凝胶扫描电镜图像的对比分析

张崟 ，卓勇贤 ，王卫 ，张佳敏

（1.成都大学肉类加工重点实验室，四川 成都 610106；2.四川省哈哥兔业有限公司，四川 乐山 613102）

凝胶扫描电镜图像的对比分析

张崟1，卓勇贤2，王卫1，张佳敏1

（1.成都大学肉类加工重点实验室，四川 成都 610106；2.四川省哈哥兔业有限公司，四川 乐山 613102）

分析相同工艺制作的鱼糜凝胶的扫描电镜（SEM）图像。通过比较不同放大倍数下鱼糜凝胶的断面和切面SEM图像的表面状况、光密度分布及光密度的方差值，得出SEM断面图像的表面比切面图像粗糙，在评价鱼糜凝胶的致密程度时容易造成判断误差，而切面SEM图像更好地反映了鱼糜凝胶的致密程度，这可以由鱼糜凝胶的SEM切面图像的光密度显著（p<0.05）高于断面图像、SEM切面的光密度方差较断面图像高进行验证。

凝胶；扫描电镜；鱼糜；光密度

扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）广泛应用于不同领域中研究各种样品的表面型貌，如食品科学、生物学、植物学、材料学等等[1-3]，其原理是由电子源产生的电子束作用于样品表面而产生次级电子，次级电子被阴极射线管捕获，并作用在显像管上形成样品形貌图，即SEM图像。

用SEM观察固体样品表面时多采用断面和切面2种方式处理样品[4]。断面是样品经过戊二醛硬化、乙醇脱水、冻干处理后折断，观察折断面（断面）的状况；切面是样品经过戊二醛硬化后，用刀片将其切成规则的形状，再经乙醇脱水、冻干处理后观察切面部分的状况。通常观察样品断面电镜状况比切面常见，原因是通过断面电镜不仅可以观察样品表面状况，同时可以观察样品局部的立体状况[5]。但是，目前在通过SEM图观察样品表面致密程度时，对断面和切面电镜图像特征的研究少有报道。因此，以罗非鱼鱼糜凝胶的断面和切面SEM图像为例，分析了相同工艺制作的鱼糜凝胶样品的断面和切面SEM图像的异同，以便为凝胶类及其他固体样品表面状况的SEM分析提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

1.1.1 主要材料

新鲜罗非鱼（重量<500 g）购于菜市场。实验中所用戊二醛、磷酸、无水乙醇等药品及试剂均为分析纯。

1.1.2 主要实验仪器

斩拌机：揭东县港美吴哲食品机械厂；JSM-6360扫描电镜、JFC-1600喷金仪、JFD-310冷冻干燥机：日本电子。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼糜及鱼糜凝胶制作

鱼糜及鱼糜凝胶制作方法同文献[3]。切取制作的鱼糜凝胶样品（长20mm×宽2mm×高1mm）15块备用。

1.2.2 断面电镜样品准备

将长20 mm×宽2 mm×高1 mm的鱼糜凝胶用2.5%，pH7.2的戊二醛磷酸缓冲液固定过夜。固定后的样品用蒸馏水清洗1 h，然后依次用50%、70%、80%、90%的乙醇溶液清洗，再用100%（体积分数）的乙醇脱水30 min。脱水后的样品用JFD-310冷冻干燥机冻干。将干燥后的样品折断后，粘到铜制的样品台上，用JFC-1600自动喷料器喷金，再用JSM-6360扫描式电子显微镜观察断面的结构。

1.2.3 切面电镜样品准备

将长20 mm×宽2 mm×高1 mm的鱼糜凝胶用2.5%，pH7.2的戊二醛磷酸缓冲液固定过夜。用手术刀将样品切成2 mm见方的小块，用蒸馏水清洗1 h，然后依次用50%、70%、80%、90%的乙醇溶液清洗，再用100%（体积分数）的乙醇脱水30 min。脱水后的样品用JFD-310冷冻干燥机冻干。干燥后的样品粘到铜制的样品台上，用JFC-1600自动喷料器喷金，再用JSM-6360扫描式电子显微镜观察样品的结构。

1.2.4 SEM图分析

从SEM图像中截取部分图像进行光密度分析。SEM 图的光密度 （optical density，O.D） 用 Gel-Pro Analyzer 4.0软件分析。

式中:

