低场NMR结合响应面法优化复合磷酸盐保水剂配比_许雯雯

式（1）中，Rmag（t）— ——衰减到时间 t 时的 幅 值 大 小 ；T2j— ——第 j 个 组 分 的 自 旋-自 旋 弛 豫 时 间 ； T2min 和 T2max— ——测 量 自 由 衰 减 信 号 所 能 分 辨 的 最 短和最长弛豫时间；Xj— ——各弛豫时间 T2j 所对应
的信号幅度值。
肌肉中水分的存在形式有 3 种， 即不可移动
收稿日期： 2010-02-28 基金项目： 国家高技术研究发展计划（863）(2007AA091806)；
国 家 自 然 科 学 基 金 （30800916 ） 作者简介： 许雯雯，女，1985 年出生，硕士生 通讯作者： 励建荣
水、可移动水和自由水。 水产品的食用品质主要取 决于肌肉对可移动水的保持能力， 可移动水影响 水产品的嫩度、口感等感官特性。 传统上是通过制 备水产品的凝胶蛋白， 并通过凝胶蛋白的保水性 来衡量水产品的保水效果。 该方法主要以自由形 态的水含量来衡量保水性， 无法对水分流动性以 及在食品中的分布状态进行检测， 对于评价肌肉 的保水特性有一定的局限性。 低场核磁共振（Low field nuclear magnetic resonance）技术是根据水质 子 与 周 围 环 境 的 不 同 ， 区 分 不 同 形 态 的 水 [5-6]， 它 是 研究食品保水特性的良好手段。 国外报道用 NMR 弛豫研究鲜猪肉的持水性及含水量 ， [7-10] 烹调过程 中水性质的变化[11]等。 目前对低场 NMR 弛豫用于 磷酸盐对肌肉保水性方面的研究还鲜有报道。
可以看到，随着烘干时间的增加，样品中水分含量 减小，样品 T2 分布图中的总积分面积减小。 鲈鱼 肉 T2 弛 豫 的 特 点 是 在 0.1～10 ms 区 间 有 2 个 小 峰 ，而 主 峰 在 10～100 ms 范 围 ，在 200 ms 左 右 的 位置也有明显的成分出现。 拟合后的鱼肉组织在 NMR 弛豫图上有 4 个峰， 说明该鱼肉组织中有 4 种 组 分 的 水 ，一 般 地 ，T2 可 分 为 T21（0～10 ms）、 T22（10～100 ms）、T23（>100 ms），故将第 1、第 2 个峰 合并统称为化合水，即不可移动水（化合水）、可移 动水和自由水。
采用响应面法优化复合磷酸盐保水剂的配 比 。 根 据 Box-Behnken 的 中 心 组 合 试 验 设 计 原 理[12]， 综 合 单 因 素 试 验 结 果 ， 选 取 TSPP、STPP、
HMP 溶液的浓度为自变量， 分别以 A、B、C 表示， 并以+1、0、-1 分别 代 表 自 变 量 的 高 、中 、低 水 平 。 以 A=（X1－2.0） ／ 1.5，B=（X2－3.0） ／ 2.0，C=（X3－1.0） ／ 0.5 为自变量，以 T22 的积分峰面积（R）为响应值， 进行响应面分析试验，试验因素及水平设计见表1。
关键词 低场 NMR； 多聚磷酸盐； 鱼肉； 持水特性 文章编号 1009-7848（2011）01-0144-08
肌 肉 的 保 水 性 （water holding capacity, WHC）一般指在加工过程中，肌肉的水分及添加到 肌肉中的水分的保持能力。 肉制品持水性的高低 直接关系到肉制品的质地和成品率， 它既影响产 品品质又和企业的经济效益息息相关[1-3]。 因此，在 保证产品质量的前提下，如何提高制品的保水性， 一直是水产品加工研究的重要课题之一。
T22 积分峰面积
500000 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000
50000 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 鲈 鱼 肌 肉 含 水 量 /g
图 2 NMR 横向弛豫总积分面积与鲈鱼肌肉中 水分的关系
许雯雯 王 丽 鲍晨炜 粱新乐 励建荣 * （浙江工商大学食品与生物工程学院 浙江省食品安全重点实验室 杭州 310035）
摘 要 采 用 低 场 核 磁 共 振 技 术 研 究 焦 磷 酸 钠 （TSPP）、三 聚 磷 酸 钠 （STPP）、六 偏 磷 酸 钠 （HMP）对 鲈 鱼 肌 肉 持 水 特 性 的 影 响 。 以 可 移 动 水 的 积 分 峰 面 积 为 指 标 ， 在 单 因 素 试 验 基 础 上 ， 采 用 响 应 曲 面 法 （response surface methodology，RSM）优化复合磷酸盐的配比。 经多聚磷酸盐溶液浸渍，继而蒸 煮 处 理 后 的 鲈 鱼 肌 肉 的 低 场 NMR 谱拟合后得到的水有 4 个峰，合并为对应水的 3 种状态，即不可移动水、可移动水和自由水，这 3 种水分别对应 的横向驰豫时间是 T21、T22、T23。 影响鱼肉保水性因素的主次顺序为 TSPP＞STPP＞HMP，且 TSPP 对鱼肉保水效果 具有显著影响，复合磷酸盐(焦磷酸钠-多聚磷酸钠-六偏磷酸钠)的优化配方为：焦磷酸钠溶液 1.74%、三聚磷酸 钠溶液 3.03%、六偏磷酸钠溶液 0.92%。 低场核磁共振谱能很好地表征肌肉组织内部水分的状态以及复合磷酸 盐配比对鲈鱼肌肉保水性的影响，可用于对复合磷酸盐配比的筛选。 本研究结果可为磷酸盐在水产品中的加工 与应用提供一定的理论依据。
