低場核磁共振研究凍融過程中犢牛肉品質變化

原　琦，羅愛平，*，何光中

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025；2.貴州省畜牧獸醫科學研究所，貴州貴陽550025）

低場核磁共振研究凍融過程中犢牛肉品質變化

原琦1，羅愛平1，*，何光中2

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025；2.貴州省畜牧獸醫科學研究所，貴州貴陽550025）

運用低場核磁共振技術，探討反復凍融過程中犢牛肉水分分布狀態。研究橫向弛豫時間T2變化規律與食用品質間的關系。結果表明：隨著凍融次數增加，解凍損失率變化顯著，加壓失水率和剪切力在3次凍融后顯著增加，亮度L先增加后減小，紅度a*逐漸減小，黃度b*逐漸增加。核磁共振檢測到犢牛肌肉中水分有結合水、不易流動水和自由水三種狀態，橫向弛豫時間三個峰分別為T2b、T21、T22，其中T21與解凍次數、解凍損失率、加壓失水率和亮度均顯著相關（p＜0.05），T21可作為考察解凍犢牛肉品質的參考指標。

犢牛肉，食用品質，反復凍融，橫向弛豫時間

我國犢牛產業近年來剛剛起步，在我國高檔賓館酒店犢牛白肉處于高價位（160～270元/kg），主要依賴進口。犢牛肉與普通牛肉相比，具有鮮嫩多汁、肉味鮮美、肉質細嫩、肉色淺淡和營養豐富等特點，是深受消費者歡迎的高檔奢侈肉制品[1-3]。

相對于新鮮肉，冷凍肉的低溫條件能抑制大多數微生物生長繁殖、降低酶活性、延長貨架期、增加肉制品消費的機動性和可支配性，但冷凍過程中將產生大量大小不一的冰晶，對肌細胞膜的組織結構造成機械損害，降低肉的品質[4-5]。解凍過程也將導致嫩度下降、營養成分流失、可溶性蛋白含量減少等，特別是由于貯藏時低溫，而運輸和銷售時的溫度變化波動引起的反復凍融，將引起一系列生理生化反應，進而影響肉的品質。

國內外有關凍融對凍肉品質的研究主要集中在肌肉蛋白結構和蛋白功能特性方面，但這些方法費時費力且樣品破壞程度較大。低場核磁共振技術（LF-NMR）對樣品不具破壞性和侵入性，而且靈敏度高，可以實時獲得數據并可在短時間內獲得樣品中多種組分的弛豫時間曲線圖譜，從而能準確地對樣品進行分析鑒定[6]。Bertram[7]研究表明，LF-NMR的馳豫時間（T2）與Honikel袋法和離心法所測系水力的相關系數分別為-0.85和-0.77。Hullberg等[8]采用LF-NMR研究經滾揉、煙熏處理的豬里脊肉水分擴散與感官特性之間的關系。Gudjónsdóttir等[9]利用NMR對鱈魚進行橫向和縱向H1弛豫時間的測定，研究了加鹽和改良的氣調包裝（MAP）對鱈魚深度冷藏的影響。

迄今，凍融對犢牛肉食用品質影響的研究較少且鮮有從水分分布及流動特性角度解釋其變化。本研究以犢牛肉背最長肌為研究對象，應用LF-NMR技術研究凍融過程中馳豫時間（T2）的變化規律，分析該變化與食用品質之間的關系，探討反復凍融對犢肉的影響，為奶公犢肉的進一步研究和開發利用、精深加工提供科學依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

荷斯坦奶公犢中國（4月齡，體重140kg）。

NMI20-Analyst核磁共振成像分析儀上海紐邁電子科技有限公司；pH-l00型筆式pH計上海三信儀表廠；JA-1104N型電子天平上海民橋精密科學儀器有限公司；C-LM3型數顯式肌肉嫩度儀東北農業大學工程學院研發；WSC-S測色色差計上海精密科學儀器有限公司；加壓失水率測定儀實驗室自制。

1.2實驗方法

1.2.1荷斯坦奶公犢處理宰后迅速取其整個背最長肌，自封袋包裝，放入冰盒中，運回實驗室，放置于4℃冰箱。宰后24h后，取200g肉樣6份，真空包裝，在-18℃凍結12h，然后在4℃解凍12h為1次凍融過程，反復重復上述過程。分別凍融0、1、3、5、7、10次處理。即宰后1、2、4、6、8、11d取肉樣進行分析。

