龐之列，何栩曉，李春保*

（南京農業(yè)大學食品科技學院，農業(yè)部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇 南京 210095）

一種基于LF-NMR技術的不同含水量豬肉檢測方法研究

龐之列，何栩曉，李春保*

（南京農業(yè)大學食品科技學院，農業(yè)部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇 南京 210095）

研究了一種基于低場核磁共振技術的不同含水量豬肉檢測方法。選擇豬背部最長肌于宰后5 h內注射肉質量分數(shù)分別為0%、8.72%、14.23%和17.03%的蒸餾水，于注水后0、12 h和24 h測定肉色（L*、a*和b*）、低場核磁共振橫向弛豫時間（T2）。結果表明，隨著注水量的增加，低場核磁共振中T2中第2個峰（T21）的峰時間（t21）增 大、峰面積（A21）減小、峰面積比（P21）減小以及色差中的亮度值（L*）增大，其他指標變化相對較小。因此，建議利用t21、A21、P21、L*這4項指標組合，檢測不同含水量的豬肉。

豬肉；水分；低場核磁共振；檢測方法

近年來，我國豬肉消費增長迅速，從豬肉的消費形式上來看，中國的豬肉消費經歷了3個階段發(fā)展，從緊缺性消費發(fā)展到平衡性消費，近期發(fā)展到注重質量安全性的消費[1]。然而現(xiàn)今的豬肉市場上，以注水肉冒充新鮮豬肉已經成為一種常見現(xiàn)象[2-3]，有研究表明：水注入動物的肌體后，會引起機體細胞膨脹性的破裂，導致蛋白質流失多，肉質中的生化內環(huán)境及酶生化系統(tǒng)遭受到不同程度的破壞，使肉的尸僵成熟過程延緩，從而會降低肉的品質[4-5]。而且，水分含量的增大也更易造成微生物污染。不僅影響原有的口味和營養(yǎng)價值，而且會對消費者的健康造成潛在的安全危害。因此，有必要建立快速鑒別出這些高水分含量豬肉的方法。

國內目前對這類“注水豬肉”的研究不多，檢測方法主要有感官檢測、試紙法、蒸煮損失等，檢驗精確性不高、實際應用價值有限[6-9]。近年來，低場核磁共振技術（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）在肉品水分檢測方面得到了廣泛的應用，其主要原理如下：豬肉肌肉中的水分主要是以自由水、不易流動水和結合水這3種形式存在[10]。自由水指的是肌肉中能夠自由流動，存在于細胞外間隙中的水，它僅靠毛細管作用力而保持，約占總水分的15%；不易流動水是指那些存在于肌原纖維、纖絲中約占總水分80%的水分，由于它們與蛋白質的親水基團相距較遠，導致分子排列雖然有一定朝向性但排列的秩序不夠統(tǒng)一，會隨著蛋白質結構或者電荷的變化而變化；結合水是指與蛋白質大分子之間通過靜電引力而緊密結合的一部分水分子，大約占總水分的1%～4%，它們的狀態(tài)非常穩(wěn)定，基本不會受到肌肉蛋白質結構變化的影響，也不會受到外力的影響。LFNMR的橫向弛豫時間（T2）的差異可有效區(qū)分肉品中水分的3種分布狀態(tài)：T2b= 1～10 ms反映和大分子緊密相連的水[11]，可認為其對應結合水；T21= 30～60 ms反映位于高度組織化的蛋白質結構內部的水[12]或細胞內水，可認為其對應不易流動水；T22= 100～400 ms為肌原纖維蛋白外部的水[12]或細胞外水，對應于自由水。應用LF-NMR技術檢測“注水豬肉”具有一定的可行性，但缺乏相關研究支撐[13-16]，因此，本實驗開展了一種基于LF-NMR技術的不同含水量豬肉檢測方法研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬肉樣取自南京元潤食品有限公司，共10條完整的豬背最長肌，于宰后5 h內冷藏帶回實驗室進行實驗。

