利用核磁共振技術研究食鹽對魚糜加工的影響

林婉瑜，林晶晶，林向陽,*，寧年英，卞智英，朱榕壁

(1.福州大學生物科學與工程學院，福建 福州 350108；2.福建海壹食品飲料有限公司，福建 福清 350301)

磁矩不為零的原子核(1H)，被置于外加靜磁場中會發生塞曼分裂，當射頻脈沖與拉莫爾頻率相同時，質子吸收能量從低能態躍遷至高能態；當高、低能級能量相等時，質子不再吸收射頻能量并從高能態以不產生電磁輻射的方式返回到低能態，這個稱為核磁共振[1-2]。弛豫時間就是高能態的質子釋放能量回到低能態所需的時間；T2是橫向弛豫時間，代表的是自旋質子通過質子間的相互碰撞和能量交換將從射頻脈沖中吸收的能量衰減至零所需的時間；T2越大說明水的流動性越好，越小說明水分流動性越弱[3]。NMR橫向弛豫時間T2已經被用來研究肉類結構，Bertram等[4]發現其弛豫組分與持水力(WHC)具有極強的相關性，眾多學者也利用其來測定持水力，水分流動性以及分布等[4-6]。張錦勝等[7]采用低場核磁共振技術研究臍橙貯藏過程中水分的變化以及水分的遷移行為，同時結合理化分析，探討臍橙貯藏過程中磁共振參數與臍橙品質變化的相關性。

魚糜制品是指以鮮魚肉或冷凍魚糜為原料，加食鹽等輔料，擂潰成魚漿后，再成型、加熱制成的，有彈性的凝膠狀食品的總稱，如魚丸、魚糕等。魚糜中含有大量的鹽溶性蛋白，而鹽溶性蛋白(包括肌球蛋白、肌動蛋白)的溶出以及交聯直接影響著魚肉制品的組織特性、保水性、黏結性以及產品的得率[8]。Goodno等[9]早就研究發現鹽濃度影響鹽溶性蛋白的溶解性以及凝膠性質。各種反應的發生都離不開水的作用，在魚糜加工過程中，水分的分布狀態及遷移情況都會產生相應的變化。通過核磁共振及時準確地檢測添加食鹽后魚糜制品加工過程中水分的質子弛豫行為，分析水分分布狀態和流動性的變化，對優化魚糜制品的加工工藝具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 材料

冷凍魚糜(A級)，由福建海壹食品飲料有限公司提供，魚糜在使用之前均于－18℃條件下貯藏；馬鈴薯淀粉 長宏馬鈴薯淀粉及設備有限公司。

1.2 儀器與設備

MINI MR核磁共振分析儀(0.5T) 上海紐邁電子科技有限公司；TA-XT plus Texture Analyzer質構儀 北京微訊超技儀器技術有限公司；SH-KM800擂潰機 英國Kenwood公司；BS224S和BS110S電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司；HH-4型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

1.3.1.1 工藝流程

魚糜→擂潰→配料→成型→加熱煮制→冷卻→貯藏

1.3.1.2 操作要點

取400g冷凍魚糜切成約2mm的薄片，在室溫(25℃，空調控制)條件下解凍45min左右直到魚糜達到4～5℃。解凍后的魚糜在擂潰機中以190r/min擂潰3min后，以魚糜含量計，添加不同含量(0～4.55g/100g)的食鹽，再以410r/min鹽擂35min，取樣。再添加15g/100g的馬鈴薯淀粉，310r/min調味擂潰3min，取樣。制作成直徑3cm大小的丸子，于35℃條件下水浴1h進行低溫凝膠化，95℃加熱30min，取樣。

1.3.2 核磁共振測定

取大約2.5g樣品(準確記錄稱量數值至0.0000g)放入(18mm)玻璃試管，隨后置于NMR探頭中(保持溫度32℃)，使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列測試橫向弛豫時間T2，其中掃描頻率為200kHz，儀譜死時間為90μs，90°和180°脈寬分別是17.5μs和35μs，90°和180°脈寬的間隔時間τ為100μs，采樣點數：168140，回波數為4200，累加掃描次數為8，兩次掃描之間的重復時間為600ms，模擬增益20，數字增益3。實驗取3份平行，每份平行測3次。

對所得圖譜進行反演，得到弛豫時間T2、質子密度M2。T2表征的是水分的流動性大小，而M2表征的是在某個相應的弛豫時間下水分的含量。

1.3.3 質構測定

采用P/5探頭，選擇的測定模式為TPA(模擬兩次咀嚼實驗)，測前速率為3mm/s，測后速率為3mm/s，測試速率0.5mm/s，觸發力為5g，第一次下壓距離和第二次下壓距離都為5mm，兩次間隔時間為5s。

