结合LF-NMR研究不同处理对酱牛肉保水性的影响

朱晓红，李 春，胡海涛，姚中峰，董晓光，李兴民，*

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083; 2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102249; 3.新疆石河子大学食品学院，新疆石河子832003)

结合LF-NMR研究不同处理对酱牛肉保水性的影响

朱晓红1，李 春1，胡海涛2，姚中峰3，董晓光1，李兴民1，*

(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083; 2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室，北京102249; 3.新疆石河子大学食品学院，新疆石河子832003)

为了探究二次杀菌处理对肉制品中水分的影响，将真空包装的酱牛肉经过600MPa/20min的超高压处理(HP)和90℃/10min的加热处理(HT)，未处理(UT)组作为对照，利用低场核磁共振技术(LF-NMR)测定了3组样品第0d和第7d时保水性及水分分布的变化情况。结果表明，高压、加热及贮藏过程均会导致产品重量的损失，增加可压出汁液的比例，HP及HT组处理损失分别为4.36%、6.53%。LF-NMR检测到了四个明显的水分群，代表肉中的结合水、不易流动水和自由水三种存在状态。其中，HP和HT会使肉中水分变得活跃，表现为弛豫时间延长，结合水比例降低、不易流动水和自由水增多，但HP较HT的影响小。核磁成像结果显示第0d时UT、HP、HT的图像依次变亮，表明酱牛肉中自由水的含量依次增多。因此，高压比热处理对酱牛肉保水性的影响要小。

酱牛肉，超高压，低场核磁共振技术，保水性

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛半腱肌(黄牛，育龄约1年6个月) 购自北京第五肉联厂。

HPP-700型超高压装置 升压速度100MPa/min，卸压速度100MPa/s，处理釜内水温20℃左右，内蒙古包头科发高新技术食品机械公司;MicrNMR核磁共振成像分析仪 上海纽迈电子科技有限公司; DZ-400真空封口机 北京瑞明兴包装科技有限公司;TMS-Pro质构仪 Food Technology Corporation，USA;DHG-9075A电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司;AY220万分之一电子天平SHIMADZU，JAPAN。

1.2 实验方法

1.2.1 实验工艺 酱牛肉的制作工艺如下:

1.2.2 样品处理 将冷却好的酱牛肉在超净工作台中切分，然后真空包装(真空度0.1MPa，抽空时间30s，热封时间3s)，每袋约为100g。将包装好的样品随机分成3组，每组10袋。分别进行以下处理:对照组:UT，不作处理;热处理组:HT，将包装好的样品置于90℃水浴锅中保温10min;超高压处理组:HP，将包装好的样品置于超高压处理釜中600MPa保压20min。将处理后的样品一半直接测定，剩下一半置于(4±1)℃冰箱中冷藏一周测定。

1.2.3 保水性的测定

1.2.3.1 水分含量(Water Content，WC) 参考GB/ T5009.3-2003方法测定。

1.2.3.2 重量损失(Weight Loss，WL) 以处理前后重量变化的百分比表示。

1.2.3.3 可压出汁液(Total Expressible Fluid，TEF)参考 Lee等［14］方法测定，将样品切成小块(2×2×2cm)称重，然后立即用食品保鲜膜包裹，置于室温下平衡2h。除去膜，将其置于三层(两层在下，一层在上)已称重的定性滤纸(直径9cm)之间，用质构仪以50mm/min速度下压至样品初始高度的50%。称量滤纸重量，计算TEF。每个处理测量5个平行。

TEF(%)=(干燥前滤纸质量-压缩前滤纸质量)/样品质量×100%

1.2.3.4 汁液流失(Purge Loss，PL) 将样品切成厚5mm薄片，真空包装，5片/袋，置于(4±1)℃下放置7d，去除真空袋中的流出汁液，称重。每个处理3个平行。贮存7d后以汁液流失衡量重量损失。

