陳琳莉， 李 俠， 張春暉*， 唐春紅

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶 400067)

食品中的水分含量及狀態(tài)影響食品的結(jié)構(gòu)、加工特性以及穩(wěn)定性[1]。食品作為非均勻的復(fù)合體系,其內(nèi)部水與蛋白質(zhì)、脂肪等非水組分的結(jié)合方式十分復(fù)雜，按照結(jié)合方式的不同，食品中的水可分為結(jié)合水與體相水(體相水包含不易流動(dòng)水和自由水)。結(jié)合水與食品中的各組分牢固結(jié)合，不能被微生物利用，烘箱干燥法不能將其去除，而體相水由于沒有同非水物質(zhì)結(jié)合，因此能夠被干燥去除[2]。目前針對(duì)食品中水分的分析方法主要有差示掃描量熱(DSC)法、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMTA)法等。但這些方法都不能直接地顯示不同結(jié)合狀態(tài)的水的信息[3]，常用的烘箱干燥法亦只能得到食品中的體相水含量，無法對(duì)不同狀態(tài)的水進(jìn)行定量測(cè)定。

低場(chǎng)核磁共振(Low-field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR)技術(shù)因其測(cè)試速度快、精確度高、對(duì)樣品無損耗，近年來逐漸成為食品、紡織、建筑等多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[4，5]。目前LF-NMR在肉中不同狀態(tài)水的定量測(cè)定方面的研究還處于起步階段，文獻(xiàn)中多根據(jù)T2弛豫時(shí)間來反映樣品中水的狀態(tài)的變化[6 - 9]，國外一些學(xué)者也做了T2弛豫時(shí)間與持水力的相關(guān)性研究[4,10，11]，但對(duì)樣品中不同狀態(tài)水分的絕對(duì)含量測(cè)定的研究較少。鑒于LF-NMR采集樣品1H的信號(hào)峰面積僅與樣品所包含水的1H數(shù)有關(guān)，因此本文以不同濃度的CuSO4溶液模擬肉中不同弛豫時(shí)間的水分，并建立CuSO4溶液中水的1H信號(hào)峰面積與溶液質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)曲線，利用LF-NMR技術(shù)及回歸方程測(cè)定并計(jì)算肉中的結(jié)合水(弛豫時(shí)間1～10 ms)、不易流動(dòng)水(弛豫時(shí)間10～100 ms)以及自由水(弛豫時(shí)間100～1 000 ms)含量，并將測(cè)得的體相水含量同烘箱干燥法的測(cè)定值進(jìn)行比較，驗(yàn)證LF-NMR法測(cè)定水分含量的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

MesoMR23-060H-1型臺(tái)式核磁共振分析儀(上海紐邁電子科技有限公司)；DHG-9073BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司)；BSA224S-CW型電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)。

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

牛肉、豬肉、羊肉、雞肉和鴨肉購于某大型超市。

1.2 儀器參數(shù)設(shè)定

1.2.1校準(zhǔn)時(shí)儀器參數(shù)的設(shè)定選擇FID序列，SW=100 kHz，質(zhì)子共振頻率SF=23 MHz，RFD=0.12 ms，偏移頻率O1=285 414.1 Hz，Tw=1 000 ms，P1=17 μs，RG1=20，采樣點(diǎn)數(shù)TD=1 024，DRG1=20，DR=1，累加次數(shù)NS=4，PRG=0。

1.2.2測(cè)定時(shí)儀器參數(shù)的設(shè)定選擇CPMG序列，測(cè)量溫度32 ℃，質(zhì)子共振頻率SF=23 MHz，偏移頻率O1=286.1954 kHz，累加次數(shù)NS=6，采樣點(diǎn)數(shù)TD=384 996，PRG=1，模擬增益RG1=20，半回波時(shí)間DL1=0.12 ms，回波數(shù)NECH=14 000，P1=17 μs，P2=35 μs，Tw=3 500 ms。

實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)所測(cè)樣品的不同，Tw值需進(jìn)行適度調(diào)整，一般弛豫時(shí)間越長，Tw值越大。且為了避免溫度對(duì)儀器測(cè)定準(zhǔn)確性的影響，樣品及標(biāo)準(zhǔn)品均平衡至室溫時(shí)再放入核磁儀中進(jìn)行測(cè)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.2肉中水的1H信號(hào)的采集采集肉中水的1H信號(hào)并記錄各信號(hào)峰的頂點(diǎn)弛豫時(shí)間T2及峰面積值A(chǔ)。

1.3.4質(zhì)量與峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線選擇某一特定濃度的CuSO4溶液，以質(zhì)量為橫坐標(biāo)(CuSO4溶液的質(zhì)量默認(rèn)為溶劑的質(zhì)量)，1H信號(hào)峰面積為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到的回歸方程E2是LF-NMR法定量測(cè)定樣品中水的質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1.3.5不同狀態(tài)水的質(zhì)量的計(jì)算取10～12 g牛里脊(盡量避開筋腱)，精密天平稱重，質(zhì)量記為m0，置于LF-NMR的射頻線圈中心采集1H信號(hào)，得到肉中結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水三種狀態(tài)水的峰面積值A(chǔ)i,通過回歸方程E2，計(jì)算各狀態(tài)水的絕對(duì)含量mi，則牛里脊中不同狀態(tài)水的含量為mi/m0。豬肉、羊肉、雞肉和鴨肉中三種狀態(tài)水含量的測(cè)定方法同上。

