低場核磁共振技術研究乳化凝膠貯藏過程中保水性和顏色變化之間的關系

邵俊花,鄧亞敏,劉 雪,孫曉娜,賈 娜,宋 立,劉登勇

(渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧錦州 121013)

低場核磁共振技術研究乳化凝膠貯藏過程中保水性和顏色變化之間的關系

邵俊花,鄧亞敏,劉 雪,孫曉娜,賈 娜,宋 立,劉登勇

(渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧錦州 121013)

本文應用低場核磁共振技術(Low Field NMR)研究了乳化凝膠在冷藏(0～4 ℃)過程中水分的遷移規律,并結合相關性分析探討了水分遷移與乳化凝膠顏色、保水性的關系。結果表明:貯藏前6 d,隨貯藏時間延長,乳化凝膠截留自由水的能力先上升后下降,水分含量下降,離心失水率上升;后期尤其是第8 d后,乳化凝膠對3種相態水分的束縛能力均顯著(p<0.05)增加,不易流動水含量顯著(p<0.05)降低,結合水與自由水則有上升趨勢,水分含量趨于穩定,離心失水率顯著(p<0.05)低于第6 d。說明冷藏過程中乳化凝膠的水分特別是自由水損失較多,表現為一定的汁液流失。另外,黃度值(b*)與水分含量呈極顯著負相關,與貯藏時間呈極顯著正相關。表明貯藏時間增加,水分含量降低,使得黃度值增加,最終影響乳化凝膠的品質。

乳化凝膠,顏色,保水性,低場核磁共振

低溫乳化型香腸,屬于乳化凝膠類產品,基本上是由斬拌均勻的肉類組織,脂肪組織、水及其他輔料組成。該類產品口感鮮嫩,清淡爽口,蛋白質含量豐富,且低溫加工最大限度地保留了肉質中的營養成分,日益成為消費者喜愛的肉食制品之一[1]。脂肪的添加賦予肉制品豐富的口感、風味、多汁性及適口的嫩度。結構上,脂肪被斬拌成細小的脂肪顆粒,由鹽溶性肌原纖維蛋白乳化包裹并鑲嵌在蛋白凝膠基質中,以“填充物”或“共聚物”的形式在熱加工工程中形成乳化凝膠,賦予產品良好的質構和口感。乳化凝膠類肉制品營養物質豐富,貯藏過程中容易腐敗變質[2],且隨著貯藏時間的延長,產品的食用品質產生劣變的幾率也會增大。肉制品的食用品質指標主要包括滋味、質地、多汁性和氣味等,其中保水性是評價肉制品品質的重要指標之一,直接關系到肉制品的出品率、嫩度和風味等[3]。此外,水分含量和分布狀態在肉與肉制品加工、貯藏過程中呈動態變化,決定著肉與肉制品的質量和貨架期[4]。

低場核磁共振技術(Low Field NMR)利用物理學原理,可以分析肉與肉制品中水分的分布狀態、不同狀態水的含量以及遷移過程,同時還可以進行成像分析,以獲取樣品內部水分的空間分布信息,從而可以更好的分析肉與肉制品中水分與其他品質特性間的關系[4-5]。低場核磁弛豫時間T2與肉及肉制品系水力的一些傳統測定方法之間有較強的相關性,可用于預測肉與肉制品的系水力[6-7]。

因此,本文結合低場核磁弛豫時間T2研究低溫(75 ℃)熱誘導乳化凝膠在貯藏(0～4 ℃)過程中水分分布的變化及遷移規律,并結合相關性分析探討水分遷移與乳化凝膠顏色、保水性的關系,以期從水分分布及遷移規律的角度,揭示乳化腸在冷藏過程中發生汁液流失和品質變差的原因,為實際生產提供改善乳化腸貯藏特性的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豬里脊肉、豬背膘 購于當地大潤發超市;食鹽、復合磷酸鹽、冰水混合物(均為食用級)。

