核磁共振技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用研究

王 尊，徐默達(dá)

（1.鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院，河南鄭州 450000；2.河南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)所，河南鄭州450000）

水產(chǎn)品中的水分含量最高，其分布情況和存在狀態(tài)直接影響魚肉的食用品質(zhì)、加工特性及貯藏穩(wěn)定性，也導(dǎo)致水產(chǎn)品在貯運(yùn)過(guò)程中極易腐敗。為更好地控制魚肉品質(zhì)，給物流、加工提供更加可靠的理論依據(jù)，一種能快速、準(zhǔn)確反映產(chǎn)品損傷程度的檢測(cè)方法尤為重要。目前，我國(guó)水產(chǎn)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(shù)手段監(jiān)測(cè)、控制組織中的水分情況，對(duì)提高水產(chǎn)品在運(yùn)輸穩(wěn)定性、延長(zhǎng)貯藏時(shí)間、提高食用品質(zhì)具有十分重要的作用。

常規(guī)的理化分析雖然能綜合指示水產(chǎn)品的新鮮度，但指標(biāo)測(cè)定過(guò)程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、試劑消耗量大，難以實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)品的快速檢測(cè)，無(wú)法滿足現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需求。近年來(lái)，新型水產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，準(zhǔn)確高效、可實(shí)時(shí)檢測(cè)、可定向分析等技術(shù)優(yōu)勢(shì)正在逐步簡(jiǎn)化，甚至取代傳統(tǒng)的理化分析方法。例如，近紅外光譜技術(shù)、電子鼻、低場(chǎng)核磁共振等技術(shù)的應(yīng)用為水產(chǎn)品的高效、快速、無(wú)損檢測(cè)提供了新依據(jù)。

1 低場(chǎng)核磁共振技術(shù)研究現(xiàn)狀

低場(chǎng)核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一項(xiàng)新的分析檢測(cè)技術(shù)，近年來(lái)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品、地礦、農(nóng)業(yè)和生物學(xué)等領(lǐng)域。核磁共振技術(shù)的基本原理是原子核在磁場(chǎng)中受到磁化，自旋角動(dòng)量發(fā)生進(jìn)動(dòng)，當(dāng)外加能量與原子核振動(dòng)頻率相同時(shí)，原子核吸收能量進(jìn)行能級(jí)躍遷，產(chǎn)生共振吸收信號(hào)[1]。核磁共振依照分辨率的不同可分為高場(chǎng)和低場(chǎng)兩種類型，高場(chǎng)主要用于探測(cè)樣品的化學(xué)性質(zhì)；磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5 T以下的統(tǒng)稱為低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR），主要用于檢測(cè)樣品的物理性質(zhì)。LF-NMR主要以氫原子核（1H）為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定1H在磁場(chǎng)中的縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2，分析反映被檢樣品的物理性質(zhì)；其中T2的測(cè)定結(jié)果能區(qū)分存在于食品體系中的3種不同水群（結(jié)合水、不易流動(dòng)水、自由水）及其相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，因此通常用它來(lái)表征水分的遷移特性。

目前，LF-NMR在食品領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用研究主要集中在糧油食品摻假問(wèn)題、果蔬制品加工貯運(yùn)、肉制品品質(zhì)測(cè)定、水產(chǎn)品保鮮等方面。陳森等[2]借助LF-NMR技術(shù)研究了常溫保藏狀態(tài)下櫻桃品質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)其組織內(nèi)部水分遷移狀態(tài)是影響果肉品質(zhì)的重要因素，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，自由水逐漸流失，水分發(fā)生了遷移。AGUAYO等[3]通過(guò)LF-NMR成像技術(shù)分析測(cè)定圓柱狀胡蘿卜在不同干燥溫度下的水分遷移規(guī)律，弛豫結(jié)果表明組織細(xì)胞中水分滲透性與液泡膜完整性存在高度相關(guān)性，為監(jiān)測(cè)其品質(zhì)變化提供良好依據(jù)。HAN等[4]利用LF-NMR技術(shù)檢測(cè)不同NaCl濃度對(duì)豬肉肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠保水性的影響，結(jié)果表明熱誘導(dǎo)凝膠的保水性會(huì)隨離子強(qiáng)度的增加而明顯提高，當(dāng)NaCl濃度提高至0.4 mol/L時(shí)，凝膠保水性最佳；弛豫時(shí)間T2數(shù)據(jù)表明，NaCl的加入會(huì)加強(qiáng)蛋白質(zhì)水合作用，使各組分水的流動(dòng)性下降。孫圳等[5]對(duì)不同凍結(jié)溫度（-38 ℃、-23 ℃、-18 ℃）下牛肉的水分分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，自由水全部?jī)鼋Y(jié)，不易流動(dòng)水在-38 ℃下完全凍結(jié)，在-23 ℃、-18 ℃下部分凍結(jié)，MRI成像進(jìn)一步證實(shí)了LF-NMR檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可應(yīng)用于肉品的無(wú)損檢測(cè)。

LF-NMR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于非侵入性、無(wú)破壞性，通過(guò)產(chǎn)生高分辨率的空間信息，直觀反映組織結(jié)構(gòu)的變化，可從分子水平描述組織細(xì)胞中水分分布和流動(dòng)情況。LF-NMR在水產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)方面的研究應(yīng)用還處于發(fā)展階段，該技術(shù)的成熟運(yùn)用能夠?yàn)榕袛嗨a(chǎn)品的損傷和腐爛程度、預(yù)測(cè)產(chǎn)品貨架期等提供理論依據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 LF-NMR在水產(chǎn)品加工貯藏中的應(yīng)用

