生鮮豬肉低場核磁檢測參數(shù)優(yōu)化

（上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所，上海 200093）

生鮮豬肉低場核磁檢測參數(shù)優(yōu)化

王志永，王 欣*，夏義苗，黃遠芬，劉寶林

（上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所，上海 200093）

低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術(shù)在反映肉品內(nèi)部信息上具有顯著優(yōu)勢，而合適的檢測參數(shù)對于測定結(jié)果的準確性提高檢測效率至關(guān)重要。以生鮮豬精瘦肉為對象，對其LF-NMR檢測中的檢測參數(shù)，如重復(fù)采樣等待時間、半回波時間、回波個數(shù)、重復(fù)掃描次數(shù)、樣品質(zhì)量及溫度等進行優(yōu)化，并進行了驗證。結(jié)果表明，取質(zhì)量4～5 g的樣品于32 ℃水浴至恒溫后，在重復(fù)采樣等待時間4 500 ms、半回波時間200μs、回波個數(shù)3 000、重復(fù)掃描次數(shù)8、采樣頻率250 kHz的條件下采樣，有利于獲得良好穩(wěn)定性與重復(fù)性的檢測結(jié)果。所得條件可用于豬肉的LF-NMR相關(guān)研究，亦可為其他肉制品在LF-NMR中的研究提供借鑒。

豬肉；低場核磁共振；參數(shù)優(yōu)化

核磁共振是指具有固定磁矩的原子核（如1H、13C等）在恒定磁場與交變磁場的作用下，與交變磁場發(fā)生能量交換的現(xiàn)象。雖然低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）（一般場強小于0.5 T）技術(shù)在分辨率上不及高場核磁共振設(shè)備[1]，但LF-NMR不僅能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速、無損、綠色環(huán)保、精準的測定，而且設(shè)備造價相對較低[2-3]。

LF-NMR的弛豫時間可反映樣品內(nèi)質(zhì)子（在LF-NMR中主要是氫質(zhì)子）的存在狀態(tài)及所處的物理化學(xué)環(huán)境，這不僅包含了樣品的物理特性，還能反映樣品的化學(xué)性質(zhì)[4]。其中，橫向弛豫時間T2（自旋-自旋弛豫）變化范圍較大且對多相態(tài)的存在更加敏感[5]，有研究報道應(yīng)用LF-NMR的橫向弛豫時間對肉品的持水性[6-9]、加工過程肉品的品質(zhì)[10-12]等進行了研究。綜合以上文獻發(fā)現(xiàn)，LF-NMR可有效揭示肉品內(nèi)部組分（如水）的分布與變化情況，具有傳統(tǒng)檢測方法不可比擬的優(yōu)勢。但通過文獻調(diào)研亦發(fā)現(xiàn)，在研究過程中，不同研究者選用的LF-NMR檢測參數(shù)條件有一定區(qū)別。如Bertram等[6,10,13]的幾篇報道中，重復(fù)采樣等待時間有使用2 000 ms、亦有3 000 ms[14]。對重復(fù)采樣等待時間而言，當設(shè)置過小時，樣品在一次激勵完成后不能達到平衡狀態(tài)即被二次激勵，這對樣品恢復(fù)弛豫平衡不利。此外，對于會影響檢測信號的信號與噪聲比及樣品溫度的重復(fù)采樣次數(shù)而言，在對肉類的研究中，研究者采用的重復(fù)掃描次數(shù)亦有不同，如4[9]、16[15]、20[16]、32[8,17]等。實際上，適當?shù)膬x器參數(shù)設(shè)置不僅是獲得樣品內(nèi)部信息的必要前提，同樣也有助于研究者發(fā)現(xiàn)樣品的內(nèi)在本質(zhì)屬性，提高研究效率。

基于以上分析，本實驗擬以豬的后腿精瘦肉為研究對象，對LF-NMR檢測過程中的儀器參數(shù)及樣品參數(shù)對檢測結(jié)果穩(wěn)定性及可靠性的影響進行研究，給出適宜的檢測條件，以期為豬瘦肉的LF-NMR檢測提供合適的測定條件，并為后期應(yīng)用LF-NMR技術(shù)快速監(jiān)控肉品品質(zhì)提供參考方法。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

