CN109444199A

CN109444199A - 利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法

Info

Publication number: CN109444199A
Application number: CN201811227121.4A
Authority: CN
Inventors: 程沙沙; 王小荟; 谭明乾; 杨慧敏; 李然然
Original assignee: Dalian Polytechnic University
Current assignee: Dalian Polytechnic University
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-03-08

Abstract

本发明公开了一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法,包括如下步骤：（A）样品采集；（B）样品测量；（C）样品低场核磁分析；（D）新鲜度多项相关指标测定；（E）模型的建立；（F）模型的评价；（G）待测样品新鲜度的测定。本发明通过建立反映生鲜牛肉水分含量弛豫谱信息与生鲜牛肉新鲜度多项指标间的数学预测模型对未知生鲜牛肉新鲜度多项指标(硫代巴比妥酸（TBARS）、挥发性盐基氮(TVB‑N)、pH值)等同时进行准确可靠地检测，并能够预测出牛肉储存时间，实现快速无损检测评价生鲜牛肉的新鲜度。本发明的方法快速准确，不受牛肉表面性质的影响，且测量过程对牛肉本身没有破坏。

Description

利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法

技术领域

本发明涉及一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法。

背景技术

牛肉是一种重要的动物食物资源，可以提供高质量的蛋白质和必须的营养素，如必需氨基酸，不饱和脂肪酸，矿物质和维生素等，通常，牛肉在超市中冷藏保鲜，然而，冷藏后牛肉的稳定性在一段时间后会受到影响，导致质量下降甚至安全，新鲜度是评估冷藏牛肉安全性的主要品质特征之一，造成这种恶化的主要原因是水分流失，pH值变化，脂质氧化和TVB-N增加等，此外，冷藏时无法打开包装进行测试，因此现在需要一个非破坏性的测试技术来紧急解决这个问题，另一方面，由于牛肉的肌肉中含有大量的水分，贮藏过程中水分含量高低影响微生物群落的增长，从而影响牛肉的货架期，因此，检测牛肉中水分分布具有十分重要的意义。

目前，已经使用许多技术来评估肉的新鲜度，传统上，肉类的新鲜度研究是通过感官，微生物和物理化学质量进行的，这些质量分别是主观和耗时的，感官评估很容易受到主观思想和环境的影响，例如，小组成员的疲劳可能导致错误，并且可能无法察觉到低阈值浓度的陈旧气味化合物，微生物评估和物理化学方法是精确的，但需要复杂的样品制备，并且耗时且具有破坏性，因此，需要用于客观测量冷鲜牛肉新鲜度的快速和非破坏性技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速准确，不受牛肉表面性质的影响，且测量过程对牛肉本身没有破坏的利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，包括以下步骤：

A、样品采集，取同一头牛身上的牛半膜肌肉部分进行分割，从牛肉中除去所有可见的脂肪和结缔组织后，将肌肉切成片；

B、对样品进行低场核磁分析，利用CPMG脉冲序列法采集核磁共振回波信号，获得回波衰减曲线数据，经反演算法及质量归一化处理获得横向弛豫时间T2曲线；

C、样品测量，对采集的牛肉样品的水分分布进行测量，获得水分分布数据；

D、指标测定，按照国家标准规定的标准理化实验方法检测每个样品的硫代巴比妥酸、挥发性盐基氮和pH值进行测定，计算出上述各项指标随储存时间变化的回归方程；

E、建立模型，将回波衰减曲线数据进行主成分分析,区分实验所有样品的贮藏时间，进而预测待测样品的贮藏时间，利用上一步骤中得出的三个指标值与回波衰减曲线数据联合建立偏最小二乘模型，利用模型预测指标值，进而预测待测样品的贮藏时间；

F、评价模型，根据所述模型主成分分析贡献率对模型进行评估，根据回归模型预测值与真实值的相关系数Rcal2和Rcv2、均方根误差RMSEC和预测标准差SEP对回归模型进行评估；