PL(%)=(流出汁液的质量/样品质量) ×100%

1.2.4 NMR横向弛豫时间(T2)测定 NMR弛豫特性的测量是在MicrNMR核磁共振成像分析仪上进行。质子共振频率为23MHz，温度为32℃。T2用CPMG序列测量。所使用的参数为:τ值(90°脉冲和180°脉冲之间的时间)为150μs。重复采样4次，重复间隔TR时间为1800ms，得到以指数形式衰减的核磁信号。将2.0g样品放入12mm样品管中用封口膜封口以防止水分蒸发，然后将样品管放入直径15mm的核磁管后放入分析仪中。每个测试至少3个重复。

利用CPMG序列来检测样品的横向弛豫过程，其弛豫信号的数学表达式为:

其中，Pi表示第i种成分的信号强度，总信号的大小是所有成分产生的信号大小的总和，T2i表示样品中第i种成分的横向弛豫时间。CPMG指数衰减曲线用MultiExplnv Analysis软件进行反演，此软件使用综合迭代法算法，结果为离散型与连续型相结合的T2谱，得到相应数据。

1.2.5 NMR微成像 NMR成像采用多层自旋回波(Multi-slice Spin Echo，MSE)序列来产生自旋回波图像。图像上每点的信号强度可由下式来描述:

其中，A表示该点的质子密度，TR表示重复时间(两次90°脉冲之间的时间间隔)，TE表示回波时间(90°脉冲到回波峰点之间的时间间隔)，T1表示该点的纵向弛豫时间，T2表示该点的横向弛豫时间。选取第0d的三组样品，分别取大小约1×1×1.8cm的肉样，采用较大的TR及TE值，得到128×128的T1加权图像。

1.2.6 结果处理 数据统计采用 SPSS16.0(SPSS Inc.，Chicago，IL)进行ANOVA单因素方差分析及Ducan检验(P＜0.05)，以平均值±标准差表示。

2 结果与讨论

2.1 不同处理对保水性的影响

表1是不同处理下贮藏0d和7d酱牛肉的水分含量、重量损失(汁液流失)和可压出汁液的变化情况。由表1可知，超高压和热处理以及贮藏过程都显著降低了产品的水分含量，增加了汁液流失及可压出汁液的比例。其中，HP和HT分别带来4.36%、6.53%的重量损失，水分减少量分别为 3.78%、 5.33%，说明处理损失主要由于水分的流失;处理后产品的可压出汁液增加了约80%，这表明，高压和热处理显著降低了产品的保水性(P＜0.05)，但HP组要比HT组损失小，这与Mor-Mur［15］及Pietrzak［16］的研究结果一致。这是由于熟肉制品中蛋白质在熟制过程中变性，再经高压或热处理，可能会破坏这一网络结构，导致持水力下降的缘故。

表1 不同处理对酱牛肉水分含量、重量损失(汁液流失)及可压出汁液的影响(%)Table 1 Effect of different treatments on water content，weight loss，purge loss and TEF of spiced beef(%)

表2 不同处理酱牛肉横向磁化衰减信号反演的四组分的弛豫时间(T2)及比例(%)Table 2 Relaxation time(T2)and proportion of four components in different samples after treatment and 7d-storage(%)

2.2 NMR弛豫特性

在LF-NMR测量中得到的两个主要参数是自旋-晶格弛豫时间(用T1来表示，又称为纵向弛豫时间)和自旋-自旋弛豫时间(用T2来表示，又称为横向弛豫时间)［17］。在肉和肉制品中弛豫时间的测量中多用T2来表示，因为T2变化范围较大［18］，而且T2比T1对多种相态的存在更加敏感［19］，它还可以区分不与固体颗粒相互作用或其溶剂作用的自由水和结晶水及物理化学键合的结合水或不可移动水［19］。对T2指数衰减曲线进行拟合，可得到不同处理肉样的NMR弛豫特性的数据。

用LF-NMR检测到的肉品横向磁化衰减信号反演后的 T2弛豫图形中分别出现过 2、3、4、5个峰［5，20-22］，但主要组分的弛豫时间及比例基本一致，都代表肉中水分的三种不同存在状态，即结合水、不易流动水和自由水。这些差异可能来源于肉品是非均一体系，其中不同形态的水之间相互交换，可能导致不同弛豫特性质子群的出现［21］;另外，食品加工中添加的钠盐是否会影响信号吸收，这一问题还有待进一步的研究。本实验检测到的T2弛豫图形中出现了四个峰，根据出峰时间和所占比例以及前人报道来看，可以认为T20是与蛋白质等大分子结合的结合水; T22代表了蛋白凝胶空隙中的不易流动水，占了肉中水分的绝大部分;T23代表了肉中能自由流动的自由水，而T21则被认为是不易流动水［22］或介于结合水与不易流动水之间的组分［21］。

