低場磁共振技術(shù)在宰后肉雞品水分研究中的應用

低場磁共振技術(shù)在宰后肉雞品水分研究中的應用

水是保持食品感覺和食用質(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),而且嚴重影響其經(jīng)濟價值。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)下或在加工過程中,對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、貯藏損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)以及變化過程和機理。核磁共振利用氫原子核在磁場中的自旋馳豫特性,通過弛豫時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、準確,測定樣品時不需要侵入樣品內(nèi)部,對樣品不產(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。影響肉品系水力的因素很多,如何認識肉品中水分存在狀態(tài)及變化規(guī)律(水分動力學),從而重新認識和控制宰后生鮮肉品品質(zhì)的變化和新鮮度是肉品科學相關(guān)研究的焦點,低場核磁共振技術(shù)為我們提供了對此研究的有效方法。1弛豫時間的確定應用于肉品品質(zhì)研究的核磁共振儀主要是低場氫質(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化合物,而構(gòu)成水和有機物的氫原子在有電荷繞核旋轉(zhuǎn)的同時又不停地自轉(zhuǎn),與線圈通過電流時會產(chǎn)生磁場一樣,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)而達到玻爾茲曼平衡的時間就是弛豫時間。通過分析縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間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間T2。弛豫時間越短說明水與底物結(jié)合越緊密,弛豫時間越長說明水分越自由。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,進而研究肉品品質(zhì)變化的機理。2橫向弛豫時間宰后生鮮肉品中H質(zhì)子的弛豫時間的分布,可以用來表明在肌肉組織中存在多個水分群,而且用LF-NMR研究方法可以成功地探測宰后肌肉內(nèi)水分的移動和分配。T1和T2會隨著肉品儲藏溫度、時間、水分分布變化等因素的變化而變化。這兩個參數(shù)能夠提供與水分子的結(jié)合力和移動相關(guān)的重要信息。用CPMG序列測定豬肉樣品的橫向弛豫時間,通過反演程序擬合可以得到多個不同的橫向弛豫時間(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,因為核磁共振信號是由肉品中的水分子的自由運動產(chǎn)生的,并且認為肌肉中有兩種完全不同形式的水。1974年C.F.Hazlewood等用核磁共振對肉品進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的實驗結(jié)果得出,肉中三種水分的橫向弛豫時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%。目前低場核磁共振應用于肉品持水性的研究主要有以下幾個方面。2.1豬肉多糖性的nmr檢測肉類新鮮度是指某一類動物性食品特有的標準風味、滋味、色澤、質(zhì)地、口感和微生物合格衛(wèi)生標準的綜合狀況。新鮮度可以綜合地反映產(chǎn)品營養(yǎng)性、安全性和嗜好性的可靠程度。目前,市場肉類產(chǎn)品主要采用感官評價檢測方法為主,配合各種理化檢驗、衛(wèi)生(微生物)檢驗、儀器分析等快速檢測方法來綜合判斷其新鮮度,這些方法費時較長,不能實現(xiàn)在線檢測。核磁共振法通過分析宰后肉品弛豫時間的變化規(guī)律,并根據(jù)弛豫時間變化與新鮮度的關(guān)系成為評價肉品新鮮度的一種新的方法。HanneChristineBertram(2007)分別取9、12、12、8頭屠宰時間分別為90、140、160、182d的豬的背最長肌,用核磁共振對其水分分布與水分活性進行檢測,并且同時對豬肉樣品進行感官評價。感官評價證明,屠宰時間對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檢測表明,與飼養(yǎng)時間長的豬相比,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間較長的流動性更強的水;而90d屠宰豬肉煮熟后較高的多汁性得分可能因為其肌原纖維的水分分布更加均勻。然而NMR檢測表明,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、風味、多汁性等。物理特性決定著消費者對肉品的可接受性,肉的化學成分則與營養(yǎng)性關(guān)系密切。有專家將肉質(zhì)特性概括為4個方面,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弛豫時間與用袋測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肉品持水性進而對肉品品質(zhì)進行評價。