G、测定待测样品新鲜度，测定待测样品的回波衰减曲线数据，利用已经评估的新鲜度的回归模型，对待测样品的回波衰减曲线数据进行分析，得到相应的新鲜度预测值。

所述步骤B中CPMG脉冲序列法采用的参数为：90度脉宽P1：13 μs，180度脉宽P2：26μs，重复采样等待时间Tw：3000 ms，模拟增益RG1：10，数字增益DRG1：2，前置放大增益PRG：2，NS：16，NECH：2000,接收机带宽SW：200 KHz，开始采样时间的控制参数RFD：0.02 ms。

所述步骤D中硫代巴比妥酸测定，将碎牛肉样品（1g）与5mL含有0.375％硫代巴比妥酸（w / v），15％三氯乙酸（w / v）和0.25M HCl的储备溶液混合，然后将混合物在沸水浴中在100℃下加热15分钟以产生粉红色，并立即用流动的自来水冷却，使用离心机将冷却的混合液在7800g，4℃下离心10分钟，用分光光度计在532nm下测定上清液的吸光度。

所述步骤D中挥发性盐基氮测定，根据中国食品安全标准方法的微扩散法测定，去除新鲜牛肉的皮、脂肪和肌腱后服用瘦肉部分，将10.0g各样品加入100mL蒸馏水中均化，浸泡30分钟并过滤，并通过Conway微扩散法测定。

所述步骤D中pH值测定，将称重5g的切碎样品在匀浆机中用50mL，0.1mol L-1 KCl溶液均化1分钟，并使用pH计测定悬浮液的pH值。

本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，操作过程简单，待测样品无需前处理，重复性好，分析时间短，分析过程不需消耗有机试剂，对牛肉无破坏，在建立好用于预测的回归模型之后对所有其他待测牛肉样品仅需要测量回波衰减曲线数据即可通过回归模型预测水分分布，为非侵入式测量方法，而且检测的数值准确、稳定，提高了测量效率，可以满足生产现场对样品的快速分析需求。

附图说明

图1是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法采集的牛肉样品的水分的回波衰减曲线示意图。

图2是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法采集的牛肉样品的水分分布的横向弛豫时间T2图谱。

图3是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法采集的牛肉样品的硫代巴比妥酸TBARS化学新鲜度指标图谱。

图4是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法采集的牛肉样品的挥发性盐基氮TVB-N化学新鲜度指标图谱。

图5是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法采集的牛肉样品的pH化学新鲜度指标图谱。

图6是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法牛肉水分弛豫衰减曲线通过主成分分析法（PCA）建立的模型谱图。

图7是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法牛肉水分弛豫衰减曲线结合新鲜度指标硫代巴比妥酸（TBARS）通过偏最小二乘回归方法（PLSR）建立的回归模型的预测值与真实值回归谱图。

图8是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法牛肉水分弛豫衰减曲线结合新鲜度指标挥发性盐基氮（TVB-N）通过偏最小二乘回归方法（PLSR）建立的回归模型的预测值与真实值回归谱图。

图9是本发明一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法牛肉水分弛豫衰减曲线结合新鲜度指标pH通过偏最小二乘回归方法（PLSR）建立的回归模型的预测值与真实值回归谱图。