图1和图2分别为三组肉样在第0d和第7d横向磁化衰减信号反演后的T2弛豫行为。表2则列出了在第0d和第7d时，UT、HP、HT三组肉样中各组水分对应的自旋-自旋弛豫时间(T2)及所占比例。

图1 不同处理酱牛肉第0d横向磁化衰减信号反演后的T2弛豫特性Fig.1 The T2relaxation after exponential fitting analysis of data for different samples on 0d

图2 不同处理酱牛肉第7d横向磁化衰减信号反演后的T2弛豫特性Fig.2 The T2relaxation after exponential fitting analysis of data for different samples on 7d

由图1、图2可以看出，HP和HT组四个组分的弛豫时间明显增加，表现为峰后移，说明处理组的水分移动性增强。根据峰面积计算的各组分所占比例显示，处理后，HP和 HT组 T20比例分别降低了1.83%、1.87%，而T23比例分别增加了0.33%、0.57%，变化显著(P＜0.05)，这说明处理后酱牛肉中的水分分布发生了变化，即结合水显著减少，自由水显著增加，这与图1、图2反应的现象一致。造成这一现象的原因可能是，高压或加热破坏了水分子与蛋白质等大分子结合的氢键以及蛋白凝胶网状结构［2］，使得结合水变少，不易流动水从凝胶体系中脱离变为自由水的缘故。这一结果与前人报道的高压和加热使熟肉制硬度和咀嚼性降低、粘聚性增强［23-25］的结果相对应，也解释了上文处理组保水性降低的原因。贮藏过程对各组水分分布也有一定影响，表现为T20、T21比例下降，T22、T23比例升高，这一变化可能是由于微生物的生长繁殖造成的。

图3是用核磁微成像技术得到的UT、HP、HT三个处理组酱牛肉的图像。NMR图像法是通过选择合适的脉冲序列得到回波信号，在二维傅里叶变化法中，通过三个互相垂直的可控线性梯度定位，将样品的体素与图像上的像素一一对应，然后根据样品截面上不同点的信号强度的差异，经过计算机处理得到明暗对比、再将这些像素组合起来得到的图像。检测中一般用的是二维图像，即得到某一截面的图像，通过信号颜色的亮暗反映样品中水等组成物质的含量［26］。该图像采用的是质子密度加权图像，1H质子(H2O)密度越大，图中信号越强，即水分含量越多，在图中显示越亮。由图3可看出UT、HP、HT的NMR图像依次变亮，表明三组样品表面水分依次增多。这与三个组T23的比例依次增大的结论一致。因此，核磁成像可在一定程度上反映肉品中水分含量及水分分布的变化情况，为肉品保水性变化的研究提供了一种简便快捷无损的方法。

图3 第0d三个组酱牛肉的核磁成像图Fig.3 The NMR images of three different samples obtained on 0d

3 结论

本实验结合LF-NMR研究了超高压(600MPa/ 20min)和加热(90℃/10min)两种二次杀菌方式对真空包装酱牛肉保水性及水分分布的影响。结果表明，高压和热处理均会导致酱牛肉保水能力的下降，带来重量上的损失及可压出汁液的增加，但高压处理比加热损失小。低场核磁共振结果显示，高压和加热处理改变了酱牛肉中的水分特性，使水分变得活跃，自由水增加，HT比HP组变化明显;核磁成像显示，UT、HP、HT组表面水分依次增多，与上述两个结论相对应。这为今后研究肉品保水性的变化提供了一种有效的方法，但关于高压和加热处理对熟肉制品保水性及水分分布的影响还需要更多的实验论证。

［1］支铁牛，贾培起.超高压技术在低温肉制品加工中的应用［J］.肉类研究，2008(8):26-30.

［2］Mor-Mur M，Yuste J.High pressure processing applied to cooked sausage manufacture:Physical properties and sensory analysis［J］.Meat Science，2003，65(3):1187-1191.