HanneChristineBertram(2006)用低場核磁共振T2弛豫時間研究PSE肉與DFD肉品品質(zhì),將兩種肉在-20℃與-80℃下冷藏10個月,每隔1~2個月用核磁共振檢測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)。但是增加冷藏時間不會對蒸煮得率有明顯的改變。NMRT2測定表明,隨著冷藏時間的增加肉中的自由水的含量也明顯增多。這表明NMRT2檢測對冷凍引起的肉結(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,實驗檢測到鮮肉品質(zhì)與冷凍時間對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對肉品持水性的影響實質(zhì)上是蛋白質(zhì)的靜電荷效應。蛋白質(zhì)分子所帶的靜電荷對持水性有雙重意義: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)絡結(jié)構(gòu)松弛,持水力提高。當靜電荷減少,蛋白質(zhì)分子間發(fā)生凝聚緊縮,使持水性降低。肌肉pH接近等電點時(pH5.0~5.4),靜電荷數(shù)達到最低,這時蛋白質(zhì)相互吸引,降低了對水分的吸引,同時肌原纖維之間距離減小。低pH,尤其是伴有高溫會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)歷了一個先下降后上升的過程,其極限pH越低,越接近蛋白質(zhì)等電點,其持水性越差。肌原纖維對對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:一個是由于死后pH下降,H+濃度增大,降低了粗絲和細絲的陰性電荷,從而減弱了粗絲和細絲之間的斥力,引起兩者之間的縱向收縮;一個是由于ATP的減少,肌質(zhì)網(wǎng)崩裂,內(nèi)部保存的Ca2+被釋放出來,肌球蛋白和肌動蛋白產(chǎn)生相對滑動,引起收縮。HanneChristineBertram(2004)用74塊宰后24h的背最長肌樣品進行核磁共振測定,得到T2弛豫數(shù)據(jù),分析發(fā)現(xiàn)弛豫時間最長的T23會隨著細胞外水分含量的增加而增加;核磁共振測量宰后豬的背最長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弛豫時間就不斷增大,即對應的水分越來越自由,這可以理解水分從細胞內(nèi)被擠壓到肌原纖維外部空間。通過電子顯微鏡和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致胞內(nèi)流體被擠到細胞外部空間。通過測定肌肉的電阻數(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來很好的表征。HanneChristineBertram(2004)將豬肉中的肌原纖維提取出來,用低頻核磁共振的橫向弛豫時間研究其水分特性時發(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和離子強度的增大顯著增大,并且T2弛豫時間也隨著pH和離子強度的增大而增大,表明肉持水力的增大是由于肌原纖維的膨脹進而增大了肌絲間的空間。2.4肉中水分運動變化蛋白質(zhì)變性與持水性關(guān)系目前還沒有統(tǒng)一的看法,Monin等(1985)認為,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解釋。陳韜,周光宏(2006)認為,DSC方法測定蛋白質(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相關(guān)。HanneChristineBertram(2006)用核磁共振弛豫時間與差示掃描量熱共同研究肉蒸煮過程中水的變化,這兩種方法同時檢測25~75℃9個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。應用首成分分析H質(zhì)子的NMRT2發(fā)現(xiàn),加熱過程中肉中水分性質(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℃時的吸熱轉(zhuǎn)變。溫譜圖上的三個吸熱轉(zhuǎn)變可能分別反應了肌漿球蛋白桿與輕鏈、肌漿蛋白與膠原質(zhì)和肌動蛋白的變性。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致的肌原纖維水分變化(T2弛豫時間10~60ms)具有相關(guān)性,同時也表明,80~82℃肌動蛋白的變性與肉的脫水具有相關(guān)性。因此,研究證明肉加熱過程中特定蛋白的熱變性與結(jié)構(gòu)變化與加熱導致的肉中水分活度的變化具有直接關(guān)系。本實驗室的實驗數(shù)據(jù)顯示,宰后肉品在不同的時間,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)實驗發(fā)現(xiàn),T22對應的不易流動水的百分比不斷變小,T23對應的自由水百分比則不斷變大。從弛豫時間上看,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)合水一直沒有發(fā)生變化,占肌肉中80%的不易流動水在變化中逐漸轉(zhuǎn)為自由水,自由水弛豫時間越來越大,表明肉中的不易流動水越來越自由,逐漸由不易流動轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤?從而不斷滲出,滴水