H_NMR及其在鱼糜制品加工和保藏中的应用

收稿日期：2008- 09- 25 基金项目：福建省青年科技人才创新项目 （2007F3052）；福建省教育厅科研项目 （JB06057）。 作者简介：娄广庆 （1984- ），男，河南人，在读硕士，研究方向：食品加工与保藏。
* 为通讯作者：林向阳 （1969- ），男，博士，副教授，研究方向：食品质量与安全。
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农产品加工·学刊
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重要因素，同时，肌球蛋白和肌动蛋白是鱼肉形成凝 胶体的主要成分。因此，可以采用核磁共振技术研究 鱼糜制品的凝胶过程，并准确地揭示出该过程中各组 分之间的相互作用，同时，也可以研究不同温度时的 凝胶情况，以便准确确定鱼糜在凝胶过程中的生产加 工温度，优化鱼糜凝胶的工艺条件。为了提高鱼糜制 品的凝胶强度，通常需要在鱼糜制品的加工过程中添 加凝胶强度增强剂，如钙离子、葡萄糖酸钠、转谷胺 酰胺酶 （T Gase）、淀粉、非肌肉蛋白、还原物质和 氧化剂等。蛋白质和碳水化合物之间的相互作用影响 着鱼糜制品的功能性质。
农产品加工·学刊
第 12 期(总第 157 期) 2008 年 12 月
农产品加工·学刊 Academic Periodical of Farm Products Processing
文章编号：1671- 9646 ( 2008 ) 12- 0022- 03
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No.12 Dec.
目前的研究普遍认为，鱼糜制品中蛋白质凝胶的 形成主要经过凝胶化、凝胶劣化和鱼糕化 3 个阶段。 肌球蛋白和肌动蛋白分子在 50 ℃前形成一个比较松 散的网状结构，由溶胶变成凝胶，即凝胶化阶段。当 蛋白质凝胶化后，在一定的蛋白质浓度、pH 值和离 子强度下，鱼肉的肌球蛋白分子的 α 螺旋会慢慢解 开，蛋白质分子间通过价键相互作用，该作用主要是 疏水作用和二硫键相互作用；当温度达到 50~65 ℃ 时，凝胶形成断裂的网状结构，出现凝胶劣化现象； 当温度升高到 65~70 ℃时，凝胶就会变成有序和非 透明状，凝胶强度明显增大，此时出现鱼糕化[7]。在 鱼糜制品的凝胶过程中，温度是影响鱼糜凝胶性能的
4 H—NMR 在鱼糜制品凝胶过程中的应用
漂洗是鱼糜生产加工中非常重要的工序，通过漂 洗不仅可以除去鱼肉中的血污、色素、腥味、部分无 机盐和脂肪，而且能除去鱼肉中的一些水溶性蛋白质 和大多数的肌浆蛋白，提高肌原纤维蛋白的浓度和鱼 肉凝胶的形成能力[7]。
S.R.Baxter 等人[8]的研究表明，漂洗处理明显影响 着鱼糜制品的凝胶性能，经 3 次漂洗处理，且不加氯 化钠的鱼糜制品，具有很强的凝胶性能和较好的持水 能力。目前，常用的漂洗方法有清水漂洗、盐水 （质 量分数为 0.5%的 NaC）l 漂洗和碱水 （质量分数为 0.5%的 NaHCO）3 漂洗 3 种。漂洗时，漂洗溶液的温 度越高，越有利于水溶性蛋白质的溶出和其他杂质的
A.M.Barrera 等人[12]在鱼糜凝胶时加入质量分数为 0.2%的氯化钙后，酰胺化的低甲氧基果胶可以提高 鱼糜制品凝胶的剪切应力、硬度和持水能力。
R.M.Uresti 也 [13] 研究了酰胺化的低甲氧基果胶对 鱼糜制品凝胶性能的影响。
周爱梅等人[14]研究了抗坏血酸和半胱氨酸 2 种还 原剂，及乳酸钙、葡萄糖酸钙 2 种钙盐对鳙鱼鱼糜凝 胶特性的影响。在研究这些凝胶增强剂对鱼糜制品的 凝胶效果的影响时，也可以通过核磁共振技术研究这 些凝胶增强剂与肌球蛋白或肌动蛋白的相互作用，不 同种类的凝胶增强剂，以及同种不同添加量的凝胶增 强剂对鱼糜制品凝胶性能的影响，从而确定出最适于 鱼糜制品加工的凝胶增强剂。
3 H—NMR 在鱼糜制品擂溃中的应用