豬后腿精瘦肉，冷鮮肉，購于上海市楊浦區(qū)圖們路菜市場，剔除皮、筋膜、脂肪。

PQ001型核磁共振分析儀（分析軟件版本Ver 3.3，氫質(zhì)子共振頻率23 MHz，磁場強度（0.5±0.08）T）、T-Invfit反演擬合軟件（軟件版本Ver 4.09） 上海紐邁電子科技有限公司；15 mm核磁試管；HH·S21型恒溫水浴鍋 上海博訊實業(yè)有限公司。

1.2方法

將新鮮肉樣沿肌肉紋理方向切成長條狀（長×寬（0.8 cm×0.8 cm），高度分別為1、2、3、4、5 cm），按實驗要求稱取一定量的樣品置于核磁試管中，在一定溫度條件下恒溫一定時間后置于核磁探頭下獲取樣品的LF-NMR信號。

1.2.1文獻參數(shù)條件對信號衰減的影響

文獻調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用LF-NMR進行肉品檢測研究時，不同研究者采用的檢測參數(shù)相差較大，選取幾組文獻中給出的檢測條件見表1，按其在（32±0.01）℃條件下對豬精瘦肉進行檢測，比較所得到得橫向弛豫。

表1 從文獻中獲知的肉品LF-NMR檢測條件Table 1 LF-NMR detection conditions for meat reported in the literature

1.2.2參數(shù)優(yōu)化

應(yīng)用LF-NMR儀器對樣品進行檢測時，主要涉及3類參數(shù)，如儀器的系統(tǒng)參數(shù)（中心頻率、90°脈沖寬度、180°脈沖寬度等）、儀器采集參數(shù)（重復(fù)采樣等待時間、半回波時間、回波個數(shù)等）、樣品參數(shù)（樣品質(zhì)量、樣品溫度等）。一般情況下，系統(tǒng)參數(shù)由儀器自身的特性所決定，在檢測中由儀器自身進行適應(yīng)性自我調(diào)節(jié)。需要通過實驗進行優(yōu)化的為采集參數(shù)和樣品參數(shù)。

1.2.2.1采集參數(shù)

1）重復(fù)采樣等待時間

重復(fù)采樣等待時間為前一次采樣結(jié)束到后一次采樣開始的時間。

根據(jù)預(yù)實驗，在自由感應(yīng)衰減脈沖序列下設(shè)置測定，將重復(fù)采樣等待時間分別設(shè)置為2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500、5 000、5 500 ms。記錄信號模最大值的變化情況，以信號模最大值達到最大且相對穩(wěn)定為佳。其他測定條件參數(shù)為樣品采樣前32℃水浴至恒溫，置于探頭下等待1 min、半回波時間200μs、樣品2.94 g、采樣頻率250 kHz。

半回波時間、回波個數(shù)、重復(fù)掃描次數(shù)均需在CPMG脈沖序列下設(shè)置，其共有條件為：重復(fù)采樣等待時間為5 000 ms；采樣前32℃水浴至恒溫，置于探頭下等待1 min；樣品2.94 g。

2）半回波時間

半回波時間指90°脈沖與相鄰180°脈沖之間的時間間隔。半回波時間一般要求大于6倍90°脈沖寬度的設(shè)定值，故將半回波時間設(shè)定為80（90°脈沖寬度為11μs）、100、150、200、250、300μs，累加采集信號，導(dǎo)出不同半回波時間條件下所得CPMG序列衰減回波曲線及弛豫信息，分析T2弛豫圖譜及信號幅值的衰減。在CPMG脈沖序列下其他條件為重復(fù)掃描次數(shù)4、回波個數(shù)5 000。

3）回波個數(shù)

回波個數(shù)指信號采集得到的回波數(shù)量，亦為施加的180°脈沖的個數(shù)。本實驗中將回波個數(shù)分別設(shè)置為1 000、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000，累加采集信號，導(dǎo)出不同回波個數(shù)條件下所得CPMG序列衰減回波曲線及弛豫信息，分析T2弛豫圖譜及信號幅值的衰減。在CPMG脈沖序列下其他條件為重復(fù)掃描次數(shù)4、半回波時間200μs。