CR-300色差計 日本柯尼卡美能達公司；PQ001低場核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品準備

選擇宰后5 h內的整條豬背最長?。ㄍ梗丶∪庾呦虼怪钡姆较蚍智泻穸葹?.5 cm的肉塊10塊，分成4組（每組3塊肉樣），其中一組為空白，其他3組分別按肉樣質量的15%、30%、45%注射蒸餾水，最終實際注入的水量分別為0%、8.72%、14.23%和17.03%。于注水后0、12 h和24 h測定肉色（L*、a*和b*）、低場核磁共振橫向弛豫時間（T2）。

1.2.2 肉色測定

將分切的肉塊平放在紅色塑料盤上，置于0～4℃氧合30～40 min，之后用色差計測定L*（亮度值）、a*（紅度值）、b*（黃度值）。測定前，對色差計校正，之后將鏡頭垂直置于肉面上，鏡口緊扣肉面（不能漏光），按下攝像按扭，顏色參數(shù)L*、a*、b*即自動存入微機。每個樣品至少測定3個點，取L*、a*、b*的平均值。

1.2.3 LF-NMR弛豫時間測定

用刀修整肉塊的邊沿，并找出肌纖維的自然走向，用雙片刀（間距1 cm）沿肌纖維的自然走向分切成多個1 cm厚的小塊；再用鋒利的陶瓷刀從1 cm厚的小塊中分切出1 cm寬的肉柱（質量為1.5 g），將肉柱放入特定的樣品管中，用于低場核磁共振儀進行T2的測定，每個肉樣平行測定兩次，取平均值。在肉塊的切取過程中，應避免肉眼可見的結締組織、血管及其他缺陷。在32℃、22.4 MHz共振頻率下，使用CPMG（carr-purcell-meiboom-gill）脈沖序列（90°脈沖和180°脈沖之間的時間τ＝200 μs），重復掃描8次，間隔3 s，得到2 000個回波。

1.3 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理采用SAS 9.1.2軟件分析系統(tǒng)，注水量和貯藏時間對實驗指標的影響采用析因方差設計分析（Factorial ANOVA），各處理組間的差異顯著性采用Duncan’s multiple comparison。

表1 不同處理豬肉實驗結果析因方差設計分析表Table 1 Factorial ANOVA of the measurements

2 結果與分析

2.1 不同處理組豬肉的弛豫時間及色差值的方差分析

不同處理組豬肉的弛豫時間及色差值的方差分析結果如表1所示。t2b、A2b、P2b代表的是豬肉LF-NMR檢測中結合水的3項指標，t2b代表出現(xiàn)最高峰的時間，A2b代表結合水的峰面積，P2b代表的是結合水占豬肉中總水分的比例，從表1可以看出：注水量和貯藏時間對結合水的出峰時間沒有顯著影響（P＞0.05）。結合水的峰面積和峰面積比會因為注水量增加或貯藏時間延長而降低，其中當注水量超過14.23%會顯著降低（P＜0.05）。但整體上，注水量與貯藏時間對結合水3個指標（t2b、A2b、P2b）沒有顯著的影響（P＞0.05），所以這3個指標不適合作為不同含水量豬肉的檢測指標。

t21、A21、P21代表的是豬肉中不易流動水的出峰時間、峰面積、峰面積比。注水量的增加會導致不 易流動水的穩(wěn)定性下降（出峰時間延長），注水量超過14.23%時t21顯著增大（P＜0.05）；貯藏時間的延長會導致出峰時間先增大后減?。≒＜0.05）。隨著注水量的增加，不易流動水的峰面積顯著減?。≒＜0.05）；貯藏時間的延長會導致峰面積先小幅增大（P＞0.05）,隨后顯著減?。≒＜0.05）。不易流動水的峰面積比會隨注水量的增加和貯藏時間的延長而減小，注水量超過14.23%或貯藏24 h后差異顯著（P＜0.05）。不易流動水是肉中水分的主要存在形式，且注水量和貯藏時間對不易流動水的3項指標有顯著影響（P＜0.05），因此，可用t21、A21、P21作為不同含水量豬肉的檢測指標。

