反復(fù)凍融過(guò)程中調(diào)理獅子頭脂肪氧化與低場(chǎng)核磁共振弛豫特性的相關(guān)性

孟舒雨，趙改名，李苗云，張秋會(huì)，祝超智，孫靈霞

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州，450002)

目前，肉制品氧化的檢測(cè)指標(biāo)主要有酸價(jià)、過(guò)氧化值和TBARS等[4-5]，然而這些指標(biāo)在測(cè)定過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品具有破壞性、試劑較為昂貴且部分具有毒性，測(cè)定過(guò)程也耗時(shí)、費(fèi)力。因此，探索簡(jiǎn)便、快捷的肉制品脂肪氧化檢測(cè)方法具有重要的實(shí)際意義。低場(chǎng)核磁共振(low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)技術(shù)是一種無(wú)損、快速的光譜檢測(cè)技術(shù)[6]，采用氫原子核在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)，通過(guò)指數(shù)擬合反映出不同T2弛豫時(shí)間，從而獲得肉制品水分分布狀態(tài)和遷移規(guī)律，是目前國(guó)際上研究肉制品水分分布最有效的手段之一[7-8]。目前，LF-NMR技術(shù)已成功應(yīng)用于肉制品[9-11]、蛋品[12]、果蔬[13-14]、食用菌[15-16]等產(chǎn)品貯藏及干燥過(guò)程中水分分布及遷移規(guī)律的研究。但鮮有研究反復(fù)凍融對(duì)調(diào)理獅子頭脂肪氧化的影響，且未見(jiàn)從水分分布角度解釋脂肪氧化變化的報(bào)道。

本研究利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)分析反復(fù)凍融過(guò)程中調(diào)理獅子頭的水分變化與分布，并將水分變化與脂肪氧化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，旨在探討肉制品脂肪氧化與低場(chǎng)核磁共振弛豫特性的關(guān)系，進(jìn)一步探索借助低場(chǎng)核磁共振技術(shù)檢測(cè)脂肪氧化的可行性，為肉制品脂肪氧化的監(jiān)測(cè)及科學(xué)貯藏提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬后腿純瘦肉、肥膘肉、食鹽、味精等，購(gòu)買(mǎi)于鄭州雙匯專(zhuān)賣(mài)店。

乙二胺四乙酸二鈉、正己烷、冰乙酸、KI、三氯乙酸、三氯甲烷、硫代巴比妥酸，均為分析純，購(gòu)買(mǎi)于鄭州市金圖試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AL104電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；THZ-C臺(tái)式恒溫振蕩器，太倉(cāng)市華美生化儀器廠；UV-2600紫外分光光度計(jì)，島津企業(yè)管理有限公司；N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，東京理化器械株式會(huì)社；ZDJ-5B自動(dòng)電位滴定儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；PQ001MicroMR柜式NMR成像儀，上海紐邁電子科技有限公司；核磁樣品管(1 cm×3.5 cm)，上海紐邁電子科技有限公司；DZ-260PD臺(tái)式真空包裝機(jī)，溫州市大江真空包裝機(jī)械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 獅子頭加工方法

傳統(tǒng)的被控對(duì)象辨識(shí)方法包括有兩點(diǎn)法，作圖法等，本文采用粒子群算法[4]辨識(shí)被控對(duì)象，將其辨識(shí)為形式，圖2中所示的雙容水箱，上水箱為一個(gè)平放的柱形水箱，因此在不同的工作點(diǎn)，對(duì)象的模型會(huì)有變化。在此，選取兩個(gè)不同的液面高度作為被控對(duì)象在兩個(gè)不同工作點(diǎn)下的模型。在工作點(diǎn)1的情況下，待辨識(shí)曲線與最終辨識(shí)曲線如圖3所示，辨識(shí)結(jié)果為同理，求取在工作點(diǎn)2情況下的辨識(shí)結(jié)果為