1.2.2低場核磁共振T2時間測定用手術刀沿肌纖維方向均勻切割成1cm×1cm×1cm肉塊。精確稱取1g肉樣，置于直徑為15mm核磁專用試管，輕微擠壓，排除多余空氣。測試條件[10]為：磁場強度0.47T，質子共振頻率為22.6MHz，核磁線圈溫度32℃。CPMG脈沖序列，τ值（90°脈沖和180°脈沖之間的時間）200μs。重復掃描16次，重復間隔時間為3s，回波數3000，得到的圖為指數衰減圖形。數據反演軟件為上海紐邁電子科技有限公司提供的核磁共振弛豫時間反演擬合軟件Ver4.09，此軟件使用SIRT（Solid Iteration Redress Technique）迭代反演算法得到T2圖譜。

1.2.3解凍損失率樣品分別在解凍前和解凍后稱重，之后按照公式計算解凍損失率：

式中：m1和m2分別為解凍前和解凍后的質量，g。

1.2.4加壓失水率采用經Farouk等[11]改進的加壓濾紙法。切取厚度為1.0cm的肉片，用直徑為2.523cm的取樣器切取、稱重。將肉樣置于雙層夾板之間，上下各墊18層濾紙，置于壓力計上，勻速加壓至68.66kPa，保持5min，撤除壓力后立即稱重。

式中：m1和m2分別為加壓前和加壓后的質量，g。

1.2.5pH測定在肉樣上劃開新鮮切口，用pH-l00型筆式pH計直接測定切面pH。

1.2.6肉色測定均勻切取約0.5cm肉片，4℃氧合30min，用WSC-S測色色差計測定其L（亮度值）、a*（紅色值）、b*（黃色值），每次凍融測5個平行肉樣，取平均值。

1.2.7剪切力的測定用直徑為l.27cm的空心取樣器鉆取肉柱，然后用C-LM3型嫩度計測定每個肉柱的剪切力值，每個樣品至少取三根肉柱，取其平均值作為肉樣的剪切力值。

1.3數據處理

每個處理3次重復，應用Origin 8.0軟件（美國OriginLab公司）繪制核磁數據圖；應用SAS 8.0統計軟件（美國SAS軟件研究所）對實驗數據進行單因素方差分析和Cancorr典型相關性分析，不同處理間的差異應用Duncan法多重比較。

2　結果與分析

2.1犢牛肉橫向弛豫時間

圖1　犢牛肉橫向弛豫時間參數Fig.1　The transverse relaxation time of veal

圖1可知，T2時間圖譜中出現3個峰，T2b（1～10ms）、T21（10～100ms）、T22（100～1000ms），與Bertram等[12-13]研究T2弛豫時間與豬肉保水性關系的結果基本吻合。即第一個峰時間T2b（1～10ms）代表結合水，約占總面積的4%，第二個主峰時間T21（40～60ms），代表不易流動水，約占總面積的90%，第三個峰時間T22（150～400ms），代表自由水，約占總面積的5%。韓敏義等[10]研究豬肉肌原纖維蛋白熱誘導凝膠時檢測到四個組分，0.1～10ms之間出現了兩個峰，均認為是結合水。李玫等[14]研究冷凍雞肉品質變化時同樣為4個峰，及李春[15]研究冷卻條件對豬肉保水性影響時也是3～5個峰。這可能和樣品種類、測試條件、測試軟件型號以及回波峰點采集后的數據反演方法有關，有待進一步研究。

2.2凍融次數對T2弛豫時間的影響

表1可知，隨著凍融次數的增加，T2b變化不顯著，即結合水變化不明顯。T21顯著下降，經過多次凍融后，由最初49.07ms下降至41.24ms，即不易流動水向結合水方向移動。T22在凍融第1次后下降至223.66ms，與鮮肉相比變化顯著，之后隨著凍融次數增加呈下降趨勢。可能是由于低溫導致蛋白質二、三級結構發生改變，與水分子的結合能力隨之變化，以及解凍時汁液流失有關[7]。第7次與第10次凍融之后的T22無顯著差異，戚軍等[16]研究解凍羊肉持水力變化時T22先增大后減小，可能是由于羊肉和犢牛肉的肌纖維結構不同造成解凍之后的性質差異。

表1　反復凍融后T2弛豫時間的變化Table.1　Changes of transverse relaxation time after freeze thaw cycles

2.3犢牛肉保水性與剪切力變化

表2　反復凍融后犢牛肉解凍損失率、加壓失水率及剪切力變化Table.2　Changes of thawing loss，pressure loss and shear force after freeze thaw cycles

保水性是肉類加工與貯藏過程中的重要指標之一，水分流失的多少影響著肉品的感官與嫩度。通過測定解凍損失率和加壓失水率2個指標，分析犢牛肉的保水性變化。表2可知，第1次解凍損失率僅為8.15%，隨著凍融次數的增加，解凍損失率顯著增加（p＜0.05），融凍10次解凍損失率為27.44%，是第1次凍融的3.4倍。