Stephan UMC-5C真空斬拌機 德國Stephan機械有限公司;Beckman Avanti J-E高速離心機 美國Beckman Coulter公司;NMI20低場核磁共振儀 上海紐邁電子科技有限公司;HHS電熱恒溫水浴鍋 山西省文水醫療器械廠;CR-400色彩色差計 杭州柯盛行儀器有限公司;DHG-9055A電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;BCD-215KAKM海爾立式冷藏冰箱 青島海爾股份有限公司;JB/7534電子天平 梅特勒-托列多儀器上海有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳化凝膠的制備 制備方法參照Youssef等[8]稍作修改。首先剔除里脊肉表面的可見結締組織和脂肪,去除背膘上可見的肌肉組織,然后按比例分別稱量里脊肉(44%)、背膘(25%)、食鹽(2%)、磷酸鹽(0.3%)、冰水混合物(28.7%)備用。將準備好的里脊肉、食鹽和復合磷酸鹽放入斬拌機,真空高速斬拌1 min;然后加入豬背膘和1/3的冰水混合物,繼續真空高速斬拌2 min;最后加入剩余冰水混合物,繼續真空高速斬拌3 min。斬拌得到1000 g肉糜,斬拌終溫15 ℃。稱取35 g斬拌好的肉糜于50 mL螺旋蓋聚丙烯離心管中密封;按照4 ℃、2300 r/min的設定條件離心5 min,以驅除剩余氣泡;將裝有肉糜的離心管置于75 ℃水浴中恒溫加熱30 min,取出室溫冷卻,得到乳化凝膠。

1.2.2 水分變化的測定 水分含量的測定:參照國標法GB/T 5009.3-2003。離心失水率的測定:沿乳化凝膠的中心部位取質量約10 g的樣品,放置于天平上稱質量mg。稱重后用濾紙將肉樣包裹好放入50 mL的離心管中(內放入脫脂棉),按照4 ℃、9000 r/min的條件離心20 min,取出樣品,剝去濾紙,稱肉樣質量m0g,離心前后重量的損失與原肉樣重的百分比即為離心失水率。

1.2.3 乳化凝膠顏色的測定 采用色差儀(光源D65,測量直徑8 mm)進行測定,測定前先進行校準。將乳化凝膠處理為高約15 mm的均勻肉樣。用色差儀測量肉樣的顏色和光澤,測量結果用亮度(L*)、紅度(a*)和黃度(b*)表示。每組設3個平行,實驗重復3次。

1.2.4 自旋-自旋弛豫時間T2的測定 低場核磁弛豫時間的測定在低場核磁共振儀上進行,測定方法根據Bertram等[9]稍作修改。測試條件為:質子共振頻率為22 MHz,測量溫度為32 ℃。大約1.5 g樣品放入核磁管,而后放入分析儀中。自旋-自旋弛豫時間T2用CPMG序列進行測量。所用參數為:重復掃描32次,重復間隔時間TR為3000 ms,采樣間隔150 μs,得到2500個回波,得到的圖為指數衰減圖形,每個測試有四個重復。CMPG指數衰減曲線用儀器自帶的MultiExp Inv Analysis 軟件進行反演,得到T2值。采用弛豫圖每個組分峰值對應的時間作為T2,而弛豫峰的寬度為基線上峰底的寬度。

1.2.5 數據統計 所有數據均用Excel建立數據庫,通過SPSS17.0統計軟件進行ANOVA方差分析,數據進行正態分布檢驗,符合正態分布的多重比較采用Duncan法,不符合正態分布的用Kruskal-Wallis檢驗,并應用Pearson系數進行相關性分析,差異顯著性為p<0.05。

2 結果與討論

2.1 貯藏過程中乳化凝膠水分的變化

乳化凝膠在貯藏過程中的水分變化情況如圖1所示。本實驗條件下,貯藏前2 d水分含量差異不顯著,2 d之后水分含量開始顯著(p<0.05)下降,直至第6 d達到平穩狀態,之后水分含量基本趨于40%。可以看出:隨貯藏時間的增加,水分含量總體呈下降趨勢,這與韓雋帆等[10]的研究結果一致,表明乳化凝膠類產品在貯藏過程中的水分含量的變化不容忽視,很可能會影響產品的最終品質。離心最易損失的水分主要是凝膠中結合最不緊密的自由水[11],如圖1乳化凝膠的離心失水率隨貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢。貯藏6 d之內,乳化凝膠的離心失水率急劇(p<0.05)增大,第6 d達到最大值約26%,隨后乳化凝膠的離心失水率呈顯著(p<0.05)下降,而第8 d之后又顯著上升。出現這種非線性規律可能與自由水的遷移特點有關[12]。