獅子頭加工工藝流程如下：

原輔料預(yù)處理→絞肉→成型→預(yù)煮→包裝→速凍

工藝要點(diǎn)：預(yù)煮參數(shù)為85 ℃，4 min；包裝形式采用真空包裝機(jī)進(jìn)行袋口密封，工作程序?yàn)橹袦兀婵?0 s，封口2 s；速凍參數(shù)為-37 ℃，30 min。

具體配方：新鮮豬后腿精瘦肉350 g、新鮮肥膘肉150 g、食鹽6 g、料酒20 g、香蔥43 g、嫩姜14 g、蓮菜143 g、雞蛋清20 g、玉米淀粉50 g、生抽10 g、老抽20 g、大豆分離蛋白30 g、純白胡椒粉1 g、味精2 g、復(fù)合磷酸鹽1 g。

貯藏條件：模擬物流溫度，肉制品在冷凍運(yùn)輸過(guò)程中溫度一般控制在-18 ℃以下；超市在銷(xiāo)售過(guò)程中，冰柜溫度一般設(shè)置為-10 ℃；產(chǎn)品被消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)后，因無(wú)法及時(shí)放入低溫環(huán)境進(jìn)行貯藏，速凍肉制品溫度會(huì)上升至0 ℃以上。基于以上溫度波動(dòng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所采取的溫度條件：-18 ℃(3 d)、-10 ℃(3 d)、4 ℃(1 d)為一個(gè)凍融循環(huán)，共循環(huán)7次，每次取解凍后肉樣進(jìn)行指標(biāo)分析。

1.3.2 酸價(jià)測(cè)定

方法參照國(guó)標(biāo)GB 5009.229—2016中第二法檢測(cè)[17]，油脂提取方法稍作修改，將石油醚更改為正己烷。

1.3.3 過(guò)氧化值測(cè)定

方法參照國(guó)標(biāo)GB 5009.227—2016中第一法檢測(cè)[18]。

1.3.4 硫代巴比妥酸值(TBARS)的測(cè)定

方法參照國(guó)標(biāo)GB 5009.181—2016中第二法檢測(cè)[19]。

1.3.5 自旋-自旋弛豫時(shí)間(T2)的測(cè)定

將獅子頭切成5個(gè)1 cm×1 cm×2 cm的肉塊，在每個(gè)肉塊外包裹一層保鮮膜，再將包裹保鮮膜的肉塊放入特定的樣品管中，用低場(chǎng)核磁共振儀進(jìn)行樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間T2測(cè)定，每個(gè)凍融循環(huán)測(cè)定5個(gè)平行。在32 ℃、22.4 MHz共振頻率下，使用CPMG脈沖序列(90°脈沖和180°脈沖之間的時(shí)間τ=200 μs)，P1=16.00 μs(硬脈沖90°脈寬)，P2=30.00 μs(硬脈沖180°脈寬)，TD=187 524(采樣點(diǎn)數(shù))，SW=250 KHZ(采樣頻率)，NS=16(累加次數(shù))，TW=3 000 ms(重復(fù)采樣等待時(shí)間)，NECH=3 000(回波個(gè)數(shù))。所得LF-NMR回波序列用核磁自帶軟件進(jìn)行反演，得到樣品中不同水分的橫向弛豫特性，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0處理并進(jìn)行Duncan差異顯著性分析、Pearson相關(guān)性分析，用Origin 8.5進(jìn)行繪圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍融次數(shù)對(duì)酸價(jià)的影響

由圖1可知，隨著凍融次數(shù)的增加，獅子頭的酸價(jià)呈先增后減的趨勢(shì)。貯藏初期，酸價(jià)顯著增加，在第3次凍融循環(huán)時(shí)，酸價(jià)達(dá)到最高值7.41 mg/g。繼續(xù)貯藏，獅子頭的酸價(jià)開(kāi)始下降，特別在第4次凍融循環(huán)之后，酸價(jià)顯著下降(P<0.05)。因?yàn)樵谫A藏前期，細(xì)胞在冰晶的作用下破裂，脂肪水解酸敗程度不斷增加，到了貯藏后期，脂肪發(fā)生氧化酸敗，在氧氣的作用下游離脂肪酸生成過(guò)氧化物[21]，游離脂肪酸的分解速率超過(guò)了其生成速率，導(dǎo)致獅子頭的酸價(jià)逐漸下降。

