核磁共振技术在水产品保鲜中的应用研究

王 尊，徐默达

（1.郑州财经学院，河南郑州 450000；2.河南省医疗器械检验所，河南郑州450000）

水产品中的水分含量最高，其分布情况和存在状态直接影响鱼肉的食用品质、加工特性及贮藏稳定性，也导致水产品在贮运过程中极易腐败。为更好地控制鱼肉品质，给物流、加工提供更加可靠的理论依据，一种能快速、准确反映产品损伤程度的检测方法尤为重要。目前，我国水产品的保鲜方式主要依赖低温，而鱼肉组织中水分的变化受温度的影响最大，若能采取一定的技术手段监测、控制组织中的水分情况，对提高水产品在运输稳定性、延长贮藏时间、提高食用品质具有十分重要的作用。

常规的理化分析虽然能综合指示水产品的新鲜度，但指标测定过程费时、费力、试剂消耗量大，难以实现大批量产品的快速检测，无法满足现代企业的生产需求。近年来，新型水产品检测技术不断发展，准确高效、可实时检测、可定向分析等技术优势正在逐步简化，甚至取代传统的理化分析方法。例如，近红外光谱技术、电子鼻、低场核磁共振等技术的应用为水产品的高效、快速、无损检测提供了新依据。

1 低场核磁共振技术研究现状

低场核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一项新的分析检测技术，近年来迅速发展并广泛应用于医学、食品、地矿、农业和生物学等领域。核磁共振技术的基本原理是原子核在磁场中受到磁化，自旋角动量发生进动，当外加能量与原子核振动频率相同时，原子核吸收能量进行能级跃迁，产生共振吸收信号[1]。核磁共振依照分辨率的不同可分为高场和低场两种类型，高场主要用于探测样品的化学性质；磁场强度0.5 T以下的统称为低场核磁共振（LF-NMR），主要用于检测样品的物理性质。LF-NMR主要以氢原子核（1H）为研究对象，通过测定1H在磁场中的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2，分析反映被检样品的物理性质；其中T2的测定结果能区分存在于食品体系中的3种不同水群（结合水、不易流动水、自由水）及其相互转换关系，因此通常用它来表征水分的迁移特性。

目前，LF-NMR在食品领域内的应用研究主要集中在粮油食品掺假问题、果蔬制品加工贮运、肉制品品质测定、水产品保鲜等方面。陈森等[2]借助LF-NMR技术研究了常温保藏状态下樱桃品质的变化，发现其组织内部水分迁移状态是影响果肉品质的重要因素，随着储藏时间的延长，自由水逐渐流失，水分发生了迁移。AGUAYO等[3]通过LF-NMR成像技术分析测定圆柱状胡萝卜在不同干燥温度下的水分迁移规律，弛豫结果表明组织细胞中水分渗透性与液泡膜完整性存在高度相关性，为监测其品质变化提供良好依据。HAN等[4]利用LF-NMR技术检测不同NaCl浓度对猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶保水性的影响，结果表明热诱导凝胶的保水性会随离子强度的增加而明显提高，当NaCl浓度提高至0.4 mol/L时，凝胶保水性最佳；弛豫时间T2数据表明，NaCl的加入会加强蛋白质水合作用，使各组分水的流动性下降。孙圳等[5]对不同冻结温度（-38 ℃、-23 ℃、-18 ℃）下牛肉的水分分布进行了研究。结果表明，自由水全部冻结，不易流动水在-38 ℃下完全冻结，在-23 ℃、-18 ℃下部分冻结，MRI成像进一步证实了LF-NMR检测结果的准确性，可应用于肉品的无损检测。

LF-NMR技术的优势在于非侵入性、无破坏性，通过产生高分辨率的空间信息，直观反映组织结构的变化，可从分子水平描述组织细胞中水分分布和流动情况。LF-NMR在水产品品质检测方面的研究应用还处于发展阶段，该技术的成熟运用能够为判断水产品的损伤和腐烂程度、预测产品货架期等提供理论依据，具有广阔的应用前景。

2 LF-NMR在水产品加工贮藏中的应用

水产品的新鲜品质难以维持，在常规贮运中多依赖低温。由于流通中的温度容易受环境的影响而变化，这是造成损耗的关键因素。基于LF-NMR的技术优势，可通过组织中水分状态的分析与判定，对处于不同加工贮藏阶段的产品进行品质监测，结合其他评价指标进行相关性分析，预测水产品的品质变化。

