結合LF-NMR研究不同處理對醬牛肉保水性的影響

朱曉紅，李 春，胡海濤，姚中峰，董曉光，李興民，*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083; 2.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249; 3.新疆石河子大學食品學院，新疆石河子832003)

結合LF-NMR研究不同處理對醬牛肉保水性的影響

朱曉紅1，李 春1，胡海濤2，姚中峰3，董曉光1，李興民1，*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083; 2.中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249; 3.新疆石河子大學食品學院，新疆石河子832003)

為了探究二次殺菌處理對肉制品中水分的影響，將真空包裝的醬牛肉經過600MPa/20min的超高壓處理(HP)和90℃/10min的加熱處理(HT)，未處理(UT)組作為對照，利用低場核磁共振技術(LF-NMR)測定了3組樣品第0d和第7d時保水性及水分分布的變化情況。結果表明，高壓、加熱及貯藏過程均會導致產品重量的損失，增加可壓出汁液的比例，HP及HT組處理損失分別為4.36%、6.53%。LF-NMR檢測到了四個明顯的水分群，代表肉中的結合水、不易流動水和自由水三種存在狀態。其中，HP和HT會使肉中水分變得活躍，表現為弛豫時間延長，結合水比例降低、不易流動水和自由水增多，但HP較HT的影響小。核磁成像結果顯示第0d時UT、HP、HT的圖像依次變亮，表明醬牛肉中自由水的含量依次增多。因此，高壓比熱處理對醬牛肉保水性的影響要小。

醬牛肉，超高壓，低場核磁共振技術，保水性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛半腱肌(黃牛，育齡約1年6個月) 購自北京第五肉聯廠。

HPP-700型超高壓裝置 升壓速度100MPa/min，卸壓速度100MPa/s，處理釜內水溫20℃左右，內蒙古包頭科發高新技術食品機械公司;MicrNMR核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司; DZ-400真空封口機 北京瑞明興包裝科技有限公司;TMS-Pro質構儀 Food Technology Corporation，USA;DHG-9075A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司;AY220萬分之一電子天平SHIMADZU，JAPAN。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗工藝 醬牛肉的制作工藝如下:

1.2.2 樣品處理 將冷卻好的醬牛肉在超凈工作臺中切分，然后真空包裝(真空度0.1MPa，抽空時間30s，熱封時間3s)，每袋約為100g。將包裝好的樣品隨機分成3組，每組10袋。分別進行以下處理:對照組:UT，不作處理;熱處理組:HT，將包裝好的樣品置于90℃水浴鍋中保溫10min;超高壓處理組:HP，將包裝好的樣品置于超高壓處理釜中600MPa保壓20min。將處理后的樣品一半直接測定，剩下一半置于(4±1)℃冰箱中冷藏一周測定。

1.2.3 保水性的測定

1.2.3.1 水分含量(Water Content，WC) 參考GB/ T5009.3-2003方法測定。

1.2.3.2 重量損失(Weight Loss，WL) 以處理前后重量變化的百分比表示。

1.2.3.3 可壓出汁液(Total Expressible Fluid，TEF)參考 Lee等［14］方法測定，將樣品切成小塊(2×2×2cm)稱重，然后立即用食品保鮮膜包裹，置于室溫下平衡2h。除去膜，將其置于三層(兩層在下，一層在上)已稱重的定性濾紙(直徑9cm)之間，用質構儀以50mm/min速度下壓至樣品初始高度的50%。稱量濾紙重量，計算TEF。每個處理測量5個平行。

TEF(%)=(干燥前濾紙質量-壓縮前濾紙質量)/樣品質量×100%

1.2.3.4 汁液流失(Purge Loss，PL) 將樣品切成厚5mm薄片，真空包裝，5片/袋，置于(4±1)℃下放置7d，去除真空袋中的流出汁液，稱重。每個處理3個平行。貯存7d后以汁液流失衡量重量損失。