4）重復(fù)掃描次數(shù)

重復(fù)掃描次數(shù)是儀器進行重復(fù)采樣的次數(shù)，每次采樣過程都是相對獨立的，通常情況重復(fù)掃描次數(shù)應(yīng)大于4，可調(diào)范圍0～1 024。重復(fù)掃描次數(shù)的大小影響采樣信號的信號與噪聲比和采集信號的總時間。重復(fù)掃描次數(shù)越大則信號的信噪比越大，但采樣的時間也越長，其大小應(yīng)該根據(jù)樣品信號強弱做出判斷。實驗中分別設(shè)置重復(fù)掃描次數(shù)為4、6、8、16、32。累加采集信號，得到CPMG序列弛豫信息，分析T2弛豫圖譜。在CPMG脈沖序列下其他條件為回波個數(shù)5 000、半回波時間200μs。

采樣頻率是信號的采樣頻率，同樣也是接收機接收信號的帶寬，可調(diào)范圍為1～333 kHz。采樣頻率需要根據(jù)樣品的實際衰減情況進行調(diào)節(jié)。由于固體樣品的信號弛豫較快，需要設(shè)置較大的采樣頻率才有利于獲得完整的樣品信號，本實驗中將采樣頻率設(shè)置為250 kHz。

1.2.2.2樣品參數(shù)

1）樣品質(zhì)量

將處理后的肉樣規(guī)整為底面積0.8 cm×0.8 cm，長度分別為1、2、3、4、5 cm的樣品，對應(yīng)樣品質(zhì)量分別為1.03、2.42、2.94、4.09、5.45 g，分別置于核磁試管中進行T2弛豫圖譜信息采集。在CPMG脈沖序列下其他條件為采樣前32℃水浴至恒溫，置于探頭下等待1 min、重復(fù)掃描次數(shù)4、采樣頻率250 kHz、回波個數(shù)5 000、半回波時間200μs、重復(fù)采樣等待時間5 000 ms。

2）溫度

磁體溫度對樣品的影響：將室溫（22℃）中的樣品（2.94 g）置于檢測探頭下，PQ001型LF-NMR的測定溫度為（32±0.01）℃，每隔5 min測定樣品的中心溫度。

溫度對弛豫圖譜的影響：取樣品（2.94 g）于核磁試管中，分別在22、32、40、50℃恒溫后，置于核磁探頭下采集信號。分析T2弛豫圖譜及信號幅值的衰減情況。

1.2.3核磁共振橫向弛豫時間的處理

利用LF-NMR測得的橫向弛豫為自由誘導(dǎo)指數(shù)衰減曲線，數(shù)學(xué)模型如下：

式中：A（t）為衰減到時間t時的信號幅值大小；A0為平衡時的信號幅值大小；T2i為第i個組分的橫向弛豫時間（即自旋-自旋弛豫時間）。將得到的CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）序列衰減曲線使用T-Invfit軟件進行反演。此軟件運用綜合迭代算法，結(jié)果為離散型與連續(xù)型相結(jié)合的T2譜。反演生成為弛豫圖譜和各組分弛豫過程的弛豫幅值、其對應(yīng)時間常數(shù)（峰值）及其所占面積分數(shù)、每個峰起始時間和結(jié)束時間等。

1.2.4方法驗證與質(zhì)量控制

1.2.4.1方法的驗證

在確定的檢測參數(shù)條件下，另取樣品質(zhì)量為4.41、4.32、5.33 g（編號1、2、3）進行測定，分析LF-NMR檢測信號的穩(wěn)定性。

1.2.4.2 質(zhì)量控制

日內(nèi)精密度即以生鮮豬肉為檢測對象，質(zhì)量為4.24、4.99、4.55、4.87、4.59 g（編號4、5、6、7、8）。在同一天內(nèi)任意時間對同一樣品在前述處理后，在得出的檢測條件下重復(fù)測定5次，平行測定5個樣品，計算結(jié)果的相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）；日間精密度即對同一樣品于前述檢測條件下在不同天進行測定，共5 d，平行測定5個樣品，計算結(jié)果的RSD。

