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        低場(chǎng)核磁共振法測(cè)定五種肉類中不同狀態(tài)水分含量

        2015-10-16 05:14:16陳琳莉張春暉唐春紅
        分析科學(xué)學(xué)報(bào) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量

        陳琳莉, 李 俠, 張春暉*, 唐春紅

        (1.中國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(duì)食品中水分的分析方法主要有差示掃描量熱(DSC)法、動(dòng)態(tài)熱機(jī)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(duì)不同狀態(tài)的水進(jìn)行定量測(cè)定。

        低場(chǎng)核磁共振(Low-field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR)技術(shù)因其測(cè)試速度快、精確度高、對(duì)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(diǎn)[4,5]。目前LF-NMR在肉中不同狀態(tài)水的定量測(cè)定方面的研究還處于起步階段,文獻(xiàn)中多根據(jù)T2弛豫時(shí)間來反映樣品中水的狀態(tài)的變化[6 - 9],國(guó)外一些學(xué)者也做了T2弛豫時(shí)間與持水力的相關(guān)性研究[4,10,11],但對(duì)樣品中不同狀態(tài)水分的絕對(duì)含量測(cè)定的研究較少。鑒于LF-NMR采集樣品1H的信號(hào)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(shí)間的水分,并建立CuSO4溶液中水的1H信號(hào)峰面積與溶液質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)曲線,利用LF-NMR技術(shù)及回歸方程測(cè)定并計(jì)算肉中的結(jié)合水(弛豫時(shí)間1~10 ms)、不易流動(dòng)水(弛豫時(shí)間10~100 ms)以及自由水(弛豫時(shí)間100~1 000 ms)含量,并將測(cè)得的體相水含量同烘箱干燥法的測(cè)定值進(jìn)行比較,驗(yàn)證LF-NMR法測(cè)定水分含量的準(zhǔn)確性。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器與試劑

        MesoMR23-060H-1型臺(tái)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(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

        牛肉、豬肉、羊肉、雞肉和鴨肉購(gòu)于某大型超市。

        1.2 儀器參數(shù)設(shè)定

        1.2.1校準(zhǔn)時(shí)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(diǎn)數(shù)TD=1 024,DRG1=20,DR=1,累加次數(shù)NS=4,PRG=0。

        1.2.2測(cè)定時(shí)儀器參數(shù)的設(shè)定選擇CPMG序列,測(cè)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(diǎn)數(shù)TD=384 996,PRG=1,模擬增益RG1=20,半回波時(shí)間DL1=0.12 ms,回波數(shù)NECH=14 000,P1=17 μs,P2=35 μs,Tw=3 500 ms。

        實(shí)驗(yàn)過程中,根據(jù)所測(cè)樣品的不同,Tw值需進(jìn)行適度調(diào)整,一般弛豫時(shí)間越長(zhǎng),Tw值越大。且為了避免溫度對(duì)儀器測(cè)定準(zhǔn)確性的影響,樣品及標(biāo)準(zhǔn)品均平衡至室溫時(shí)再放入核磁儀中進(jìn)行測(cè)定。

        1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

        1.3.2肉中水的1H信號(hào)的采集采集肉中水的1H信號(hào)并記錄各信號(hào)峰的頂點(diǎn)弛豫時(shí)間T2及峰面積值A(chǔ)。

        1.3.4質(zhì)量與峰面積的標(biāo)準(zhǔn)曲線選擇某一特定濃度的CuSO4溶液,以質(zhì)量為橫坐標(biāo)(CuSO4溶液的質(zhì)量默認(rèn)為溶劑的質(zhì)量),1H信號(hào)峰面積為縱坐標(biāo),建立標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到的回歸方程E2是LF-NMR法定量測(cè)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(jì)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(hào),得到肉中結(jié)合水、不易流動(dòng)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(jì)算各狀態(tài)水的絕對(duì)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(cè)定方法同上。

        1.3.6烘箱法測(cè)定肉中水分的質(zhì)量參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中水分的測(cè)定》(GB 5009.3-2010)[12]中的方法測(cè)定。

        1.4 數(shù)據(jù)分析方法

        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SAS 9.1軟件進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果與分析

        圖1 不同肉樣的T2弛豫時(shí)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(shí)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(dòng)水峰的頂點(diǎn)弛豫時(shí)間為57.22 ms,其余4個(gè)樣品的弛豫時(shí)間均為49.77 ms;5個(gè)樣品自由水峰頂點(diǎn)弛豫時(shí)間差別最大。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)5種肉樣測(cè)定過程中出現(xiàn)的不同頂點(diǎn)弛豫時(shí)間,通過回歸方程E1計(jì)算對(duì)應(yīng)的CuSO4溶液的濃度,配制溶液,利用LF-NMR測(cè)定相同質(zhì)量不同弛豫時(shí)間的CuSO4溶液的峰面積值,并進(jìn)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(shí)間CuSO4溶液通過LF-NMR測(cè)定的峰面積無顯著差異,表明弛豫時(shí)間并不會(huì)影響儀器對(duì)1H信號(hào)的采集。因此,本實(shí)驗(yàn)選取弛豫時(shí)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(rèn)為水的質(zhì)量)與信號(hào)峰面積的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shí)驗(yàn)

        2.3.1儀器重復(fù)性試驗(yàn)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(cè)定10次,記錄每次測(cè)量所得的峰面積值,根據(jù)回歸方程 E2求得對(duì)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(cè)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(yàn)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(cè)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(dòng)水的質(zhì)量。

        實(shí)驗(yàn)中儀器測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.011,樣品的重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.03,樣品重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)小于0.21,本實(shí)驗(yàn)中儀器及樣品的重復(fù)性均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表2 儀器及樣品重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

        2.4 肉中不同狀態(tài)水的質(zhì)量的測(cè)定

        樣品測(cè)定過程中,在弛豫時(shí)間1~10 ms范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)2個(gè)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(tuán)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(diǎn)弛豫時(shí)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(duì)同一組分內(nèi)存在的多個(gè)信號(hào)峰,可將峰面積疊加后,再通過回歸方程E2計(jì)算各組分水的質(zhì)量。

        LF-NMR法及烘箱法測(cè)定的各樣品中的體相水含量如表3所示,二者檢測(cè)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(jìn)行肉品水分含量的測(cè)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(dòng)水含量均高于70%,該部分水占總水的絕大部分,對(duì)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(cè)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

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