擂溃是鱼糜制品生产加工中重要的工序之一，它 所起的作用是研磨、搅拌和充气[10]。擂溃过程分为空 擂、盐擂和调味擂溃 3 个阶段，空擂使鱼肉的肌肉纤 维组织进一步被破坏，为盐溶性蛋白的充分溶出创造 良好的条件；盐擂促进了鱼肉中盐溶性蛋白 （肌球蛋 白和肌动蛋白） 的溶解，使它与水混合发生水化作用 而聚合成黏性很强的肌动球蛋白溶胶；调味擂溃使加 入的辅料、调味料及凝胶增强剂与肌动球蛋白溶胶充 分混合均匀。因此，擂溃的方式可明显地影响鱼肉蛋 白的凝胶强度[11]。但是如果擂溃时间过长，鱼糜会因 温度升高而导致盐溶性蛋白质变性，不利于凝胶结构 的形成。擂溃过程可利用核磁共振的驰豫时间的变化 规律来严格控制擂溃时间、擂溃温度、加盐量等参 数，以保证鱼糜制品的弹性。在整个擂溃过程中，可 以根据不同的质子信号，研究肌动球蛋白与水发生水 合的过程，进而研究肌动球蛋白溶胶的形成机理。
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娄广庆，等：H- NMR 及其在鱼糜制品加工和保藏中的应用
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与磁场的方向相反，能级较高；m 为 1/2 的取向，与 磁场的方向相同，能级较低。根据量子力学的理论， 二者的能量差为：
△E=hrH0.
式中：h— ——普朗克常量； r — ——原子核的磁旋比；
H0 — ——外加磁场的磁场强度。 自旋轴的方向即是自旋角动量的方向，也是氢原 子核磁矩的方向。由于氢原子核的自旋轴与外加磁场 的方向成一定角度，所以自旋的核会受到一定的外力 矩，即核磁矩 μ。在核磁矩 μ 的作用下，氢原子核将 绕磁场进动。核磁矩 μ 在静磁场中围绕 H 进动，它 的运动轨迹是圆锥体。在进动过程中，核磁矩的能量 不发生变化。为使核磁矩的能量发生变化，必须在静 磁场的垂直平面内，施加以角速度 ω 旋转的第 2 磁 场 H1，即右旋圆极化场，一般 H1<<H0。若所加的旋 转磁场的频率 f 正好等于核磁矩的进动频率 v，则就 会发生共振现象，低能态的氢原子核吸收交变磁场的 能量，这一过程称为弛豫。 采用空间编码的方法，在 NMR 的外磁场上再加 一个线性磁场梯度，则原子核的进动频率与其所在位 置有关，可以达到核磁共振成像的目的。这是因为频 率可以通过测量得到，并且根据磁场的空间变化，便 可确定共振核的位置。空间编码包括空间频率编码和 空间相位编码。空间频率编码是利用含有激发核的样 品在线性梯度场下发射的频率不同，以频率信息对应 空间信息而编码的。空间频率编码只能得到一维空间 分布，要实现二维 NMR，还需要空间相位编码。空 间相位编码是利用空间位置相位的不同而编码的。在 二维 NMR 中，x 方向的空间位置采用空间频率编码； y 方向的空间位置采用空间相位编码。若梯度磁场是 三维的，进行空间编码，取垂直于 H0 的一个成像平 面，并将该平面邻近的平面像汇集起来，就可以得到 三维的核磁共振图像。
0 引言
核磁共振技术是基于原子核的磁距，研究各种分 子的物理性质和化学性质，进而获得物质的结构、功 能、动态状况等信息的一项新技术。1946 年，美国 斯 坦 福 大 学 F.Bloth [1]领 导 的 研 究 小 组 和 哈 佛 大 学 E.M.Purcell [2]领 导 的 研 究 小 组 分 别 采 用 不 同 的 方 法 ， 几乎同时独立地观测到了核磁共振现象。此后，随着 科学技术的发展，核磁共振技术逐渐被人们所认识。 迄今为止，核磁共振技术的应用范围已经涉及到了物 理、化学、生物、医学、地质等各个领域和工业、农 业、商业、有机化工等各个部门，其应用的领域还在 逐步扩大。目前，核磁共振技术已成为鉴定有机化合 物结构和研究化学动力学等的极为重要的方法[3， 4]。
H- NMR 及其在鱼糜制品加工和保藏中的应用
娄广庆，* 林向阳，张 宏，朱榕璧，彭树美，张丽晶，李雁晖
（福州大学 生物科学与工程学院，福建 福州 350108）
摘要：核磁共振技术是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术，已广泛应用于物理、化学、
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生物、医学、地质、食品等各个领域。综述了核磁共振技术的基本原理，以及核磁共振技术在鱼糜的漂洗、擂溃、
凝胶和保藏过程中的应用，扩展核磁共振技术在食品中的应用领域。
关键词：核磁共振；鱼糜；加工与保藏
中图分类号：TS205
文献标志码：A