1.3數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Origin Pro 8.0軟件對數(shù)據(jù)結(jié)果進行擬合，應(yīng)用PSAW 18.0軟件對結(jié)果進行統(tǒng)計分析，結(jié)果以±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1文獻參數(shù)條件對信號衰減的影響

應(yīng)用表1所列出的5個方法經(jīng)過LF-NMR檢測條件對對應(yīng)樣品檢測后，獲得各條件下樣品的T2弛豫衰減曲線如圖1所示，各峰弛豫時間及峰比例面積分別如表2、3所示。

圖1 樣品在不同LF-NMR檢測參數(shù)條件下的T2弛豫衰減曲線Fig. 1 T2echo decay curve of CPMG under conditions A, B, C, D and E, respectively

由圖1可見，各方法所得的衰減曲線末端不難看出，按照方法A、C、E所列條件下獲得樣品的T2弛豫衰減曲線末端仍有下降趨勢（曲線終點處斜率分別為-0.024 3、-0.063 5、-0.004 5），可認為樣品在此條件下并未達到完全衰減。樣品沒有完全衰減時，所得到其弛豫時間也就難以有效反映樣品真實的信息。方法B、D的T2弛豫衰減曲線末端并無下降趨勢（曲線終點處斜率均為0），已接近水平，可認為樣品已經(jīng)衰減完全。

表2 不同檢測參數(shù)條件下各峰弛豫時間Table 2 of CPMG multi-component relaxation under different detection conditions

表3 不同檢測參數(shù)條件下各峰面積比例Table 3 Peak proportions of CPMG multi-component relaxation under different detection conditions

由表2、3可知，以上各實驗條件下所獲得檢測結(jié)果，如出峰數(shù)目、出峰時間及峰面積比例均有一定差別，說明結(jié)果重復(fù)性及穩(wěn)定性不好。

具體而言，雖然在方法B的條件下，樣品最終衰減至5.38 a.u，曲線終點處斜率已為0，說明樣品信號衰減完全，獲得的T2多組分弛豫圖譜中出現(xiàn)3個峰，但T21峰的峰起時間及峰比例面積的RSD卻分別為104.94%、151.53%；第2、3個峰的重復(fù)性也不夠理想。這可能是由于實驗中使用的半回波時間為1 000μs，相對較大，這可能會使分子的自擴散作用增強，進而使平衡常數(shù)增加，弛豫時間變長[18-20]。

方法A條件下所得衰減曲線的最終衰減值約為17.11 a.u，曲線終點處斜率為-0.024 3，說明衰減亦未完全，這與其半回波時間的選擇（150μs）有一定的關(guān)系，半回波時間會影響會信號衰減完全與否。同樣，方法C的條件下所得衰減曲線的最終衰減值約為22.93 a.u，曲線終點處斜率為-0.063 5，說明衰減并未完全。這可能是因為所使用的回波個數(shù)為800，相對較小，從而導(dǎo)致樣品衰減不完全，并使圖譜中出現(xiàn)4個峰。方法E的條件下，測得生鮮豬肉中亦存在4個峰，與李欣等[15]的檢測相符。但其檢測參數(shù)中的重復(fù)采樣等待時間（重復(fù)采樣等待時間為1 500 ms）與半回波時間（半回波時間為100μs）均較小，這使樣品最終信號衰減值約6.36 a.u，曲線終點處斜率為-0.004 5，衰減曲線仍未達完全衰減。重復(fù)采樣等待時間設(shè)置過短時會使樣品的部分信息丟失，使圖譜異變。

另外，文獻研究中所測樣品質(zhì)量均較?。悠焚|(zhì)量最大的方法D中也僅約2 g），樣品質(zhì)量過小時容易在圖譜中出現(xiàn)不能反映樣品屬性的干擾峰[21]，且使各峰的重復(fù)性降低。