上式中，Y1表示經濟中的總產出。顯然，Yt為耐用品部門與非耐用品部門的產出之和，即：Yt=Ct+Ht。最后，貨幣政策為盯住產出缺口與通脹的價格規則，即：

魚糜樣品切成15mm×15mm的正方形，擂潰過程取兩個平行，各測6個點。凝膠化因成品數據誤差較大，取3份平行，各測6個點，共18個點。數據經過處理后得到樣品的質構性質：硬度、彈性、凝聚性、黏性、咀嚼性。

1.3.4 數據分析

實驗中的數據分析均采用SPSS 17.0進行。

2 結果與分析

2.1 食鹽添加量對魚糜核磁共振性質的影響

圖 1 添加食鹽與未加食鹽魚糜的弛豫時間T2Fig.1 Spin-spin relaxation time T2 of surimi with and without salt

食鹽的添加在魚糜制品整個加工過程中起著重要的作用，食鹽可促進魚肉中鹽溶性蛋白質(肌球蛋白和肌動蛋白)的溶出，它與水發生水化作用，并聚合成黏性很強的肌動球蛋白凝膠[8]。由圖1可知，利用CPMG序列測定T2值，得到3個組分的峰，它們代表了魚糜中3種流動性不同的水分，分別是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流動性最強，T21流動性最弱。T21、T22組分的弛豫時間都只有幾毫秒，且質子密度很小，它們的區別是限制其剛性運動的氫鍵數量不同[10-11]，在這個弛豫時間范圍的水質子主要是通過氫鍵與其他分子緊密結合[12]。由于分子表面氫鍵的作用，它們具有很低的流動性，在食鹽添加過程中沒有顯著變化(P＞0.05)。T23被認為是在凝膠三維網狀結構中的物理截留水[11-15]，在食鹽添加過程中發生顯著的變化(P＜0.001)，因此在實驗中T23組分是最主要的研究對象。根據具體情況把T23分成兩個部分即相對低弛豫時間(23.101～48.626ms)、相對高弛豫時間(58.579～123.290ms)，每個部分取5個反演數據點，通過對比這5個數據點下，T23質子密度的變化可以觀察出水分的遷移過程。

2.2 食鹽添加量對質子密度的影響

2.2.1 鹽擂后食鹽添加量對質子密度的影響

由圖2可知，經過鹽擂，添加食鹽的魚糜樣品處于低弛豫時間的質子密度減少；而由圖3可知，添加食鹽的魚糜樣品處于高弛豫時間的質子密度增加。這說明添加食鹽后，水分從低弛豫時間向高弛豫時間遷移，水分流動性增強，而且隨著添加量的增加，這種現象更加明顯。這是因為一方面食鹽的添加使得肌球蛋白膨脹，增加了肌絲纖維之間的空隙，肌絲纖維對水分的截留能力減弱[16]，另一方面鹽擂過程進一步破壞了肌原纖維，促進了鹽溶性蛋白的溶解，形成溶膠，二者均會使弛豫時間延長。Bertram等[17]也發現肉類制品NMR的弛豫時間T2與肌絲間隙有著高度的相關性。還有研究者[18-20]認為食鹽導致的肌纖維膨脹可歸因于兩種作用機制，一是負電荷離子結合增加了纖維間的電荷斥力，增加了肌絲纖維之間的間隙，截留住的水分多；二是肌原纖維中一個或更多的橫向結構限制解除，纖維網狀結構的擴張，空間網狀結構變大，截留水增多，T23弛豫時間延長?？臻g網絡中的截留水越多，鹽溶性蛋白析出的越多，這對加工過程中肌動蛋白和肌球蛋白交聯形成凝膠網絡結構是有利的。

圖 2 鹽擂后不同食鹽添加量對低弛豫時間質子密度M2的影響Fig.2 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after salt blending

圖 3 鹽擂后不同食鹽添加量對高弛豫質子密度M2的影響Fig.3 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after salt blending

2.2.2 調味擂潰后食鹽添加量對質子密度的影響

圖 4 調味擂潰后不同食鹽添加量對低弛豫時間質子密度M2的影響Fig.4 Effect of different salt addition content to the proton density M2 of the low relaxation time after seasoning blending

由圖4、5可知，調味擂潰后的質子密度與鹽擂后的質子密度有類似的變化趨勢：添加食鹽的魚糜樣品水分流動性仍然比沒有添加食鹽的強，并且隨著食鹽添加量的增多，質子分布向高弛豫時間遷移。但是，添加3.0g/100g和4.5g/100g的食鹽時，二者的質子密度分布沒有很大的區別，說明鹽溶性蛋白的溶出在3.0g/100g添加量時已經達到了飽和，而在4.5g/100g添加量沒有更大的作用可能是因為高鹽溶度時蛋白質變性導致肌原纖維蛋白聚合，－CH3、－NH、－CO2H、－OH剛性增加，這些基團與結合能力強的水分產生交叉弛豫現象[19]，導致能量交換加快，弛豫時間縮短。