PL(%)=(流出汁液的質量/樣品質量) ×100%

1.2.4 NMR橫向弛豫時間(T2)測定 NMR弛豫特性的測量是在MicrNMR核磁共振成像分析儀上進行。質子共振頻率為23MHz，溫度為32℃。T2用CPMG序列測量。所使用的參數為:τ值(90°脈沖和180°脈沖之間的時間)為150μs。重復采樣4次，重復間隔TR時間為1800ms，得到以指數形式衰減的核磁信號。將2.0g樣品放入12mm樣品管中用封口膜封口以防止水分蒸發，然后將樣品管放入直徑15mm的核磁管后放入分析儀中。每個測試至少3個重復。

利用CPMG序列來檢測樣品的橫向弛豫過程，其弛豫信號的數學表達式為:

其中，Pi表示第i種成分的信號強度，總信號的大小是所有成分產生的信號大小的總和，T2i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時間。CPMG指數衰減曲線用MultiExplnv Analysis軟件進行反演，此軟件使用綜合迭代法算法，結果為離散型與連續型相結合的T2譜，得到相應數據。

1.2.5 NMR微成像 NMR成像采用多層自旋回波(Multi-slice Spin Echo，MSE)序列來產生自旋回波圖像。圖像上每點的信號強度可由下式來描述:

其中，A表示該點的質子密度，TR表示重復時間(兩次90°脈沖之間的時間間隔)，TE表示回波時間(90°脈沖到回波峰點之間的時間間隔)，T1表示該點的縱向弛豫時間，T2表示該點的橫向弛豫時間。選取第0d的三組樣品，分別取大小約1×1×1.8cm的肉樣，采用較大的TR及TE值，得到128×128的T1加權圖像。

1.2.6 結果處理 數據統計采用 SPSS16.0(SPSS Inc.，Chicago，IL)進行ANOVA單因素方差分析及Ducan檢驗(P＜0.05)，以平均值±標準差表示。

2 結果與討論

2.1 不同處理對保水性的影響

表1是不同處理下貯藏0d和7d醬牛肉的水分含量、重量損失(汁液流失)和可壓出汁液的變化情況。由表1可知，超高壓和熱處理以及貯藏過程都顯著降低了產品的水分含量，增加了汁液流失及可壓出汁液的比例。其中，HP和HT分別帶來4.36%、6.53%的重量損失，水分減少量分別為 3.78%、 5.33%，說明處理損失主要由于水分的流失;處理后產品的可壓出汁液增加了約80%，這表明，高壓和熱處理顯著降低了產品的保水性(P＜0.05)，但HP組要比HT組損失小，這與Mor-Mur［15］及Pietrzak［16］的研究結果一致。這是由于熟肉制品中蛋白質在熟制過程中變性，再經高壓或熱處理，可能會破壞這一網絡結構，導致持水力下降的緣故。

表1 不同處理對醬牛肉水分含量、重量損失(汁液流失)及可壓出汁液的影響(%)Table 1 Effect of different treatments on water content，weight loss，purge loss and TEF of spiced beef(%)

表2 不同處理醬牛肉橫向磁化衰減信號反演的四組分的弛豫時間(T2)及比例(%)Table 2 Relaxation time(T2)and proportion of four components in different samples after treatment and 7d-storage(%)

2.2 NMR弛豫特性

在LF-NMR測量中得到的兩個主要參數是自旋-晶格弛豫時間(用T1來表示，又稱為縱向弛豫時間)和自旋-自旋弛豫時間(用T2來表示，又稱為橫向弛豫時間)［17］。在肉和肉制品中弛豫時間的測量中多用T2來表示，因為T2變化范圍較大［18］，而且T2比T1對多種相態的存在更加敏感［19］，它還可以區分不與固體顆粒相互作用或其溶劑作用的自由水和結晶水及物理化學鍵合的結合水或不可移動水［19］。對T2指數衰減曲線進行擬合，可得到不同處理肉樣的NMR弛豫特性的數據。

