基于低場核磁共振快速檢測食鹽及蔗糖在蛋清熱凝膠中滲透效果初探

孫任寬，阮征，2，李汴生，2＊

（1.華南理工大學 食品科學與工程學院，廣州 510640；2.廣東省天然產物綠色加工與產品安全重點實驗室，廣州 510640）

雞蛋具有很高的營養價值，它含有人體必需的蛋白質、脂肪、礦物質及維生素等，營養成分全面而均衡，而鹵蛋作為一種歷史悠久的傳統蛋制品而廣受消費者青睞。隨著人們快節奏生活需求的發展和食品加工技術的不斷進步，以真空軟包裝鹵蛋為代表的工業化方便鹵蛋產品也越來越受到市場的歡迎。這類產品是以生鮮禽蛋為原料，經清洗、煮制、去殼、鹵制、包裝、殺菌、冷卻等工藝加工而成的整蛋型制品［1，2］。其中的鹵制環節耗時最長，能耗高。由于禽蛋鹵制前先進行了煮制熟化，蛋清蛋白質變性形成的致密凝膠網絡結構使得風味物質從外到內的滲透變得十分困難。傳統的烹飪方式需要將熟蛋在鹵汁中浸泡10h甚至更長的時間以便“入味”，而工業化生產鹵雞蛋采用高溫高壓加速滲透的工藝，通常也要4h左右的鹵制時間。對于鹵制終點的判定，目前主要是感官評價結合風味物質含量的檢測，一方面，樣品的消耗量比較大，物質含量的檢測結果波動性比較大；另一方面，對于決定鹵制效果的物質滲透快慢和內滲程度也無法把握。如果調味料達到了預期含量，但僅僅密集在鹵蛋表層，則鹵制還要繼續進行。如果能通過快速檢測技術分析鹵制過程風味物質的滲透效果，將有利于選擇合理的鹵制終點，進行鹵制工藝的優化和控制，實現節能降耗。

低場核磁共 振技術 （low－field nuclear magnetic resonance，LF－NMR）是基于原子核磁性的一種弛豫譜分析技術，對于水分的研究有著快捷、高效、無損樣品及價格低等諸多優點［3］，已成功應用于食品中水分和脂肪等信息的檢測［4，5］，如范萌萌等［6］對不同堿處理的蛋清和蛋黃凝膠T2弛豫時間進行了分析，說明了不同濃度堿對蛋清蛋黃凝膠水分的影響；趙婷婷等［7］結合主成分分析法研究了低場核磁共振在食用油品質分析中的應用；Bertram等［8］論證了由傳統方法測定的豬肉持水性與用NMR測定的橫向弛豫時間T2之間具有很強的相關性，說明了低場核磁共振技術在豬肉持水性的測定上是一個很有效的方法。自旋回波－單點成像（spin echo－single point imaging，SE－SPI）序列是一種新型的測試序列，它可以在無損樣品的情況下將樣品分為若干層面，對樣品每個層面的橫向弛豫時間T2進行測試，其反演圖以各個層面橫向弛豫時間T2、位置及相對振幅的三維圖呈現出來，能夠直觀地反映樣品不同層面橫向弛豫時間T2的變化。

當風味物質進入到熟蛋凝膠中，原蛋中均勻的水分狀態及分布會有所變化。本研究選擇食鹽和蔗糖作為典型的鹵制風味物質，使用SE－SPI序列測定不同食鹽和蔗糖含量的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T2，探討橫向弛豫時間T2變化規律及與食鹽和蔗糖含量之間的關系。通過風味成分對凝膠不同位置水分狀態的影響，反映溶質的滲透效果，以期為基于低頻核磁共振技術實現蛋清熱凝膠中風味物質的快速和無損檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮雞蛋、食鹽、蔗糖：購于華南理工大學后勤綜合樓。

NMI20－025V－I核磁共振成像分析儀：上海紐邁電子科技有限公司；水浴鍋；多功能攪拌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗樣品的制作