t22、A22、P22代表的是豬肉中自由水的出峰時間、峰面積、峰面積比。注水量的變化對于自由水的出峰時間沒有顯著的影響（P＞0.05），但隨著貯藏時間的延長，自由水的出峰時間下降（P＜0.05）。注水量超過14.23%和貯藏時間的延長會導致自由水的峰面積以及峰面積比顯著增大（P＜0.05）。從結果上來看，A22、P22可以用做注水豬肉的檢測指標，但自由水的受外界干擾程度大，而且自由水的3項指標中，出峰時間也不能作為檢測指標，所以為了檢測的準確性，自由水的3 個指標不適合用于不同含水量豬肉的檢測。

色差的3項指標中，L*（亮度值）隨著注水量的增大和貯藏時間的延長不斷增大，而a*值（紅度值）和b*值（黃度值）的變化規(guī)律性不如L*值明顯。因此，可以將L*作為用LF-NMR檢測不同含水量豬肉的輔助性檢測指標。

綜上所述，低場核磁共振橫向弛豫時間T2的不易流動水的3項指標（t21、A21、P21）和顏色參數(shù)L*值可作為判定不同含水量豬肉的指標，因此，對這幾個指標進行進一步分析。

2.2 注水對時間t21的影響

如圖1所示，注水會對不易流動水的出峰時間造成影響。在注水初期，注水量越大，出峰時間越遲，且注水量相差較大的兩組肉樣間的t21差異顯著（P＜0.05）；貯藏12h后，注水0%與8.72%的肉樣之間無顯著性差異（P＞0.05），14.23%與17.03%的肉樣之間無顯著性差異（P＞0.05）；隨著貯藏時間的延長，低注水量（8.72%以下）與高注水量（14.23%以上）之間的差異越來越顯著（P＜0.05）。

圖1 注水量對時間t2121的影響Fig.1 Effect of the amount of water injected on pork t21during storage

2.3 注水對峰面積A21的影響

圖2 注水量對峰面積A21的影響Fig.2 Effect of the amount of water injected on pork A21during storage

如圖2所示，峰A21反映的是不易流動水的含量情況。注水初期，注水量對峰面積的影響不顯著（P＞0.05）。隨著貯藏時間的延長，注水量大的肉樣中的不易流動水流失加速，在24 h時，注水14.23%以上的肉樣與少量注水的均有顯著差異（P＜0.05）。

2.4 注水對峰面積比P21的影響

圖3 注水量對峰面積比P21的影響Fig.3 Effect of the amount of water injected on pork P21during storage

如圖3所示，峰面積比P21表示的是不易流動水占肉中總水分的比例。在注水初期，P21隨著注水量的增大而減少，其中注水0%與17.03%之間有顯著性差異（P＜0.05）。12 h后，各組之間的差異值增大，到24 h，各組之間除了14.23%與17.03%之外均有顯著性差異（P＜0.05）。

2.5 注水對色差L*值的影響

圖4 注水量對色差L*值的影響Fig.4 Effect of the amount of water injected on pork L* during storage

如圖4所示，色差L*值表示肉色中的亮度，L*會隨著注水量的增大和貯藏時間的延長而增大。在各貯藏時間點，注水0%與17.03%之間都有顯著差異（P＜0.05）。隨著貯藏時間的延長，各注水量肉樣之間的L*值差異越來越明顯。

3 討 論

本實驗主要研究了應用LF-NMR檢測不同含水量豬肉的可行性，在橫向弛豫測定出現(xiàn)的結合水、不易流動水、自由水的出峰時間、峰面積、峰面積比指標中（t2b、A2b、P2b；t21、A21、P21；t22、A22、P22），挑選出可用于檢測不同含水量豬肉的一組指標。

