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)品加工綜合性重點實驗室，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]。目前針對食品中水分的分析方法主要有差示掃描量熱(DSC)法、動態(tài)熱機械分析(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，無法對不同狀態(tài)的水進行定量測定。

低場核磁共振(Low-field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR)技術(shù)因其測試速度快、精確度高、對樣品無損耗，近年來逐漸成為食品、紡織、建筑等多領(lǐng)域研究的熱點[4，5]。目前LF-NMR在肉中不同狀態(tài)水的定量測定方面的研究還處于起步階段，文獻中多根據(jù)T2弛豫時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弛豫時間與持水力的相關(guān)性研究[4,10，11]，但對樣品中不同狀態(tài)水分的絕對含量測定的研究較少。鑒于LF-NMR采集樣品1H的信號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間的水分，并建立CuSO4溶液中水的1H信號峰面積與溶液質(zhì)量的標準曲線，利用LF-NMR技術(shù)及回歸方程測定并計算肉中的結(jié)合水(弛豫時間1～10 ms)、不易流動水(弛豫時間10～100 ms)以及自由水(弛豫時間100～1 000 ms)含量，并將測得的體相水含量同烘箱干燥法的測定值進行比較，驗證LF-NMR法測定水分含量的準確性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MesoMR23-060H-1型臺式核磁共振分析儀(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)。

實驗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校準時儀器參數(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，采樣點數(shù)TD=1 024，DRG1=20，DR=1，累加次數(shù)NS=4，PRG=0。

1.2.2測定時儀器參數(shù)的設(shè)定選擇CPMG序列，測量溫度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，采樣點數(shù)TD=384 996，PRG=1，模擬增益RG1=20，半回波時間DL1=0.12 ms，回波數(shù)NECH=14 000，P1=17 μs，P2=35 μs，Tw=3 500 ms。

實驗過程中，根據(jù)所測樣品的不同，Tw值需進行適度調(diào)整，一般弛豫時間越長，Tw值越大。且為了避免溫度對儀器測定準確性的影響，樣品及標準品均平衡至室溫時再放入核磁儀中進行測定。

1.3 實驗步驟

1.3.2肉中水的1H信號的采集采集肉中水的1H信號并記錄各信號峰的頂點弛豫時間T2及峰面積值A(chǔ)。

1.3.4質(zhì)量與峰面積的標準曲線選擇某一特定濃度的CuSO4溶液，以質(zhì)量為橫坐標(CuSO4溶液的質(zhì)量默認為溶劑的質(zhì)量)，1H信號峰面積為縱坐標，建立標準曲線，得到的回歸方程E2是LF-NMR法定量測定樣品中水的質(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，得到肉中結(jié)合水、不易流動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，計算各狀態(tài)水的絕對含量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)水含量的測定方法同上。

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

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

實驗數(shù)據(jù)利用SAS 9.1軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

圖1 不同肉樣的T2弛豫時間變化曲線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。羊肉不易流動水峰的頂點弛豫時間為57.22 ms，其余4個樣品的弛豫時間均為49.77 ms；5個樣品自由水峰頂點弛豫時間差別最大。本實驗針對5種肉樣測定過程中出現(xiàn)的不同頂點弛豫時間，通過回歸方程E1計算對應(yīng)的CuSO4溶液的濃度，配制溶液，利用LF-NMR測定相同質(zhì)量不同弛豫時間的CuSO4溶液的峰面積值，并進行差異性分析，結(jié)果如表1所示。

表1中數(shù)據(jù)顯示，相同質(zhì)量不同弛豫時間CuSO4溶液通過LF-NMR測定的峰面積無顯著差異，表明弛豫時間并不會影響儀器對1H信號的采集。因此，本實驗選取弛豫時間為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)量默認為水的質(zhì)量)與信號峰面積的標準曲線，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)性實驗

2.3.1儀器重復(fù)性試驗取3.0 g濃度為c1的CuSO4溶液于樣品瓶中，置于LF-NMR中連續(xù)測定10次，記錄每次測量所得的峰面積值，根據(jù)回歸方程 E2求得對應(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水的質(zhì)量。

實驗中儀器測量的標準差為0.011，樣品的重復(fù)性試驗的標準差分別為0.010和0.024，根據(jù)ISO10565[13]中規(guī)定的儀器的重復(fù)性試驗的標準差應(yīng)小于0.03，樣品重復(fù)性試驗的標準差應(yīng)小于0.21，本實驗中儀器及樣品的重復(fù)性均達到標準要求。

表2 儀器及樣品重復(fù)性試驗結(jié)果

2.4 肉中不同狀態(tài)水的質(zhì)量的測定

樣品測定過程中，在弛豫時間1～10 ms范圍內(nèi)會出現(xiàn)2個峰，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)致了峰頂點弛豫時間的差異。Sun等人[14]的研究也表明，肉中水分組分大于或等于三種。對同一組分內(nèi)存在的多個信號峰，可將峰面積疊加后，再通過回歸方程E2計算各組分水的質(zhì)量。

LF-NMR法及烘箱法測定的各樣品中的體相水含量如表3所示，二者檢測的結(jié)果差異不明顯，證明了LF-NMR法可以替代烘箱干燥法進行肉品水分含量的測定。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%，而不易流動水含量均高于70%，該部分水占總水的絕大部分，對肉品品質(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