加壓失水率隨著凍融次數增加而顯著下降（p＜0.05）。鮮肉的加壓失水率從42.49%下降至36.33%，可能和細胞間隙水分流失，部分肌肉細胞組織破裂，大量液流出有關。由于肌肉組織發生了不可逆的變化，結合水分子的能力到達極限。

鮮肉的剪切力為33.55N，隨著凍融次數增加顯著增加（p＜0.05），第3次為38.87N，第7次為47.17N與第10次49.57N之間無差異（p＞0.05），剪切力增大是由于低溫冷凍增加肉中的冰晶，影響肌肉的延展性，減小肉的可塑性，增大剪切阻力[17-18]。

2.4犢牛肉顏色與pH變化

表3　反復凍融過程犢牛肉顏色和pH變化Table.3　Changes of meat color and pH after freeze thaw cycles

肉色是決定消費者購買肉品的重要因素。由表3可知，反復凍融對犢牛肉L、a*、b*值的影響，犢牛鮮肉的亮度值為42.27，在凍融第1次變為44.75，第3次時為48.97，顯著增加（p＜0.05），凍后的水分在肌肉組織表面起到潤滑、發亮的作用。第7次時為42.79，顯著下降（p＜0.05），隨著次數增加，汁液流失過多，導致亮度下降。紅度a*值隨著凍融次數增加而顯著減小，犢牛鮮肉為14.10，第1次凍融變為13.29、第7次變為11.32，顯著減小（p＜0.05），可能是由于肌紅蛋白變性所致。黃度b*值隨凍融次數增加而顯著增大（p＜0.05），鮮肉為31.55，第3次變為38.87，第7次變為47.17，與夏秀芳等[19]反復冷凍-解凍對豬肉品質的研究結果一致。隨著凍融次數增加，pH從5.84緩慢下降至5.46。肌肉在冰點以下時，糖酵解酶活性受抑制，乳酸逐漸積累，pH緩慢下降。第10次之后回升至5.61，是由于肉中微生物和酶的作用，使部分蛋白質和含氮化合物緩慢分解，產生堿性的含氮物質所致[20]。

2.5凍融次數與食用品質變化指標的相關性分析

由表4可知，凍融次數和剪切力、T21、L值的相關系數分別為0.914、-0.951和0.988，顯著相關（p＜0.05），其中與T21、L值極顯著相關（p＜0.01）。凍融次數和加壓失水率、pH呈負相關，與肉色的a*、b*指標之間相關性不顯著（p＞0.05）。弛豫時間T21和亮度之間相關系數為0.912，顯著相關（p＜0.05）。T2b代表的結合水與其他指標相關性不顯著（p＞0.05），這與Brown等[21]運用主成分分析法對豬肉核磁數據和滴水損失、蒸煮損失、色差、pH相關性分析的結果一致。

3　結論

犢牛肉背最長肌隨著凍融次數的增加，肌肉的解凍損失率、剪切力增加，保水性、嫩度下降。犢牛肉自身肉色淺淡，大量汁液流失后肌紅蛋白隨之流失，更加影響其肌肉色澤。因此反復凍融引起肌肉結構和特性的變化，降低肉的食用品質，使其失去營養價值。所以在運輸、貯藏、消費過程中應健全冷藏鏈技術，防止溫度波動引起的反復凍融，進而減少犢牛肉品質的劣變。

應用低場核磁共振技術檢測到犢牛肉中的水有結合水、不易流動水和自由水3種狀態，3種水分的分布情況能夠準確預測犢牛肉的保水性動態變化。相關性分析表明：T21與凍融次數、解凍損失率、加壓失水率和亮度顯著相關（p＜0.05）。因此T21可以作為犢牛肉快速檢測的參考指標。

表4　反復凍融次數與食用品質變化的相關性分析Table.4　Correlation analysis between freeze thaw cycles and eating quality changes

[1]孫寶忠.犢牛肉質量特點與消費地位[J].中國食品，2006（18）：42-43.

[2]曹兵海.我國奶公犢資源利用現狀調研報告[J].中國農業大學學報，2009（6）：23-30.

[3]胡偉，孫芳，吳民.奶公牛犢屠宰實驗及肉品質研究[J].中國牛業科學，2011，37（4）：10-14.

[4]李金平，李春保，徐幸蓮，等.反復凍融對牛外脊肉品質的影響[J].江蘇農業學報，2010，26（2）：406-410.

[5]余小領，李學斌，閆利萍，等.不同凍結和解凍速率對豬肉保水性和超微結構的影響[J].農業工程學報，2007，23（8）：261-266.