用LF-NMR檢測到的肉品橫向磁化衰減信號反演后的 T2弛豫圖形中分別出現過 2、3、4、5個峰［5，20-22］，但主要組分的弛豫時間及比例基本一致，都代表肉中水分的三種不同存在狀態，即結合水、不易流動水和自由水。這些差異可能來源于肉品是非均一體系，其中不同形態的水之間相互交換，可能導致不同弛豫特性質子群的出現［21］;另外，食品加工中添加的鈉鹽是否會影響信號吸收，這一問題還有待進一步的研究。本實驗檢測到的T2弛豫圖形中出現了四個峰，根據出峰時間和所占比例以及前人報道來看，可以認為T20是與蛋白質等大分子結合的結合水; T22代表了蛋白凝膠空隙中的不易流動水，占了肉中水分的絕大部分;T23代表了肉中能自由流動的自由水，而T21則被認為是不易流動水［22］或介于結合水與不易流動水之間的組分［21］。

圖1和圖2分別為三組肉樣在第0d和第7d橫向磁化衰減信號反演后的T2弛豫行為。表2則列出了在第0d和第7d時，UT、HP、HT三組肉樣中各組水分對應的自旋-自旋弛豫時間(T2)及所占比例。

圖1 不同處理醬牛肉第0d橫向磁化衰減信號反演后的T2弛豫特性Fig.1 The T2relaxation after exponential fitting analysis of data for different samples on 0d

圖2 不同處理醬牛肉第7d橫向磁化衰減信號反演后的T2弛豫特性Fig.2 The T2relaxation after exponential fitting analysis of data for different samples on 7d

由圖1、圖2可以看出，HP和HT組四個組分的弛豫時間明顯增加，表現為峰后移，說明處理組的水分移動性增強。根據峰面積計算的各組分所占比例顯示，處理后，HP和 HT組 T20比例分別降低了1.83%、1.87%，而T23比例分別增加了0.33%、0.57%，變化顯著(P＜0.05)，這說明處理后醬牛肉中的水分分布發生了變化，即結合水顯著減少，自由水顯著增加，這與圖1、圖2反應的現象一致。造成這一現象的原因可能是，高壓或加熱破壞了水分子與蛋白質等大分子結合的氫鍵以及蛋白凝膠網狀結構［2］，使得結合水變少，不易流動水從凝膠體系中脫離變為自由水的緣故。這一結果與前人報道的高壓和加熱使熟肉制硬度和咀嚼性降低、粘聚性增強［23-25］的結果相對應，也解釋了上文處理組保水性降低的原因。貯藏過程對各組水分分布也有一定影響，表現為T20、T21比例下降，T22、T23比例升高，這一變化可能是由于微生物的生長繁殖造成的。

圖3是用核磁微成像技術得到的UT、HP、HT三個處理組醬牛肉的圖像。NMR圖像法是通過選擇合適的脈沖序列得到回波信號，在二維傅里葉變化法中，通過三個互相垂直的可控線性梯度定位，將樣品的體素與圖像上的像素一一對應，然后根據樣品截面上不同點的信號強度的差異，經過計算機處理得到明暗對比、再將這些像素組合起來得到的圖像。檢測中一般用的是二維圖像，即得到某一截面的圖像，通過信號顏色的亮暗反映樣品中水等組成物質的含量［26］。該圖像采用的是質子密度加權圖像，1H質子(H2O)密度越大，圖中信號越強，即水分含量越多，在圖中顯示越亮。由圖3可看出UT、HP、HT的NMR圖像依次變亮，表明三組樣品表面水分依次增多。這與三個組T23的比例依次增大的結論一致。因此，核磁成像可在一定程度上反映肉品中水分含量及水分分布的變化情況，為肉品保水性變化的研究提供了一種簡便快捷無損的方法。

