韓敏義，劉永安，王 鵬，鄒玉峰，徐幸蓮,*，周光宏

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部畜產(chǎn)品加工重點實驗室，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095；2.河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，國家糧油及肉制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，河南 鄭州 450004）

低場核磁共振法研究NaCl對肌原纖維蛋白凝膠水分分布和移動性的影響

韓敏義1，劉永安2，王 鵬1，鄒玉峰1，徐幸蓮1,*，周光宏1

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部畜產(chǎn)品加工重點實驗室，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095；2.河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，國家糧油及肉制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，河南 鄭州 450004）

為解決凝膠類肉制品含鹽量過高的問題，探討了NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠水分分布和移動性的影響。分別用離心法、低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）、掃描電鏡研究不同NaCl濃度下的豬肉肌原纖維蛋白凝膠保水性、水分移動性及分布狀態(tài)和凝膠微觀結(jié)構(gòu)，并用主成分分析探討它們之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：隨著NaCl濃度的上升豬肉肌原纖維蛋白的保水性顯著增加、加熱后形成了多孔致密的結(jié)構(gòu)。LF-NMR T2馳豫反演為4 個峰，其加權(quán)T2分別為0.62～3.89、4.62～35.28、59.06～153.22、1 198.75～1 518.17 ms；合并后分別對應(yīng)水的3 種存在狀態(tài)，即大分子結(jié)合水、不易流動水和自由流動水。加入NaCl使水的移動性下降，并且使不易流動水的峰面積顯著增加（P＜0.05），從而增加了保水性。主成分分析結(jié)果顯示不同NaCl濃度凝膠樣品在主成分評分圖上表現(xiàn)出明顯的聚類，低濃度的NaCl在第1主成分的右端，而高濃度在第1主成分的左端，從變量評分圖上也可以看出不同指標(biāo)NaCl濃度的變化情況。因此，不同NaCl濃度下凝膠保水性的改善和不易流動水的增加明顯相關(guān)。

低場核磁共振；肌原纖維蛋白；熱誘導(dǎo)凝膠；水分分布；主成分分析

肌原纖維蛋白約占肌肉總蛋白質(zhì)含量的40%～60%，為肌肉中含量最多也是最重要的蛋白質(zhì)，它賦予了低溫凝膠類肉制品很多加工功能特性（如保水保油性、黏結(jié)性等）。在肉及肉制品中添加食鹽、磷酸鹽提高其離子強度后，改善了產(chǎn)品的凝膠性和保水性（water holding capacity，WHC）[1]，可降低產(chǎn)品的烹調(diào)損失[2]。已有研究表明，在一定的離子強度范圍內(nèi)，通過提高離子強度，能使牛肉肌纖維蛋白的凝膠特性和保水性得到明顯改善[3]；多聚磷酸鹽及食鹽均能通過提高蛋白質(zhì)的溶解性而明顯改善肌球蛋白的黏結(jié)性，加熱后形成纖絲狀的凝膠微觀結(jié)構(gòu)，從而提高其凝膠特性[4]；在禽肉中只需加入0.5%的鹽就會改善產(chǎn)品的保水性[5]。也有研究人員研究了離子強度對兔肉腰大肌和半膜肌肌原纖維蛋白熱凝膠性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低離子強度下（0.2 mol/L KCl）蛋白質(zhì)溶液會形成非常弱的凝膠，而逐漸增加離子強度（0.6 mol/L KCl）會逐漸增加凝膠硬度[6]。然而離子強度對肌肉蛋白質(zhì)凝膠功能特性的影響還與肌肉的類型有很大關(guān)系，從魚肉中提取的肌原纖維蛋白比來源于哺乳動物和禽類的肌原纖維蛋白對pH值和離子強度的改變會更加敏感[7]，而且，從哺乳動物中提取的肌原纖維蛋白和肌球蛋白體系中，低離子強度（＜0.3 mol/L）對凝膠的影響與調(diào)整離子強度所使用的方法有關(guān)[6]。如果在粗蛋白中通過直接加鹽而獲得不同離子強度，低離子強度形成的蛋白質(zhì)凝膠樣品凝膠強度比高離子強度要差。如果蛋白質(zhì)首先溶解在高離子強度（＞0.3 mol/L）溶液中，然后再稀釋透析達到低離子強度，這樣形成的蛋白質(zhì)凝膠強度要高于高離子強度凝膠樣品[7]。綜上所述，通過改變NaCl濃度來改變離子強度能夠改善凝膠的功能特性，提高凝膠的保水性，但是對于不同NaCl濃度使保水性變化的機理，如水分分布狀態(tài)的變化及與凝膠微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系還沒有報道。而低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是一種無損的、非侵入式的測量高含水量樣品水分分布狀態(tài)和移動性的工具[8]。因此，本實驗利用LF-NMR檢測不同NaCl濃度下肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠水分分布狀態(tài)的變化，探討不同離子強度使保水性變化的機理。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

