凝膠掃描電鏡圖像的對比分析

張崟 ，卓勇賢 ，王衛 ，張佳敏

（1.成都大學肉類加工重點實驗室，四川 成都 610106；2.四川省哈哥兔業有限公司，四川 樂山 613102）

凝膠掃描電鏡圖像的對比分析

張崟1，卓勇賢2，王衛1，張佳敏1

（1.成都大學肉類加工重點實驗室，四川 成都 610106；2.四川省哈哥兔業有限公司，四川 樂山 613102）

分析相同工藝制作的魚糜凝膠的掃描電鏡（SEM）圖像。通過比較不同放大倍數下魚糜凝膠的斷面和切面SEM圖像的表面狀況、光密度分布及光密度的方差值，得出SEM斷面圖像的表面比切面圖像粗糙，在評價魚糜凝膠的致密程度時容易造成判斷誤差，而切面SEM圖像更好地反映了魚糜凝膠的致密程度，這可以由魚糜凝膠的SEM切面圖像的光密度顯著（p<0.05）高于斷面圖像、SEM切面的光密度方差較斷面圖像高進行驗證。

凝膠；掃描電鏡；魚糜；光密度

掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）廣泛應用于不同領域中研究各種樣品的表面型貌，如食品科學、生物學、植物學、材料學等等[1-3]，其原理是由電子源產生的電子束作用于樣品表面而產生次級電子，次級電子被陰極射線管捕獲，并作用在顯像管上形成樣品形貌圖，即SEM圖像。

用SEM觀察固體樣品表面時多采用斷面和切面2種方式處理樣品[4]。斷面是樣品經過戊二醛硬化、乙醇脫水、凍干處理后折斷，觀察折斷面（斷面）的狀況；切面是樣品經過戊二醛硬化后，用刀片將其切成規則的形狀，再經乙醇脫水、凍干處理后觀察切面部分的狀況。通常觀察樣品斷面電鏡狀況比切面常見，原因是通過斷面電鏡不僅可以觀察樣品表面狀況，同時可以觀察樣品局部的立體狀況[5]。但是，目前在通過SEM圖觀察樣品表面致密程度時，對斷面和切面電鏡圖像特征的研究少有報道。因此，以羅非魚魚糜凝膠的斷面和切面SEM圖像為例，分析了相同工藝制作的魚糜凝膠樣品的斷面和切面SEM圖像的異同，以便為凝膠類及其他固體樣品表面狀況的SEM分析提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

1.1.1 主要材料

新鮮羅非魚（重量<500 g）購于菜市場。實驗中所用戊二醛、磷酸、無水乙醇等藥品及試劑均為分析純。

1.1.2 主要實驗儀器

斬拌機：揭東縣港美吳哲食品機械廠；JSM-6360掃描電鏡、JFC-1600噴金儀、JFD-310冷凍干燥機：日本電子。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚糜及魚糜凝膠制作

魚糜及魚糜凝膠制作方法同文獻[3]。切取制作的魚糜凝膠樣品（長20mm×寬2mm×高1mm）15塊備用。

1.2.2 斷面電鏡樣品準備

將長20 mm×寬2 mm×高1 mm的魚糜凝膠用2.5%，pH7.2的戊二醛磷酸緩沖液固定過夜。固定后的樣品用蒸餾水清洗1 h，然后依次用50%、70%、80%、90%的乙醇溶液清洗，再用100%（體積分數）的乙醇脫水30 min。脫水后的樣品用JFD-310冷凍干燥機凍干。將干燥后的樣品折斷后，粘到銅制的樣品臺上，用JFC-1600自動噴料器噴金，再用JSM-6360掃描式電子顯微鏡觀察斷面的結構。

1.2.3 切面電鏡樣品準備

將長20 mm×寬2 mm×高1 mm的魚糜凝膠用2.5%，pH7.2的戊二醛磷酸緩沖液固定過夜。用手術刀將樣品切成2 mm見方的小塊，用蒸餾水清洗1 h，然后依次用50%、70%、80%、90%的乙醇溶液清洗，再用100%（體積分數）的乙醇脫水30 min。脫水后的樣品用JFD-310冷凍干燥機凍干。干燥后的樣品粘到銅制的樣品臺上，用JFC-1600自動噴料器噴金，再用JSM-6360掃描式電子顯微鏡觀察樣品的結構。

1.2.4 SEM圖分析

從SEM圖像中截取部分圖像進行光密度分析。SEM 圖的光密度 （optical density，O.D） 用 Gel-Pro Analyzer 4.0軟件分析。

式中:

INTENSITY（x,y）為象素點（x，y）的光強度（intensity）；BLACK為光線完全被吸收時的光強度；INCIDENT為入射光強度。

1.2.5 統計分析

用Excel 2003和SAS 9.0軟件對數據進行處理和顯著性分析（p<0.05）。

2 結果與討論

2.1 魚糜凝膠的斷面和切面的SEM圖像

魚糜凝膠的SEM圖像見圖1。

圖1 魚糜凝膠的電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscope（SEM）of surimi gels

