CN105277581A - 低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，是以乳化肉糜为研究对象，经原料制备、低场核磁对样品进行测定、肉糜进行氘代和冷冻干燥（反复进行三次）、低场核磁再测定、低场核磁所得数据进行反演和分析后可衡量评判不同脂肪含量肉糜在蒸煮过程，即由乳化肉糜经溶胶形成凝胶的过程中水分和脂肪变化情况。本发明工艺流程简单，操作方便，适合工业化生产；采用低场核磁共振技术进行在线实时监测，可精确有效判断产品生产过程中的蒸煮损失变化；产品的蒸煮损失会直接影响产品的最终出品率，可根据低场核磁共振技术提供的蒸煮损失变化规律优化蒸煮温度和时间，保证产品具有较高的出品率。

Description

低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法

技术领域

本发明属于精深加工肉类产品品质在线监控技术领域，涉及一种基于氢质子低场核磁共振技术测定肉糜凝胶化过程中蒸煮损失的方法。

背景技术

低温乳化型香肠是肉糜类或类肉糜类产品，作为低温肉制品中最重要的产品之一，因其口感鲜嫩，清淡爽口，蛋白质含量丰富，低温加工最大限度地保留了肉质中的营养成分，日益成为消费者喜爱的肉食制品之一。

从加工角度考虑，低温乳化型香肠属于典型的热诱导凝胶类产品，超过一定浓度的蛋白质溶液加热时，蛋白质分子会因变性而解析折叠发生聚集然后形成凝胶，此时的凝胶既具有液体黏性又表现出固体弹性，是介于固体和液体之间，但更像固体的一种状态。热诱导凝胶对产品的质构、最终产品粘聚性、形状、保油保水性等具有重要作用。而热诱导过程作为赋予食品蛋白质重要功能特性的过程易受到加工条件的影响，包括加热时采用的温度及热加工时间等。而从成分原料角度考虑，乳化肉糜凝胶类产品的主要成分是肌肉组织、脂肪组织、水和食盐等，水分在乳化肠质量形成中扮演了重要角色。根据特异性离子效应的基本原理，水分子是盐离子使肌球蛋白等肌肉蛋白溶解和发挥乳化以及形成热凝胶等加工特性的直接作用介质。水分子的存在形式和活性分布状态取决于肉糜体系pH值和盐离子的解离程度，而蛋白质的加工特性则取决于其与水分子的作用。此外，脂肪的分布情况对乳化凝胶类产品的品质影响也较大，脂肪颗粒外包裹着蛋白膜镶嵌在蛋白的三维网络，这样均匀一致结构的形成利于提高乳化肉糜类产品的保水保油性能。因此，评价肉糜经溶胶形成凝胶过程中水分及脂肪分布情况是十分必要的，肌肉蛋白的保水能力和脂肪结合能力不仅会直接影响产品的硬度及剪切功等质构特性，也会对乳化肠的食用品质、出品率以及产品货架期等产生显著影响。

测量肉与肉制品水分的方法很多，常用的有压力法、离心法、滴水损失法、贮藏损失法、拿破率法（Napoleyield）和（Kaufmanu）滤纸法等。但这些方法都存在的共同弊端就是无法反映肉与肉制品水分的空间分布信息，且对样品都有一定的破坏性，检测的同时会破坏肉与肉制品的原有结构和性质，从而无法真实有效地揭示肉与肉制品的保水性能。而用来衡量肉及肉制品中脂肪损失的方法较少，常见的有索氏提取法等。