宰后約4 h的豬里脊肉購于南京苜蓿園大街農(nóng)貿(mào)市場。

乙二醇雙（2-氨基乙基）四乙酸（ethylene glycolbis-（2-aminoethyl）tetra-acetic acid，EGTA） 美國Sigma公司；曲拉通X100（triton X100） 美國Amersco公司；NY/CPE復(fù)合材料 蘇州固易特包裝制品有限公司；NaCl、KCl、多聚磷酸鹽等試劑均為市售分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Avanti J-E高速冷凍離心機 美國貝克曼庫爾特商貿(mào)有限公司；8010ES Waring Blender高速組織搗碎機美國Waring商業(yè)公司；BVPJ-680真空包裝機 杭州艾博科技工程有限公司；Ultra Turrax T25 BASIS高速勻漿機 德國IKA公司；PQ001核磁共振分析儀 蘇州紐邁電子設(shè)備有限公司；S-3000N掃描電子顯微鏡、ES2030冷凍干燥機、E21010離子濺射儀 日本日立電子有限公司；HH-42恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；UV-2450島津紫外-可見分光光度計 日本島津公司；pH 211 HANNA臺式酸度計 意大利Hanna儀器設(shè)備公司；SIM-F124制冰機 日本三洋公司；冷庫操作間 上海銳歐冷凍設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

將豬背長肌貯藏于冰盒運回實驗室，蒸餾水反復(fù)沖洗后，用事先預(yù)冷的手術(shù)刀剔除肌肉上多余的脂肪及結(jié)締組織，而后切成約0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的小塊，裝入真空包裝袋（每袋100 g左右），進行真空包裝，包裝好的樣品貯存于-20 ℃低溫冰箱中備用。豬肉肌原纖維蛋白提取前將真空包裝的肉樣取出，置于0～4 ℃冷庫中解凍約10 h。

1.3.2 豬肉肌原纖維蛋白的制備及質(zhì)量濃度測定

參照Doerscher等[9]的方法，最終制到純化的豬肉肌原纖維蛋白分離物。其濃度采用雙縮脲法進行測定，利用牛血清白蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白，以牛血清白蛋白質(zhì)量濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，540 nm波長處吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為y=0.047 3x+0.001 5（R2=0.999 8）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算得到肌原纖維蛋白質(zhì)量濃度，提取的肌原纖維蛋白樣品在24 h內(nèi)用完。

1.3.3 豬肉肌原纖維蛋白凝膠的制備

豬肉肌原纖維蛋白用50 mmol/L K2HPO4/KH2PO4（pH 6.0）緩沖液稀釋到80 mg/mL，加入預(yù)先計算好的固體NaCl，使NaCl在肌原纖維蛋白樣品中的最終濃度達到0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mol/L，中速（180 r/min）攪拌5 min，使肌原纖維蛋白樣品混合均勻，轉(zhuǎn)移到帶蓋的7 mL塑料離心管中，置于恒溫水浴鍋中以1 ℃/min從20 ℃升溫到70 ℃，保持20 min。保溫結(jié)束后立即將肌原纖維蛋白凝膠樣品從水浴鍋中取出放在0～4 ℃的冷庫中過夜（存放約10 h），第2天測定豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的保水性、LF-NMR弛豫時間和掃描電鏡觀察。

1.3.4 肌原纖維蛋白凝膠保水性測定

按照Kocher等[10]的離心法進行測定，制備的豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠在0～4 ℃、10 000 r/min離心 10 min，記錄離心前后離心管和樣品的質(zhì)量及離心析出液體的質(zhì)量。WHC計算見如下公式。每個處理有3 個重復(fù)。