H- NMR and its Application in Processing and Storing of Surimi
Lou Guangqing，*Lin Xiangyang，Zhang Hong，Zhu Rongbi，Peng Shumei，Zhang Lijing，Li Yanhui （College of Biological Sci. & Tech.，Fuzhou University，Fuzhou，Fujian 350108，China）
2 H—NMR 在鱼糜制品漂洗中的应用
去除，使鱼肉中胶原蛋白的量相对增加，鱼丸的弹性 等得以提高；但温度过高时，会使胶原蛋白的三级、 四级结构发生改变，反而会降低其凝胶性能，使鱼丸 的品质变差。目前，核磁共振技术在蛋白质领域中的 应用研究主要集中在测定蛋白质的三维空间结构、研 究蛋白质的反应动力学，以及研究蛋白质与配体之间 的相互作用这 3 个方面[9]。为了准确确定漂洗时的温 度，在不同的漂洗温度下，可采用核磁共振技术测定 胶原蛋白三级、四级结构的变化。根据这些蛋白质高 级结构的变化对鱼糜制品凝胶性能影响程度的不同， 进而确定最佳的漂洗温度。在采用核磁共振技术研究 鱼糜的凝胶性的同时，运用质构仪测定鱼糜的弹性和 断裂强度，综合分析这些指标，从而选择出经某一种 漂洗溶液，或哪几种漂洗溶液结合处理后的鱼糜凝胶 效果最好，并且确定出最适的漂洗温度、漂洗时间和 漂洗液用量。
Abstract： The nuclear magnetic resonance （NMR） technology is one kind of technology which could obtain the nuclear information by using the energy change of the atomic nuclear in magnetic field. It has been widely used in the fields of the physics，chemistry，biology，medicine，geology，food and so on. In the article，the basic principles of the nuclear magnetic resonance technology are reviewed， and the application in the processing of washing， chopping， gel and the storing is introduced in surimi. It will be enlarge the application of NMR in the food fields. Key words：NMR；surimi；processing and preservation
核磁共振技术在食品科学领域中的应用始于 20 世纪 70 年代初期，由于其定性测定不具有破坏性 和定量测定不需要标样等优点，在食品中的应用备受 重视，并且具有巨大的发展潜力。
鱼糜制品是指以鲜鱼肉或冷冻鱼糜为原料，加 食盐等辅料，擂溃成鱼浆后，再成型、加热制成的
有弹性凝胶状食品的总称，如鱼丸、鱼糕等。蛋白 质的凝胶性能是决定鱼肉制品品质优劣的关键因素， 因为它直接影响着鱼肉制品的组织特性、保水性、 黏结性，以及产品的得率[5]。通过采用核磁共振技术 及时准确地检测鱼糜制品中各成分的变化和相互之 间的影响，可以更清楚地了解其凝胶机理，以及观 测其在冷冻和保藏方面的细微变化，这对改良鱼糜 制品的配方，优化其加工工艺，提高鱼糜制品的品 质有着重大的意义。
1 H—NMR 的原理
若将原子核置于磁场中，则原子核的自旋取向共 有 （2I+1） 个 （I 表示自旋量子数）。各个取向可由一 个磁量子数 m 表示，即 m=I,I- 1,......- I。当以适当频 率的电磁波照射在外加静磁场中的自旋核，处于低能 态的自旋原子核就会吸收电磁波的能量跃迁到高能 态，并产生共振吸收信号，这样的过程被称为核磁共 振 。 氢 原 子 核 的 自 旋 量 子 数 I 为 1/2， 则 量 子 数 m 为±1/2，即在磁场中氢原子核有 2 种自旋取向。 这 2 种自旋取向代表 2 个能级，m 为 - 1/2 的取向，