基于低場核磁共振快速檢測食鹽及蔗糖在蛋清熱凝膠中滲透效果初探

孫任寬，阮征，2，李汴生，2＊

（1.華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510640；2.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

雞蛋具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，它含有人體必需的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)及維生素等，營養(yǎng)成分全面而均衡，而鹵蛋作為一種歷史悠久的傳統(tǒng)蛋制品而廣受消費(fèi)者青睞。隨著人們快節(jié)奏生活需求的發(fā)展和食品加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，以真空軟包裝鹵蛋為代表的工業(yè)化方便鹵蛋產(chǎn)品也越來越受到市場的歡迎。這類產(chǎn)品是以生鮮禽蛋為原料，經(jīng)清洗、煮制、去殼、鹵制、包裝、殺菌、冷卻等工藝加工而成的整蛋型制品［1，2］。其中的鹵制環(huán)節(jié)耗時(shí)最長，能耗高。由于禽蛋鹵制前先進(jìn)行了煮制熟化，蛋清蛋白質(zhì)變性形成的致密凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得風(fēng)味物質(zhì)從外到內(nèi)的滲透變得十分困難。傳統(tǒng)的烹飪方式需要將熟蛋在鹵汁中浸泡10h甚至更長的時(shí)間以便“入味”，而工業(yè)化生產(chǎn)鹵雞蛋采用高溫高壓加速滲透的工藝，通常也要4h左右的鹵制時(shí)間。對(duì)于鹵制終點(diǎn)的判定，目前主要是感官評(píng)價(jià)結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)含量的檢測，一方面，樣品的消耗量比較大，物質(zhì)含量的檢測結(jié)果波動(dòng)性比較大；另一方面，對(duì)于決定鹵制效果的物質(zhì)滲透快慢和內(nèi)滲程度也無法把握。如果調(diào)味料達(dá)到了預(yù)期含量，但僅僅密集在鹵蛋表層，則鹵制還要繼續(xù)進(jìn)行。如果能通過快速檢測技術(shù)分析鹵制過程風(fēng)味物質(zhì)的滲透效果，將有利于選擇合理的鹵制終點(diǎn)，進(jìn)行鹵制工藝的優(yōu)化和控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

低場核磁共 振技術(shù) （low－field nuclear magnetic resonance，LF－NMR）是基于原子核磁性的一種弛豫譜分析技術(shù)，對(duì)于水分的研究有著快捷、高效、無損樣品及價(jià)格低等諸多優(yōu)點(diǎn)［3］，已成功應(yīng)用于食品中水分和脂肪等信息的檢測［4，5］，如范萌萌等［6］對(duì)不同堿處理的蛋清和蛋黃凝膠T2弛豫時(shí)間進(jìn)行了分析，說明了不同濃度堿對(duì)蛋清蛋黃凝膠水分的影響；趙婷婷等［7］結(jié)合主成分分析法研究了低場核磁共振在食用油品質(zhì)分析中的應(yīng)用；Bertram等［8］論證了由傳統(tǒng)方法測定的豬肉持水性與用NMR測定的橫向弛豫時(shí)間T2之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，說明了低場核磁共振技術(shù)在豬肉持水性的測定上是一個(gè)很有效的方法。自旋回波－單點(diǎn)成像（spin echo－single point imaging，SE－SPI）序列是一種新型的測試序列，它可以在無損樣品的情況下將樣品分為若干層面，對(duì)樣品每個(gè)層面的橫向弛豫時(shí)間T2進(jìn)行測試，其反演圖以各個(gè)層面橫向弛豫時(shí)間T2、位置及相對(duì)振幅的三維圖呈現(xiàn)出來，能夠直觀地反映樣品不同層面橫向弛豫時(shí)間T2的變化。

當(dāng)風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)入到熟蛋凝膠中，原蛋中均勻的水分狀態(tài)及分布會(huì)有所變化。本研究選擇食鹽和蔗糖作為典型的鹵制風(fēng)味物質(zhì)，使用SE－SPI序列測定不同食鹽和蔗糖含量的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T2，探討橫向弛豫時(shí)間T2變化規(guī)律及與食鹽和蔗糖含量之間的關(guān)系。通過風(fēng)味成分對(duì)凝膠不同位置水分狀態(tài)的影響，反映溶質(zhì)的滲透效果，以期為基于低頻核磁共振技術(shù)實(shí)現(xiàn)蛋清熱凝膠中風(fēng)味物質(zhì)的快速和無損檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮雞蛋、食鹽、蔗糖：購于華南理工大學(xué)后勤綜合樓。

NMI20－025V－I核磁共振成像分析儀：上海紐邁電子科技有限公司；水浴鍋；多功能攪拌器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)樣品的制作