［3］Balasubramaniam Y M，Farkas D，Turek E J.Preserving foods through high-pressure processing［J］.Food Technology，2008，62 (11):32-38.

［4］周林燕，廖红梅，张文佳，等.食品高压技术研究进展和应用现状［J］.中国食品学报，2009，9(4):165-169.

［5］Bertram H C，Donstrup S，Karlsson A H，et al.Continuous distribution analysis of T2relaxation in meat—an approach in the determination of water-holding capacity［J］.Meat Science，2002，60(3):279-285.

［6］Bertram H C，Schafer A，Rosenvold K，et al.Physical changes of significance for early post mortem water distribution in porcine M.longissimus［J］.Meat Science，2004，66(4):915-924.

［7］Bertram H C，Karlsson A H，Andersen H J.The significance of cooling rate on waterdynamics in porcine muscle from heterozygote carriers and non-carriers of the halothane gene-a low-field NMR relaxation study［J］.Meat Science，2003，65(4): 1281-1291.

［8］戚军，高菲菲，李春保，等.低场NMR研究冻融过程中羊肉持水力的变化［J］.江苏农业学报，2010，26(3):617-622.

［9］Bertram H C，Engelsen S B，Busk H，et al.Water properties during cooking of pork studied by low-field NMR relaxation: effects of curing and the RN-gene［J］.Meat Science，2004，66 (2):437-446.

［10］Bertram H C，Purslow P P，Andersen H J.Relationship between meat structure，water mobility，and distribution:A lowfield nuclear magnetic resonance study［J］.Journal of Agricultural Food Chemistry，2002，50(4):824-829.

［11］Ahmad M U，Tashiro Y，Matsukawa S，et al.Comparison of gelation mechanism of Surimi between heat and pressure treatment by using rheological and NMR relaxtion measurements［J］.Food Engineering and Physical Properties，2004，69(9):497-501.

［12］Sandie M Møller，Alberto Grossi，Mette Christensen，et al. Water properties and structure of pork sausages as affected by high-pressure processing and addition of carrot fibre［J］.Meat Science，2011，87:387-393.

［13］Bertram H C，Wu Zhiyun，Straadt Ida K，et al.Effects of pressurization on structure，water distribution，and sensory attributes of cured ham:Can pressurization reduce the crucial sodium content［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54:9912-9917.

［14］Lee C M，Whiting R C，Jenkins R K.Texture and sensory evaluations of frankfuiters made with different formulations and processes［J］.Journal of Food Science，1987，52:896-900.

［15］Mor-Mur M，Yuste J.High pressure processing applied to cooked sausage manufacture:Physical properties and sensory analysis［J］.Meat Science，2003，65(3):1187-1191.

［16］Pietrzak D，Fonberg-Broczek M，Mucka A.Effects of high pressure treatment on the quality of cooked pork ham prepared with different levels of curing ingredients［J］.High Pressure Research，2007，27:27-31.

［17］潘兴云，薛妍君，蒋林惠，等.肉多汁性的研究及核磁共振技术在多汁性检测中的前景［J］.科技信息，2010(24):6-9.［18］Trout G R.Techniques for measuring water-binding capacity in muscle foods-A review of methodology［J］.Meat Science， 1988，23(4):235-252.

［19］Hinrichs R，Noll M，Wolfschoon A，et al.Characterisation of the water-holding capacity of flesh cheese samples by means of low resolution nuclear magnetic resonance［J］.Food Research International，2004，37(7):667-676.

［20］Tornberg E，Wahlgren M，et al.Pre-rigor conditions in beef under varying temperature-and pH-falls studied with rigometer，NMR and NIR［J］.Food Chemical，2000，69:407-418.

［2］Borisova M A，Oreshkin E F.On the water condition in pork meat［J］.Meat Science，1992，31:257-265.

［22］韩敏义，费英，徐幸莲，等.低场NMR研究pH对肌原纤维蛋白热诱导凝胶的影响［J］.中国农业科学，2009，42(6): 2098-2104.