具体实施方式

本发明利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，具体实施步骤如下：A、样品采集，取同一头牛身上的牛半膜肌肉部分进行分割，从牛肉中除去所有可见的脂肪和结缔组织后，将肌肉切成3×2×1.5cm的片（垂直于纤维方向的3.0 cm厚片，具有2 cm×1.5 cm横截面），重量为10±1g。每次贮藏检测取牛半膜肌肉10块，总共使用110块；B、样品低场核磁分析，采用MesoMR23-060H-I磁共振成像分析仪对110个样品进行低场核磁分析，利用CPMG脉冲序列，测量牛肉横向弛豫时间T2，参数设置为：90度，脉宽P1：13 μs，180度脉宽P2：26 μs，重复采样等待时间Tw：3000ms，模拟增益RG1：10，数字增益DRG1：2，前置放大增益PRG：2，NS：16，NECH：3000，接收机带宽SW：200KHz，开始采样时间的控制参数RFD：0.002 ms，获得回波衰减曲线，然后采用一维反拉普拉斯算法作为横向弛豫时间T₂：反演算法(迭代次数:1000000)，经质量归一化得出各样品的横向弛豫时间T₂图谱，结果如图1和图2所示(图中给出的为每种样品的代表性曲线)；C、样品测量，对采集的牛肉样品的水分分布进行测量，获得水分分布数据；D、新鲜度多项相关指标测定，硫代巴比妥酸测定：根据LizaJohn的方法进行修改，将碎牛肉样品（1g）与5mL含有0.375％硫代巴比妥酸（w / v），15％三氯乙酸（w / v）和0.25M HCl的储备溶液混合，然后，将混合物在沸水浴中在100℃下加热15分钟以产生粉红色，并立即用流动的自来水冷却，使用离心机将冷却的混合液在7800g，4℃下离心10分钟，用分光光度计在532nm下测定上清液的吸光度，计算TBARS值，并使用如下定义的因子表示为mg丙二醛/kg肌肉样品，TBARS（mg/kg）= A532×2.77，挥发性盐基氮测定：根据中国食品安全标准方法的微扩散法测定：方法肉类和肉制品卫生标准分析（GB5009.228-2016），TVB-N含量表示为每100g牛肉中TVB-N的mg，估计如下：在去除新鲜牛肉的皮，脂肪和肌腱后服用瘦肉部分，将10.0g各样品加入100mL蒸馏水中，均化，浸泡30分钟并过滤，并通过Conway微扩散法测定，TVB-N含量（mg / 100g）计算如下：X = [（V-V₁）×c×14] / [m×（V₂ / V₃）×100]；X-样品中挥发性碱性氮的含量，以毫克/百克（mg / 100g）计；V-Test溶液消耗盐酸标准滴定溶液体积，单位为毫升（mL）；V₁-试剂空白消耗体积的盐酸标准滴定溶液，单位为毫升（mL）；c-盐酸标准滴定溶液的浓度，单位为摩尔每升（mol/L）；14-滴定1.0mL盐酸[c（HCl）= 1.000mol/L]标准滴定溶液当量氮质量克数/克（g/mol）；m-样品重量（克）（g）；V₂-精确滤液体积，单位为毫升（mL）；V₃-样品溶液的总体积，单位为毫升（mL）；100-计算结果转换为毫克/百克（mg / 100g）；pH测定：将称重5g的切碎样品在匀浆机中用50mL 0.1mol L-1 KCl溶液均化1分钟，并使用pH计测定悬浮液的pH值，结果分别如图3、图4和图5所示；E、建立模型，将牛肉样品的回波衰减弛豫曲线数据单独通过计量学软件进行拟合,利用主成分分析法（PCA）区分不同贮藏天数的牛肉，即区分牛肉的新鲜度，再结合回波衰减弛豫曲线数据和新鲜度化学指标用偏最小二乘回归算法（PLSR），建立新鲜度指标的PLSR（校正集、交互验证集）的回归模型，本实施例中所用的软件为unscrambler9.7，需要说明的是，计量学软件可以为任何可以进行主成分分析法（PCA）和偏最小二乘回归算法（PLSR）分析并建立回归模型的软件，不限于本实施例的举例，如图6所示的PCA主成分分析模型区分冷藏过程中牛肉新鲜度，通过预测残余方差和主成分数量关系图来确定建立模型所需的最佳主因子数，如图7、图8和图9所示，牛肉PLSR预测化学新鲜度指标的回归模型；F、评价模型，主成分分析结果如图6，可以看出，PCA分析将4℃的牛肉样品区分为不同的贮藏时间，PC1和PC2总共保留了100％的原始数据信息，所以可以很好地区分牛肉新鲜度。其中，PC1的贡献率为99％，PC2的贡献率为1％，另外，从图中可以看出，4℃保存0天的鲜牛肉样品位于第一象限，然而，在储存1天和2天后，牛肉样品位于第一或第四象限，这表明储存后样品的质量显着改变，储存3天后，牛肉样品位于第四象限，4天后位于第三或第四象限，并且牛肉样品在5至10天内交联并在第二或第三象限中存储，这与TVB-N的结果一致，即在储存5天后牛肉的TVB-N值超过了，表1显示了牛肉化学新鲜度指标PLSR回归模型的评价结果，TBARS、TVB-N、pH的最佳主因子数分别为为8，9和10，TBARS校正集和交互验证集相关系数R_cal ²和R_cv ²分别为0.9698，0.9683，均方根误差RMSEC和预测标准差RMSEP分别为0.0701和0.0723，TVB-N校正集和交互验证集相关系数R_cal ²和R_cv ²分别为0.9704，0.9584,均方根误差RMSEC和预测标准差RMSEP分别为1.2417和1.4845，pH校正集和交互验证集相关系数R_cal ²和R_cv ²分别为0.9602，0.9583,均方根误差RMSEC和预测标准差RMSEP分别为0.0588和0.0606，PLSR回归模型校正集和交互验证集的结果相近，相关系数R_cal ²和R_cv ²均大于0.90，均方根误差RMSEC和预测标准差RMSEP均较小，说明低场核磁共振结合PLSR回归模型可以准确地预测牛肉新鲜度；G、测定待测样品新鲜度，测定待测样品的回波衰减曲线数据，利用已经评估的新鲜度的回归模型，对待测样品的回波衰减曲线数据进行分析，得到相应的新鲜度预测值。