由以上分析可知合適的測定參數(shù)條件對于檢測結(jié)果的穩(wěn)定性、重復(fù)性及準確性至關(guān)重要。

2.2 LF-NMR儀器采集參數(shù)的優(yōu)化

2.2.1重復(fù)采樣等待時間

在LF-NMR的信號采集中，需要等待一定的時間，目的是等待樣品系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。若等待時間過短，則采集到的信號值比實際值偏小，會使樣品失去部分信息，最終將得到異變的橫向弛豫圖譜。

圖2 重復(fù)采樣等待時間對生鮮豬肉LF-NMR檢測信號穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect oftRon the stability of the LF-NMR signal of fresh pork

如圖2所示，每次采樣得到的信號模最大值并不是恒定不變的。重復(fù)采樣等待時間設(shè)置較小時（重復(fù)采樣等待時間≤2 500 ms），第2～8次采樣得到的模最大值與首次采用模最大值相差較大，說明樣品在此重復(fù)采樣等待時間條件下樣品未能恢復(fù)到平衡狀態(tài)即開始了下一次采樣。隨著重復(fù)采樣等待時間的增大（重復(fù)采樣等待時間≥3 000），采樣得到的模最大值趨于穩(wěn)定。在重復(fù)采樣等待時間為4 500 ms時，模最大值的RSD最小，為0.21%。繼續(xù)最大重復(fù)采樣等待時間至5 000 ms時，模最大值并無顯著性變化（P＞0.05）。若繼續(xù)增大重復(fù)采樣等待時間值則會延長單次采樣的時間，在大樣品集的快速檢測中顯然會影響檢測效率。綜合考慮，可將重復(fù)采樣等待時間設(shè)置為4 500 ms能滿足對豬肉的檢測。

2.2.2半回波時間

半回波時間不僅會影響CPMG序列回波曲線是否衰減完全，改變半回波時間還會影響信號的總弛豫時間大小。這往往是由于樣品內(nèi)部分子間發(fā)生的自擴散和分子交換引起的。半回波時間較短時，分子的自擴散作用可以忽略；而過長的半回波時間會使分子的自擴散作用變強[18]，隨著分子自擴散作用的增強，其平衡常數(shù)增加，弛豫時間延長[19-20]。不同半回波時間對樣品CPMG回波衰減曲線的影響如表4所示。

表4 半回波時間對CPMG回波衰減曲線的影響Table 4 Effect ofτon the CPMG echo decay curve

由表4可知，隨著半回波時間的延長，CPMG回波衰減曲線的T2弛豫區(qū)間也變大。在所取的半回波時間范圍內(nèi)，CPMG回波衰減曲線所反映的信號幅度均可認為信號已經(jīng)完全衰減（最終衰減信號幅度：1.68～4.44 a.u）。進一步分析半回波時間對CPMG多組分弛豫時間及峰面積比例的影響，結(jié)果如表5、6所示。

表5 半回波時間對CPMG多組分弛豫時間的影響Table 5 Effect ofτon theT2iof CPMG multi-component relaxation

表6 半回波時間對CPMG多組分弛豫峰面積比例的影響Table 6 Effect of on the peak proportions of CPMG multi-component relaxation

由表5、6可見，半回波時間不大于150μs或半回波時間不小于250μs時，雖然峰的數(shù)目有好的重復(fù)性，但反演所得峰的峰起時間差異較大，T21的峰起時間、峰面積比例RSD分別為15.38%～66.15%、40.58%～134.19%；而當半回波時間為200μs時所得圖譜的重復(fù)性較好，峰起時間、峰面積比例RSD分別為0%～1.16%、0.03%～3.18%。且與已有研究中，Hullberg[14]、Bertram[6,13,22]及Shaarani等[23]的研究均認為肉品的T2弛豫結(jié)果可反映肉中3 個明顯的水分群的結(jié)論相符，因此，確定半回波時間為200μs時可獲得較好的檢測效果。

2.2.3回波個數(shù)

回波個數(shù)亦會影響CPMG序列回波曲線是否衰減完全。表7為回波個數(shù)對樣品CPMG回波衰減曲線的影響。

表7 回波個數(shù)對CPMG回波衰減曲線的影響Table 7 Effect of Echo Count on the CPMG echo decay curve