式中：m0為離心前肌原纖維蛋白凝膠樣品的質(zhì)量/g；m1為離心過程中液體損失的質(zhì)量/g。

1.3.5 LF-NMR自旋-自旋弛豫時間（T2）測定及弛豫數(shù)據(jù)反演

LF-NMR弛豫測量在紐邁桌上型脈沖NMR分析儀PQ001上完成。測試條件設(shè)定及弛豫數(shù)據(jù)反演擬合參照文獻[11]。為了更好地區(qū)分樣品，充分考慮組成峰所有點的弛豫時間信息，使用弛豫時間幾何加權(quán)平均值作為T2進行分析[12]。每個肌原纖維蛋白NaCl處理有4個重復(fù)。

1.3.6 掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察

將制得的不同NaCl濃度的豬肉肌原纖維凝膠樣品用刀片切成1 mm×1 mm×1 mm左右的小塊，置于體積分?jǐn)?shù)2.5%的戊二醛溶液中固定2 h，而后用乙醇梯度（50%、70%、80%、90%）脫水15 min，無水乙醇和叔丁醇脫水3 次，每次30 min 。置于-10 ℃預(yù)冷的冷凍干燥機內(nèi)真空干燥，氣壓表指示10 Pa以下時取出。噴10 nm厚度的金。最后通過掃描電子顯微鏡進行肌原纖維蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察，所使用的加速電壓為20 kV。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

用SAS 8.01統(tǒng)計分析軟件進行單因素方差分析，使用Duncan’s新復(fù)極差法進行多重比較。使用Statistica 8.0統(tǒng)計分析軟件對WHC、低場NMR數(shù)據(jù)進行主成分分析（principal component analysis，PCA），主成分的保留標(biāo)準(zhǔn)為如果主成分的特征值大于1，則該PC會被保留用以后續(xù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性的影響

肉的含水率約為75%[13]，是肉中含量最多的成分。凝膠保水性顯示了肌原纖維蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力，其大小對低溫凝膠類肉制品的加工性能、多汁性、風(fēng)味、產(chǎn)量及成本有十分重要的影響[14]。在低溫肉制品加工中，一般加工溫度為65～73 ℃，離子強度環(huán)境為0.1～0.6 mol/L，pH值范圍為5.5～6.0[15]。

圖1 NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性的影響Fig.1 Water-holding capacity (WHC) of pork myof i brillar protein heat-induced gel as a function of NaCl concentration

由圖1可知，NaCl濃度的提高明顯改善了豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的保水性。在低NaCl濃度情況下（低于0.2 mol/L），肌原纖維蛋白的主要成分（肌球蛋白）大部分處于纖絲狀態(tài)，此時蛋白質(zhì)的溶解度較差[16]，所以形成的肌原纖維蛋白凝膠保水性很低，約為58%，此時形成的肌原纖維蛋白凝膠和水呈明顯分離狀態(tài)。當(dāng)NaCl濃度提高至0.3 mol/L，肌原纖維蛋白質(zhì)部分溶解，肌球蛋白由低鹽濃度時的纖絲狀態(tài)變?yōu)閱误w狀態(tài)，此時形成的熱誘導(dǎo)凝膠保水性迅速增加至96.24%。NaCl濃度繼續(xù)提高到0.4～0.6 mol/L時，保水性還會得到進一步改善，當(dāng)NaCl終濃度為0.4 mol/L時凝膠保水性最好（98.82%），當(dāng)NaCl終濃度繼續(xù)提高時，凝膠保水性有下降的趨勢，但是統(tǒng)計分析結(jié)果表明NaCl終濃度在0.4～0.6 mol/L之間時，凝膠保水性沒有明顯變化。其他學(xué)者用冷凍干燥法測定的用含水率衡量不同離子強度情況下凝膠保水性[17]，所得結(jié)果與本實驗一致，因此，認(rèn)為熱誘導(dǎo)凝膠的保水性會隨離子強度的增加而明顯改善，且低離子強度范圍內(nèi)NaCl濃度增加對保水性改善的效果更加明顯。