圖1 貯藏過程中乳化凝膠水分的變化Fig.1 Changes of water loss in emulsion gel during storage注:標注有不同字母表示差異顯著(p<0.05),圖2～圖4同。

2.2 貯藏過程中乳化凝膠顏色的變化

色澤比較誘人的肉制品容易受消費者歡迎,因此顏色是影響產品消費的主要因素之一。L*反映乳化凝膠的亮度,由圖2可以看出,貯藏初期(第0 d到第2 d)乳化凝膠的亮度(L*)值顯著(p<0.05)增加,可能由于貯藏初期乳化凝膠表面析出水分較多所致。而在隨后的4 d,乳化凝膠的L*顯著(p<0.05)下降。結合貯藏過程中乳化凝膠水分含量的變化情況,可以推測,第2 d到第4 d的L*降低可能與水分含量降低有關,而第4 d到第6 d的L*有顯著(p<0.05)上升則可能與自由水的被束縛能力下降而水分流動性增強,部分中層或內部水分向表層遷移有關[12]。另一方面,隨貯藏時間的延長,乳化凝膠的紅度值(a*)呈逐漸降低趨勢,黃度(b*)值則呈逐漸上升趨勢,且a*和b*均在第6 d出現顯著(p<0.05)差異,可能是因為隨著貯藏時間的延長,乳化凝膠水分含量逐漸降低,色素(肌紅蛋白)含量也隨著水分分布的變化和汁液的流失而產生變化。另外,貯藏過程中的蛋白氧化,也會降低肌肉蛋白的持水性,從而使水分含量降低,顏色發生變化[13-14]。

圖2 貯藏過程中乳化凝膠顏色的變化規律Fig.2 Color changes in emulsion gel during storage

2.3 貯藏過程中自旋-自旋弛豫時間T2的變化

低場核磁橫向弛豫時間T2可以反映水分的自由度[15],不同貯藏時間的乳化凝膠中水分子T2弛豫特性見圖3。擬合后的T2分布按弛豫時間呈現3個峰:T20,0～20 ms;T21,31～133 ms;T22,230～470 ms。其中弛豫組分T20表示乳化凝膠中與蛋白質緊密結合的水,T21表示乳化凝膠中的不易流動水,而T22則表示乳化凝膠中截留的自由水[16-17]。

圖3 貯藏過程中乳化凝膠弛豫時間T2的變化規律Fig.3 Changes of relaxation time T2 in emulsion gel during storage

由圖3可以看出,弛豫時間T20和T21,在貯藏8 d之內基本無變化,差異不顯著,第8 d之后,有不同程度的降低(p<0.05)。表明貯藏8 d之內,乳化凝膠內的結合水和不易流動水基本處于穩定狀態,而8 d之后,乳化凝膠內的結合水與不易流動水被蛋白質束縛的強度增加,流動性均顯著(p<0.05)下降。

另一方面,乳化凝膠中的自由水隨貯藏時間的延長,發生了不同程度的變化。貯藏4 d之內,乳化凝膠中的弛豫組分T22逐漸降低,說明該部分水分受乳化凝膠的束縛增強。而貯藏第4 d至第8 d之間出現相反趨勢,即隨著貯藏時間的延長,乳化凝膠截留自由水的能力下降。第8 d時弛豫時間T22達到最大值,超過8 d之后,弛豫時間T22又開始逐漸下降。這一結果表明,貯藏過程中乳化凝膠對自由水的束縛并非呈單一的線性關系,這可能與貯藏過程中蛋白質的分階段氧化造成的蛋白質功能特性改變有關[11]。

2.4 貯藏過程中乳化凝膠弛豫組分峰面積比例的變化

圖4表示貯藏過程中乳化凝膠各弛豫組分峰面積比例的變化情況。根據弛豫組分峰面積百分比,可以估算氫質子的相對含量,從而反映不同狀態水分群的含量,而根據不同狀態水分群含量的變化,可以評估各種狀態水分群的遷移情況[18]。

圖4 貯藏過程中乳化凝膠弛豫組分峰面積比例變化規律Fig.4 Changes of peaks area proportion in emulsion gel during storage

從圖4可以看出,弛豫組分T21所對應的峰面積比例(P21),在貯藏前6 d之內均比較穩定,貯藏6 d之后,不易流動水的相對含量顯著上升,第8 d達到最大值之后又顯著(p<0.05)降低。而弛豫組分T22所對應的峰面積比例(P22),在貯藏前6 d之內也比較穩定,貯藏6 d之后卻出現顯著下降(p<0.05)趨勢,第8 d之后趨于平穩。