不易流動水是指那些存在于肌原纖維、纖絲中的水分。不同的注水量會導致豬肉中的肌原纖維所處的內環(huán)境發(fā)生改變，結構變得松散，從而導致不易流動水移動性增大，t21增大；自由水是指靠大分子靜電引力而存在的水，移動性最大，受外部影響較大，與不易流動水之間存在滴出與轉化的關系[17]：自由度最大的自由水首先滴出，部分活躍的不易流動水再轉化成為自由水，兩個過程交替進行，達到一個動態(tài)平衡。這也解釋了表1中注水量的變化對t22沒有顯著影響。由實驗結果得知，注水量對不易流動水和自由水都有顯著的影響，但是注水量的變化對t22沒有顯著的影響，而且在進行LF-NMR測定時，自由水的3 項指標（t22、A22、P22）受外部因素影響大，數(shù)據(jù)的準確性不夠。因此，最終選擇不易流動水的3項指標（t21、A21、P21）檢測不同含水量的豬肉，這一選擇與Sánchez-Alonso[18]、Li Chunbao[19]等在應用低場核磁共振技術檢測豬肉品質變化的結果相一致。

在對t21、A21、P21以及輔助性測量指標L*進行分析時發(fā)現(xiàn)：豬肉的亮度L*值會隨注水量的增大和貯藏時間的延長而增大，顯蒼白色。注水初期雖然對自由水的影響顯著，但對不易流動水的影響不顯著，不過隨之貯藏時間的延長，注水對肌原纖維組織結構的影響會逐漸顯現(xiàn)，造成不易流動水的持續(xù)流失，表現(xiàn)出不易流動水的峰面積減少以及不易流動水總比例的下降[20-21]。在貯藏0、12、24 h 3個時間段里，不同的注水量對這4項指標都有著影響，尤其是低注水量組（不高于8.72%）與高注水量組（不低于14.23%）之間存在顯著差異（P＜0.05），這也說明了檢測指標的可行性。

綜上所述，依靠LF-NMR技術，利用t21、A21、P21、L*這4項指標，可以檢測出不同水分含量的豬肉。但是，本研究僅證明了應用LF-NMR技術檢測不同含水量豬肉的可行性，如何利用這4項指標來檢測不同含水量的豬肉，還需要對t21、A21、P21、L*進行有效域值的劃分，尚有待進一步研究。

4 結 論

注水會導致豬肉低場核磁共振弛豫時間T2中第2個峰（T21）的峰時間（t21）增大、峰面積（A21）減小、峰面積比（P21）減小以及色差中的亮度值（L*）增大。建議利用t21、A21、P21、L* 4項指標組合，檢測不同含水量的豬肉。

[1] 劉合光, 孫東升. 中國生豬產業(yè)三大發(fā)展趨勢與豬肉消費展望[J].產業(yè)透視, 2010, 46(6): 12-14.

[2] 周哲學. 動物產品快速檢疫檢驗技術研究及應用[D]. 成都: 四川農業(yè)大學, 2004.

[3] 張木蘭. “注水豬肉”的危害及檢測方法[J]. 現(xiàn)代畜牧獸醫(yī), 2005(6): 27.

[4] 張?zhí)K江, 單安山. 豬肉品質的評價指標及其影響因素[J]. 中國飼料, 2007(13): 30-32.

[5] 鄧崇平. 注水豬肉的感官檢驗[J]. 云南畜牧獸醫(yī), 2004(1): 44.

[6] 姜珊珊, 暢陽, 周光宏, 等. 注射水和氯化鈣溶液對宰后豬肉肉色及其穩(wěn)定性的影響[J]. 食品科學, 2012, 33(17): 106-111.

[7] 張煥邦. 注水肉的鑒別、危害及衛(wèi)生處理[J]. 青海畜牧獸醫(yī)雜志, 2004, 34(2): 44.

[8] 徐運征. 檢測注水豬肉的幾種方法[J]. 江西畜牧獸醫(yī)雜志, 2001(1): 47.

[9] 楊珊珊, 朱學伸, 陳陽樓, 等. 注水豬和注水肉的鑒別與防范[J]. 肉類工業(yè), 2012(3): 48-50.

