核磁共振技術在水產品保鮮中的應用研究

王尊 徐默達

摘 要：水產品在我國的消費市場和消費群體逐年擴增。水產品富含營養物質，極易腐敗，在貯運中，嚴格控制品質是減少流通損耗、提高消費認可度的關鍵所在。將更有效的檢測技術應用于監測水產品在物流運輸中的品質變化，提高物流的效率、效益是深具發展潛力的課題。本文綜述了低場核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）技術的研究現狀，分析了LF-NMR技術在水產品加工貯藏、水產品品質變化、水產品無損檢測中的應用，為控制水產品在流通中的品質穩定性提供可靠的理論依據。

關鍵詞：水產品;低場核磁共振;品質變化;無損檢測

Application of Nuclear Magnetic Resonance Technology in the Preservation of Aquatic Products

WANG Zun1， XU Moda2

（1.Zhengzhou Institute of Finance and Economics， Zhengzhou 450000， China; 2.Enan Medical Device Inspection Institute， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： The consumption market and consumer groups of aquatic products in my country are expanding year by year. Aquatic products are rich in nutrients and are easily corrupted. In storage and transportation， strict quality control is the key to reducing circulation losses and improving consumer recognition. Applying more effective detection technology to monitor the quality changes of aquatic products in logistics and transportation， and improve the efficiency and benefit of logistics is a topic with deep development potential. This paper reviews the research status of low-field nuclear magnetic resonance （LF-NMR） technology， and analyzes the application of LF-NMR technology in the processing and storage of aquatic products， quality changes of aquatic products， and non-destructive testing of aquatic products. It provides a reliable theoretical basis for controlling the quality stability of aquatic products in circulation.

Keywords： aquatic products; low-field nuclear magnetic resonance; quality change; non-destructive testing

水產品中的水分含量最高，其分布情況和存在狀態直接影響魚肉的食用品質、加工特性及貯藏穩定性，也導致水產品在貯運過程中極易腐敗。為更好地控制魚肉品質，給物流、加工提供更加可靠的理論依據，一種能快速、準確反映產品損傷程度的檢測方法尤為重要。目前，我國水產品的保鮮方式主要依賴低溫，而魚肉組織中水分的變化受溫度的影響最大，若能采取一定的技術手段監測、控制組織中的水分情況，對提高水產品在運輸穩定性、延長貯藏時間、提高食用品質具有十分重要的作用。

常規的理化分析雖然能綜合指示水產品的新鮮度，但指標測定過程費時、費力、試劑消耗量大，難以實現大批量產品的快速檢測，無法滿足現代企業的生產需求。近年來，新型水產品檢測技術不斷發展，準確高效、可實時檢測、可定向分析等技術優勢正在逐步簡化，甚至取代傳統的理化分析方法。例如，近紅外光譜技術、電子鼻、低場核磁共振等技術的應用為水產品的高效、快速、無損檢測提供了新依據。

1 低場核磁共振技術研究現狀

低場核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一項新的分析檢測技術，近年來迅速發展并廣泛應用于醫學、食品、地礦、農業和生物學等領域。核磁共振技術的基本原理是原子核在磁場中受到磁化，自旋角動量發生進動，當外加能量與原子核振動頻率相同時，原子核吸收能量進行能級躍遷，產生共振吸收信號[1]。核磁共振依照分辨率的不同可分為高場和低場兩種類型，高場主要用于探測樣品的化學性質;磁場強度0.5 T以下的統稱為低場核磁共振（LF-NMR），主要用于檢測樣品的物理性質。LF-NMR主要以氫原子核（1H）為研究對象，通過測定1H在磁場中的縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間T2，分析反映被檢樣品的物理性質;其中T2的測定結果能區分存在于食品體系中的3種不同水群（結合水、不易流動水、自由水）及其相互轉換關系，因此通常用它來表征水分的遷移特性。

目前，LF-NMR在食品領域內的應用研究主要集中在糧油食品摻假問題、果蔬制品加工貯運、肉制品品質測定、水產品保鮮等方面。陳森等[2]借助LF-NMR技術研究了常溫保藏狀態下櫻桃品質的變化，發現其組織內部水分遷移狀態是影響果肉品質的重要因素，隨著儲藏時間的延長，自由水逐漸流失，水分發生了遷移。AGUAYO等[3]通過LF-NMR成像技術分析測定圓柱狀胡蘿卜在不同干燥溫度下的水分遷移規律，弛豫結果表明組織細胞中水分滲透性與液泡膜完整性存在高度相關性，為監測其品質變化提供良好依據。HAN等[4]利用LF-NMR技術檢測不同NaCl濃度對豬肉肌原纖維蛋白熱誘導凝膠保水性的影響，結果表明熱誘導凝膠的保水性會隨離子強度的增加而明顯提高，當NaCl濃度提高至0.4 mol/L時，凝膠保水性最佳;弛豫時間T2數據表明，NaCl的加入會加強蛋白質水合作用，使各組分水的流動性下降。孫圳等[5]對不同凍結溫度（-38 ℃、

-23 ℃、-18 ℃）下牛肉的水分分布進行了研究。結果表明，自由水全部凍結，不易流動水在-38 ℃下完全凍結，在-23 ℃、-18 ℃下部分凍結，MRI成像進一步證實了LF-NMR檢測結果的準確性，可應用于肉品的無損檢測。