INTENSITY（x,y）为象素点（x，y）的光强度（intensity）；BLACK为光线完全被吸收时的光强度；INCIDENT为入射光强度。

1.2.5 统计分析

用Excel 2003和SAS 9.0软件对数据进行处理和显著性分析（p<0.05）。

2 结果与讨论

2.1 鱼糜凝胶的断面和切面的SEM图像

鱼糜凝胶的SEM图像见图1。

图1 鱼糜凝胶的电镜图Fig.1 Scanning electron microscope（SEM）of surimi gels

图1中图像 A和AA、B和BB、C和CC、D和DD依次为放大500、1000、2000和5000倍的鱼糜凝胶的断面和切面SEM图。

比较图像A和AA、B和BB、C和CC、D和DD可以发现，图像A、B、C、D的表面结构较图像AA、BB、CC、DD粗糙，而AA、BB、CC、DD的表面显得很平整，这在观察鱼糜凝胶表面的致密程度时会影响视觉判断，容易认为切面图像较断面图像致密。图1中所用鱼糜凝胶都是通过相同制作工艺加工而成的，因此其表面结构应该具有相同的致密程度，但是观察图1后，可能误认为图像AA、BB、CC、DD的表面结构较图像A、B、C、D致密。出现这种判断误差与鱼糜凝胶的断面和切面结构有直接关系，这也可以从鱼糜凝胶的SEM图像的光密度分布进行验证。

2.2 SEM图像的光密度分析

鱼糜凝胶的SEM图像的光密度分布见图2。

图2中AA、BB、CC、DD的光密度分别显著（p<0.05）高于图像 A、B、C、D，而且 AA、BB、CC、DD 的光密度分别比A、B、C、D的光密度高出2.5%、3.5%、6.7%、18.6%，呈增加趋势。

光密度（O.D）是反映样品表面对光反射情况的参数。由不同放大倍数下相同制作工艺制备的鱼糜凝胶的光密度的显著差异可知，鱼糜凝胶的断面和切面SEM图像的表面结构具有明显的差异，切面图像的光密度较断面的高，而且是随着放大倍数的增加而呈现增加趋势。因此，SEM样品的制备方法对鱼糜凝胶的SEM图像的表面特征具有显著影响，而且，放大倍数越大，影响越明显。

2.3 SEM图像光密度的方差值分布

图3为鱼糜凝胶SEM图像光密度的方差值。

由图3可知，样品A、B、C的方差较AA、BB、CC的高，可见图像A、B、C的光密度较图像AA、BB、CC偏离平均值大。

图3 SEM表面的光密度值的方差值Fig.3 Variance value distribution of optical density of SEM

这主要是因为断面图像的表面结构粗糙，此时光密度不仅反映的是样品表面的空隙率，而且反映了表面不平整导致的光密度的差异；而切面图像平整的表面结构，使图像的光密度主要反映的是表面空隙率的分布。因此，断面粗糙的表面结构是导致其光密度的方差高于切面图像光密度方差的主要原因。这与断面图像的表面粗糙，以及断面的光密度显著低于切面的结果是一致的。

3 结论

通过分析相同工艺制作的鱼糜凝胶的SEM断面和切面图像在不同放大倍数下的表面状况、光密度分布及光密度的方差值，得出SEM断面图像的表面比切面图像粗糙，在评价鱼糜凝胶的致密程度时容易造成判断误差，而切面SEM图像更好地反映了鱼糜凝胶的致密程度，这可以由鱼糜凝胶的SEM切面图像的光密度显著高于断面图像、SEM切面的光密度的方差较断面图像高进行验证。

[1]Thomas K,Vandana K L,Reddy V R.A clinical and SEM evaluation of the efficiency of sofscale gel and hand scaling and hand scaling alone[J].Indian J Dent Res，2002,13(3):173-182

[2]Blank1 Z,Reimschuessel A C.Structural studies of organic gels by SEM[J].Journal of materials science，1974,9(11):1815-1822

[3]张崟,曾庆孝,朱志伟,等.超声波辅助凝胶化对罗非鱼鱼糜凝胶性能的影响[J].华南理工大学学报：自然科学版,2009,37(4):138-142

[4]Isabel Couso，Cristina Alvarez M，Teresa Solas，et al.Morphology of starch in surimi gels[J].Z.Lebensm Unters Forsch A,1998,206(1):38-43

[5]Isabel Sánchez-Alonso,Ramin Haji-Maleki,Javier Borderías A.Effect of wheat fibre in frozen stored fish muscular gels[J].Eur Food Res Technol,2006,223(4):571-576

Comparison Analysis of Scanning Electron Microscope Pictures of Surimi Gels

ZHANG Yin1,ZHUO Yong-xian2,WANG Wei1,ZHANG Jia-min1
（1.Key Laboratory of Meat Processing，Chengdu University，Chengdu 610106，Sichuan,China；2.Sichuan Hage Rabbit Co.，Ltd.，Leshan 613102,Sichuan,China）

Scanning electron microscope（SEM）pictures of surimi gels were analyzed.Optical features,optical density,and variance value of SEM pictures with broken or cut surface and with different enlarged sizes,were compared.The results indicated that the SEM pictures with broken surface can mislead the analysis result,but the cut surface is suitable to check when it was used to analyze the compactness of surimi gels.This can be supported by the optical density of cut SEM pictures,which were significantly（p＜0.05）higher than that of the broken ones,and the variance value of cut SEM pictures,which were lower than that of broken ones.

gel；scanning electron microscope；surimi；optical density

张崟（1981-），男（汉），讲师，博士，研究方向：农产品加工与保藏。

2010-09-14