低場(chǎng)磁共振技術(shù)在宰后肉雞品水分研究中的應(yīng)用

低場(chǎng)磁共振技術(shù)在宰后肉雞品水分研究中的應(yīng)用

水是保持食品感覺(jué)和食用質(zhì)量的基本條件，在控制食品的質(zhì)量、口感和口感方面發(fā)揮著非常重要的作用。水是肉品中最主要的成分(約占75%),宰后肉品持水力的改變,不僅影響肉品的感官和食用品質(zhì),而且嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。肉與肉制品的系水力(持水力)即保水性,是指宰后肉品在自然狀態(tài)下或在加工過(guò)程中,對(duì)肉品本身的水分及外加水分的保持能力。傳統(tǒng)方法如壓力(重量、面積)法、離心法、滴水損失、貯藏?fù)p失和蒸煮損失等雖能判定肉類不同品質(zhì)之間持水性的差異(如PSE肉等),但不能表征肉中水分存在的狀態(tài)以及變化過(guò)程和機(jī)理。核磁共振利用氫原子核在磁場(chǎng)中的自旋馳豫特性,通過(guò)弛豫時(shí)間的變化分析研究物質(zhì)的含水量、水分分布、水分遷移以及與之相關(guān)的其他性質(zhì),并且具有迅速、準(zhǔn)確,測(cè)定樣品時(shí)不需要侵入樣品內(nèi)部,對(duì)樣品不產(chǎn)生污染和破壞,一般不受樣品狀態(tài)、形狀和大小的限制等特點(diǎn)。影響肉品系水力的因素很多,如何認(rèn)識(shí)肉品中水分存在狀態(tài)及變化規(guī)律(水分動(dòng)力學(xué)),從而重新認(rèn)識(shí)和控制宰后生鮮肉品品質(zhì)的變化和新鮮度是肉品科學(xué)相關(guān)研究的焦點(diǎn),低場(chǎng)核磁共振技術(shù)為我們提供了對(duì)此研究的有效方法。1弛豫時(shí)間的確定應(yīng)用于肉品品質(zhì)研究的核磁共振儀主要是低場(chǎng)氫質(zhì)子核磁共振成像分析儀(肉中水分的分布)和磷質(zhì)子核磁共振儀(宰后代謝及肉質(zhì)變化)。生物組織含有很多水和有機(jī)化合物,而構(gòu)成水和有機(jī)物的氫原子在有電荷繞核旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又不停地自轉(zhuǎn),與線圈通過(guò)電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)一樣,所以把氫原子核看做是小磁鐵,把生物組織的試樣看成是由無(wú)數(shù)微小的氫原子核磁鐵構(gòu)成的。這些微小的原子核磁鐵在磁場(chǎng)中有的處于高能態(tài),有的處于低能態(tài),比例符合玻爾茲曼平衡。對(duì)樣品施加射頻脈沖,使氫質(zhì)子發(fā)生共振,低能態(tài)氫質(zhì)子就可能躍遷到高能態(tài)。停止射頻脈沖后,質(zhì)子以非輻射的方式回到基態(tài)而達(dá)到玻爾茲曼平衡的時(shí)間就是弛豫時(shí)間。通過(guò)分析縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2,可以得到很多樣品內(nèi)部的信息。肉品水分的研究主要利用橫向弛豫時(shí)間T2。弛豫時(shí)間越短說(shuō)明水與底物結(jié)合越緊密,弛豫時(shí)間越長(zhǎng)說(shuō)明水分越自由。一般地,T2可分為T21(0~10ms)、T22(10~100ms)、T23(>100ms)。所以弛豫時(shí)間可以間接的表明水分的自由度,從而可以用核磁共振研究肉品中水分的分布和流動(dòng),進(jìn)而研究肉品品質(zhì)變化的機(jī)理。2橫向弛豫時(shí)間宰后生鮮肉品中H質(zhì)子的弛豫時(shí)間的分布,可以用來(lái)表明在肌肉組織中存在多個(gè)水分群,而且用LF-NMR研究方法可以成功地探測(cè)宰后肌肉內(nèi)水分的移動(dòng)和分配。T1和T2會(huì)隨著肉品儲(chǔ)藏溫度、時(shí)間、水分分布變化等因素的變化而變化。這兩個(gè)參數(shù)能夠提供與水分子的結(jié)合力和移動(dòng)相關(guān)的重要信息。用CPMG序列測(cè)定豬肉樣品的橫向弛豫時(shí)間,通過(guò)反演程序擬合可以得到多個(gè)不同的橫向弛豫時(shí)間(T2S)。