圖 5 調味擂潰后不同食鹽添加量對高弛豫時間質子密度M2的影響Fig.5 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after seasoning blending

2.2.3 加熱后食鹽添加量對質子密度的影響

圖 6 加熱后不同食鹽添加量對低弛豫時間質子密度M2的影響Fig.6 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the low relaxation time after heating

圖 7 加熱后不同食鹽添加量對高弛豫時間質子密度M2的影響Fig.7 Effect of salt addition amount on proton density M2 of the high relaxation time after heating

圖6和圖7表示的是經過加熱凝膠后的T23組分質子密度分布圖，可以看出加熱后魚糜制品中低弛豫時間質子密度變多，高弛豫時間質子密度變少，持水力增強。魚糜在加熱過程中蛋白交聯聚集形成一個穩定的凝膠空間網絡結構，該結構越緊密則魚糜制品的持水力越強。圖6和圖7也證明了4.5g/100g食鹽添加量時魚糜制品的凝膠結構并沒有3.0g/100g添加量的好，而且從口感上來說，此添加量魚糜制品是過咸的。

2.3 食鹽添加量對魚糜質構特性的影響

2.3.1 調味擂潰后食鹽添加量對質構特性的影響

表 1 調味擂潰后食鹽添加量對質構特性的影響Table 1 Effect of salt addition amount on textural properties after seasoning blending

由表1可知，食鹽的添加有利于黏性的上升，硬度和咀嚼性的下降，并且隨著添加量的增加，這種現象會更為顯著，這是因為食鹽以及擂潰作用使得肉類中原本的肌纖維結構遭到了破壞，鹽溶性蛋白溶出并形成了溶膠。同時，鹽溶性蛋白溶膠的形成也使得彈性以及凝聚性上升，添加量越多，這種現象越為明顯。鹽擂后質構的變化與調味擂潰后趨勢相似。

2.3.2 加熱后食鹽添加量對質構特性的影響

表 2 加熱后食鹽添加量對質構特性的影響Table 2 Effect of salt addition amount on textural properties after heating

由表2可知，加熱后，食鹽的添加仍有利于提高彈性和凝聚性，降低硬度和咀嚼性，但效果不如鹽擂以及調味擂潰后的明顯?？梢?，食鹽的添加有利于防止魚糜制品產生發硬現象。不同的食鹽添加量對質構的影響差異較小，但3.0g/100g的添加量時，彈性和凝聚性有微弱的優勢。結合質構以及弛豫性質，3.0g/100g的食鹽添加量是比較適合的。

2.4 核磁性質與質構特性的相關性分析

魚糜制品的三維凝膠網狀結構與其品質有著密切的聯系，T23組分是魚糜制品中最大的水組分，被認為是在凝膠三維網狀結構中的物理截留水，因此研究T23組分的質子密度分布與魚糜制品質構性質之間的相關性具有重要的意義。在不同的食鹽添加量，由表3可知，咀嚼性、黏性、凝聚性、彈性、硬度在0.01水平下，均顯著相關，并且相關系數分別為0.9801、0.9044、0.9197、0.9312、0.9761，這說明質構性質與T23的水分分布具有良好的相關性，擬合出來的方都高度顯著且擬合度良好，說明在不同食鹽添加量條件下質構與水分的分布具有極密切的聯系。

表 3 不同食鹽添加量下質構與T23水分分布的關系Table 3 Relationship between texture and water distribution at different salt addition amounts

3 結 論

利用CPMG序列測定T2值，得到3個組分的峰，它們代表了魚糜中3種流動性不同的水分，分別是T21、T22、T23，T21＜T22＜T23，T23流動性最強，T21流動性最弱。添加食鹽后，經過鹽擂和調味擂潰的魚糜水分從低弛豫時間向高弛豫時間遷移，水分的流動性增強，隨著添加量的增加，這種現象更加明顯。而加熱后其質子密度的分布與之前是相反的，水分從高弛豫時間向低弛豫時間遷移，持水力變強。魚糜添加食鹽后，其彈性、黏性和黏聚性均有上升趨勢，硬度和咀嚼性下降。在不同食鹽添加量條件下質構特性與核磁具有較好的相關性，擬合出來的方程都高度顯著。在魚糜制品加工過程中相對魚糜的食鹽添加量為3.0g/100g是比較適合的。

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