[10] 周光宏. 肉品加工學[M]. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2009: 30-31.

[11] BEZRTRAM H C, KARLSSON A H, ANDERSEN H J. The significance of cooling rate on water dynamics in porcine muscle from heterozygous carriers and non-carriers of the halothane gene: a lowfield NMR relaxation study[J]. Meat Science, 2003, 65(4): 1281-1291.

[12] BERTRAM H C, KARLSSON A H, RASMUSSEN M, et al. Origin of multiexponential T2relaxation in muscle myowater[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49(6): 3092-3100.

[13] 張海云, 彭彥昆, 王偉, 等. 基于光譜技術和支持向量機的生鮮豬肉水分含量快速無損檢測[J]. 光譜學與光譜分析, 2012, 32(10): 2794- 2797.

[14] 姚蕊, 彭增起, 周光宏. 核磁共振在肉類科學研究中的應用[J]. 肉類研究, 2005, 19(9): 27-30.

[15] 夏天蘭, 劉登勇, 徐幸蓮, 等. 低場核磁共振技術在肉與肉制品水分測定及其相關品質特性中的應用[J]. 食品科學, 2011, 32(21): 253-256.

[16] 戚軍, 李春保, 徐幸蓮, 等. 低場NMR研究凍融過程中羊肉持水力的變化[J]. 江蘇農業(yè)學報, 2010, 26(3): 617-622.

[17] RENOU J P, FOUCAT L, BONNY J M. Magnetic resonance imaging studies of water interactions in meat[J]. Food Chemistry, 2003, 82(1): 35-39.

[18] SáNCHEZ-ALONSO I, MARTINEZ I, SáNCHEZ-VALENCIA J, et al. Estimation of freezing storage time and quality changes in hake (Merluccius merluccius L.) by low field NMR[J]. Food Chemistry, 2012, 135(3): 1626-1634.

[19] LI Chunbao, LIU Dengyong, ZHOU Guanghong, et al. Meat quality and cooking attributes of thawed pork with different low field NMR T21[J]. Meat Science, 2012, 92(2): 79-83.

[20] 劉登勇, 艾迎飛, 呂超, 等. 注水肉檢測方法研究進展[J]. 肉類工業(yè), 2012(1): 54-56.

[21] 姜曉文, 韓劍眾. 生鮮豬肉持水性的核磁共振研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2009, 30(7): 128-130.

A Method for Detection of Water Content in Pork Using Low-Field Nuclear M agnetic Resonance ( LF-NMR)

PANG Zhi-lie, HE Xu-xiao, LI Chun-bao*
(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

This study was designed to establish a method for rapid detection of water content in pork using low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR). Pork Longissimus dorsi muscle was injected with distilled water at doses of 0, 8.72%, 14.23% and 17.03%, respectively, at 5 h postmortem. The color parameters L*, a* and b* and NMR T2were measured at 0, 12 and 24 h, respectively, after injection. The results indicated that with the increased amount of injected water, L* value and the peak time (t21) of the second peak (T21) in the NMR T2were increased while peak area (A21) and peak area ratio (P21) were decreased and all other parameters tested were changed relatively slightly. Therefore, it is possible to rapidly detect pork samples with different water contents using t21, A21, P21and L*.

pork; water addition; low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR); detection

TS251.7

A

1002-6630（2014）04-0142-04

10.7506/spkx1002-6630-201404029

2013-06-13

教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”項目（NCET-11-0668）；產學研聯(lián)合創(chuàng)新資金-江蘇省前瞻性聯(lián)合研究項目（BY2011161）；國家現(xiàn)代農業(yè)（生豬）產業(yè)技術體系建設專項（CARS-36-11B）

龐之列（1990—），男，碩士，研究方向為肉品加工與質量控制。E-mail：pangzhilie@126.com

*通信作者：李春保（1978—），男，副教授，博士，研究方向為肉品加工與質量控制。E-mail：chbli2002@sina.com