1969年C.F.Hzlewood發(fā)現(xiàn)核磁共振非常適合研究肉組織中的水分情況,因?yàn)楹舜殴舱裥盘?hào)是由肉品中的水分子的自由運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,并且認(rèn)為肌肉中有兩種完全不同形式的水。1974年C.F.Hazlewood等用核磁共振對(duì)肉品進(jìn)行了大量的研究得出結(jié)論:肉組織中至少含有三種不同形式的水。1980年P(guān)eemoeller的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出,肉中三種水分的橫向弛豫時(shí)間和百分含量分別為I-T2=1~5ms,P=5%~10%;II-T2=35~45ms,P=70%~80%;III-T2=150~200ms,P=5%~15%。目前低場(chǎng)核磁共振應(yīng)用于肉品持水性的研究主要有以下幾個(gè)方面。2.1豬肉多糖性的nmr檢測(cè)肉類新鮮度是指某一類動(dòng)物性食品特有的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)味、滋味、色澤、質(zhì)地、口感和微生物合格衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的綜合狀況。新鮮度可以綜合地反映產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)性、安全性和嗜好性的可靠程度。目前,市場(chǎng)肉類產(chǎn)品主要采用感官評(píng)價(jià)檢測(cè)方法為主,配合各種理化檢驗(yàn)、衛(wèi)生(微生物)檢驗(yàn)、儀器分析等快速檢測(cè)方法來(lái)綜合判斷其新鮮度,這些方法費(fèi)時(shí)較長(zhǎng),不能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。核磁共振法通過(guò)分析宰后肉品弛豫時(shí)間的變化規(guī)律,并根據(jù)弛豫時(shí)間變化與新鮮度的關(guān)系成為評(píng)價(jià)肉品新鮮度的一種新的方法。HanneChristineBertram(2007)分別取9、12、12、8頭屠宰時(shí)間分別為90、140、160、182d的豬的背最長(zhǎng)肌,用核磁共振對(duì)其水分分布與水分活性進(jìn)行檢測(cè),并且同時(shí)對(duì)豬肉樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。感官評(píng)價(jià)證明,屠宰時(shí)間對(duì)豬肉多汁性有重要的影響,并且得出90,140,160、182d屠宰豬肉的多汁性得分分別為8.4、7.7、7.2、7.8。NMR檢測(cè)表明,與飼養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)的豬相比,90d屠宰豬肉較高的多汁性得分可能歸因于肌原纖維外的弛豫時(shí)間較長(zhǎng)的流動(dòng)性更強(qiáng)的水;而90d屠宰豬肉煮熟后較高的多汁性得分可能因?yàn)槠浼≡w維的水分分布更加均勻。然而NMR檢測(cè)表明,182d屠宰的豬肉的多汁性得分高于140、161d屠宰的豬肉,其原因不能很好的解釋?？赡芘c161d屠宰的豬肉相比,182d的豬肉的多汁性高是由于肌肉內(nèi)脂肪含量的增加造成的。2.2核磁共振檢測(cè)肉品持水性及水分遷移穩(wěn)定性肉品品質(zhì)指的是與鮮肉或加工肉的外觀、適口性和營(yíng)養(yǎng)性等有關(guān)的一些理化特性的綜合,如肉的色澤、持水性、嫩度、風(fēng)味、多汁性等。物理特性決定著消費(fèi)者對(duì)肉品的可接受性,肉的化學(xué)成分則與營(yíng)養(yǎng)性關(guān)系密切。有專家將肉質(zhì)特性概括為4個(gè)方面,即感官品質(zhì)、食品品質(zhì)、加工品質(zhì)、衛(wèi)生質(zhì)量或安全性。肉的持水性對(duì)肉品品質(zhì)具有非常重要的影響,HanneChristineBertram(2002)已經(jīng)證明肌肉組織的T2弛豫時(shí)間與用袋測(cè)法得到的滴水損失之間的相關(guān)系數(shù)為0.85,與肉的分步離心法比較也得出了較高的相關(guān)系數(shù)。因此可以用核磁共振法檢測(cè)肉品持水性進(jìn)而對(duì)肉品品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。