圖1 凍融次數(shù)對(duì)獅子頭酸價(jià)的影響Fig.1 Effect of freeze-thaw cycles on acid valueof large meatball注：圖中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著，下同。

2.2 凍融次數(shù)對(duì)過(guò)氧化值的影響

過(guò)氧化值可表征脂肪酸初級(jí)氧化的程度。由圖2可知，隨著凍融次數(shù)的增加，獅子頭的過(guò)氧化值呈先增后減的趨勢(shì)。循環(huán)凍融1～4次時(shí)，過(guò)氧化值逐漸增加，在第4次凍融時(shí)達(dá)到最高值，可能與細(xì)胞受擠壓破裂加速了脂肪氧化有關(guān)[22]。第3次凍融后酸價(jià)出現(xiàn)下降，而過(guò)氧化值顯著增加，說(shuō)明氫過(guò)氧化物的生成速率大于脂肪酸的生成速率，脂肪氧化程度進(jìn)一步加深。之后過(guò)氧化值顯著下降，因?yàn)闅溥^(guò)氧化物極不穩(wěn)定，可進(jìn)一步分解成醛類(lèi)、酮類(lèi)等小分子化合物，從而導(dǎo)致過(guò)氧化值降低。

圖2 凍融次數(shù)對(duì)獅子頭過(guò)氧化值的影響Fig.2 Effect of freeze-thaw cycles on peroxidevalue of large meatball

2.3 凍融次數(shù)對(duì)TBARS的影響

脂肪水解產(chǎn)生的游離脂肪酸在貯藏過(guò)程中發(fā)生氧化，生成醛、酮類(lèi)等物質(zhì)，造成TBARS值逐漸增加[23]。醛、酮、酸等小分子物質(zhì)是脂肪氧化酸敗的終產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，且醛類(lèi)物質(zhì)占最終產(chǎn)物的絕大部分[24]，所以通過(guò)測(cè)定丙二醛含量可得知產(chǎn)品脂肪氧化酸敗的程度，TBARS值越大，表明脂肪氧化酸敗的程度越高。由圖3可知，隨著凍融次數(shù)的增加，TBARS值呈上升趨勢(shì)。當(dāng)凍融至第7次時(shí)，TBARS值達(dá)最高1.31 mg/kg，說(shuō)明獅子頭的脂肪氧化酸敗程度加深。在反復(fù)凍融過(guò)程中，獅子頭中水分轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮〔煌谋В瑑?nèi)部組織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成較大空洞，使脂肪與氧氣的接觸面積變大，加快了脂肪氧化酸敗的程度。

圖3 凍融次數(shù)對(duì)獅子頭TBARS的影響Fig.3 Effect of freeze-thaw cycles on TBARS of large meatball