圖3 第0d三個組醬牛肉的核磁成像圖Fig.3 The NMR images of three different samples obtained on 0d

3 結論

本實驗結合LF-NMR研究了超高壓(600MPa/ 20min)和加熱(90℃/10min)兩種二次殺菌方式對真空包裝醬牛肉保水性及水分分布的影響。結果表明，高壓和熱處理均會導致醬牛肉保水能力的下降，帶來重量上的損失及可壓出汁液的增加，但高壓處理比加熱損失小。低場核磁共振結果顯示，高壓和加熱處理改變了醬牛肉中的水分特性，使水分變得活躍，自由水增加，HT比HP組變化明顯;核磁成像顯示，UT、HP、HT組表面水分依次增多，與上述兩個結論相對應。這為今后研究肉品保水性的變化提供了一種有效的方法，但關于高壓和加熱處理對熟肉制品保水性及水分分布的影響還需要更多的實驗論證。

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Effect of different treatments on water-holding capacity and water distribution of spiced beef using low-field nuclear magnetic resonance

ZHU Xiao-hong1，LI Chun1，HU Hai-tao2，YAO Zhong-feng3，DONG Xiao-guang1，LI Xing-min1，*
(1.College of Food Science＆Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China; 3.College of Food Science＆Technology，Shihezi University，Shihezi 832003，China)

In order to investigate the effect of the secondary sterilizationon the water in meat products，the waterholding capacity(WHC)of vacuum-packed spiced beef subjected to high pressure(600MPa/20min，HP)and heat treated(90℃/10min，HT)on 0d and after 7d were studied，untreated samples as control groups.The influences of different treatments and 7d storage on the water distribution were also demonstrated by using low-field nuclear magnetic resonance(LF-NMR).The results indicated that both treatments and storage could induce weight loss and increase total expressible fluid.The weight loss of HP and HT was 4.36%，6.53%，respectively.LF-NMR detected four distinct water populations，and they represented three states of water in meat:bound water，immobilized water and free water.HP and HT could increase the mobility of water molecule in the samples，as relaxation time extension，proportion of bound water decreased，immobilized water and free water increased. Nevertheless，the effect of high pressure was smaller than heat treated.The NMR images of UT，HP，HT samples were became lighter in turn on 0d，which showed that free water in the corresponding samples were increasing in turn.In sum，the effect of high pressure on the WHC of spiced beef was smaller than heat treatment.

spiced beef;high pressure processing;NMR;WHC

TS251.6+1

A

1002-0306(2012)04-0092-05

低溫肉制品是指在常壓下通過蒸、煮、熏、烤等加工過程，使肉制品的中心溫度達到75～85℃的肉類產品［1］。目前我國多數廠家是通過加熱處理對低溫肉制品進行二次殺菌來延長產品貨架期。但是熱殺菌存在一些弊端，比如導致產品發生形變、色變、味變的不良后果，對包裝材料耐熱性有要求［2］、殺菌效果受切塊大小影響等。而超高壓技術(High Pressure Processing，HPP)是一種純物理作用，具有作用均勻，不存在壓力梯度，處理結果不受樣品幾何形狀、體積的影響［3］，以及殺菌溫度低、對環境污染小等優點［4］。實驗研究發現，HPP和熱處理均會降低產品的保水性，直接影響產品品質和廠家利益。低場核磁共振技術(LF-NMR)是通過檢測食品中H質子的弛豫時間來獲取食品中水分分布信息，近年來在食品科學研究中得到了廣泛應用。NMR在肉品中主要用于研究各種外界條件(如靜養、宰前處理、冷卻等)對肉中水分分布及保水性的影響［5-7］、凍融過程肉的持水力變化［8］、生肉蒸煮過程中水分分布的變化及與保水性的關系［9］以及肉的結構與肌節長度和肌絲空間的相關關系［10］等。而在高壓肉品方面，主要用NMR研究HPP處理或HPP與加熱結合處理生肉對其蛋白凝膠特性、保水性及腌制效果和食鹽添加量影響等方面［11-13］，但LF-NMR用于研究不同處理對熟肉制品水分分布的影響尚未見報道。因此，本研究采用LF -NMR對HPP和加熱處理后醬牛肉保水性及水分分布影響進行初步研究，將為今后LF-NMR技術用于熟肉制品保水性的評定提供參考。

2011-04-19 *通訊聯系人

朱曉紅(1986-)，女，在讀碩士，研究方向:畜產品加工。

農業部公益性行業(農業)科研專項(200903012)。