圖1中圖像 A和AA、B和BB、C和CC、D和DD依次為放大500、1000、2000和5000倍的魚糜凝膠的斷面和切面SEM圖。

比較圖像A和AA、B和BB、C和CC、D和DD可以發現，圖像A、B、C、D的表面結構較圖像AA、BB、CC、DD粗糙，而AA、BB、CC、DD的表面顯得很平整，這在觀察魚糜凝膠表面的致密程度時會影響視覺判斷，容易認為切面圖像較斷面圖像致密。圖1中所用魚糜凝膠都是通過相同制作工藝加工而成的，因此其表面結構應該具有相同的致密程度，但是觀察圖1后，可能誤認為圖像AA、BB、CC、DD的表面結構較圖像A、B、C、D致密。出現這種判斷誤差與魚糜凝膠的斷面和切面結構有直接關系，這也可以從魚糜凝膠的SEM圖像的光密度分布進行驗證。

2.2 SEM圖像的光密度分析

魚糜凝膠的SEM圖像的光密度分布見圖2。

圖2中AA、BB、CC、DD的光密度分別顯著（p<0.05）高于圖像 A、B、C、D，而且 AA、BB、CC、DD 的光密度分別比A、B、C、D的光密度高出2.5%、3.5%、6.7%、18.6%，呈增加趨勢。

光密度（O.D）是反映樣品表面對光反射情況的參數。由不同放大倍數下相同制作工藝制備的魚糜凝膠的光密度的顯著差異可知，魚糜凝膠的斷面和切面SEM圖像的表面結構具有明顯的差異，切面圖像的光密度較斷面的高，而且是隨著放大倍數的增加而呈現增加趨勢。因此，SEM樣品的制備方法對魚糜凝膠的SEM圖像的表面特征具有顯著影響，而且，放大倍數越大，影響越明顯。

2.3 SEM圖像光密度的方差值分布

圖3為魚糜凝膠SEM圖像光密度的方差值。

由圖3可知，樣品A、B、C的方差較AA、BB、CC的高，可見圖像A、B、C的光密度較圖像AA、BB、CC偏離平均值大。

圖3 SEM表面的光密度值的方差值Fig.3 Variance value distribution of optical density of SEM

這主要是因為斷面圖像的表面結構粗糙，此時光密度不僅反映的是樣品表面的空隙率，而且反映了表面不平整導致的光密度的差異；而切面圖像平整的表面結構，使圖像的光密度主要反映的是表面空隙率的分布。因此，斷面粗糙的表面結構是導致其光密度的方差高于切面圖像光密度方差的主要原因。這與斷面圖像的表面粗糙，以及斷面的光密度顯著低于切面的結果是一致的。

3 結論

通過分析相同工藝制作的魚糜凝膠的SEM斷面和切面圖像在不同放大倍數下的表面狀況、光密度分布及光密度的方差值，得出SEM斷面圖像的表面比切面圖像粗糙，在評價魚糜凝膠的致密程度時容易造成判斷誤差，而切面SEM圖像更好地反映了魚糜凝膠的致密程度，這可以由魚糜凝膠的SEM切面圖像的光密度顯著高于斷面圖像、SEM切面的光密度的方差較斷面圖像高進行驗證。

[1]Thomas K,Vandana K L,Reddy V R.A clinical and SEM evaluation of the efficiency of sofscale gel and hand scaling and hand scaling alone[J].Indian J Dent Res，2002,13(3):173-182

[2]Blank1 Z,Reimschuessel A C.Structural studies of organic gels by SEM[J].Journal of materials science，1974,9(11):1815-1822

[3]張崟,曾慶孝,朱志偉,等.超聲波輔助凝膠化對羅非魚魚糜凝膠性能的影響[J].華南理工大學學報：自然科學版,2009,37(4):138-142

[4]Isabel Couso，Cristina Alvarez M，Teresa Solas，et al.Morphology of starch in surimi gels[J].Z.Lebensm Unters Forsch A,1998,206(1):38-43

[5]Isabel Sánchez-Alonso,Ramin Haji-Maleki,Javier Borderías A.Effect of wheat fibre in frozen stored fish muscular gels[J].Eur Food Res Technol,2006,223(4):571-576

Comparison Analysis of Scanning Electron Microscope Pictures of Surimi Gels

ZHANG Yin1,ZHUO Yong-xian2,WANG Wei1,ZHANG Jia-min1
（1.Key Laboratory of Meat Processing，Chengdu University，Chengdu 610106，Sichuan,China；2.Sichuan Hage Rabbit Co.，Ltd.，Leshan 613102,Sichuan,China）

Scanning electron microscope（SEM）pictures of surimi gels were analyzed.Optical features,optical density,and variance value of SEM pictures with broken or cut surface and with different enlarged sizes,were compared.The results indicated that the SEM pictures with broken surface can mislead the analysis result,but the cut surface is suitable to check when it was used to analyze the compactness of surimi gels.This can be supported by the optical density of cut SEM pictures,which were significantly（p＜0.05）higher than that of the broken ones,and the variance value of cut SEM pictures,which were lower than that of broken ones.

gel；scanning electron microscope；surimi；optical density

張崟（1981-），男（漢），講師，博士，研究方向：農產品加工與保藏。

2010-09-14