［23］Yuste J，Mor-Mur M，Capellas M，et al.Mechanically recovered poultry meat sausages manufactured with high hydrostatic pressure［J］.Poultry Science，1999，78(6):914-921.

［24］韩衍青，张秋勤，徐幸莲，等.超高压处理对烟熏切片火腿保质期的影响［J］.农业工程学报，2009，25(8):305-311.

［25］Ruiz-Capillas C，Carballo J，Jimenez Colmenero F.Biogenic amines in pressurized vacuum-packaged cooked sliced ham under different chilled storage conditions［J］.Meat Science，2007，75: 397-405.

［26］陈珊珊，李然，俞捷，等.永磁低场核磁共振分析仪原理和应用［J］.生命科学仪器，2009(10):49-53.

Effect of different treatments on water-holding capacity and water distribution of spiced beef using low-field nuclear magnetic resonance

ZHU Xiao-hong1，LI Chun1，HU Hai-tao2，YAO Zhong-feng3，DONG Xiao-guang1，LI Xing-min1，*
(1.College of Food Science＆Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China; 3.College of Food Science＆Technology，Shihezi University，Shihezi 832003，China)

In order to investigate the effect of the secondary sterilizationon the water in meat products，the waterholding capacity(WHC)of vacuum-packed spiced beef subjected to high pressure(600MPa/20min，HP)and heat treated(90℃/10min，HT)on 0d and after 7d were studied，untreated samples as control groups.The influences of different treatments and 7d storage on the water distribution were also demonstrated by using low-field nuclear magnetic resonance(LF-NMR).The results indicated that both treatments and storage could induce weight loss and increase total expressible fluid.The weight loss of HP and HT was 4.36%，6.53%，respectively.LF-NMR detected four distinct water populations，and they represented three states of water in meat:bound water，immobilized water and free water.HP and HT could increase the mobility of water molecule in the samples，as relaxation time extension，proportion of bound water decreased，immobilized water and free water increased. Nevertheless，the effect of high pressure was smaller than heat treated.The NMR images of UT，HP，HT samples were became lighter in turn on 0d，which showed that free water in the corresponding samples were increasing in turn.In sum，the effect of high pressure on the WHC of spiced beef was smaller than heat treatment.

spiced beef;high pressure processing;NMR;WHC

TS251.6+1

A

1002-0306(2012)04-0092-05

低温肉制品是指在常压下通过蒸、煮、熏、烤等加工过程，使肉制品的中心温度达到75～85℃的肉类产品［1］。目前我国多数厂家是通过加热处理对低温肉制品进行二次杀菌来延长产品货架期。但是热杀菌存在一些弊端，比如导致产品发生形变、色变、味变的不良后果，对包装材料耐热性有要求［2］、杀菌效果受切块大小影响等。而超高压技术(High Pressure Processing，HPP)是一种纯物理作用，具有作用均匀，不存在压力梯度，处理结果不受样品几何形状、体积的影响［3］，以及杀菌温度低、对环境污染小等优点［4］。实验研究发现，HPP和热处理均会降低产品的保水性，直接影响产品品质和厂家利益。低场核磁共振技术(LF-NMR)是通过检测食品中H质子的弛豫时间来获取食品中水分分布信息，近年来在食品科学研究中得到了广泛应用。NMR在肉品中主要用于研究各种外界条件(如静养、宰前处理、冷却等)对肉中水分分布及保水性的影响［5-7］、冻融过程肉的持水力变化［8］、生肉蒸煮过程中水分分布的变化及与保水性的关系［9］以及肉的结构与肌节长度和肌丝空间的相关关系［10］等。而在高压肉品方面，主要用NMR研究HPP处理或HPP与加热结合处理生肉对其蛋白凝胶特性、保水性及腌制效果和食盐添加量影响等方面［11-13］，但LF-NMR用于研究不同处理对熟肉制品水分分布的影响尚未见报道。因此，本研究采用LF -NMR对HPP和加热处理后酱牛肉保水性及水分分布影响进行初步研究，将为今后LF-NMR技术用于熟肉制品保水性的评定提供参考。

2011-04-19 *通讯联系人

朱晓红(1986-)，女，在读硕士，研究方向:畜产品加工。

农业部公益性行业(农业)科研专项(200903012)。