蛋清前處理：取新鮮雞蛋數(shù)枚，洗凈后去殼，分離蛋清蛋黃，用鑷子除去系帶。取蛋清液在1000r/min條件下攪拌2min，靜置2h備用。

蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的制作：將處理過的蛋清液中按比例加入食鹽或蔗糖，攪拌均勻后將蛋清液注入橡膠管中，并封住兩端置于90℃水浴鍋加熱30min，凝固后冷卻備用。

滲透：采取溶質(zhì)一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的方式，即將未添加食鹽或蔗糖的蛋清凝膠保留一個(gè)滲透面，其余部分與滲透液隔離，放入90℃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的滲透液中滲透30min，取出擦干表面殘留的滲透液。

1.2.2 橫向弛豫時(shí)間T2的測定

從滲透面開始截取2cm長蛋清熱誘導(dǎo)凝膠，用保鮮膜包裹住放入16mm直徑玻璃試管，將試管置于NMR探頭中，使用CPMG序列測試樣品橫向弛豫時(shí)間T2，條件為90度脈寬P1＝9μs，180度脈寬P2＝19μs，采樣點(diǎn)數(shù) TD＝105006，接收機(jī)帶寬SW＝100kHz，重復(fù)采樣時(shí)間間隔TW＝3500ms，采樣起始點(diǎn)控制參數(shù) RFD＝0.08ms，模擬增益 RG1＝20db，數(shù)字增益DRG1＝3，累加掃描冊數(shù)NS＝4，回波時(shí)間TE＝0.3ms，回波個(gè)數(shù)NECH＝3500，射頻功放幅值RFA1＝25%，數(shù)據(jù)半徑DR＝1，前置放大倍數(shù)PRG＝1，回波峰點(diǎn)偏移時(shí)間D3V0＝319μs。截取2cm含不同濃度食鹽或蔗糖的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠，使用SE－SPI序列測試樣品各個(gè)層面橫向弛豫時(shí)間T2，條件為P1＝7μs，P2＝14μs，TD＝120068，SW＝100kHz，TW＝4000ms，RFD＝0.08ms，RG1＝10db，DRG1＝1，NS＝4，TE＝0.3ms，NECH＝4001，分層層數(shù)NTI＝21，RFA1＝100%，DR＝1，PRG＝2，成像方向GM＝1，視野FOV＝60mm，D3V0＝319μs。取同一樣品不同層面的橫向弛豫時(shí)間T2為1個(gè)平行，每個(gè)樣品共11個(gè)平行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行結(jié)果處理，相關(guān)性分析采用PASW Statistics 18軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 食鹽與蔗糖的滲透對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠T2弛豫時(shí)間的影響

不同物質(zhì)的滲透對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T2的影響見圖1。

圖1 食鹽與蔗糖的滲透對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠弛豫時(shí)間T2的影響Fig.1Effect of salt and sucrose penetration on relaxation time T2of egg white heat－induced gel

利用低場核磁共振檢測了蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的橫向弛豫時(shí)間T2的分布，同時(shí)以未滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的橫向弛豫時(shí)間T2分布為空白對(duì)照。結(jié)果顯示：經(jīng)食鹽與蔗糖滲透對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T2分布有顯著的影響（p＜0.05）。由圖1可知，對(duì)CPMG序列得到的衰減曲線進(jìn)行多組分?jǐn)M合后，發(fā)現(xiàn)T2弛豫時(shí)間在0.1～10000ms的時(shí)間分布上出現(xiàn)了4個(gè)峰。由圖1分析得出，這4個(gè)峰對(duì)應(yīng)時(shí)間T20為0.43～1.75ms；T21為 4.04～16.30ms；T22為 28.48～100.00ms；T23為403.70～811.13ms，分別對(duì)應(yīng)凝膠中水的不同狀態(tài)。有學(xué)者對(duì)乳清濃縮蛋白熱誘導(dǎo)凝膠進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其LF－NMR弛豫時(shí)間也擬合為4個(gè)峰，他們將這4個(gè)峰分為4種水分子狀態(tài)：不可移動(dòng)水（immobilized solid phase）、弱 可 移 動(dòng) 水 （weak mobile phase）、中度可移動(dòng)水（moderate mobile phase）和可移動(dòng)水（mobile phase）［9］。

