低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在肉制品加工工藝中的應(yīng)用

屈蘭蘭，吳 月，何 珊

（蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

0 引言

低場(chǎng)核磁共振（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR） 技術(shù)具有出色的快速性、無損性和精準(zhǔn)性，在諸多方面被廣泛應(yīng)用[1]。該技術(shù)通過測(cè)量氫核在磁場(chǎng)中的松弛特性來確定研究對(duì)象的不同水分狀態(tài)，因此在食品加工、檢測(cè)等領(lǐng)域有諸多研究空間。詳細(xì)介紹了LF-NMR 技術(shù)的基本原理，并根據(jù)現(xiàn)階段相關(guān)研究成果，綜述了LF-NMR 技術(shù)近年來在肉制品腌制、干制、熟制、發(fā)酵、冷凍、品質(zhì)優(yōu)化等加工工藝中的最新研究結(jié)果，為LF-NMR技術(shù)在肉制品方面的應(yīng)用提供新的思路和理論依據(jù)。

1 低場(chǎng)核磁共振原理概述

核磁共振（Nuclear magnetic resonance，NMR）光譜學(xué)是最強(qiáng)大和最通用的分析技術(shù)之一。核磁共振成像的基本原理是利用氫原子產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象。（H） 用某一頻率的RF 脈沖在強(qiáng)磁場(chǎng)中激發(fā)該原子。利用空間編碼技術(shù)，獲取氫原子射出的RF 能量，并將RF 能量與質(zhì)子密度和弛豫時(shí)間等參數(shù)相結(jié)合，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、變換后，得到最終RF 圖像[2]?？蓱?yīng)用于液體或固體材料，在食品科學(xué)領(lǐng)域越來越受歡迎。核磁共振按其空間分辨能力可劃分為高空間分辨（高場(chǎng)） 與低空間分辨（低場(chǎng)） 兩大類。高場(chǎng)主要是研究樣本的化學(xué)屬性，而低場(chǎng)核磁共振則是研究在0.5 T 以下磁場(chǎng)的樣品，其研究對(duì)象一般是樣品的物理性質(zhì)[3]。以氫核（1H） 為研究對(duì)象的低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是當(dāng)前最常用的。因此，LF-NMR 可以很好地應(yīng)用于肉制品多種指數(shù)的測(cè)定中[4]。

低場(chǎng)核磁共振儀技術(shù)原理示意圖見圖1。

圖1 低場(chǎng)核磁共振儀技術(shù)原理示意圖

2 LF-NMR 在肉制品加工工藝中的具體應(yīng)用

2.1 LF-NMR 在肉制品腌制加工工藝中的應(yīng)用

腌制作為肉制品加工的一個(gè)重要工藝，具有保鮮和提高肉類產(chǎn)品質(zhì)量的作用[5]。通過檢測(cè)腌制肉制品中水分的變化，對(duì)于提高腌制肉制品品質(zhì)、改良其風(fēng)味特性及延長貨架期具有重要意義。佟薈全等人[6]采用低場(chǎng)核磁共振和組織切片技術(shù)，研究了滾揉機(jī)輔助腌制和超聲與滾揉機(jī)聯(lián)合腌制對(duì)淘汰雞胸肉的嫩度和水結(jié)合能力的影響。結(jié)果表明，超聲和滾揉機(jī)聯(lián)合腌制可以促進(jìn)腌制效果，提高肌肉的水結(jié)合能力和嫩度。謝思蕓等人[7]采用LF-NMR、電子顯微鏡等技術(shù)，系統(tǒng)地分析真空腌漬處理前后魚肉水分遷移及組織結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，真空腌制處理后，魚肉中水分的運(yùn)移、組織結(jié)構(gòu)的改變?cè)隰~的腌漬處理中，與凝膠化表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。Mcdonnell C K 等人[8]通過LF-NMR 研究腌制豬肉表明，隨著NaCl 腌制液濃度的增加，豬肌肉纖維內(nèi)的含水量（P21） 逐步增加，肌肉纖維外部的含水量（P22）逐步減少，LF-NMR 能夠準(zhǔn)確判定腌制肉制品保水能力。