2.2 不同NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白凝膠NMR T2弛豫時間的影響

圖2 典型的豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠T2弛豫時間分布Fig.2 Typical distribution of T2 relaxation time in pork myof i brillar protein heat-induced gel

由圖2可知，加入不同濃度的NaCl后經(jīng)加熱形成的熱誘導(dǎo)凝膠LF-NMR衰減曲線擬合的T2弛豫時間分布為4 個峰，前2 個小峰T2弛豫時間分布T2b和T21分別為：0.62～3.89、4.62～35.28 ms，后2 個大峰所對應(yīng)的T2弛豫時間T22、T23分別為59.06～153.22、 1 198.75～1 518.17 ms；這4 個峰分別對應(yīng)水的3 種不同狀態(tài)，即結(jié)合水、不易流動水和自由水。由于T21、T22弛豫時間相近，將第2、3個峰都解釋為不易流動水。有研究人員發(fā)現(xiàn)在乳清濃縮蛋白熱誘導(dǎo)凝膠中LF-NMR弛豫也擬合為4 個峰，他們解釋為4 種水分子狀態(tài)：不可移動水（結(jié)合水）、弱可移動水、中度可移動水和可移動水（自由水），中度可移動水含量最大，而具有最大T2弛豫時間的處理保水性最差[18]。

表1 NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠T2弛豫時間的影響Table1 Effect of NaCl concentration on T2relaxation time of pork myof i brillar protein heat-induced gel

由表1可知，加入0.1 mol/L NaCl后豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠T2b與空白組相比顯著下降（P＜0.05），說明加入NaCl后形成的凝膠中這部分水結(jié)合得更加緊密。NaCl濃度繼續(xù)升高T2b沒有進一步的變化（P＞0.05），表明這部分水對應(yīng)于結(jié)合水，是與豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠中肌球蛋白等蛋白質(zhì)大分子結(jié)合的水分子[19]。大部分研究結(jié)果表明，T2b與肉的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)及機械壓力的變化無關(guān)[20-21]，但高濃度NaCl時可能會引起T2b的上升，可能是由于構(gòu)成水結(jié)合位點的蛋白質(zhì)的變性以及蛋白質(zhì)側(cè)鏈的損失造成的[22]。本實驗結(jié)果與此相反，加入NaCl使系統(tǒng)微環(huán)境變化劇烈，蛋白質(zhì)水合作用加強[23]，與水的結(jié)合更加緊密，T2b下降，但NaCl濃度再提高則微環(huán)境變化不如前者顯著。不易流動水會受到一些加工條件如加熱等處理的影響[20]。加入NaCl使T21與T22明顯降低，表明不易流動水分子的移動性降低，該變化趨勢與前人研究結(jié)果一致[22]。但T21、T22在NaCl濃度為0.2 mol/L相對于0.1 mol/L時顯著升高，其原因可能是鹽使肌原纖維膨脹，使粗絲和細(xì)絲之間的距離增加[24-25]。T21在高NaCl濃度時（≥0.3 mol/L）又顯著下降，T22繼續(xù)升高，但仍顯著低于沒加NaCl的對照組（P＜0.05）。NaCl濃度為0.1 mol/L時，T23先顯著下降（P＜0.05），之后隨著NaCl濃度的升高（0.1～0.4 mol/L）T23顯著上升，這與Bertram等[17]得到的離子強度增加會使T2增加的結(jié)果一致，Lewis等[26]發(fā)現(xiàn)在η-卡拉膠凝膠中KCl的濃度提高會使弛豫時間為1 s左右峰的弛豫時間增加，他們認(rèn)為原因是聚集的增加。0.5～0.6 mol/L NaCl濃度時T23顯著下降，最后與對照組沒有顯著差異（P＞0.05）。綜上，從總體上看，加入NaCl，各組分水的移動性下降，但NaCl對T2弛豫時間的影響并不是完全線性的，因此單獨的弛豫時間不足以反映凝膠保水性的變化，需要結(jié)合各峰峰面積比例的變化。

表2 NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠各弛豫峰峰面積百分?jǐn)?shù)的影響Table2 Fraction of each relaxation component at varying NaCl concentrations of pork myof i brillar protein heat-induced gel