未經(jīng)滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的NMR T2弛豫時(shí)間圖上有3個(gè)峰，其中不可移動(dòng)水T20弛豫時(shí)間為0.87ms，所占峰面積比例為（10.88±0.11）%；弱可移動(dòng)水T21弛豫時(shí)間為9.33ms，所占峰面積比例為（2.00±0.17）%；中度可移動(dòng)水T22弛豫時(shí)間為65.79ms，所占峰面積比例為（87.12±0.23）%；未檢出可移動(dòng)水，表明在未經(jīng)過滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中不可移動(dòng)水占比較小，中度可移動(dòng)水占絕大多數(shù)，可移動(dòng)水比例極小可忽略不計(jì)，這可能是由于在加熱過程中，蛋清中天然蛋白的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)受到破壞而發(fā)生變性，變性后使得蛋白的內(nèi)部親水區(qū)域暴露出來，與相鄰結(jié)構(gòu)相似的未展開蛋白質(zhì)分子相互作用，這種相互作用導(dǎo)致了蛋白質(zhì)分子的聚集現(xiàn)象，在這種聚集過程中，吸引力和排斥力處于平衡，以致于形成能保持大量水分的高度有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或基體［10］，而吸附填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或基體里的水則由蛋液中的可移動(dòng)水變?yōu)槟z中的中度可移動(dòng)水。經(jīng)食鹽或者蔗糖滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的T2弛豫時(shí)間圖上有4個(gè)峰，相比未滲透的凝膠多了可移動(dòng)水T23峰，其弛豫時(shí)間分別為705.48，533.67ms，峰面積占比分別為（0.64±0.04）%，（0.67±0.04）%。此外，經(jīng)食鹽和蔗糖滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠T22弛豫時(shí)間均為49.77ms，峰面積占比分別為（81.02±0.03）%，（82.35±0.20）%，顯著低于未經(jīng)滲透的蛋清凝膠。蛋清凝膠的T22弛豫時(shí)間和峰面積占比隨著滲透過程的產(chǎn)生而顯著下降，說明體系中填充于三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水分?jǐn)?shù)量及可移動(dòng)程度有所下降。這可能是在滲透過程中，由于滲透壓的作用將一小部分蛋清凝膠中的水分從三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中吸引出來，進(jìn)入滲透液中，致使T22弛豫時(shí)間及峰面積占比下降；而這部分水分中未來得及進(jìn)入滲透液的則成為可移動(dòng)水分布在蛋清凝膠中，出現(xiàn)T23峰。

使用SE－SPI序列測試樣品各個(gè)層面橫向弛豫時(shí)間T2，對(duì)得到的衰減曲線進(jìn)行多組分?jǐn)M合后得到的反演圖見圖2。

圖2 蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T2三維圖Fig.2Transverse relaxation time T2three－dimensional map of egg white heat－induced gel

D1S代表SE－SPI序列分層測試區(qū)域的相對(duì)位置，擬合后各分層的T2弛豫時(shí)間平均分布在－1～1的視野里，形成三維圖。顏色變化代表信號(hào)強(qiáng)弱，表示某個(gè)相應(yīng)的T2弛豫時(shí)間下凝膠水分的相對(duì)含量。由圖2可知，對(duì)SE－SPI序列得到的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠衰減曲線進(jìn)行多組分?jǐn)M合后，發(fā)現(xiàn)各個(gè)層面的橫向弛豫時(shí)間T2主要為T22峰，其他峰占比極小。

2.2 食鹽和蔗糖的滲透對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠T2弛豫時(shí)間的影響

經(jīng)食鹽滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠各個(gè)層面T22弛豫時(shí)間的變化見圖3。

圖3 經(jīng)食鹽滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22Fig.3Salt penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由圖3可知，滲透面方向（左側(cè)）蛋清凝膠T22峰與凝膠滲透末端（右側(cè)）相比稍有下移，即T22弛豫時(shí)間有所降低，與經(jīng)CPMG序列得到的規(guī)律相符。

將對(duì)SE－SPI序列得到的含不同含量食鹽的蛋清凝膠衰減曲線進(jìn)行多組分反演得到的結(jié)果匯總成ANOVA表，見表1。

表1 含有不同濃度食鹽的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22峰峰屬性的方差分析結(jié)果Table 1Analysis of variance of transverse retardation time T22 peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表1可知，峰起點(diǎn)時(shí)間、峰頂點(diǎn)時(shí)間（即T22弛豫時(shí)間）及峰寬差異極顯著，峰終點(diǎn)時(shí)間差異不顯著；峰起點(diǎn)時(shí)間的F值最大，表明食鹽含量對(duì)蛋清凝膠T22峰的峰起點(diǎn)時(shí)間影響最大。

表2 含有不同濃度食鹽的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22峰峰屬性Table 2Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表2可知，不同含量食鹽的蛋清凝膠T22峰的峰起點(diǎn)時(shí)間與峰頂點(diǎn)時(shí)間具有良好的趨勢性，即隨著鹽含量的增加呈下降趨勢；而峰終點(diǎn)時(shí)間與峰寬隨著鹽含量的增加有上下波動(dòng)的情況。

表3 蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中食鹽含量與其T22峰峰屬性間的相關(guān)性分析Table 3The correlation of salt content and T22peak properties of egg white heat－induced gel