核磁共振（nuclearmagneticresonance,NMR），是指具有固定磁距的原子核（如¹H、¹³C、³¹P、¹⁹F、¹⁵N等）在恒定或交变磁场的作用下以核磁波的形式吸收或释放能量，原子核发生跃迁并与电磁波发生能量交换从而产生核磁共振信号的一种检测技术，因其有着无破坏性，制样方便，测定快速，精度高，重现性好的特点而被广泛用于肉及肉制品水分分布和存在状态的研究。根据分辨率的不同，核磁共振分为低场核磁共振（Lowfieldnuclearmagneticresonance，LF-NMR）及高场核磁共振（Highfieldnuclearmagneticresonance，HF-NMR），常用于探测水的运动情况及其与蛋白等大分子的相互作用等，在肉及肉制品上的应用主要是探测水的分布状态与肉的结构及肌节长度和肌丝空间的相关关系等。LF-NMR已用于肉品科学研究中，主要集中在肉和肉制品中水分含量和保水性，从而挖掘其与肌原纤维蛋白凝胶性和变性，及质构特性等相关性能的关系。

由于肉糜类产品的脂肪含量较高，通常在20%-30%，会在LF-NMR测定时与水分的信号相互干扰，所以LF-NMR鲜用于揭露肉糜中脂肪含量的分布情况，本发明中采用重水替换的方法可屏蔽水中氢质子对信号的干扰，因此可以有效地反映肉糜类产品中水分和脂肪的分布情况。此外，LF-NMR作为一种新型的同时测量水分和脂肪分布情况的方法，鲜有相关报道关于其与传统方法比较的精确程度，本发明中对两种方法进行了拟合，进一步证明LF-NMR技术在肉糜类产品凝胶化过程中测量水分和脂肪分布的有效性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有存在的关于肉糜类产品开展实时在线品质监测的同题，提供一种低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，其特征是它包括以下步骤：

（1）原料样品制备：猪后腿肉去除表面筋腱、肌膜和脂肪；猪背膘去除有血点部分，达到洁白厚实的要求；将修整好的猪后腿肉和猪背膘分别用切片机切片后，再用乳化斩拌机进行斩拌，斩拌后的原料肉装入多组真空包装袋中，然后放入水温在80℃以上的水中蒸煮，制成肉糜样品，依照蒸煮时间分成多个处理组，煮好后冷却，擦干后置于0-4℃冷藏备用；

（2）取部分上述蒸煮好的样品，用低场核磁共振测定样品中水分及脂肪信号变化；

（3）取部分步骤（1）中蒸煮好的样品，进行多次氘代和冷冻干燥，测定重量差后加入重水，然后用低场核磁共振测定测定样品氘代及冷冻干燥后脂肪信号情况；

（4）通过对上述步骤（2）和（3）得到的低场核磁数据进行分析，制作成图表，用低场核磁共振所得的数据分别得到含有一定脂肪的肉糜经溶胶成凝胶变化状态中的水分及脂肪变化情况。

所述装有原料肉的多组真空包装袋依次蒸煮0、10、20和30min，即共有4个处理组。

所述肉糜样品进行氘代和冷冻干燥的次数为三次，对肉糜样品进行24h冷冻干燥，目的是避免水分子信号对脂肪信号产生的干扰。

所述斩拌过程中通过添加冰水来控制每阶段的温度，斩拌温度控制在12℃以内。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1．可实现从水分和脂肪分布两个角度来评价肉糜类产品凝胶化的情况。

2．通过对含有一定量脂肪的肉及肉制品采用氘代的方法，解决了脂肪和水分的信号会发生相互干扰的情况，从而能评价其体系中脂肪分布情况。

3．本发明采用一步式操作，同时实现了衡量产品蒸煮损失及最终出品率的情况，还能揭示乳化凝胶类产品在凝胶化过程中水分及脂肪的迁移规律，为实际生产中实现在线品质监测提供参考和借鉴。

本发明工艺流程简单，操作方便，适合工业化生产；采用低场核磁共振技术进行在线实时监测，可精确有效判断产品生产过程中的蒸煮损失变化；产品的蒸煮损失会直接影响产品的最终出品率，可根据低场核磁共振技术提供的蒸煮损失变化规律优化蒸煮温度和时间，保证产品具有较高的出品率，解决了产品在加工过程中出现的蒸煮损失率高、产品质量差等问题。