HanneChristineBertram(2006)用低場(chǎng)核磁共振T2弛豫時(shí)間研究PSE肉與DFD肉品品質(zhì),將兩種肉在-20℃與-80℃下冷藏10個(gè)月,每隔1~2個(gè)月用核磁共振檢測(cè)其水分活度與水分分布。研究發(fā)現(xiàn),肉中自由水(T2>100ms)的含量對(duì)鮮肉的品質(zhì)有重要的影響(P<0.0001),采用蒸煮的方法判斷鮮肉的得率發(fā)現(xiàn),PSE肉比DFD的蒸煮得率明顯要低(P<0.0001)。但是增加冷藏時(shí)間不會(huì)對(duì)蒸煮得率有明顯的改變。NMRT2測(cè)定表明,隨著冷藏時(shí)間的增加肉中的自由水的含量也明顯增多。這表明NMRT2檢測(cè)對(duì)冷凍引起的肉結(jié)構(gòu)變化以及結(jié)構(gòu)變化所產(chǎn)生的水分遷移非常敏感。另外,實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到鮮肉品質(zhì)與冷凍時(shí)間對(duì)肉滴水的量的相互關(guān)系,表明PSE肉比DFD肉更容易在冷凍條件下由于肉結(jié)構(gòu)變化引起的水分遷移而變質(zhì)。2.3肌原纖維的膨脹和收縮pH對(duì)肉品持水性的影響實(shí)質(zhì)上是蛋白質(zhì)的靜電荷效應(yīng)。蛋白質(zhì)分子所帶的靜電荷對(duì)持水性有雙重意義:一是靜電荷是蛋白質(zhì)分子吸引水分的強(qiáng)有力的中心;二是由于靜電荷增加蛋白質(zhì)分子間的靜電排斥力,使其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松弛,持水力提高。當(dāng)靜電荷減少,蛋白質(zhì)分子間發(fā)生凝聚緊縮,使持水性降低。肌肉pH接近等電點(diǎn)時(shí)(pH5.0~5.4),靜電荷數(shù)達(dá)到最低,這時(shí)蛋白質(zhì)相互吸引,降低了對(duì)水分的吸引,同時(shí)肌原纖維之間距離減小。低pH,尤其是伴有高溫會(huì)使肌球蛋白頭部變性使肉品喪失持水性。宰后肉品的pH經(jīng)歷了一個(gè)先下降后上升的過(guò)程,其極限pH越低,越接近蛋白質(zhì)等電點(diǎn),其持水性越差。肌原纖維對(duì)對(duì)肉品的持水性具有重要作用,肌原纖維的膨脹和收縮能增大或減小肉的持水力。肌原纖維收縮的原因有兩個(gè):一個(gè)是由于死后pH下降,H+濃度增大,降低了粗絲和細(xì)絲的陰性電荷,從而減弱了粗絲和細(xì)絲之間的斥力,引起兩者之間的縱向收縮;一個(gè)是由于ATP的減少,肌質(zhì)網(wǎng)崩裂,內(nèi)部保存的Ca2+被釋放出來(lái),肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),引起收縮。HanneChristineBertram(2004)用74塊宰后24h的背最長(zhǎng)肌樣品進(jìn)行核磁共振測(cè)定,得到T2弛豫數(shù)據(jù),分析發(fā)現(xiàn)弛豫時(shí)間最長(zhǎng)的T23會(huì)隨著細(xì)胞外水分含量的增加而增加;核磁共振測(cè)量宰后豬的背最長(zhǎng)肌水分遷移率和分布研究結(jié)果表明,T22影響肌原纖維內(nèi)部的水分,T23與肌肉中的胞外水分相關(guān),宰后2~3h內(nèi)T23略微降低,之后T23弛豫時(shí)間就不斷增大,即對(duì)應(yīng)的水分越來(lái)越自由,這可以理解水分從細(xì)胞內(nèi)被擠壓到肌原纖維外部空間。通過(guò)電子顯微鏡和X射線衍射法研究表明,死后肌肉的收縮很可能是由pH的降低引起的。伴隨著結(jié)構(gòu)的改變肌原纖維中的水分開始重新分配,通過(guò)電子顯微鏡觀察纖維膜和肌束膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),肌原纖維和肌肉的收縮導(dǎo)致胞內(nèi)流體被擠到細(xì)胞外部空間。通過(guò)測(cè)定肌肉的電阻數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)宰后肌肉膜的性質(zhì)(膜的完整性)與肉中的水分重組及肉的持水力有關(guān),并可以由LF-NMR的T23來(lái)很好的表征。