由表7可知，隨著回波個數(shù)的增大，CPMG回波曲線的T2弛豫區(qū)間變大，衰減曲線的最終信號值逐漸減小。一般而言，回波個數(shù)應(yīng)設(shè)置的足夠大以使信號完全衰減，但回波個數(shù)過大時，則會延長測定時間，降低檢測效率及信噪比；過小則會丟失樣品中的有效信息。理論上，回波個數(shù)是使樣品弛豫的最小回波數(shù)。當回波個數(shù)為1 000時，最終信號幅值為17.82 a.u，顯然衰減并未完全；當回波個數(shù)為2 000時，弛豫信號可以衰減至3.36 a.u，接近衰減完全?；夭▊€數(shù)為3 000時，信號幅值衰減至2.41 a.u，曲線終點處斜率已為0，可認為已完全衰減；若繼續(xù)增大回波個數(shù)，最終衰減值顯著減?。≒＜0.05），此外還會延長測定時間，降低檢測效率，因此回波個數(shù)為3 000時檢測效果最佳。

2.2.4重復(fù)掃描次數(shù)

圖3 重復(fù)掃描次數(shù)對CPMG多組分弛豫圖譜的影響Fig.3 Effect ofNon the map of CPMG multi-component relaxation

重復(fù)掃描次數(shù)直接影響著采樣信號的信噪比，重復(fù)掃描次數(shù)越大，采樣信號的信噪比越高。但采樣時間也會相應(yīng)延長。重復(fù)掃描次數(shù)的大小需要根據(jù)樣品信號的強弱及弛豫圖譜的質(zhì)量來選擇。圖3為重復(fù)掃描次數(shù)對樣品CPMG多組分弛豫圖譜的影響結(jié)果。

由圖3可見，檢測得弛豫圖譜中均出現(xiàn)3 個特征峰，與文獻中的測定結(jié)果一致；N與峰總面積間存在極為良好的線性關(guān)系（y=417.67x+12.335，R2為1.000）。但在不同重復(fù)掃描次數(shù)時，所得CPMG多組分弛豫特性結(jié)果的偏差也不同，表8、9為重復(fù)掃描次數(shù)對CPMG多組分弛豫時間、峰面積比例的影響。

表8 重復(fù)掃描次數(shù)對CPMG多組分弛豫時間的影響Table 8 Effect ofNon theT2iof CPMG multi-component relaxation

表9 重復(fù)掃描次數(shù)對CPMG多組分弛豫峰面積比例的影響Table 9 Effect ofNon the peak proportions of CPMG multi-component relaxation

由表8、9可知，重復(fù)掃描次數(shù)不會影響T22、T23特征峰的峰起時間，但會對T21峰的檢測結(jié)果產(chǎn)生一定影響；重復(fù)掃描次數(shù)為8時，T21峰的峰起時間組內(nèi)RSD最?。?.24%），此時峰面積比例也具有良好的重復(fù)性。若繼續(xù)增大重復(fù)掃描次數(shù)（重復(fù)掃描次數(shù)為16、32），會使檢測時間成倍的延長，降低了檢測效率。而且重復(fù)掃描次數(shù)越大，射頻脈沖對樣品的激勵次數(shù)越多，會使樣品的溫度升高。而樣品溫度的變化亦會對測定結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此可確定重復(fù)掃描次數(shù)為8。

2.3 LF-NMR樣品參數(shù)的優(yōu)化

2.3.1樣品質(zhì)量

表10 樣品質(zhì)量與峰面積間關(guān)系Table 10 Relationship between sample mass and peak area

對選定的LF-NMR儀器而言，其磁體的檢測線圈是固定的，因此，應(yīng)依據(jù)儀器檢測槽的大小來確定適當?shù)臉悠焚|(zhì)量，以獲得較好的檢測結(jié)果。表10為樣品質(zhì)量與峰總面積間的關(guān)系。