董志俭等[6]运用LF-NMR技术研究了南美白对虾蒸制过程中水分的存在状态对其品质及质构特性的影响，结果表明自由水含量的大量流失是引起虾肉感官品质下降和质构变化的主要因素。秦影等[7]运用LF-NMR技术结合拉曼光谱分析了超高压处理对大黄鱼鱼糜凝胶特性的影响，结果表明鱼糜凝胶化过程中的水分状态、蛋白质结构与鱼糜的质构、保水率之间存在特定的相关性，为鱼糜凝胶特性的评价及改进提供了新依据。BI等[8]利用LF-NMR技术结合质构分析与研究了40 ℃预加热、80 ℃后加热处理对海参品质的影响，结果表明，高温导致胶原纤维结构发生变化，持水能力下降，弛豫时间明显缩短；横向弛豫时间T2数据与质构具有很好的相关性，可用于指示产品的加工特性研究。卞瑞姣等[9]利用LF-NMR技术研究秋刀鱼腌制过程中的品质变化，结果表明样品水分含量、水分活度等品质指标均与横向弛豫参数存在高度相关性。

3 LF-NMR在水产品品质检测中的应用

LF-NMR技术在水产品领域的研究基本集中在持水性、蛋白质分子状态、脂肪测定、质构特性等方面，其中保水性是决定水产品新鲜品质的关键因素。SÁNCHEZ-ALONSO等[10]通过比较不同冻藏条件下鳕鱼肌肉的横向弛豫参数（T2）来评估鱼肉的品质，发现T2对不同冷冻温度敏感，能反映水分子的结晶情况，可用于鳕鱼货架期的预测。张珂等[11]采用理化分析法结合LF-NMR技术，研究了经不同浓度添加剂处理后的冻藏罗非鱼片的品质变化，结果表明，蛋白持水性与弛豫时间正相关，提高肌肉持水力可延缓蛋白质的变性，从而在一定程度上保持鱼肉品质。

4 LF-NMR在水产品无损检测中的应用

近年来，现代化无损检测技术快速发展，在食品领域的应用也越来越广泛，利用LF-NMR技术检测食品中的水分、脂肪、蛋白质是主要的研究方向之一。HUANGL等[12]研究了鱼子酱与熏鱼卵在贮藏过程中蛋白质变化和脂肪的氧化，发现LF-NMR横向弛豫时间与品质指标相关性系数高于0.95，可用于指示其品质劣化程度。臧秀[13]运用LF-NMR技术对不同干燥处理的海参进行弛豫信号的采集，结果表明，LF-NMR结合主成分分析可以很容易区分开不同干燥方式的海参样品。

整体来看，LF-NMR技术对样品处理的要求较低，所需样品数量少，耗时短，在水产品无损检测、区分产品品质差异上还有很大的应用空间。

5 低场核磁共振技术的应用前景

LF-NMR技术在食品领域的应用还涉及检测食品掺假情况、食品成分构成方面，一些研究表明，LF-NMR弛豫结果和主成分分析相结合，可用于区分和检测猪肉的掺假、注胶情况。LF-NMR技术还可通过对水产品中水分的含量、分布状态、流动特性进行动态监测，为研究水产品腐败机制、代谢组学机制分析提供可靠的数据支撑。LF-NMR还能够用于评估水产品中违规成分的添加情况、定量分析鱼糜制品中的注水情况，有效检测水产品及其制品的掺假率，为提高水产品的食用品质和食用安全性提供技术帮助。

6 结语

近年来，LF-NMR技术在食品领域的运用逐渐增多，但在水产、肉品科学领域的研究成果较少。与其他检测技术相比，LF-NMR技术能够较全面地获得被检样品的物理性质，检测过程易于操作，能够达到无损、快速、精准、稳定的要求，可实现食品中组分的定量、定性分析，弥补了传统理化检测分析的不足，将在指标测定中占据越来越重要的地位。但目前在水产品品质检测方面的研究还未建立相应的标准体系，货架期预测模型尚未完善。今后的研究应不断改善和优化LF-NMR技术，或考虑将LF-NMR技术与其他新型检测技术（近红外光谱、电子鼻、扫描电镜等）结合使用，补充分析中存在的不足之处，为我国水产及加工行业的发展提供强有力的技术支撑。