2.2 LF-NMR 在肉制品干制加工工藝中的應(yīng)用

干制是肉類產(chǎn)品的一種重要加工方法，而干制即為水分的揮發(fā)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終品質(zhì)。梁鉆好等人[9]通過低場(chǎng)核磁共振研究了在干燥和復(fù)水過程中蝦肉中的水分分配和運(yùn)移規(guī)律，LF-NMR 分析顯示，在復(fù)合干燥的蝦肉中，不易流動(dòng)水的下降速度比較慢，并促進(jìn)了一些不易流動(dòng)水向結(jié)合水的方向移動(dòng)，從核磁共振成像圖像可以看出，整個(gè)蝦肉中的信號(hào)值變化很小，這是一種輕度的脫水。卞瑞姣等人[10]采用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)，對(duì)腌制工藝中的試樣進(jìn)行了水分存在狀態(tài)的研究。MRI 圖像及假彩色圖像顯示，干燥后的秋刀魚油水平衡發(fā)生了變化。李欣等人[11]、謝小雷等人[12]通過微波干燥的方式發(fā)現(xiàn)，T21 的縮短使得非流動(dòng)水的流動(dòng)性減弱，而變形的結(jié)合水則擁有更長的橫向馳豫時(shí)間及更大的自由度。此外，通過將中紅外線與熱風(fēng)結(jié)合干燥的牛肉干，其T21 和T22 的延伸也得到了證實(shí)，最終這些水被吸附到牛肉干的表面，并且被迅速地消散。通過對(duì)肉制品熟制和干燥過程的研究，可以清楚地看出蛋白質(zhì)變性、肌肉結(jié)構(gòu)變化及水分變化等多種復(fù)雜變化，而且這種變化呈現(xiàn)出逐步性、多樣性。為了更加準(zhǔn)確地觀測(cè)干燥過程中水分在肉中的運(yùn)動(dòng)及其變化，核磁共振成像技術(shù)可以提供一種有效的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肉制品更精準(zhǔn)的干燥把控。

2.3 LF-NMR 在肉制品熟制加工工藝中的應(yīng)用

在肉制品加工工藝中，熟化處理是確保肉制品衛(wèi)生美味的重要手段[13]。隨著溫度的上升及加熱時(shí)間的增加，會(huì)產(chǎn)生大量的水分遷移。王雪等人[14]的試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著煎炸溫度的提高，牛柳條干的T21、T22 逐漸變短，而P21、P22 則明顯下降（p＜0.05），其原因很可能是因?yàn)榧逭〞r(shí)，肉中的蛋白質(zhì)發(fā)生了退化，或是油脂的滲入限制了牛柳條干纖維中的水分。T2b，T21，T22 隨煎煮溫度的升高而增加，T22隨煎煮溫度的變化最明顯[15]。孫紅霞等人[16]卻發(fā)現(xiàn)，同樣的加熱時(shí)間，牛肉的T21 隨加熱溫度的升高而變短，這很有可能是因?yàn)榕Ｈ庠诩訜徇^程中，肌肉中的一些水分被擠壓出來，而水分中保留的水分氫鍵能變大，從而導(dǎo)致了T21 縮短。王永瑞等人[17]研究表明，隨著烘烤時(shí)間的延長，各羊肉的T2 馳豫時(shí)間明顯變化，各羊肉的水分流動(dòng)性下降。劉麗美等人[18]的研究表明，牛肉的T21 和T22 弛豫時(shí)間在較高的焙燒溫度下明顯下降，這是由于水在肌肉纖維內(nèi)的結(jié)合及水在較高焙燒溫度下與蛋白質(zhì)的緊密結(jié)合。因此，結(jié)合LF-NMR 分析水分分布、肌纖維結(jié)構(gòu)和脂肪定量來評(píng)估咀嚼性，表明了LF-NMR 方法的多功能性。通過應(yīng)用LF-NMR 技術(shù)，能夠更加精細(xì)、全面、客觀地分析肉類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征，從而提高其質(zhì)量。

2.4 LF-NMR 在肉制品發(fā)酵加工工藝中的應(yīng)用

發(fā)酵肉制品是一種歷史悠久的食品，具有獨(dú)特的風(fēng)味和較長的貨架期，從而受到廣泛的好評(píng)[19]。將新鮮肉類磨碎后與輔助物混合制作而成的臘腸是一種重要的肉制品分類[20]。目前，LF-NMR 技術(shù)已被用于臘腸加工中水分的測(cè)定。為了更好地了解這一過程，郇延軍等人[21]采用低場(chǎng)核磁共振方法，探究山梨糖醇對(duì)發(fā)酵香腸加工過程中3 種不同水分變化的影響，以及其對(duì)肉制品酵香腸保水性的影響。通過LF-NMR 弛豫時(shí)間的研究，通過LF-NMR 技術(shù)，Zhang J 等人[22]通過對(duì)去骨架腌火腿的風(fēng)味代謝組學(xué)進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)了包含28 種化合物，其中以氨基酸、有機(jī)酸和核苷酸衍生物為主。另外，Zhang J 等人[23]還對(duì)發(fā)酵香腸中的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了細(xì)致的分析，結(jié)果表明，谷氨酸、賴氨酸、丙氨酸和亮氨酸等氨基酸代謝產(chǎn)物是火腿味的主要組成，這些氨基酸代謝產(chǎn)物的組合為發(fā)酵香腸帶來了特殊的風(fēng)味。