2.4 凍融次數(shù)對(duì)橫向弛豫時(shí)間的影響

2.4.1 凍融次數(shù)對(duì)自旋-自旋弛豫過(guò)程的影響

圖4是調(diào)理獅子頭在凍融貯藏過(guò)程中的NMR橫向弛豫時(shí)間的反演圖譜，表1為結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水的出峰時(shí)間，在弛豫圖譜中一共出現(xiàn)3個(gè)峰T21、T22和T23。T21(1～10 ms)表征結(jié)合水，與有機(jī)大分子結(jié)合緊密，存在于肌纖維的內(nèi)部，作用力強(qiáng)，一般不易失去；T22(10～100 ms)表征不易流動(dòng)水，為肌原纖維蛋白外部的水，穩(wěn)定程度相對(duì)于結(jié)合水較弱；T23(100～1 000 ms)表征自由水，是最不穩(wěn)定的水分存在狀態(tài)，在貯藏過(guò)程中極易失去[25]。T2反映樣品中水分自由度的大小，T2越大，說(shuō)明水分自由度越高，與其他物質(zhì)的結(jié)合程度越不緊密[26]。由圖4、表1可以看出,T22凍融2次時(shí)顯著變化，T21凍融4次時(shí)顯著變化，這與結(jié)合水比不易流動(dòng)水穩(wěn)定有關(guān)；凍融1～5次時(shí)T21增加，可能與水分從結(jié)合水向不易流動(dòng)水遷移有關(guān)，凍融6～7次時(shí)T21出現(xiàn)下降，因?yàn)榉磸?fù)凍融導(dǎo)致獅子頭內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)破壞，不易流動(dòng)水向結(jié)合水遷移，多次凍融后，水分流失嚴(yán)重，導(dǎo)致T21前移；T22從凍融2次時(shí)開(kāi)始后移，說(shuō)明不易流動(dòng)水的流動(dòng)性增加，即不易流動(dòng)水向自由水遷移。T22、T23峰面積隨凍融次數(shù)增加呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明獅子頭中不易流動(dòng)水和自由水含量隨著反復(fù)凍融逐漸減少。

圖4 獅子頭的橫向弛豫時(shí)間(T2)分布Fig.4 Transverse relaxation time (T2)distribution of large meatball

表1 不同凍融次數(shù)獅子頭T21、T22、T23的變化Table 1 Changes of T21, T22 and T23of large meatball in different freeze-thaw cycles

凍融次數(shù)/次T21/msT22/msT23/ms11.754±0.012b32.752±0.006b265.609±0.010a21.761±0.015b37.649±0.005a231.307±0.265c31.758±0.009b37.652±0.003a264.942±0.577a42.009±0.003a37.659±0.009a265.442±0.153a52.016±0.003a37.654±0.005a231.680±0.577bc62.009±0.005a37.663±0.012a232.346±0.568b71.749±0.006b37.655±0.007a231.438±0.547c

注：表中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著。

2.4.2 凍融次數(shù)對(duì)不同狀態(tài)水分相對(duì)含量的影響

T2反演譜各水分的峰面積比例可以表示其對(duì)應(yīng)水分(結(jié)合水P21、不易流動(dòng)水P22、自由水P23)的相對(duì)含量，凍融過(guò)程中不同狀態(tài)水分相對(duì)含量的變化如表2所示。由表2可知，P21在貯藏過(guò)程中數(shù)值有所降低，說(shuō)明結(jié)合水在總水分中所占比例減小，水分向不易流動(dòng)水和自由水遷移，凍融循環(huán)6次時(shí)，P21開(kāi)始增加，這與表1中T21所反映的結(jié)果相一致。P22在貯藏過(guò)程中呈先增后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，在第5次凍融之前不斷增加，因?yàn)樵谫A藏過(guò)程中，獅子頭組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，自由水不斷流出，造成不易流動(dòng)水所占總水分比例增加。P23在整體貯藏過(guò)程中呈下降趨勢(shì)，自由水不穩(wěn)定，易隨汁液流失。

表2 不同凍融次數(shù)獅子頭P21、P22、P23的變化Table 2 Changes of P21, P22 and P23 of large meatball in different freeze-thaw cycles

注：數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差；在同一行中，標(biāo)有不同上標(biāo)字母表示差異顯著(P<0.05)；未標(biāo)字母或標(biāo)有相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。

2.5 橫向弛豫特性與脂肪氧化指標(biāo)的相關(guān)性分析

將凍融過(guò)程中調(diào)理獅子頭弛豫特性與脂肪氧化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，凍融次數(shù)與T23、P21極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與過(guò)氧化值顯著正相關(guān)(P<0.05)，與T22、P22、TBARS極顯著正相關(guān)(P<0.01)，表明獅子頭脂肪氧化程度、水分變化與凍融次數(shù)之間顯著相關(guān)，在貯藏過(guò)程中應(yīng)盡可能減少肉制品凍融次數(shù)。