1.3.6烘箱法測(cè)定肉中水分的質(zhì)量參照國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中水分的測(cè)定》(GB 5009.3-2010)[12]中的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SAS 9.1軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

圖1 不同肉樣的T2弛豫時(shí)間變化曲線Fig.1 The variation curve for T2 relaxation time of different specimens

2.2 峰面積與CuSO4溶液質(zhì)量的關(guān)系曲線

圖1為5種肉類的T2弛豫時(shí)間圖譜，由內(nèi)到外依次為牛肉、豬肉、羊肉、雞肉和鴨肉。羊肉不易流動(dòng)水峰的頂點(diǎn)弛豫時(shí)間為57.22 ms，其余4個(gè)樣品的弛豫時(shí)間均為49.77 ms；5個(gè)樣品自由水峰頂點(diǎn)弛豫時(shí)間差別最大。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)5種肉樣測(cè)定過程中出現(xiàn)的不同頂點(diǎn)弛豫時(shí)間，通過回歸方程E1計(jì)算對(duì)應(yīng)的CuSO4溶液的濃度，配制溶液，利用LF-NMR測(cè)定相同質(zhì)量不同弛豫時(shí)間的CuSO4溶液的峰面積值，并進(jìn)行差異性分析，結(jié)果如表1所示。

表1中數(shù)據(jù)顯示，相同質(zhì)量不同弛豫時(shí)間CuSO4溶液通過LF-NMR測(cè)定的峰面積無顯著差異，表明弛豫時(shí)間并不會(huì)影響儀器對(duì)1H信號(hào)的采集。因此，本實(shí)驗(yàn)選取弛豫時(shí)間為49.77 ms(濃度為3.45 g/L)的CuSO4溶液,建立溶液質(zhì)量(CuSO4溶液的質(zhì)量默認(rèn)為水的質(zhì)量)與信號(hào)峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到的回歸方程E2為：y=410.79x-84.1118，可作為肉中不同狀態(tài)水分含量計(jì)算的基礎(chǔ)。

表1 各CuSO4溶液的峰面積

Note:. aThe same letter in the same column indicates no significant differences(p>0.05).

2.3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

2.3.1儀器重復(fù)性試驗(yàn)取3.0 g濃度為c1的CuSO4溶液于樣品瓶中，置于LF-NMR中連續(xù)測(cè)定10次，記錄每次測(cè)量所得的峰面積值，根據(jù)回歸方程 E2求得對(duì)應(yīng)的水的質(zhì)量。具體結(jié)果如表2所示,A為儀器連續(xù)10次測(cè)量的同一CuSO4溶液的質(zhì)量，B為5組濃度為c1的CuSO4溶液的質(zhì)量。

2.3.2樣品重復(fù)性試驗(yàn)分別取5份濃度為c1的CuSO4溶液和5份牛里脊，每份質(zhì)量均為3.0 g，記錄每次測(cè)量所得的峰面積值，根據(jù)回歸方程 E2求出所含水的質(zhì)量。具體結(jié)果如表2所示,C為5組牛里脊中不易流動(dòng)水的質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)中儀器測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.011，樣品的重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.010和0.024，根據(jù)ISO10565[13]中規(guī)定的儀器的重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.03，樣品重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.21，本實(shí)驗(yàn)中儀器及樣品的重復(fù)性均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 儀器及樣品重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

2.4 肉中不同狀態(tài)水的質(zhì)量的測(cè)定

樣品測(cè)定過程中，在弛豫時(shí)間1～10 ms范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)2個(gè)峰，這是由于在結(jié)合水中，按水分子與肉中非水組分結(jié)合的牢固程度可分為最緊密的化合水和處于非水組分親水性基團(tuán)周圍的鄰近水及多層水[2]，結(jié)合方式的不同導(dǎo)致了峰頂點(diǎn)弛豫時(shí)間的差異。Sun等人[14]的研究也表明，肉中水分組分大于或等于三種。對(duì)同一組分內(nèi)存在的多個(gè)信號(hào)峰，可將峰面積疊加后，再通過回歸方程E2計(jì)算各組分水的質(zhì)量。

LF-NMR法及烘箱法測(cè)定的各樣品中的體相水含量如表3所示，二者檢測(cè)的結(jié)果差異不明顯，證明了LF-NMR法可以替代烘箱干燥法進(jìn)行肉品水分含量的測(cè)定。表3結(jié)果顯示，5種肉樣中結(jié)合水的含量在2.17%～4.10%之間，自由水含量最少，僅占總質(zhì)量的1.90%～2.85%，而不易流動(dòng)水含量均高于70%，該部分水占總水的絕大部分，對(duì)肉品品質(zhì)及加工特性的影響最大。

表3 核磁共振法及烘箱法測(cè)定的肉中的水分含量

Note.:aThe same letter in the same column indicates no significant differences(p>0.05).

3 結(jié)論