HanneChristineBertram(2004)將豬肉中的肌原纖維提取出來(lái),用低頻核磁共振的橫向弛豫時(shí)間研究其水分特性時(shí)發(fā)現(xiàn),它的T2分布與鮮肉的非常相似,并且水分含量也很一致,這表明肌原纖維的結(jié)構(gòu)對(duì)肉的持水性有重要的影響。分別將肉的pH調(diào)整為5.4、6.2、7.0,離子強(qiáng)度調(diào)整為0.29、0.46、0.71M,發(fā)現(xiàn)樣品中的水分隨pH和離子強(qiáng)度的增大顯著增大,并且T2弛豫時(shí)間也隨著pH和離子強(qiáng)度的增大而增大,表明肉持水力的增大是由于肌原纖維的膨脹進(jìn)而增大了肌絲間的空間。2.4肉中水分運(yùn)動(dòng)變化蛋白質(zhì)變性與持水性關(guān)系目前還沒(méi)有統(tǒng)一的看法,Monin等(1985)認(rèn)為,肌漿蛋白在決定豬肉的持水性上有重要作用,肌漿蛋白的沉淀是引起PSE肉高汁液流失的原因。Joo等(1999)對(duì)四種不同肉質(zhì)的樣品研究顯示,肌漿蛋白溶解性、肌原纖維蛋白和總蛋白溶解性與汁液流失的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到-0.72、-0.52、-0.64,結(jié)合四種不同肉質(zhì)的樣品各種蛋白溶解性的差異,認(rèn)為肉的持水性在很大程度上受肌漿蛋白的影響。還有一些研究(hamm等1986;morissey等1987;wismer-Pedersen等1987)顯示,肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白也能顯著影響肉的持水性,持水性的變化可用肌漿蛋白和肌原纖維蛋白的變性來(lái)解釋。陳韜,周光宏(2006)認(rèn)為,DSC方法測(cè)定蛋白質(zhì)變性程度比用其他方法更靈敏,并且得出結(jié)論持水性與肌球蛋白和肌漿的變性程度呈顯著負(fù)相關(guān)。HanneChristineBertram(2006)用核磁共振弛豫時(shí)間與差示掃描量熱共同研究肉蒸煮過(guò)程中水的變化,這兩種方法同時(shí)檢測(cè)25~75℃9個(gè)不同蒸煮溫度水平的豬肉樣本蛋白質(zhì)變形與持水性的關(guān)系。應(yīng)用首成分分析H質(zhì)子的NMRT2發(fā)現(xiàn),加熱過(guò)程中肉中水分性質(zhì)變化主要發(fā)生在40~50℃,這可能是由肌漿球蛋白頭的變性導(dǎo)致的,然而這卻不能在DSC的溫譜圖上得出。但DSC溫譜圖卻顯示了54、65、77℃時(shí)的吸熱轉(zhuǎn)變。溫譜圖上的三個(gè)吸熱轉(zhuǎn)變可能分別反應(yīng)了肌漿球蛋白桿與輕鏈、肌漿蛋白與膠原質(zhì)和肌動(dòng)蛋白的變性。DSC與NMR數(shù)據(jù)模型用偏最小二乘法分析表明,53~58℃之間肌漿球蛋白桿與輕鏈變性與加熱導(dǎo)致的肌原纖維水分變化(T2弛豫時(shí)間10~60ms)具有相關(guān)性,同時(shí)也表明,80~82℃肌動(dòng)蛋白的變性與肉的脫水具有相關(guān)性。因此,研究證明肉加熱過(guò)程中特定蛋白的熱變性與結(jié)構(gòu)變化與加熱導(dǎo)致的肉中水分活度的變化具有直接關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,宰后肉品在不同的時(shí)間,T21值基本不變,并且其占肌肉中總水分的百分含量也不變,表明宰后鮮肉結(jié)合水比較穩(wěn)定,基本不發(fā)生變化。T22和T23的值和百分含量不斷變化,結(jié)合常規(guī)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),T22對(duì)應(yīng)的不易流動(dòng)水的百分比不斷變小,T23對(duì)應(yīng)的自由水百分比則不斷變大。從弛豫時(shí)間上看,T21在5~10ms間不變,T22在30~100ms間則不斷變化,T23則逐漸增大?？梢岳斫鉃樾〔糠值慕Y(jié)合水一直沒(méi)有發(fā)生變化,占肌肉中80%的不易流動(dòng)水在變化中逐漸轉(zhuǎn)為自由水,自由水弛豫時(shí)間越來(lái)越大,表明肉中的不易流動(dòng)水越來(lái)越自由,逐漸由不易流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤?從而不斷滲出,滴水