由表10可知，隨樣品質(zhì)量的增加，采樣得到的信號總量也逐漸增大；且二者存在良好的線性關(guān)系（y= 394.5x+473.75，R2為0.978 8）；同時，隨著肉塊質(zhì)量的增加，檢測得到的峰總面積RSD逐漸減小，說明樣品質(zhì)量越大所測得的結(jié)果精確度越高。表11、12所示為樣品質(zhì)量對CPMG多組分弛豫時間峰面積比例的影響。當樣品質(zhì)量在1.03～2.94 g之間時，所得弛豫圖中各峰穩(wěn)定性較差，重復(fù)檢測各峰的偏移程度較大，如T21峰的峰起時間與峰面積比例RSD分別為32.20%～163.64%、11.71%～36.72%。隨著樣品質(zhì)量增加至4.09～5.45 g，所得弛豫圖的穩(wěn)定性與重復(fù)性均較好，峰起時間與峰面積比例RSD分別僅為0.71%～1.30%、0.08%～2.44%。

表11 樣品質(zhì)量對CPMG多組分弛豫時間的影響Table 11 Effect of sample mass on theT2iof CPMG multi-component relaxation

表12 樣品質(zhì)量對CPMG多組分弛豫峰面積比例的影響Table 12 Effect of sample mass on the peak proportions of CPMG multi-component relaxation

綜上可知，樣品質(zhì)量在4～5 g可獲得弛豫圖譜穩(wěn)定性及重復(fù)性較好。此時所選肉樣的長度（約5 cm）與Bertram等[6]的實驗研究相一致。若樣品質(zhì)量繼續(xù)增加則易超出磁體線圈的有效檢測范圍，對檢測準確性的提高無益。

2.3.2磁體溫度對樣品溫度的影響

圖4 磁體溫度對樣品溫度的影響Fig.4 Influence of magnet temperature on sample temperature

PQ001型低場核磁共振分析儀的磁體溫度為（32±0.01）℃，將室溫（22 ℃）樣品放入核磁探頭后，樣品溫度隨時間的變化如圖4所示。

從圖4可以看出，將放置于室溫（22℃）樣品放入核磁探頭下后，樣品溫度將隨放置時間的延長而逐漸升高，30 min時樣品溫度與磁體溫度（32℃）基本一致，并保持穩(wěn)定，說明磁體溫度對樣品溫度有一定的影響。

2.3.3樣品溫度對弛豫圖譜的影響

圖5 樣品溫度對CPMG多組分弛豫圖譜的影響Fig.5 Effect of sample temperature on the map of CPMG multi-component relaxation

溫度會影響質(zhì)子的微觀運動[24]，從而對其弛豫特性產(chǎn)生一定的影響。由圖5可知，隨樣品溫度的升高，樣品的信號總量相應(yīng)減小，各峰有左移趨勢。但各溫度條件下峰的重復(fù)性卻差異較大，表13給出了T21峰在不同溫度條件下的檢測結(jié)果，由表13可知，在實驗溫度范圍內(nèi)，T21峰的RSD為1.75%～66.67%，其中，32℃時，T21峰的重復(fù)性最好，RSD僅為1.75%。這可能是由于樣品溫度與磁體溫度（32±0.01）℃一致，避免了二者間溫度不一致對檢測結(jié)果的影響。因此，可將樣品檢測溫度設(shè)為（32±0.01）℃。

表 13 樣品溫度對T21峰峰起時間（T21）的影響Table 13 Effect of sample temperature on T21

2.4 方法驗證與質(zhì)量控制

2.4.1驗證實驗結(jié)果

表14 驗證樣品多組分弛豫結(jié)果的穩(wěn)定性Table 14 The stability of multi-component relaxation

綜上所述，確定的生鮮豬肉的最佳LF-NMR測定條件：重復(fù)采樣等待時間為4 500 ms；半回波時間為200μs；回波個數(shù)為3 000；重復(fù)掃描次數(shù)為8；采樣頻率為250 kHz；樣品質(zhì)量：[0.8×0.8×（4～5）] cm3（質(zhì)量約4～5 g）；樣品溫度：（32±0.01）℃。在上述條件下進行實驗驗證，結(jié)果見表14。

由表14可知，在優(yōu)化后的檢測條件下，各樣品的重復(fù)測定圖譜中均穩(wěn)定出現(xiàn)3 個特征峰，每個特征峰基本重合。T21峰起時間偏差為0～0.22 ms，第2個峰完全重合；各峰的峰面積比例的偏差也在0.05%～0.44%之間，各峰具有較好的重復(fù)性。表明在得出的檢測條件下能夠保證LF-NMR測定結(jié)果穩(wěn)定、可靠。