由表2可知，在低NaCl濃度時（0～0.2 mol/L），T2b峰面積比例（P2b）隨著NaCl的加入而有所增加（P＜0.05）；NaCl濃度為0.3～0.5 mol/L時和對照組沒有顯著差異（P＞0.05），而高NaCl濃度時（0.6 mol/L）時和空白組相比又顯著下降（P＜0.05）?？赡苁且驗榈蜐舛萅aCl會使肌原纖維膨脹，提高了表面積，暴露了更多的大分子蛋白來結(jié)合水分[25]，而高濃度NaCl會使肌原纖維中肌球蛋白尾部的α螺旋結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，螺旋結(jié)構(gòu)折疊，空間結(jié)構(gòu)變小或是肌球蛋白的鹽析導(dǎo)致了結(jié)合水的變少[27]。盡管T2b峰面積百分比在加入不同濃度NaCl時有顯著變化，但其占總峰面積百分比都很?。ú蛔?%），因此保水性的變化與此成分關(guān)系不大。

P21和P23隨著NaCl濃度的增加而顯著下降（P＜0.05），而P22顯著上升（P＜0.05），從對照組的38.05%增加到0.6 mol/L的76.22%，NaCl終濃度提高后使肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性改善推測為這部分狀態(tài)的水，即不易流動水引起的。原因可能是NaCl濃度升高，自由水變少，轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰琢鲃铀?，使肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性提高。Pearce等[20]認(rèn)為P22的提高意味著肌原纖維外部水的增加，肉的保水性提高，與本研究類似。使用低場NMR方法研究保水性與其他方法得到的結(jié)果一致。Herrero等[28]的研究結(jié)果也表明，肉糜的保水性（用汁液損失來表示）隨著鹽濃度的增加而提高。

2.3 NaCl對肌原纖維蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖3 豬肉肌原纖維蛋白添加不同濃度NaCl形成的凝膠掃描電鏡圖（×2 000）Fig.3 Scanning electron micrographs of pork myof i brillar protein gel at various NaCl concentrations (×2 000)

由圖3a、3b可知，對照組（0 mol/L）和濃度為0.1 mol/L NaCl的肌原纖維蛋白凝膠樣品為團塊狀，還有些棒狀的結(jié)構(gòu)，可能是不溶解的纖絲肌原纖維蛋白，纖細(xì)多孔的凝膠微觀結(jié)構(gòu)幾乎沒有呈現(xiàn)，這也是低鹽濃度下肌原纖維蛋白凝膠樣品保水性比較低的原因。在0.2 mol/L NaCl的處理中棒狀結(jié)構(gòu)變少（圖3c），形成具有部分孔洞的肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠。濃度繼續(xù)升高，達到0.3 mol/L時，由于肌原纖維蛋白的溶解，加熱后形成了精細(xì)多孔狀的凝膠微觀結(jié)構(gòu)（圖3d），幾乎不存在不溶解的棒狀結(jié)構(gòu)，所以此時的保水性明顯改善，而NaCl濃度繼續(xù)升高后，形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖3e、3f），所以造成了保水性的升高。Hermansson等[29]也報道了離子強度會影響凝膠的微觀結(jié)構(gòu)情況，不同離子強度會形成2 種類型的凝膠，在低離子強度下形成了精細(xì)的凝膠微觀結(jié)構(gòu)，而在高離子強度下形成的凝膠結(jié)構(gòu)粗糙。其結(jié)論與本研究不同的原因可能是不同的蛋白質(zhì)來源和獲得離子強度的方法有所不同，在他們的研究中用的蛋白質(zhì)是肌球蛋白而且是用透析的方式獲得的不同離子強度，而且獲得不同離子強度的方法也會影響凝膠的微觀結(jié)構(gòu)和凝膠強度[6]。

2.4 NaCl對肌原纖維蛋白凝膠WHC及低場NMR弛豫影響主成分分析

由于保水性和低場NMR水分弛豫測定的水分子分布和移動性參數(shù)之間存在著共線性[20,30]，單一的參數(shù)變量已經(jīng)不能精確表現(xiàn)出不同NaCl濃度處理樣品之間的差異，而且多個參數(shù)指標(biāo)之間的相關(guān)性用相關(guān)系數(shù)來表示不能說明變量之間的共線性，有學(xué)者建議用主成分分析來表示超過3 個變量之間的相關(guān)性[31]。因此對保水性和低場NMR數(shù)據(jù)進行了主成分分析處理，從而對原始數(shù)據(jù)進行降維。表3為主成分1（T2b、T21、T23、P21、P22、P23、WHC）和主成分2（T22和P2b）對不同NaCl處理樣品變化總體方差的解釋情況，主成分1能解釋總體方差變異情況的62.58%，2 個主成分能解釋總方差的91.23%。說明9 個指標(biāo)（T2b、T21、T22、T23、P2b、P21、P22、P23和WHC）之間存在很強的共線性。