蛋清前處理：取新鮮雞蛋數枚，洗凈后去殼，分離蛋清蛋黃，用鑷子除去系帶。取蛋清液在1000r/min條件下攪拌2min，靜置2h備用。

蛋清熱誘導凝膠的制作：將處理過的蛋清液中按比例加入食鹽或蔗糖，攪拌均勻后將蛋清液注入橡膠管中，并封住兩端置于90℃水浴鍋加熱30min，凝固后冷卻備用。

滲透：采取溶質一維穩態擴散的方式，即將未添加食鹽或蔗糖的蛋清凝膠保留一個滲透面，其余部分與滲透液隔離，放入90℃質量分數為10%的滲透液中滲透30min，取出擦干表面殘留的滲透液。

1.2.2 橫向弛豫時間T2的測定

從滲透面開始截取2cm長蛋清熱誘導凝膠，用保鮮膜包裹住放入16mm直徑玻璃試管，將試管置于NMR探頭中，使用CPMG序列測試樣品橫向弛豫時間T2，條件為90度脈寬P1＝9μs，180度脈寬P2＝19μs，采樣點數 TD＝105006，接收機帶寬SW＝100kHz，重復采樣時間間隔TW＝3500ms，采樣起始點控制參數 RFD＝0.08ms，模擬增益 RG1＝20db，數字增益DRG1＝3，累加掃描冊數NS＝4，回波時間TE＝0.3ms，回波個數NECH＝3500，射頻功放幅值RFA1＝25%，數據半徑DR＝1，前置放大倍數PRG＝1，回波峰點偏移時間D3V0＝319μs。截取2cm含不同濃度食鹽或蔗糖的蛋清熱誘導凝膠，使用SE－SPI序列測試樣品各個層面橫向弛豫時間T2，條件為P1＝7μs，P2＝14μs，TD＝120068，SW＝100kHz，TW＝4000ms，RFD＝0.08ms，RG1＝10db，DRG1＝1，NS＝4，TE＝0.3ms，NECH＝4001，分層層數NTI＝21，RFA1＝100%，DR＝1，PRG＝2，成像方向GM＝1，視野FOV＝60mm，D3V0＝319μs。取同一樣品不同層面的橫向弛豫時間T2為1個平行，每個樣品共11個平行。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel軟件進行結果處理，相關性分析采用PASW Statistics 18軟件進行處理。

2 結果與討論

2.1 食鹽與蔗糖的滲透對蛋清熱誘導凝膠T2弛豫時間的影響

不同物質的滲透對蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T2的影響見圖1。

圖1 食鹽與蔗糖的滲透對蛋清熱誘導凝膠弛豫時間T2的影響Fig.1Effect of salt and sucrose penetration on relaxation time T2of egg white heat－induced gel

利用低場核磁共振檢測了蛋清熱誘導凝膠的橫向弛豫時間T2的分布，同時以未滲透的蛋清熱誘導凝膠的橫向弛豫時間T2分布為空白對照。結果顯示：經食鹽與蔗糖滲透對蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T2分布有顯著的影響（p＜0.05）。由圖1可知，對CPMG序列得到的衰減曲線進行多組分擬合后，發現T2弛豫時間在0.1～10000ms的時間分布上出現了4個峰。由圖1分析得出，這4個峰對應時間T20為0.43～1.75ms；T21為 4.04～16.30ms；T22為 28.48～100.00ms；T23為403.70～811.13ms，分別對應凝膠中水的不同狀態。有學者對乳清濃縮蛋白熱誘導凝膠進行了研究，發現其LF－NMR弛豫時間也擬合為4個峰，他們將這4個峰分為4種水分子狀態：不可移動水（immobilized solid phase）、弱 可 移 動 水 （weak mobile phase）、中度可移動水（moderate mobile phase）和可移動水（mobile phase）［9］。

