利用核磁共振技术研究食盐对鱼糜加工的影响

林婉瑜，林晶晶，林向阳,*，宁年英，卞智英，朱榕壁

(1.福州大学生物科学与工程学院，福建 福州 350108；2.福建海壹食品饮料有限公司，福建 福清 350301)

磁矩不为零的原子核(1H)，被置于外加静磁场中会发生塞曼分裂，当射频脉冲与拉莫尔频率相同时，质子吸收能量从低能态跃迁至高能态；当高、低能级能量相等时，质子不再吸收射频能量并从高能态以不产生电磁辐射的方式返回到低能态，这个称为核磁共振[1-2]。弛豫时间就是高能态的质子释放能量回到低能态所需的时间；T2是横向弛豫时间，代表的是自旋质子通过质子间的相互碰撞和能量交换将从射频脉冲中吸收的能量衰减至零所需的时间；T2越大说明水的流动性越好，越小说明水分流动性越弱[3]。NMR横向弛豫时间T2已经被用来研究肉类结构，Bertram等[4]发现其弛豫组分与持水力(WHC)具有极强的相关性，众多学者也利用其来测定持水力，水分流动性以及分布等[4-6]。张锦胜等[7]采用低场核磁共振技术研究脐橙贮藏过程中水分的变化以及水分的迁移行为，同时结合理化分析，探讨脐橙贮藏过程中磁共振参数与脐橙品质变化的相关性。

鱼糜制品是指以鲜鱼肉或冷冻鱼糜为原料，加食盐等辅料，擂溃成鱼浆后，再成型、加热制成的，有弹性的凝胶状食品的总称，如鱼丸、鱼糕等。鱼糜中含有大量的盐溶性蛋白，而盐溶性蛋白(包括肌球蛋白、肌动蛋白)的溶出以及交联直接影响着鱼肉制品的组织特性、保水性、黏结性以及产品的得率[8]。Goodno等[9]早就研究发现盐浓度影响盐溶性蛋白的溶解性以及凝胶性质。各种反应的发生都离不开水的作用，在鱼糜加工过程中，水分的分布状态及迁移情况都会产生相应的变化。通过核磁共振及时准确地检测添加食盐后鱼糜制品加工过程中水分的质子弛豫行为，分析水分分布状态和流动性的变化，对优化鱼糜制品的加工工艺具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 材料

冷冻鱼糜(A级)，由福建海壹食品饮料有限公司提供，鱼糜在使用之前均于－18℃条件下贮藏；马铃薯淀粉 长宏马铃薯淀粉及设备有限公司。

1.2 仪器与设备

MINI MR核磁共振分析仪(0.5T) 上海纽迈电子科技有限公司；TA-XT plus Texture Analyzer质构仪 北京微讯超技仪器技术有限公司；SH-KM800擂溃机 英国Kenwood公司；BS224S和BS110S电子天平 赛多利斯科学仪器有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的制备

1.3.1.1 工艺流程

鱼糜→擂溃→配料→成型→加热煮制→冷却→贮藏

1.3.1.2 操作要点

取400g冷冻鱼糜切成约2mm的薄片，在室温(25℃，空调控制)条件下解冻45min左右直到鱼糜达到4～5℃。解冻后的鱼糜在擂溃机中以190r/min擂溃3min后，以鱼糜含量计，添加不同含量(0～4.55g/100g)的食盐，再以410r/min盐擂35min，取样。再添加15g/100g的马铃薯淀粉，310r/min调味擂溃3min，取样。制作成直径3cm大小的丸子，于35℃条件下水浴1h进行低温凝胶化，95℃加热30min，取样。

1.3.2 核磁共振测定

取大约2.5g样品(准确记录称量数值至0.0000g)放入(18mm)玻璃试管，随后置于NMR探头中(保持温度32℃)，使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列测试横向弛豫时间T2，其中扫描频率为200kHz，仪谱死时间为90μs，90°和180°脉宽分别是17.5μs和35μs，90°和180°脉宽的间隔时间τ为100μs，采样点数：168140，回波数为4200，累加扫描次数为8，两次扫描之间的重复时间为600ms，模拟增益20，数字增益3。实验取3份平行，每份平行测3次。

对所得图谱进行反演，得到弛豫时间T2、质子密度M2。T2表征的是水分的流动性大小，而M2表征的是在某个相应的弛豫时间下水分的含量。

1.3.3 质构测定

采用P/5探头，选择的测定模式为TPA(模拟两次咀嚼实验)，测前速率为3mm/s，测后速率为3mm/s，测试速率0.5mm/s，触发力为5g，第一次下压距离和第二次下压距离都为5mm，两次间隔时间为5s。