表3 變量的主成分分析Table3 Principal component (PC) analysis of variables

圖4 樣品第1、2主成分評分聚類圖Fig.4 Scores plot of principal components 1 and 2

在主成分分析中，可以根據(jù)樣品在樣品評分圖上的位置對樣品加以比較。結(jié)果表明，樣品根據(jù)不同NaCl濃度在主成分評分圖上進行了聚類（圖4）。結(jié)合變量載荷圖（圖5）發(fā)現(xiàn)，對照組樣品在第1主成分的左端，主要特征是低的WHC、T23、P22值和高的T2b、T21值等，而高濃度NaCl樣品在第1主成分的右端，性質(zhì)和前者相反。中濃度NaCl樣品居于第1主成分中間。因此，NaCl濃度從低到高的變化造成了所測樣品凝膠水分性質(zhì)的改變。Bertram等[17]也觀察到了不同離子強度NMR在PCA圖上的聚類。根據(jù)變量載荷圖（圖5）可以發(fā)現(xiàn)，凝膠的保水性主要和P22百分比呈正相關(guān)，與前人研究結(jié)果一致[32]。

圖5 各指標(biāo)第1、2主成分變量載荷Fig.5 Loading plot of principal components 1 and 2

3 結(jié) 論

豬肉肌原纖維蛋白凝膠保水性隨著NaCl濃度的增加而顯著提高。加入不同濃度的NaCl后經(jīng)加熱形成的熱誘導(dǎo)凝膠低場NMR衰減曲線擬合的T2弛豫時間分布為4 個峰，分別對應(yīng)水的3 種不同狀態(tài)，即結(jié)合水、不易流動水和自由水。不易流動水的峰面積顯著提高，肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性的改善對應(yīng)的可能是這部分狀態(tài)的水。NaCl濃度提高后肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠形成精細(xì)均勻多孔的凝膠微觀結(jié)構(gòu)。主成分分析結(jié)果顯示，高、低NaCl濃度凝膠樣品有顯著的差異，在樣品評分圖上呈現(xiàn)明顯的聚類。不同NaCl濃度下凝膠保水性的改善與不易流動水的增加明顯相關(guān)。

[1] PETRACCI M, BIANCHI M, MUDALAL S, et al. Functional ingredients for poultry meat products[J]. Trends in Food Science and Technology, 2013, 33(1): 27-39.

[2] PERISIC N, AFSETH N K, OFSTAD R, et al. Characterizing salt substitution in beef meat processing by vibrational spectroscopy and sensory analysis[J]. Meat Science, 2013, 95(3): 576-585.

[3] STONE A P, STANLEY D W. Muscle protein gelation at low ionic strength[J]. Food Research International, 1994, 27(2): 155-163.

[4] SIEGEL D G, SCHMIDT G R. Ionic, pH, and temperature effects on the binding ability of myosin[J]. Journal of Food Science, 1979, 44(6): 1686-1689.

[5] PETRACCI M, RIMINI S, MULDER R W A W, et al. Quality characteristics of frozen broiler breast meat pretreated with increasing concentrations of sodium chloride[J]. The Journal of Poultry Science, 2013, 50(4): 396-401.

[6] BOYER C, JOANDEL S, OUALI A, et al. Ionic strength effects on heatinduced gelation of myofibrils and myosin from fast-and slow-twitch rabbit muscles[J]. Journal of Food Science, 1996, 61(6): 1143-1148.

[7] LEF VRE F, FAUCONNEAU B, OUALI A, et al. Thermal gelation of brown trout myof i brils from white and red muscles: effect of pH and ionic strength[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2002, 82(4): 452-463.