在肌肉制品中加入磷酸盐， 可以改善制品的 质构， 提高盐溶蛋白质热诱导凝胶保持水分和脂 肪的能力，提高产品得率，改善食品质构，从而在 不降低产品品质的前提下降低产品的成本[4]。 对于 不同种类的肉制品和水产品， 磷酸盐之间的配比 不同，其保水效果也不同。 因此为获得最佳保水效 果，寻找复合磷酸盐的最佳配比，是研究水产品加 工工艺的重要内容。
CMPG 指 数 衰 减 曲 线 用 仪 器 自 带 的 Inver-
tion 7.0 软件进行反演，得到 T2 值。 本软件使用连
续型指数拟合，反演的结果为生成弛豫图，各个弛
豫过程的弛豫幅值，其对应时间常数（峰值）及其
所占面积分数，每个峰起始时间和结束时间等。
1.3.7 响应曲面数据处理 与 分 析 利 用 Design-
1.3.5 CPMG 试 验 参 数 质 子 共 振 频 率 为 22.3
MHz， 测量温度为 32 ℃。 自旋-自旋弛豫时间 T2 用 CPMG 序 列 进 行 测 量 。 [13-14] 具 体 使 用 的 参 数 ：
90°硬脉冲时间 12.1 μs，180°硬脉冲时间 24.2 μs，
半 回 波 时 间 （τ）180 μs，重 复 扫 描 次 数 （NS）64，重
Fig.2 The relationship between T2 population and weight of water in Weever muscle
幅度
90000 80000 70000 60000 50000
水分 74.7% 水分 68.3% 水分 64.8% 水分 61.2% 水分 54.6% 水分 36.1% 水分 15.2%
本文采用低场 NMR 的 CPMG （Carr-PurcellMeiboom-Gill，CPMG）脉 冲 序 列 ， 收 集 90° 硬 脉 冲 电磁波激发样品中的水质子所得回波信号， 并用 多重指数衰减模型对收集的信号数据进行分析， 得到样品的自旋-自旋驰豫时间（T2）。 试验中以核 磁共 振 得 到 的 T22 的 积 分 峰 面 积 作 为 保 水 性 的 指 标， 采用响应面法建立磷酸盐浓度与鲈鱼肉品保 水性指标之间的数学模型， 寻找最佳的复合磷酸
复时间（TR）1 000 ms，回波个数（EC）3000。 试验过
程中未测样品放置在 4 ℃冰箱保存。
1.3.6 CPMG 数据反演拟合 样品经 CPMG 序列
测定， 所得结果为多指数衰减曲线， 其数学模型
是：
乙 Rmag （t）=
T2max
x exp T-t T2min j
（
2j
）+ξ（t）
Байду номын сангаас（1）
DOI:10.16429/j.1009-7848.2011.01.015
第 11 卷 第 1 期 2011 年2月
中国食品学报
Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
Vol． 11 No． 1 Feb． 2 0 1 1
低场 NMR 结合响应面法优化复合磷酸盐保水剂配比
低频脉冲核磁共振分析仪， 上海纽迈电子科 技 有 限 公 司 ；电 子 天 平 （AR2140）， 美 国 OHAUS； 数显恒温水浴锅（HH-6），国华电器有 限 公 司 ；卤 素水分测定仪（MB35），移液枪（GILSON）。 1.3 试验方法 1.3.1 样品处理 在宰后的鱼背部肌肉上沿纤维 方向取肉样，切成 1.3 cm×1.3 cm×1.3 cm 大小的块 状，其质量 2 g。 1.3.2 样品的 NMR 研究 将 7 份 2.0 g， 大小约 为 1.3 cm×1.3 cm×1.3 cm 的鱼肉丁（含水量为 74.7%） 放入卤素水分测定仪中，120 ℃烘干至含水量分别 为 68.3%、64.8%、61.2%、54.6%、36.1%、15.2%。 因 试验用 LF-NMR 磁体柜内温度恒定为 32 ℃，故在 采样前，需将装有样品的核磁管放入 32 ℃水浴锅 中平衡 5 min，再进行核磁共振检测。 1.3.3 3 种 磷 酸 盐 的 单 因 素 试 验 取 15 块 鱼 肉 样品 （1.3 cm 长，1.3 cm×1.3 cm 的交叉部分面积， 质 量 2 g）， 分 别 浸 渍 在 0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、 4.0% 的 焦 磷 酸 四 钠 （TSPP）、 三 聚 磷 酸 钠 （STPP） 及 六偏磷酸钠（HMP）溶液中，1.5 h 后放入沸水浴中 5 min，进行蒸煮处理。 装管前，清除掉肉体表面渗 出 的 水 分 ， 将 其 置 于 圆 柱 形 玻 璃 管 内 （直 径 15 mm， 长 20 cm）。 将样品管置于恒温水浴锅内（32 ℃）静置 5 min 后，取出，拭干样品管表面的水分， 进行核磁共振检测。 平行试验 3 次，取平均数据。 1.3.4 响 应 曲 面 试 验 设 计 将 TSPP、STPP、HMP 复合， 配成复合磷酸盐溶液。 在单因素试验基础 上， 以 TSPP、STPP 和 HMP 的添加量为因素做响 应面试验，平行试验 3 次，取平均值。