附图说明

图1是乳化肉糜重水替换前后低场核磁T₂弛豫特性曲线代表图（80℃蒸煮30min）。

图2是乳化肉糜成胶过程中T₂弛豫时间变化情况。

图3是乳化肉糜成胶过程中峰面积变化情况。

图4是重水替代后乳化肉糜成胶过程中T₂弛豫时间变化情况。

图5是重水替代后乳化肉糜成胶过程中峰面积变化情况。

图6是T₂弛豫特性与成胶时间一元线性回归模型（n=16）。

图7是传统离心法评价凝胶过程中水分和脂肪损失。

图8是用LF-NMR与传统离心法评价凝胶过程中水分损失的一元线性回归模型（n=16）。

图9是用LF-NMR与传统离心法评价凝胶过程中脂肪损失的一元线性回归模型（n=16）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明：

以脂肪含量为20%的肉糜类产品为例：

传统方法测定蒸煮损失（水分损失及脂肪损失）：取约30g重的乳化肉糜置于直径为50mm的离心管中，4°C条件下在高速离心机上设置×560g离心10min。脂肪层和水层会明显被分开，然后用以下公式分别计算乳化肉糜中的水分损失率和脂肪损失率：

水分损失(%)=水层质量(m_l)/乳化肉糜总重(g)×100

脂肪损失(%)=脂肪层质量(m₂)/乳化肉糜总重(g)×100

LF-NMR测定蒸煮损失：

（1）原料样品制备：猪后腿肉去除表面筋腱、肌膜和脂肪；猪背膘去除有血点部分，达到洁白厚实的要求；将修整好的猪后腿肉和猪背膘分别用5mm的切片机切两次后，再用乳化斩拌机进行斩拌（注意：斩拌参数的设定据原料肉重量而定；且斩拌过程中通过添加冰水来控制每阶段的温度，斩拌温度控制在12℃以内）；采用20℃透氧率为1cm³/(m².h)的聚酰胺/聚乙烯真空包装袋，每组样品分8袋装，一半直接用于低场核磁共振信号测定用，一半用于进行反复氘代和干燥试验用，用于置换氢质子来反映肉糜中以脂肪为主的弛豫特性；水温达80℃后将样品放入，依次蒸煮0、10、20和30min，即共有4个处理组，煮好后冷却，擦干后置于4℃冷藏备用。

（2）低场核磁共振测定样品中水分及脂肪信号情况：LF-NMR弛豫测量在0.47T核磁共振成像分析仪NMI-20上进行。自旋—自旋弛豫时间T₂用CPMG序列进行测量，弛豫图每个组分峰值对应的时间作为T₂。测试条件为：质子共振频率为22.6MHz，测量温度为25℃。大约3g样品放入直径25mm核磁管中，而后放入分析仪中。所使用参数为：η-值（90°脉冲和180°脉冲之间的时间）为100μs，重复扫描16次，相邻扫描的间隔时间为5s，回波个数5000个，得到的图为指数衰减图形，每个测试有四个重复。

（3）肉糜样品进行氘代和冷冻干燥（反复进行三次）：对肉糜样品进行24h冷冻干燥，测定重量差后加入重水（保持核磁管中样品的重量为3g左右），反复进行三次后备用低场核磁共振测定。

（4）低场核磁共振测定样品氘代及冷冻干燥后脂肪信号情况：同步骤（2）。

（5）低场核磁共振数据进行反演：MultiExp软件用于核磁数据的反演。CPMG实验的连续多指数分布可以由以下方程定义：

其中Rmag为在时间t时衰退的回波峰值；P_2i和T_2i为弛豫组分i的强度和对应弛豫时间。L代表曲线噪声。本软件使用整体迭代修正的NMR弛豫信号多指数反演算法，结果为离散型与连续型相结合的图谱。记录每个峰时间常数T_2i(峰顶时间)及其所占面积分数峰占比用于后续分析。