[8] BERTRAM H C, ANDERSEN H J, WEBB G A. Applications of NMR in meat science[J]. Annual Reports on NMR Spectroscopy, 2004, 53: 157-202.

[9] DOERSCHER D R, BRIGGS J L, LONERGAN S M. Effects of pork collagen on thermal and viscoelastic properties of purified porcine myof i brillar protein gels[J]. Meat Science, 2004, 66(1): 181-188.

[10] KOCHER P N, FOEGEDING E A. Microcentrifuge-based method for measuring water-holding of protein gels[J]. Journal of Food Science, 1993, 58(5): 1040-1046.

[11] HAN Minyi, WANG Peng, XU Xinglian, et al. Low-field NMR study of heat-induced gelation of pork myofibrillar proteins and its relationship with microstructural characteristics[J]. Food Research International, 2014, 62: 1175-1182.

[12] 熊婷, 張英力, 蔡清. 基于低場磁共振技術(shù)的糖溶液檢測[J]. 中國計量學(xué)院學(xué)報, 2013, 24(3): 219-224.

[13] OFFER G, KNIGHT P. The structural basis of water-holding in meat. Part 2: drip losses[M]//LAWRIE R. Developments in meat science. London: Elsevier Applied Science, 1988: 172-243.

[14] ROSENVOLD K, ANDERSEN H J. Factors of signif i cance for pork quality-a review[J]. Meat Science, 2003, 64(3): 219-237.

[15] RAMIREZ SUAREZ J C, XIONG Y L. Effect of transglutaminaseinduced cross-linking on gelation of myofibrillar/soy protein mixtures[J]. Meat Science, 2003, 65(2): 899-907.

[16] ISHIOROSHI M, SAMEJIMA K, YASUI T. Heat-induced gelation of myosin: factors of pH and salt concentrations[J]. Journal of Food Science, 1979, 44(5): 1280-1284.

[17] BERTRAM H C, KRISTENSEN M, ANDERSEN H J. Functionality of myofibrillar proteins as affected by pH, ionic strength and heat treatment-a low-field NMR study[J]. Meat Science, 2004, 68(2): 249-256.

[18] HINRICHS R, G?TZ J, NOLL M, et al. Characterisation of different treated whey protein concentrates by means of low-resolution nuclear magnetic resonance[J]. International Dairy Journal, 2004, 14(9): 817-827.

[19] SáNCHEZ-ALONSO I, MORENO P, CARECHE M. Low field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) relaxometry in hake (Merluccius merluccius L.) muscle after different freezing and storage conditions[J]. Food Chemistry, 2014, 153: 250-257.

[20] PEARCE K L, ROSENVOLD K, ANDERSEN H J, et al. Water distribution and mobility in meat during the conversion of muscle to meat and ageing and the impacts on fresh meat quality attributes-a review[J]. Meat Science, 2011, 89(2): 111-124.

[21] MCDONNELL C K, ALLEN P, MORIN C, et al. The effect of ultrasonic salting on protein and water-protein interactions in meat[J]. Food Chemistry, 2014, 147: 245-251.

[22] MCDONNELL C K, ALLEN P, DUGGAN E, et al. The effect of salt and fibre direction on water dynamics, distribution and mobility in pork muscle: a low fi eld NMR study[J]. Meat Science, 2013, 95(1): 51-58.

[23] PERISIC N, AFSETH N K, OFSTAD R, et al. Characterising protein, salt and water interactions with combined vibrational spectroscopic techniques[J]. Food Chemistry, 2013, 138(1): 679-686.

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

[25] BERTRAM H C, MEYER R L, WU Z, et al. Water distribution and microstructure in enhanced pork[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(16): 7201-7207.

[26] LEWIS G P, DERBYSHIRE W, ABLETT S, et al. Investigations of the NMR relaxation of aqueous gels of the carrageenan family and of the effect of ionic content and character[J]. Carbohydrate Research, 1987, 160: 397-410.

[27] KNIGHT P, PARSONS N. Action of NaCl and polyphosphates in meat processing: responses of myofibrils to concentrated salt solutions[J]. Meat Science, 1988, 24(4): 275-300.

[28] HERRERO A M, CARMONA P, LOPEZ-LOPEZ I, et al. Raman spectroscopic evaluation of meat batter structural changes induced by thermal treatment and salt addition[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(16): 7119-7124.