2.5 LF-NMR 在肉制品品質(zhì)冷凍加工工藝中的應(yīng)用

通過LF-NMR 技術(shù)，可以有效地檢測(cè)冰晶對(duì)肌肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，從而為凍融研究提供有力支持，有效降低解凍損失，提升肉類質(zhì)量和產(chǎn)量[24]。馬瑩等人[25]采用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)，對(duì)-14，-18，-22 ℃3 種溫度條件下，肉品水分狀態(tài)的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，在一定的降溫過程中，結(jié)合水將逐步向游離水轉(zhuǎn)化。當(dāng)溫度超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，牛肉的含水量明顯減少，保水率明顯降低。沈秋霞等人[26]進(jìn)行了低場(chǎng)核磁共振和電子鼻技術(shù)對(duì)冷藏虹鱒魚片品質(zhì)的影響研究，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)LF-NMR 技術(shù)處理后，2 組魚片的T21 振幅在貯存過程中均呈遞減趨勢(shì)，但在貯藏后期（12～14 d)，采用保鮮劑組的自由水百分?jǐn)?shù)較對(duì)照組顯著下降（p＜0.05）。在調(diào)查中，2 個(gè)小組中的自由水所占的比率都明顯超過了初始值。

2.6 LF-NMR 在肉類品品質(zhì)優(yōu)化過程中的應(yīng)用

由于生產(chǎn)原因，未加工肉類經(jīng)常被切碎和加工，以改善未加工肉類組織結(jié)構(gòu)柔軟性，并由此提高未加工肉類的柔韌性[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，與整塊肉不同，隨著時(shí)間的推移，大多數(shù)肌肉纖維結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，但仍有少量的肌肉纖維碎片保留下來。這種現(xiàn)象的形成，主要是由于不溶性蛋白質(zhì)通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與水結(jié)合，從而形成了一種保水機(jī)制。林晶晶等人[28]采用NMR 技術(shù)，對(duì)墨魚丸和花枝丸2 種魚糜制品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明2 種魚糜制品中有4 種具有流動(dòng)性不同的水，即T21，T22，T23，T24。Han G 等人[29]在研究高靜水壓力和水分調(diào)節(jié)劑對(duì)牛肉干質(zhì)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著高靜水壓力的增加，P21 增加，P22減少，而且當(dāng)加入水分調(diào)節(jié)劑（甘油、凝乳酶、玉米蛋白水解物） 時(shí)，T21 的弛豫時(shí)間更短，這表明加入水分調(diào)節(jié)劑進(jìn)一步增加了水分和蛋白質(zhì)的結(jié)合程度。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在肉糜中添加磷酸酯可以有效地縮短橫向弛豫時(shí)間T21，使得原本不易流動(dòng)的水變得易于流動(dòng)；相比之下，僅添加氯化鈉可以提高橫向弛豫時(shí)間T21，同時(shí)也會(huì)提升肉糜中的結(jié)合水（P2b） 及總水的含量，這表明磷酸鹽和氯化鈉的添加可以有效地提升肉糜的保水性能[30]。

3 結(jié)語

通過低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR） 技術(shù)在肉制品腌制、干制、熟制、發(fā)酵、冷凍、品質(zhì)優(yōu)化等加工工藝方面的相關(guān)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)肉類產(chǎn)品品質(zhì)的快速動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與調(diào)控。同時(shí)，由于其能迅速檢測(cè)出樣品中的水分狀態(tài)、含水量，具有價(jià)格低廉、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在肉制品檢測(cè)中得到了應(yīng)用。該方法既能測(cè)定不同條件下肉制品中水的分布，又能展現(xiàn)肉制品加工、貯藏、成熟等各階段中水的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。盡管低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在肉制品中的應(yīng)用取得了一定的成果，但是仍然存在一些挑戰(zhàn)。①LF-NMR 只能對(duì)肉制品中的水分分布及移動(dòng)進(jìn)行直觀描述，對(duì)其變化機(jī)理還需與其他指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，因此研究人員需要進(jìn)行大量研究來解釋這一問題；②由于不同生物材料的自然異質(zhì)性及儀器模型和設(shè)置參數(shù)的差異，研究人員必須確保LF-NMR 測(cè)定的準(zhǔn)確性。研究人員正在努力深入探索水分在肉類保質(zhì)期中的作用，以及不同階段水分含量對(duì)微生物生長的影響。盡管目前已經(jīng)有大量研究，以檢測(cè)肉中水分的分布和遷移，并利用LF-NMR 技術(shù)確定肉的質(zhì)量，但是肉和肉制品中水分的存在和性質(zhì)仍需深入，與肌肉蛋白相比，水分的影響更加復(fù)雜。因此，研究人員仍需要進(jìn)行深入研究，更好地理解水分在肉類保質(zhì)期中的作用，以及其對(duì)微生物生長的影響。研究肉類和肉制品中水分的變化仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。