未經滲透的蛋清熱誘導凝膠的NMR T2弛豫時間圖上有3個峰，其中不可移動水T20弛豫時間為0.87ms，所占峰面積比例為（10.88±0.11）%；弱可移動水T21弛豫時間為9.33ms，所占峰面積比例為（2.00±0.17）%；中度可移動水T22弛豫時間為65.79ms，所占峰面積比例為（87.12±0.23）%；未檢出可移動水，表明在未經過滲透的蛋清熱誘導凝膠中不可移動水占比較小，中度可移動水占絕大多數，可移動水比例極小可忽略不計，這可能是由于在加熱過程中，蛋清中天然蛋白的二級和三級結構受到破壞而發生變性，變性后使得蛋白的內部親水區域暴露出來，與相鄰結構相似的未展開蛋白質分子相互作用，這種相互作用導致了蛋白質分子的聚集現象，在這種聚集過程中，吸引力和排斥力處于平衡，以致于形成能保持大量水分的高度有序的三維網絡結構或基體［10］，而吸附填充在網絡結構或基體里的水則由蛋液中的可移動水變為凝膠中的中度可移動水。經食鹽或者蔗糖滲透的蛋清熱誘導凝膠的T2弛豫時間圖上有4個峰，相比未滲透的凝膠多了可移動水T23峰，其弛豫時間分別為705.48，533.67ms，峰面積占比分別為（0.64±0.04）%，（0.67±0.04）%。此外，經食鹽和蔗糖滲透的蛋清熱誘導凝膠T22弛豫時間均為49.77ms，峰面積占比分別為（81.02±0.03）%，（82.35±0.20）%，顯著低于未經滲透的蛋清凝膠。蛋清凝膠的T22弛豫時間和峰面積占比隨著滲透過程的產生而顯著下降，說明體系中填充于三維網絡結構的水分數量及可移動程度有所下降。這可能是在滲透過程中，由于滲透壓的作用將一小部分蛋清凝膠中的水分從三維網絡結構中吸引出來，進入滲透液中，致使T22弛豫時間及峰面積占比下降；而這部分水分中未來得及進入滲透液的則成為可移動水分布在蛋清凝膠中，出現T23峰。

使用SE－SPI序列測試樣品各個層面橫向弛豫時間T2，對得到的衰減曲線進行多組分擬合后得到的反演圖見圖2。

圖2 蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T2三維圖Fig.2Transverse relaxation time T2three－dimensional map of egg white heat－induced gel

D1S代表SE－SPI序列分層測試區域的相對位置，擬合后各分層的T2弛豫時間平均分布在－1～1的視野里，形成三維圖。顏色變化代表信號強弱，表示某個相應的T2弛豫時間下凝膠水分的相對含量。由圖2可知，對SE－SPI序列得到的蛋清熱誘導凝膠衰減曲線進行多組分擬合后，發現各個層面的橫向弛豫時間T2主要為T22峰，其他峰占比極小。

2.2 食鹽和蔗糖的滲透對蛋清熱誘導凝膠T2弛豫時間的影響

經食鹽滲透的蛋清熱誘導凝膠各個層面T22弛豫時間的變化見圖3。

圖3 經食鹽滲透的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22Fig.3Salt penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由圖3可知，滲透面方向（左側）蛋清凝膠T22峰與凝膠滲透末端（右側）相比稍有下移，即T22弛豫時間有所降低，與經CPMG序列得到的規律相符。

將對SE－SPI序列得到的含不同含量食鹽的蛋清凝膠衰減曲線進行多組分反演得到的結果匯總成ANOVA表，見表1。

表1 含有不同濃度食鹽的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22峰峰屬性的方差分析結果Table 1Analysis of variance of transverse retardation time T22 peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表1可知，峰起點時間、峰頂點時間（即T22弛豫時間）及峰寬差異極顯著，峰終點時間差異不顯著；峰起點時間的F值最大，表明食鹽含量對蛋清凝膠T22峰的峰起點時間影響最大。

表2 含有不同濃度食鹽的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22峰峰屬性Table 2Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表2可知，不同含量食鹽的蛋清凝膠T22峰的峰起點時間與峰頂點時間具有良好的趨勢性，即隨著鹽含量的增加呈下降趨勢；而峰終點時間與峰寬隨著鹽含量的增加有上下波動的情況。