[29] HERMANSSON A M, HARBITZ O, LANGTON M. Formation of two types of gels from bovine myosin[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1986, 37(1): 69-84.

[30] BERTRAM H C, ANDERSEN H J, KARLSSON A H. Comparative study of low-f i eld NMR relaxation measurements and two traditional methods in the determination of water holding capacity of pork[J]. Meat Science, 2001, 57(2): 125-132.

[31] GRANATO D, de ARAUJO CALADO V M, JARVIS B. Observations on the use of statistical methods in Food Science and Technology[J]. Food Research International, 2014, 55: 137-149.

[32] OFFER G, KNIGHT P. The structural basis of water-holding in meat. Part 1: general principles and water uptake in meat processing[M]// LAWRIE R. Developments in Meat Science. London: Elsevier Applied Science, 1988: 63-172.

Water-Holding Capacity in Heat-Induced Gelation of Myof i brillar Proteins as Affected by NaCl Concentration: A Low-Field NMR Study

HAN Min-yi1, LIU Yong-an2, WANG Peng1, ZOU Yu-feng1, XU Xing-lian1,*, ZHOU Guang-hong1
(1. Key Laboratory of Animal Products Processing, Ministry of Agriculture, Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2. National Grain Oil & Meat-Food Product Supervision and Inspection Center, Henan Institute of Product Quality Inspection and Detection, Zhengzhou 450004, China)

Objective: To investigate the effect of NaCl concentration on water distribution and mobility of pork myof i brillar protein (PMP) during heat-induced gelation in order to reduce the salt content of gel-type meat products. Methods: The water-holding capacity (WHC), T2relaxation time, and gel microstructure were determined by centrifugation method, lowfield nuclear magnetic resonance (NMR) and scanning electron microscope (SEM), respectively. Principal component analysis (PCA) was conducted to find out the main sources of data variability and the relationship between or within samples and variables. Results: Obvious changes in WHC, T2relaxation parameters and gel microstructure of PMP gel were observed with increasing NaCl concentration from 0 to 0.6 mol/L. The addition of NaCl resulted in a signif i cant (P ＜ 0.05) increase in the WHC of PMP heat-induced gel, which was ascribed to the more fi ne microstructure with increase of NaCl concentration. The distributed water proton and NMR T2relaxation of different contents of NaCl after heat treatment were characterized by two minor peaks with relaxation time of 0.62–3.89 ms and 4.62–35.28 ms, a major band with relaxation time of 59.06–153.22 ms. In addition, a wide peak was also observed in the range between 1 198.75 and 1 518.17 ms. These four populations probably represent three water states, i.e., bound, immobile and bulk water according to previous literature. The position of the major peak obviously shifted to higher relaxation time with increasing NaCl level, and the peak area fraction increased, which contributed to the increasing WHC. The addition of NaCl resulted in gels with quite homogenousmicrostructure and decreased pore size after heat treatment, which was observed by SEM. The PCA results showed that the fi rst two principal components (PC) could explain 91.23% of the total variance. The samples obtained with different NaCl concentrations revealed a tendency to group into three clusters. The low levels of NaCl were located in the left side of the PCA score plots, characterized low WHC, T23, P22, whereas the high contents of NaCl were positioned in the right side and characterized the opposite attributes, and the mediate NaCl concentration located in the middle. The correlation of these parameters was displayed in the PCA loading score plot, which displayed a strong correlation of WHC to area fraction of the major NMR relaxometry population. In conclusion, the gel functional properties are improved with increased NaCl concentration, which is ascribed to the increase of immoblized water.

low-field nuclear magnetic resonance; myofibrillar; heat-induced gelation; water distribution; principal component analysis

TS251.5.1

A

1002-6630（2014）21-0088-06

10.7506/spkx1002-6630-201421018

2014-07-08

河北省自然科學(xué)基金面上項目（C2013208014）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（生豬）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-36-11B）；國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項（2013YQ17046308）

韓敏義（1975—），男，講師，博士，研究方向為畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制。E-mail：redleafnew@163.com

*通信作者：徐幸蓮（1962—），女，教授，博士，研究方向為畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制。E-mail：xlxu@njau.edu.cn