由表3可知，凝膠中的食鹽含量與T22峰峰起點(diǎn)時(shí)間之間存在極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，與峰頂點(diǎn)時(shí)間之間存在強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，而與峰終點(diǎn)時(shí)間和峰寬之間的相關(guān)性較弱。

食鹽含量與峰起點(diǎn)時(shí)間和峰頂點(diǎn)時(shí)間的擬合關(guān)系見圖4，采用多項(xiàng)式擬合效果較佳，R2均大于0.9，有較好的擬合效果，可以以峰起點(diǎn)時(shí)間和峰頂點(diǎn)時(shí)間對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中的食鹽含量做出初步判斷。

圖4 峰起點(diǎn)（a）和峰頂點(diǎn)（b）與食鹽含量的關(guān)系擬合情況Fig.4Fitting curves of peak starting time（a）and peak apex time（b）with salt content

2.3 蔗糖添加量對(duì)蛋清凝膠T2弛豫時(shí)間的影響

經(jīng)蔗糖滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠各個(gè)層面T22弛豫時(shí)間的變化見圖5。

圖5 經(jīng)蔗糖滲透的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22Fig.5Sucrose penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由圖5可知，滲透面方向蛋清凝膠T22弛豫時(shí)間的變化不大，而T22峰的范圍即峰寬與凝膠滲透末端相比稍有增加。

將對(duì)SE－SPI序列得到的含不同濃度蔗糖的蛋清凝膠衰減曲線進(jìn)行多組分反演得到的結(jié)果匯總成ANOVA表，見表4。

表4 含有不同濃度蔗糖的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22峰峰屬性的方差分析結(jié)果Table 4Analysis of variance of transverse retardation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表4可知，T22峰的4個(gè)屬性差異都極顯著；峰終點(diǎn)時(shí)間的F值最大，為34.624，峰寬次之，為32.486，表明蔗糖濃度對(duì)蛋清凝膠T22峰的峰終點(diǎn)時(shí)間影響最大。

表5 含有不同濃度蔗糖的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠橫向弛豫時(shí)間T22峰峰屬性Table 5Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表5可知，含不同濃度蔗糖的蛋清凝膠T22峰的峰終點(diǎn)時(shí)間和峰寬均具有良好的趨勢性，即隨著糖含量的增加呈上升趨勢，由表4可知，峰起點(diǎn)時(shí)間的波動(dòng)在1ms以內(nèi)，相對(duì)于峰終點(diǎn)時(shí)間波動(dòng)范圍不大，這應(yīng)該是峰寬顯示出良好趨勢性的原因；而峰起點(diǎn)時(shí)間與峰頂點(diǎn)時(shí)間隨著糖含量的增加有上下波動(dòng)的情況。

表6 蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中蔗糖含量與其T22峰峰屬性間的相關(guān)性Table 6The correlation of sucrose content and T22 peak properties of egg white heat－induced gel

由表6可知，凝膠中的蔗糖含量與T22峰峰起點(diǎn)時(shí)間之間的相關(guān)性較弱，與峰頂點(diǎn)時(shí)間之間的相關(guān)性不顯著，而與峰終點(diǎn)時(shí)間和峰寬之間均存在極強(qiáng)的正相關(guān)。

蔗糖含量與峰頂點(diǎn)時(shí)間和峰寬的擬合關(guān)系見圖6，采用線性擬合效果較佳，R2均大于0.9，有較好的擬合效果，可以以峰頂點(diǎn)時(shí)間和峰寬對(duì)蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中的蔗糖含量做出初步判斷。

圖6 峰終點(diǎn)（a）和峰寬（b）與蔗糖含量的關(guān)系擬合情況Fig.6Fitting curves of peak end time（a）and peak width（b）with sucrose content

3 結(jié)論

通過對(duì)比滲透前后的蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的橫向弛豫時(shí)間T2可知，蛋清凝膠的T22弛豫時(shí)間和峰面積占比隨著滲透過程的產(chǎn)生而顯著下降。

SE－SPI序列測試的結(jié)果表明：食鹽含量對(duì)蛋清凝膠T22峰的峰起點(diǎn)時(shí)間影響最大，并存在極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)；對(duì)峰頂點(diǎn)時(shí)間的影響次之，存在強(qiáng)的負(fù)相關(guān)；而與峰終點(diǎn)時(shí)間和峰寬之間的相關(guān)性較弱。蔗糖對(duì)蛋清凝膠T22峰的峰終點(diǎn)與峰寬均有顯著性影響，并存在極強(qiáng)的正相關(guān)；而峰起點(diǎn)時(shí)間與峰頂點(diǎn)時(shí)間隨著糖含量的增加有上下波動(dòng)的情況。通過對(duì)結(jié)果進(jìn)行擬合，說明通過T22峰峰屬性來判斷蛋清熱誘導(dǎo)凝膠中食鹽或蔗糖的含量是可行的。