LF-NMR技術的優勢在于非侵入性、無破壞性，通過產生高分辨率的空間信息，直觀反映組織結構的變化，可從分子水平描述組織細胞中水分分布和流動情況。LF-NMR在水產品品質檢測方面的研究應用還處于發展階段，該技術的成熟運用能夠為判斷水產品的損傷和腐爛程度、預測產品貨架期等提供理論依據，具有廣闊的應用前景。

2 LF-NMR在水產品加工貯藏中的應用

水產品的新鮮品質難以維持，在常規貯運中多依賴低溫。由于流通中的溫度容易受環境的影響而變化，這是造成損耗的關鍵因素。基于LF-NMR的技術優勢，可通過組織中水分狀態的分析與判定，對處于不同加工貯藏階段的產品進行品質監測，結合其他評價指標進行相關性分析，預測水產品的品質變化。

董志儉等[6]運用LF-NMR技術研究了南美白對蝦蒸制過程中水分的存在狀態對其品質及質構特性的影響，結果表明自由水含量的大量流失是引起蝦肉感官品質下降和質構變化的主要因素。秦影等[7]運用LF-NMR技術結合拉曼光譜分析了超高壓處理對大黃魚魚糜凝膠特性的影響，結果表明魚糜凝膠化過程中的水分狀態、蛋白質結構與魚糜的質構、保水率之間存在特定的相關性，為魚糜凝膠特性的評價及改進提供了新依據。BI等[8]利用LF-NMR技術結合質構分析與研究了40 ℃預加熱、80 ℃后加熱處理對海參品質的影響，結果表明，高溫導致膠原纖維結構發生變化，持水能力下降，弛豫時間明顯縮短;橫向弛豫時間T2數據與質構具有很好的相關性，可用于指示產品的加工特性研究。卞瑞姣等[9]利用LF-NMR技術研究秋刀魚腌制過程中的品質變化，結果表明樣品水分含量、水分活度等品質指標均與橫向弛豫參數存在高度相關性。

3 LF-NMR在水產品品質檢測中的應用

LF-NMR技術在水產品領域的研究基本集中在持水性、蛋白質分子狀態、脂肪測定、質構特性等方面，其中保水性是決定水產品新鮮品質的關鍵因素。SáNCHEZ-ALONSO等[10]通過比較不同凍藏條件下鱈魚肌肉的橫向弛豫參數（T2）來評估魚肉的品質，發現T2對不同冷凍溫度敏感，能反映水分子的結晶情況，可用于鱈魚貨架期的預測。張珂等[11]采用理化分析法結合LF-NMR技術，研究了經不同濃度添加劑處理后的凍藏羅非魚片的品質變化，結果表明，蛋白持水性與弛豫時間正相關，提高肌肉持水力可延緩蛋白質的變性，從而在一定程度上保持魚肉品質。

4 LF-NMR在水產品無損檢測中的應用

近年來，現代化無損檢測技術快速發展，在食品領域的應用也越來越廣泛，利用LF-NMR技術檢測食品中的水分、脂肪、蛋白質是主要的研究方向之一。HUANGL等[12]研究了魚子醬與熏魚卵在貯藏過程中蛋白質變化和脂肪的氧化，發現LF-NMR橫向弛豫時間與品質指標相關性系數高于0.95，可用于指示其品質劣化程度。臧秀[13]運用LF-NMR技術對不同干燥處理的海參進行弛豫信號的采集，結果表明，LF-NMR結合主成分分析可以很容易區分開不同干燥方式的海參樣品。

整體來看，LF-NMR技術對樣品處理的要求較低，所需樣品數量少，耗時短，在水產品無損檢測、區分產品品質差異上還有很大的應用空間。

5 低場核磁共振技術的應用前景

LF-NMR技術在食品領域的應用還涉及檢測食品摻假情況、食品成分構成方面，一些研究表明，LF-NMR弛豫結果和主成分分析相結合，可用于區分和檢測豬肉的摻假、注膠情況。LF-NMR技術還可通過對水產品中水分的含量、分布狀態、流動特性進行動態監測，為研究水產品腐敗機制、代謝組學機制分析提供可靠的數據支撐。LF-NMR還能夠用于評估水產品中違規成分的添加情況、定量分析魚糜制品中的注水情況，有效檢測水產品及其制品的摻假率，為提高水產品的食用品質和食用安全性提供技術幫助。

6 結語

近年來，LF-NMR技術在食品領域的運用逐漸增多，但在水產、肉品科學領域的研究成果較少。與其他檢測技術相比，LF-NMR技術能夠較全面地獲得被檢樣品的物理性質，檢測過程易于操作，能夠達到無損、快速、精準、穩定的要求，可實現食品中組分的定量、定性分析，彌補了傳統理化檢測分析的不足，將在指標測定中占據越來越重要的地位。但目前在水產品品質檢測方面的研究還未建立相應的標準體系，貨架期預測模型尚未完善。今后的研究應不斷改善和優化LF-NMR技術，或考慮將LF-NMR技術與其他新型檢測技術（近紅外光譜、電子鼻、掃描電鏡等）結合使用，補充分析中存在的不足之處，為我國水產及加工行業的發展提供強有力的技術支撐。

參考文獻

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