào)味擂潰后不同食鹽添加量對高弛豫時間質(zhì)子密度M2的影響Fig.5 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after seasoning blending

2.2.3 加熱后食鹽添加量對質(zhì)子密度的影響

圖 6 加熱后不同食鹽添加量對低弛豫時間質(zhì)子密度M2的影響Fig.6 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after heating

圖 7 加熱后不同食鹽添加量對高弛豫時間質(zhì)子密度M2的影響Fig.7 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after heating

圖6和圖7表示的是經(jīng)過加熱凝膠后的T23組分質(zhì)子密度分布圖，可以看出加熱后魚糜制品中低弛豫時間質(zhì)子密度變多，高弛豫時間質(zhì)子密度變少，持水力增強。魚糜在加熱過程中蛋白交聯(lián)聚集形成一個穩(wěn)定的凝膠空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)越緊密則魚糜制品的持水力越強。圖6和圖7也證明了4.5g/100g食鹽添加量時魚糜制品的凝膠結(jié)構(gòu)并沒有3.0g/100g添加量的好，而且從口感上來說，此添加量魚糜制品是過咸的。

2.3 食鹽添加量對魚糜質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.3.1 調(diào)味擂潰后食鹽添加量對質(zhì)構(gòu)特性的影響

表 1 調(diào)味擂潰后食鹽添加量對質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effect of salt addition amount on textural properties after seasoning blending

由表1可知，食鹽的添加有利于黏性的上升，硬度和咀嚼性的下降，并且隨著添加量的增加，這種現(xiàn)象會更為顯著，這是因為食鹽以及擂潰作用使得肉類中原本的肌纖維結(jié)構(gòu)遭到了破壞，鹽溶性蛋白溶出并形成了溶膠。同時，鹽溶性蛋白溶膠的形成也使得彈性以及凝聚性上升，添加量越多，這種現(xiàn)象越為明顯。鹽擂后質(zhì)構(gòu)的變化與調(diào)味擂潰后趨勢相似。

2.3.2 加熱后食鹽添加量對質(zhì)構(gòu)特性的影響

表 2 加熱后食鹽添加量對質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of salt addition amount on textural properties after heating

由表2可知，加熱后，食鹽的添加仍有利于提高彈性和凝聚性，降低硬度和咀嚼性，但效果不如鹽擂以及調(diào)味擂潰后的明顯。可見，食鹽的添加有利于防止魚糜制品產(chǎn)生發(fā)硬現(xiàn)象。不同的食鹽添加量對質(zhì)構(gòu)的影響差異較小，但3.0g/100g的添加量時，彈性和凝聚性有微弱的優(yōu)勢。結(jié)合質(zhì)構(gòu)以及弛豫性質(zhì)，3.0g/100g的食鹽添加量是比較適合的。

2.4 核磁性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性分析

魚糜制品的三維凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與其品質(zhì)有著密切的聯(lián)系，T23組分是魚糜制品中最大的水組分，被認(rèn)為是在凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的物理截留水，因此研究T23組分的質(zhì)子密度分布與魚糜制品質(zhì)構(gòu)性質(zhì)之間的相關(guān)性具有重要的意義。在不同的食鹽添加量，由表3可知，咀嚼性、黏性、凝聚性、彈性、硬度在0.01水平下，均顯著相關(guān)，并且相關(guān)系數(shù)分別為0.9801、0.9044、0.9197、0.9312、0.9761，這說明質(zhì)構(gòu)性質(zhì)與T23的水分分布具有良好的相關(guān)性，擬合出來的方都高度顯著且擬合度良好，說明在不同食鹽添加量條件下質(zhì)構(gòu)與水分的分布具有極密切的聯(lián)系。

表 3 不同食鹽添加量下質(zhì)構(gòu)與T23水分分布的關(guān)系Table 3 Relationship between texture and water distribution at different salt addition amounts

3 結(jié) 論

利用CPMG序列測定T2值，得到3個組分的峰，它們代表了魚糜中3種流動性不同的水分，分別是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流動性最強，T21流動性最弱。添加食鹽后，經(jīng)過鹽擂和調(diào)味擂潰的魚糜水分從低弛豫時間向高弛豫時間遷移，水分的流動性增強，隨著添加量的增加，這種現(xiàn)象更加明顯。而加熱后其質(zhì)子密度的分布與之前是相反的，水分從高弛豫時間向低弛豫時間遷移，持水力變強。魚糜添加食鹽后，其彈性、黏性和黏聚性均有上升趨勢，硬度和咀嚼性下降。在不同食鹽添加量條件下質(zhì)構(gòu)特性與核磁具有較好的相關(guān)性，擬合出來的方程都高度顯著。在魚糜制品加工過程中相對魚糜的食鹽添加量為3.0g/100g是比較適合的。

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