表1 相關性分析

說明乳化凝膠中的自由水相對含量在貯藏6 d之內基本不變,貯藏6 d之后的相對含量變化情況則與不易流動水的相反,即貯藏6～8 d顯著(p<0.05)降低,8 d之后又出現上升趨勢。弛豫組分T20所對應的峰面積比例在貯藏2 d之后開始下降,隨著貯藏時間的延長,從貯藏第4 d到第10 d,峰面積總體呈升高趨勢,即結合水所占比例逐漸增加,表明到貯藏后期,不易流動水部分轉化為結合水與自由水,但總體看水的含量仍然趨于穩定。一般,乳化凝膠中不同狀態的水分群之間存在動態平衡,相互之間會發生交換,因此,結合水、不易流動水和自由水可以相互轉化,一直處于動態遷移狀態。

2.5 相關性分析

如表1所示的相關性分析結果可知,水分含量與貯藏時間呈極顯著負相關,即隨貯藏時間的延長,水分含量顯著降低。黃度值b*與貯藏時間呈極顯著正相關,這可能與水分含量降低及蛋白質氧化有關[14]。此外,水分含量與b*呈極顯著負相關,水分含量的降低會顯著增加b*值。弛豫時間T21和T20均與貯藏時間呈顯著(p<0.05)負相關,說明乳化凝膠中不易流動和結合水受乳化凝膠的束縛越來越大。而弛豫時間T20和T21與b*值呈極顯著負相關,說明結合水和不易流動水被乳化凝膠中的蛋白質束縛能力越強,相應的b*值會越大,這一點與水分含量變化引起乳化凝膠顏色變化的結果一致。

3 結論

貯藏過程中,乳化凝膠不同組分的水分子群發生了一定程度的遷移與相互交換。總體來講,隨著貯藏時間的延長,水分含量逐漸降低;部分不易流動水轉化為結合水、自由水,三種相態水分與蛋白質的結合均更加緊密;而自由水的相對含量則有一個先下降后稍微上升的過程。也可以說,貯藏過程中,乳化凝膠中的部分不易流動水轉化為了自由水,而部分自由水則轉化成汁液流失流出。另一方面,水分含量的減少也會顯著增加乳化凝膠的顏色,尤其是黃色。因此,實際生產過程中,改善蛋白質結合自由水的能力,可以有效提高乳化型肉制品的部分品質特性,降低汁液流失和質量劣變的發生率。

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LF-NMR analysis of the relationship between the water holding capacity and color change of meat emulsified gel during storage

SHAO Jun-hua,DENG Ya-min,LIU Xue,SUN Xiao-na,JIA Na,SONG Li,LIU Deng-yong

(College of Food Science and Technology,Bohai University;Food Safety Key Lab of Liaoning Province,Jinzhou 121013,China)

The relationship between water migration regulation and color change of meat emulsified gel during storage(0～4 ℃)was investigated by the combination of LF-NMR and correlation analysis. Results showed that during the first 6 days,the emulsified gel capacity to hold free water was firstly increased and then decreased,water content was found to decrease,while centrifugal loss was observed to rise with the extension of storage time. However,in the later storage,particularly 8 days later,the emulsified gel binding ability to the three phases of water was significantly(p<0.05)increased,the content of loosely combined water was decreased significantly(p<0.05),and a rising trend was observed among the closely combined water and free water,but water content was stable,centrifugal loss was found to be significantly(p<0.05)lower than the day 6. Then it could be concluded that during cold storage,water especially the free water lost more,which led to certain degree of juice loss. Moreover,for yellow value(b*),a significant negative correlation was seen with water content and a significant positive correlation was showed with the storage time. This indicated that with increasing of storage time and the water loss in early storage,yellow value was observed to increase and finally the quality of the emulsified gel was inevitably affected.

emulsified gel;color;water-holding capacity;low field NMR

2015-01-28

邵俊花(1980-)，女，博士，副教授，研究方向：肉品加工與質量安全控制,E-mail:shaojh024@163.com。

國家自然科學基金項目(31301510)；國家科技支撐計劃課題(2012BAD28B03)。

TS251.5

A

1002-0306(2015)23-0049-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.001