T21與P21極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與P22、過(guò)氧化值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，從相關(guān)性分析可以看出T21與其他指標(biāo)間相關(guān)性不大，因?yàn)殡S著凍融次數(shù)的增加，T21變化不顯著(P>0.05)。T22與T23顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與凍融次數(shù)、P23、酸價(jià)、過(guò)氧化值、TBARS極顯著正相關(guān)(P<0.01)，表明獅子頭凍融過(guò)程中脂肪氧化對(duì)其不易流動(dòng)水的穩(wěn)定性有著顯著影響。P21與凍融次數(shù)、T21、P22、過(guò)氧化值、TBARS極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，表明隨著凍融次數(shù)的增加，以穩(wěn)定狀態(tài)存在的結(jié)合水因獅子頭組織狀態(tài)、氧化程度的變化向不易流動(dòng)水發(fā)生遷移。P22與P21極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與凍融次數(shù)、T21、TBARS極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與T22、過(guò)氧化值極顯著正相關(guān)(P<0.01)，表明不易流動(dòng)水的相對(duì)含量與脂肪氧化有關(guān)，隨著凍融次數(shù)的增加，不易流動(dòng)水向自由水發(fā)生遷移。P23與T22、TBARS極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與T23顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表3 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between various indicators

注：**表示在P<0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*表示P<0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.6 TBARS與弛豫特性的回歸模型

從相關(guān)性分析可以看出，獅子頭在凍融過(guò)程中TBARS值與水分遷移及含量變化存在顯著相關(guān)性(P<0.05)，且不易流動(dòng)水是獅子頭中水分的主要存在形式，TBARS值是反映肉類(lèi)脂肪氧化酸敗的一個(gè)直接指標(biāo)[27]。因此，可用T22、P22作為凍融過(guò)程中獅子頭氧化程度的檢測(cè)指標(biāo)。將TBARS值與T22、P22進(jìn)行回歸分析，其回歸模型參數(shù)及檢驗(yàn)如表4所示，y表示氧化指標(biāo)TBARS值，x1、x2分別表示T22、P22。F檢驗(yàn)反映模型中全部解釋變量對(duì)被解釋變量的共同影響是否顯著，T檢驗(yàn)反映每個(gè)解釋變量對(duì)被解釋變量的影響是否顯著，由表4可知，回歸方程均通過(guò)F檢驗(yàn)和T檢驗(yàn)，決定系數(shù)R2為0.814，表明所得回歸方程具有較高的擬合精度。

表4 TBARS值與弛豫特性的回歸模型及其參數(shù)Table 4 Regression model of the TBARS and relaxation properties and their parameters

3 結(jié)論

凍融次數(shù)及貯藏時(shí)間均顯著影響調(diào)理獅子頭脂肪氧化及水分含量等品質(zhì)，因此獅子頭在流通過(guò)程中，應(yīng)保持溫度穩(wěn)定、減少出現(xiàn)反復(fù)凍融等現(xiàn)象。利用低場(chǎng)核磁測(cè)得橫向弛豫時(shí)間T21、T22后移，P22和P23含量不斷減少，根據(jù)凍融過(guò)程中橫向弛豫時(shí)間的變化可知，借助水分分布與遷移情況判斷獅子頭的品質(zhì)變化具有一定可行性。通過(guò)橫向弛豫特性與脂肪氧化指標(biāo)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，凍融次數(shù)與T23、P21、T22、P22和TBARS值極顯著相關(guān)(P<0.01)，與過(guò)氧化值顯著相關(guān)(P<0.05)；TBARS值與T22、P22之間極顯著相關(guān)(P<0.01)；TBARS值與弛豫特性的回歸模型決定系數(shù)為0.814，回歸方程擬合度較好。