综上，通过对模型的验证，可以看出采用本发明的方法建立的用于预测牛肉新鲜度的模型，无论是采用主成分分析法（PCA）还是采用偏最小二乘回归算法（PLSR）进行拟合，都可以准确地用于预测牛肉的新鲜度，对待测鲍鱼样品无破坏，操作简便，可提高检测速度。

表1牛肉新鲜度PLSR模型的参数。

Claims

1.一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

B、对样品进行低场核磁分析，利用CPMG脉冲序列法采集核磁共振回波信号，获得回波衰减曲线数据，经反演算法及质量归一化处理获得横向弛豫时间T₂曲线；

F、评价模型，根据所述模型主成分分析贡献率对模型进行评估，根据回归模型预测值与真实值的相关系数R_cal ²和R_cv ²、均方根误差RMSEC和预测标准差SEP对回归模型进行评估；

2.根据权利要求1所述的一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，其特征在于：所述步骤B中CPMG脉冲序列法采用的参数为：90度脉宽P1：13 μs，180度脉宽P2：26 μs，重复采样等待时间Tw：3000 ms，模拟增益RG1：10，数字增益DRG1：2，前置放大增益PRG：2，NS：16，NECH：2000,接收机带宽SW：200 KHz，开始采样时间的控制参数RFD：0.02ms。

3.根据权利要求1所述的一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，其特征在于：所述步骤D中硫代巴比妥酸测定，将碎牛肉样品（1g）与5mL含有0.375％硫代巴比妥酸（w / v），15％三氯乙酸（w / v）和0.25M HCl的储备溶液混合，然后将混合物在沸水浴中在100℃下加热15分钟以产生粉红色，并立即用流动的自来水冷却，使用离心机将冷却的混合液在7800g，4℃下离心10分钟，用分光光度计在532nm下测定上清液的吸光度。

4.根据权利要求1所述的一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，其特征在于：所述步骤D中挥发性盐基氮测定，根据中国食品安全标准方法的微扩散法测定，去除新鲜牛肉的皮、脂肪和肌腱后服用瘦肉部分，将10.0g各样品加入100mL蒸馏水中均化，浸泡30分钟并过滤，并通过Conway微扩散法测定。

5.根据权利要求1所述的一种利用低场核磁共振技术的冷藏牛肉新鲜度无损检测方法，其特征在于：所述步骤D中pH值测定，将称重5g的切碎样品在匀浆机中用50mL，0.1molL-1 KCl溶液均化1分钟，并使用pH计测定悬浮液的pH值。