上式中，Y1表示经济中的总产出。显然，Yt为耐用品部门与非耐用品部门的产出之和，即：Yt=Ct+Ht。最后，货币政策为盯住产出缺口与通胀的价格规则，即：

鱼糜样品切成15mm×15mm的正方形，擂溃过程取两个平行，各测6个点。凝胶化因成品数据误差较大，取3份平行，各测6个点，共18个点。数据经过处理后得到样品的质构性质：硬度、弹性、凝聚性、黏性、咀嚼性。

1.3.4 数据分析

实验中的数据分析均采用SPSS 17.0进行。

2 结果与分析

2.1 食盐添加量对鱼糜核磁共振性质的影响

图 1 添加食盐与未加食盐鱼糜的弛豫时间T2Fig.1 Spin-spin relaxation time T2 of surimi with and without salt

食盐的添加在鱼糜制品整个加工过程中起着重要的作用，食盐可促进鱼肉中盐溶性蛋白质(肌球蛋白和肌动蛋白)的溶出，它与水发生水化作用，并聚合成黏性很强的肌动球蛋白凝胶[8]。由图1可知，利用CPMG序列测定T2值，得到3个组分的峰，它们代表了鱼糜中3种流动性不同的水分，分别是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流动性最强，T21流动性最弱。T21、T22组分的弛豫时间都只有几毫秒，且质子密度很小，它们的区别是限制其刚性运动的氢键数量不同[10-11]，在这个弛豫时间范围的水质子主要是通过氢键与其他分子紧密结合[12]。由于分子表面氢键的作用，它们具有很低的流动性，在食盐添加过程中没有显著变化(P＞0.05)。T23被认为是在凝胶三维网状结构中的物理截留水[11-15]，在食盐添加过程中发生显著的变化(P＜0.001)，因此在实验中T23组分是最主要的研究对象。根据具体情况把T23分成两个部分即相对低弛豫时间(23.101～48.626ms)、相对高弛豫时间(58.579～123.290ms)，每个部分取5个反演数据点，通过对比这5个数据点下，T23质子密度的变化可以观察出水分的迁移过程。

2.2 食盐添加量对质子密度的影响

2.2.1 盐擂后食盐添加量对质子密度的影响

由图2可知，经过盐擂，添加食盐的鱼糜样品处于低弛豫时间的质子密度减少；而由图3可知，添加食盐的鱼糜样品处于高弛豫时间的质子密度增加。这说明添加食盐后，水分从低弛豫时间向高弛豫时间迁移，水分流动性增强，而且随着添加量的增加，这种现象更加明显。这是因为一方面食盐的添加使得肌球蛋白膨胀，增加了肌丝纤维之间的空隙，肌丝纤维对水分的截留能力减弱[16]，另一方面盐擂过程进一步破坏了肌原纤维，促进了盐溶性蛋白的溶解，形成溶胶，二者均会使弛豫时间延长。Bertram等[17]也发现肉类制品NMR的弛豫时间T2与肌丝间隙有着高度的相关性。还有研究者[18-20]认为食盐导致的肌纤维膨胀可归因于两种作用机制，一是负电荷离子结合增加了纤维间的电荷斥力，增加了肌丝纤维之间的间隙，截留住的水分多；二是肌原纤维中一个或更多的横向结构限制解除，纤维网状结构的扩张，空间网状结构变大，截留水增多，T23弛豫时间延长。空间网络中的截留水越多，盐溶性蛋白析出的越多，这对加工过程中肌动蛋白和肌球蛋白交联形成凝胶网络结构是有利的。

图 2 盐擂后不同食盐添加量对低弛豫时间质子密度M2的影响Fig.2 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after salt blending

图 3 盐擂后不同食盐添加量对高弛豫质子密度M2的影响Fig.3 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after salt blending

2.2.2 调味擂溃后食盐添加量对质子密度的影响

图 4 调味擂溃后不同食盐添加量对低弛豫时间质子密度M2的影响Fig.4 Effect of different salt addition content to the proton density M2 of the low relaxation time after seasoning blending