表3 蛋清熱誘導凝膠中食鹽含量與其T22峰峰屬性間的相關性分析Table 3The correlation of salt content and T22peak properties of egg white heat－induced gel

由表3可知，凝膠中的食鹽含量與T22峰峰起點時間之間存在極強的負相關，與峰頂點時間之間存在強的負相關，而與峰終點時間和峰寬之間的相關性較弱。

食鹽含量與峰起點時間和峰頂點時間的擬合關系見圖4，采用多項式擬合效果較佳，R2均大于0.9，有較好的擬合效果，可以以峰起點時間和峰頂點時間對蛋清熱誘導凝膠中的食鹽含量做出初步判斷。

圖4 峰起點（a）和峰頂點（b）與食鹽含量的關系擬合情況Fig.4Fitting curves of peak starting time（a）and peak apex time（b）with salt content

2.3 蔗糖添加量對蛋清凝膠T2弛豫時間的影響

經蔗糖滲透的蛋清熱誘導凝膠各個層面T22弛豫時間的變化見圖5。

圖5 經蔗糖滲透的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22Fig.5Sucrose penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由圖5可知，滲透面方向蛋清凝膠T22弛豫時間的變化不大，而T22峰的范圍即峰寬與凝膠滲透末端相比稍有增加。

將對SE－SPI序列得到的含不同濃度蔗糖的蛋清凝膠衰減曲線進行多組分反演得到的結果匯總成ANOVA表，見表4。

表4 含有不同濃度蔗糖的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22峰峰屬性的方差分析結果Table 4Analysis of variance of transverse retardation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表4可知，T22峰的4個屬性差異都極顯著；峰終點時間的F值最大，為34.624，峰寬次之，為32.486，表明蔗糖濃度對蛋清凝膠T22峰的峰終點時間影響最大。

表5 含有不同濃度蔗糖的蛋清熱誘導凝膠橫向弛豫時間T22峰峰屬性Table 5Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表5可知，含不同濃度蔗糖的蛋清凝膠T22峰的峰終點時間和峰寬均具有良好的趨勢性，即隨著糖含量的增加呈上升趨勢，由表4可知，峰起點時間的波動在1ms以內，相對于峰終點時間波動范圍不大，這應該是峰寬顯示出良好趨勢性的原因；而峰起點時間與峰頂點時間隨著糖含量的增加有上下波動的情況。

表6 蛋清熱誘導凝膠中蔗糖含量與其T22峰峰屬性間的相關性Table 6The correlation of sucrose content and T22 peak properties of egg white heat－induced gel

由表6可知，凝膠中的蔗糖含量與T22峰峰起點時間之間的相關性較弱，與峰頂點時間之間的相關性不顯著，而與峰終點時間和峰寬之間均存在極強的正相關。

蔗糖含量與峰頂點時間和峰寬的擬合關系見圖6，采用線性擬合效果較佳，R2均大于0.9，有較好的擬合效果，可以以峰頂點時間和峰寬對蛋清熱誘導凝膠中的蔗糖含量做出初步判斷。

圖6 峰終點（a）和峰寬（b）與蔗糖含量的關系擬合情況Fig.6Fitting curves of peak end time（a）and peak width（b）with sucrose content

3 結論

通過對比滲透前后的蛋清熱誘導凝膠的橫向弛豫時間T2可知，蛋清凝膠的T22弛豫時間和峰面積占比隨著滲透過程的產生而顯著下降。

SE－SPI序列測試的結果表明：食鹽含量對蛋清凝膠T22峰的峰起點時間影響最大，并存在極強的負相關；對峰頂點時間的影響次之，存在強的負相關；而與峰終點時間和峰寬之間的相關性較弱。蔗糖對蛋清凝膠T22峰的峰終點與峰寬均有顯著性影響，并存在極強的正相關；而峰起點時間與峰頂點時間隨著糖含量的增加有上下波動的情況。通過對結果進行擬合，說明通過T22峰峰屬性來判斷蛋清熱誘導凝膠中食鹽或蔗糖的含量是可行的。