（6）低场核磁数据分析

（7）图表制作：用低场核磁共振所得的数据评价含不同脂肪含量肉糜的水分及脂肪变化情况

结果分析如下：

如图1所示，肉糜发生氘代后只剩下两个峰，都是指以脂肪为主的信号峰。而除去这两个峰所占的面积，即是氘代前水分的信号峰。根据出峰时间及各自面积所占总面积的百分比，肉糜发生氘代前的四个峰分别对应水的四个组分，即轻度结合水(T_2b)、中度结合水（T₂₁）、不易流动水(T₂₂)和自由水(T₂₃)。图中横向弛豫时间可以反应水分的自由度，弛豫时间分布的变化表征经不同蒸煮时间处理后肉糜中存在的多种状态水分群的分布情况，即各状态下水分的结合状态和自由移动程度；而弛豫峰面积百分数可以估算氢质子的相对含量，反映各种状态水分群的含量，其变化可以表征经不同蒸煮时间处理后肉糜中各种状态水分子的含量变化情况，即各种状态水分群的流动转移情况。

如图2、3所示，随着蒸煮时间的延长，结合水、不易流动水和自由水的弛豫时间和峰面积比例差异显著。

如图4、5所示，随着蒸煮时间的延长，关于脂肪的弛豫时间和峰面积比例差异显著。

如图6所示，不同蒸煮时间肉糜中的水分和脂肪分布可以进行明显的区分，可为时间生产中判断蒸煮时间不同的样品提供区别。且线性回归模型的调整R²大于0.9，说明拟合度高，模型建立良好，可用低场核磁共振技术将不同蒸煮时间的样品进行区分。

如图7所示，传统方法测定蒸煮过程中，随着蒸煮时间的延长，水分和脂肪损失情况在持续。

如图8、9所示，线性回归模型的调整R²大于0.9，说明拟合度高，模型建立良好，可利用低场核磁共振技术代替传统的离心法去衡量肉糜凝胶化过程中的水分损失和脂肪损失。

结论：本发明提出了一种基于氢质子低场核磁共振技术测定肉糜凝胶化过程中蒸煮损失的方法，可替代传统方法对蒸煮损失的测量。此外，可及时有效反映肉糜类产品凝胶化过程中水分和脂肪的分布变化，可用于肉糜类产品工业化生产时实行品质在线监控，从而提高消费者的产品质量，也有了与降低企业因汁液损失带来的经济损失。

本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同。

Claims (4)

1.一种低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，其特征是它包括以下步骤：

（1）原料样品制备：猪后腿肉去除表面筋腱、肌膜和脂肪；猪背膘去除有血点部分，达到洁白厚实的要求；将修整好的猪后腿肉和猪背膘分别用切片机切片后，再用乳化斩拌机进行斩拌，斩拌后的原料肉装入多组真空包装袋中，然后放入水温在80℃以上的水中蒸煮，制成凝胶样品，依照蒸煮时间分成多个处理组，煮好后冷却，擦干后置于0-4℃冷藏备用；

（2）取部分上述蒸煮好的样品，用低场核磁共振测定样品中水分及脂肪信号变化；

（3）取部分步骤（1）中蒸煮好的样品，进行多次氘代和冷冻干燥，测定重量差后加入重水，然后用低场核磁共振测定测定样品氘代及冷冻干燥后脂肪信号情况；

（4）通过对上述步骤（2）和（3）得到的低场核磁数据进行分析，制作成图表，用低场核磁共振所得的数据分别得到含有一定脂肪的肉糜经溶胶成凝胶变化状态中的水分及脂肪变化情况。

2.根据权利要求1所述的低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，其特征是所述装有原料肉的多组真空包装袋依次蒸煮0、10、20和30min，即共有4个处理组。

3.根据权利要求1所述的低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，其特征是所述肉糜样品进行氘代和冷冻干燥的次数为三次，对肉糜样品进行24h冷冻干燥，目的是避免水分子信号对脂肪信号产生的干扰。

4.根据权利要求1所述的低场核磁共振测定肉糜凝胶过程中蒸煮损失的方法，其特征是所述斩拌过程中通过添加冰水来控制每阶段的温度，斩拌温度控制在12℃以内。