由图4、5可知，调味擂溃后的质子密度与盐擂后的质子密度有类似的变化趋势：添加食盐的鱼糜样品水分流动性仍然比没有添加食盐的强，并且随着食盐添加量的增多，质子分布向高弛豫时间迁移。但是，添加3.0g/100g和4.5g/100g的食盐时，二者的质子密度分布没有很大的区别，说明盐溶性蛋白的溶出在3.0g/100g添加量时已经达到了饱和，而在4.5g/100g添加量没有更大的作用可能是因为高盐溶度时蛋白质变性导致肌原纤维蛋白聚合，－CH3、－NH、－CO2H、－OH刚性增加，这些基团与结合能力强的水分产生交叉弛豫现象[19]，导致能量交换加快，弛豫时间缩短。

图 5 调味擂溃后不同食盐添加量对高弛豫时间质子密度M2的影响Fig.5 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after seasoning blending

2.2.3 加热后食盐添加量对质子密度的影响

图 6 加热后不同食盐添加量对低弛豫时间质子密度M2的影响Fig.6 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after heating

图 7 加热后不同食盐添加量对高弛豫时间质子密度M2的影响Fig.7 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after heating

图6和图7表示的是经过加热凝胶后的T23组分质子密度分布图，可以看出加热后鱼糜制品中低弛豫时间质子密度变多，高弛豫时间质子密度变少，持水力增强。鱼糜在加热过程中蛋白交联聚集形成一个稳定的凝胶空间网络结构，该结构越紧密则鱼糜制品的持水力越强。图6和图7也证明了4.5g/100g食盐添加量时鱼糜制品的凝胶结构并没有3.0g/100g添加量的好，而且从口感上来说，此添加量鱼糜制品是过咸的。

2.3 食盐添加量对鱼糜质构特性的影响

2.3.1 调味擂溃后食盐添加量对质构特性的影响

表 1 调味擂溃后食盐添加量对质构特性的影响Table 1 Effect of salt addition amount on textural properties after seasoning blending

由表1可知，食盐的添加有利于黏性的上升，硬度和咀嚼性的下降，并且随着添加量的增加，这种现象会更为显著，这是因为食盐以及擂溃作用使得肉类中原本的肌纤维结构遭到了破坏，盐溶性蛋白溶出并形成了溶胶。同时，盐溶性蛋白溶胶的形成也使得弹性以及凝聚性上升，添加量越多，这种现象越为明显。盐擂后质构的变化与调味擂溃后趋势相似。

2.3.2 加热后食盐添加量对质构特性的影响

表 2 加热后食盐添加量对质构特性的影响Table 2 Effect of salt addition amount on textural properties after heating

由表2可知，加热后，食盐的添加仍有利于提高弹性和凝聚性，降低硬度和咀嚼性，但效果不如盐擂以及调味擂溃后的明显。可见，食盐的添加有利于防止鱼糜制品产生发硬现象。不同的食盐添加量对质构的影响差异较小，但3.0g/100g的添加量时，弹性和凝聚性有微弱的优势。结合质构以及弛豫性质，3.0g/100g的食盐添加量是比较适合的。

2.4 核磁性质与质构特性的相关性分析

鱼糜制品的三维凝胶网状结构与其品质有着密切的联系，T23组分是鱼糜制品中最大的水组分，被认为是在凝胶三维网状结构中的物理截留水，因此研究T23组分的质子密度分布与鱼糜制品质构性质之间的相关性具有重要的意义。在不同的食盐添加量，由表3可知，咀嚼性、黏性、凝聚性、弹性、硬度在0.01水平下，均显著相关，并且相关系数分别为0.9801、0.9044、0.9197、0.9312、0.9761，这说明质构性质与T23的水分分布具有良好的相关性，拟合出来的方都高度显著且拟合度良好，说明在不同食盐添加量条件下质构与水分的分布具有极密切的联系。

表 3 不同食盐添加量下质构与T23水分分布的关系Table 3 Relationship between texture and water distribution at different salt addition amounts

3 结 论

利用CPMG序列测定T2值，得到3个组分的峰，它们代表了鱼糜中3种流动性不同的水分，分别是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流动性最强，T21流动性最弱。添加食盐后，经过盐擂和调味擂溃的鱼糜水分从低弛豫时间向高弛豫时间迁移，水分的流动性增强，随着添加量的增加，这种现象更加明显。而加热后其质子密度的分布与之前是相反的，水分从高弛豫时间向低弛豫时间迁移，持水力变强。鱼糜添加食盐后，其弹性、黏性和黏聚性均有上升趋势，硬度和咀嚼性下降。在不同食盐添加量条件下质构特性与核磁具有较好的相关性，拟合出来的方程都高度显著。在鱼糜制品加工过程中相对鱼糜的食盐添加量为3.0g/100g是比较适合的。

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