2.4.2質(zhì)量控制

質(zhì)量控制主要檢驗儀器本身對檢測結(jié)果的影響。表15、16分別為日內(nèi)精密度檢測、日間精密度檢測。

表15 日內(nèi)精密度檢測Table 15 Intra-day precision

表16 日間精密度檢測Table 16 Inter-day precision

由表15可知，LF-NMR的日內(nèi)精密度為：T21、T22、T23峰的峰起時間RSD分別為0～8.04%、0、0～8.04%，其峰比例RSD分別為2.44%～7.61%、0.15%～0.37%、3.44%～7.69%，RSD小于10%。由表16可知，日間精密度為：各峰T21、T22、T23的峰起時間RSD分別為0～7.22%、0～6.73%、0～8.04%，其峰比例RSD分別為2.86%～5.31%、0.12%～0.32%、1.83%～6.27%，RSD小于10%。各峰具有良好穩(wěn)定性與重復(fù)性，能夠滿足實驗要求。

3 結(jié) 論

本實驗就生鮮豬瘦肉LF-NMR檢測過程中的儀器參數(shù)及樣品參數(shù)對檢測結(jié)果穩(wěn)定性及可靠性的影響進行了研究，并獲得了LF-NMR儀器研究生鮮豬瘦肉的最佳檢測條件。當重復(fù)采樣等待時間為4 500 ms，半回波時間為200μs，回波個數(shù)為3 000，重復(fù)掃描次數(shù)為8時，可使得樣品能夠衰減完全并且具有良好的重復(fù)性，且有利于提高檢測效率；樣品質(zhì)量為4～5 g、樣品溫度為32 ℃，可保證結(jié)果的準確性、穩(wěn)定性與重復(fù)性。檢測結(jié)果的質(zhì)量控制說明在所得條件下能夠滿足實驗要求。本實驗所述最佳檢測條件可為其他在進行豬肉LF-NMR研究時做參考，通過對最佳檢測條件的探索亦為NMR技術(shù)在其他肉品研究中的應(yīng)用提供借鑒。

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Assessment of Fresh Pork Quality by LF-NMR: Parameter Optimization

WANG Zhiyong, WANG Xin*, XIA Yimiao, HUANG Yuanfen, LIU Baolin
(Institute of Food Safety and Quality, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Information about water mobility and distribution in meat can be provided by proton nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry. The suitable measurement parameters of low-field proton nuclear magnetic resonance (LF-NMR) relaxometry will not only be helpful for the reliability of experiment data, which reflect accurately the information on the sample, but also be beneficial for enhancing the detection efficiency. In this study, using fresh lean pork from the hind legs, the effects of LF-NMR parameters on the accuracy, stability and reproducibility of the experimental results were investigated. No significant changes in experimental data (P＞ 0.05) were observed when thetR(repetition delay) and Echo Count (sampling data number) were set as more than 4 500 ms and more than 3 000, respectively. The optimal conditions were determine as follows:τvalue (time between 90 degree pulse and 180 degree pulse) of 200μs,Nof 8 andSWvalue (receiver bandwidth) of 250 kHz during the test. Good stability and reproducibility could be guaranteed when the sample was cut into lumps (about 4-5 g), incubated in a water bath at 32℃, and subsequently transferred to the probe before the measurement. These results can provide appropriate detection conditions for applications of LF-NMR for quality assessment of fresh lean pork and other meats.

pork; low field-nuclear magnetic resonance; optimal parameters

TS251.7

A

1002-6630（2015）12-0177-08

10.7506/spkx1002-6630-201512033

2014-08-11

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（NSFC31201365）；上海市科學(xué)技術(shù)委員會重點攻關(guān)項目（11142200403）

王志永（1989—），男，碩士研究生，研究方向為食品安全快速檢測。E-mail：zyong413wang@163.com

*通信作者：王欣（1975—），女，副教授，博士，研究方向為食品安全控制與檢測。E-mail：18918629281@126.com