[6]夏天蘭，劉登勇，徐幸蓮，等.低場核磁共振技術在肉與肉制品水分測定及其相關品質特性中的應用[J].食品科學，2011，32（21）：253-256.

[7]Hanne C Bertram，Henrik J Andersen，Anders H Karlsson，et al.Comparative study of low-field NMR relaxation measurements and two traditional methods in the determination of water holding capacity of pork[J].Meat Science，2001，57：125-132.

[8]Anja Hullberg，Hanne C Bertram.Relationships between sensory perception and water distribution determined by lowfield NMR T2relaxation in processed pork-impact of tumbling and RN-allele[J].Meat Science，2005，69：709-720.

[9]Gudjónsdóttir M，Arason S，Rustad T.The effects of presalting methods on water distribution and protein denaturation of dry salted and rehydrated cod-A low-field NMR study[J].Journal of Food Engineering，2011，104（1）：23-29.

[10]韓敏義，費英，徐幸蓮，等.低場NMR研究pH對肌原纖維蛋白熱誘導凝膠的影響[J].中國農業科學，2009，42（6）：2098-2104.

[11]M M Farouk，K J Wieliczko，I Merts.Ultra-fast freezing and low storage temperatures are not necessary to maintain the functional properties of manufacturing beef[J].Meat Science，2003，66（1）：171-179.

[12]Hanne Christine Bertram，Sune D?nstrup，Anders Hans Karlsson，et al.Continuous distribution analysis of T2relaxation in meat-an approach in the determination of water-holding capacity[J].Meat Science，2002，60：279-285.

[13]Hanne C Bertrama，Henrik J Andersena，Anders H Karlsson，et al.Prediction of technological quality（cooking loss and Napole Yield）of pork based on fresh meat characteristics[J].Meat Science，2003，65：707-712.

[14]李玫，李苗云，趙改名，等.凍融循環下雞肉品質變化的低場核磁共振研究[J].食品科學，2013，34（11）：58-61.

[15]李春，張錄達，任發政，等.利用低場核磁共振研究冷卻條件對豬肉保水性的影響[J].農業工程學報，2012，28（23）：243-249.

[16]戚軍，高菲菲，李春保，等.低場NMR研究凍融過程中羊肉持水力的變化[J].江蘇農業學報，2010，26（3）：617-622.

[17]K W Farag，J G Lyng，D J Morgan，et al.Effect of low temperatures（-18 to+5℃）on the texture of beef lean[J].Meat Science，2009，81（1）：249-254.

[18]P A Munro.The tensile properties of frozen and thawed lean beef[J].Meat Science，1983，6（1）：43-61

[19]夏秀芳，孔保華，郭園園，等.反復冷凍-解凍對豬肉品質特性和微觀結構的影響[J].中國農業科學，2009，42（3）：982-988.

[20]孫金輝.凍藏、反復凍融及解凍方式對兔肉品質的影響[D].重慶：西南大學，2013.

[21]Robert J S Brown，Francesco Capozzi，Claudio Cavani，et al. Relationships between 1H NMR relaxation data and some technological parameters of meat：A chemometric approach[J]. Journal of Magnetic Resonance 2000，147：89-94.

Quality changes of veal during freeze-thaw cycles determined by LF-NMR

YUAN Qi1，LUO Ai-ping1，*，HE Guang-zhong2
（1.School of Liquor and Food Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.Guizhou Institute of Animal Science and Veterinary Medicine，Guiyang 550025，China）

The method of low field nuclear magnetic resonance（LF-NMR）was used to study the water distribution in veal during the process of freeze-thaw cycle.By analyzing transverse relaxation time，we found the correlations between LF-NMR parameters and meat quality changes.The results showed that with the increasing number of freeze-thaw time，the thawing loss changed significantly，the pressure loss and shear force showed a significant increase at the third time of freeze-thaw.The lightness value L increased first then decreased later，redness a*decreased gradually，yellowness b*increased gradually.The LF-NMR data indicated that three peaks of transverse relaxation times，T2b，T21and T22，which represented three different groups of water in muscle as bound water，immobilized water and free water，respectively.Among them，the T21had a significant correlation with the number of freeze-thaw time，thawing loss，pressure loss and lightness（p＜0.05）.As conclusion，the T21might be used as a reference indicator to evaluate thawed veal quality.

veal；eating quality；freeze-thaw cycle；transverse relaxation time

TS251

A

1002-0306（2015）04-0116-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.016

2014－06－04

原琦（1989-），男，碩士研究生，研究方向：畜產品加工。

羅愛平（1958-），女，本科，教授，研究方向：畜產品加工研究與開發。

貴州省科技廳科技計劃項目（黔科合NZ字[2012]3010）；貴州省農業委員會項目（GZCYTX-0301-03）。