水產(chǎn)品的新鮮品質(zhì)難以維持，在常規(guī)貯運(yùn)中多依賴低溫。由于流通中的溫度容易受環(huán)境的影響而變化，這是造成損耗的關(guān)鍵因素。基于LF-NMR的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)組織中水分狀態(tài)的分析與判定，對(duì)處于不同加工貯藏階段的產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)測(cè)，結(jié)合其他評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，預(yù)測(cè)水產(chǎn)品的品質(zhì)變化。

董志儉等[6]運(yùn)用LF-NMR技術(shù)研究了南美白對(duì)蝦蒸制過(guò)程中水分的存在狀態(tài)對(duì)其品質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果表明自由水含量的大量流失是引起蝦肉感官品質(zhì)下降和質(zhì)構(gòu)變化的主要因素。秦影等[7]運(yùn)用LF-NMR技術(shù)結(jié)合拉曼光譜分析了超高壓處理對(duì)大黃魚魚糜凝膠特性的影響，結(jié)果表明魚糜凝膠化過(guò)程中的水分狀態(tài)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與魚糜的質(zhì)構(gòu)、保水率之間存在特定的相關(guān)性，為魚糜凝膠特性的評(píng)價(jià)及改進(jìn)提供了新依據(jù)。BI等[8]利用LF-NMR技術(shù)結(jié)合質(zhì)構(gòu)分析與研究了40 ℃預(yù)加熱、80 ℃后加熱處理對(duì)海參品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，高溫導(dǎo)致膠原纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，持水能力下降，弛豫時(shí)間明顯縮短；橫向弛豫時(shí)間T2數(shù)據(jù)與質(zhì)構(gòu)具有很好的相關(guān)性，可用于指示產(chǎn)品的加工特性研究。卞瑞姣等[9]利用LF-NMR技術(shù)研究秋刀魚腌制過(guò)程中的品質(zhì)變化，結(jié)果表明樣品水分含量、水分活度等品質(zhì)指標(biāo)均與橫向弛豫參數(shù)存在高度相關(guān)性。

3 LF-NMR在水產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

LF-NMR技術(shù)在水產(chǎn)品領(lǐng)域的研究基本集中在持水性、蛋白質(zhì)分子狀態(tài)、脂肪測(cè)定、質(zhì)構(gòu)特性等方面，其中保水性是決定水產(chǎn)品新鮮品質(zhì)的關(guān)鍵因素。SáNCHEZ-ALONSO等[10]通過(guò)比較不同凍藏條件下鱈魚肌肉的橫向弛豫參數(shù)（T2）來(lái)評(píng)估魚肉的品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)T2對(duì)不同冷凍溫度敏感，能反映水分子的結(jié)晶情況，可用于鱈魚貨架期的預(yù)測(cè)。張珂等[11]采用理化分析法結(jié)合LF-NMR技術(shù)，研究了經(jīng)不同濃度添加劑處理后的凍藏羅非魚片的品質(zhì)變化，結(jié)果表明，蛋白持水性與弛豫時(shí)間正相關(guān)，提高肌肉持水力可延緩蛋白質(zhì)的變性，從而在一定程度上保持魚肉品質(zhì)。

4 LF-NMR在水產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，現(xiàn)代化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，利用LF-NMR技術(shù)檢測(cè)食品中的水分、脂肪、蛋白質(zhì)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(guò)程中蛋白質(zhì)變化和脂肪的氧化，發(fā)現(xiàn)LF-NMR橫向弛豫時(shí)間與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)高于0.95，可用于指示其品質(zhì)劣化程度。臧秀[13]運(yùn)用LF-NMR技術(shù)對(duì)不同干燥處理的海參進(jìn)行弛豫信號(hào)的采集，結(jié)果表明，LF-NMR結(jié)合主成分分析可以很容易區(qū)分開(kāi)不同干燥方式的海參樣品。

整體來(lái)看，LF-NMR技術(shù)對(duì)樣品處理的要求較低，所需樣品數(shù)量少，耗時(shí)短，在水產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)、區(qū)分產(chǎn)品品質(zhì)差異上還有很大的應(yīng)用空間。

5 低場(chǎng)核磁共振技術(shù)的應(yīng)用前景

LF-NMR技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還涉及檢測(cè)食品摻假情況、食品成分構(gòu)成方面，一些研究表明，LF-NMR弛豫結(jié)果和主成分分析相結(jié)合，可用于區(qū)分和檢測(cè)豬肉的摻假、注膠情況。LF-NMR技術(shù)還可通過(guò)對(duì)水產(chǎn)品中水分的含量、分布狀態(tài)、流動(dòng)特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為研究水產(chǎn)品腐敗機(jī)制、代謝組學(xué)機(jī)制分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。LF-NMR還能夠用于評(píng)估水產(chǎn)品中違規(guī)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(cè)水產(chǎn)品及其制品的摻假率，為提高水產(chǎn)品的食用品質(zhì)和食用安全性提供技術(shù)幫助。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，LF-NMR技術(shù)在食品領(lǐng)域的運(yùn)用逐漸增多，但在水產(chǎn)、肉品科學(xué)領(lǐng)域的研究成果較少。與其他檢測(cè)技術(shù)相比，LF-NMR技術(shù)能夠較全面地獲得被檢樣品的物理性質(zhì)，檢測(cè)過(guò)程易于操作，能夠達(dá)到無(wú)損、快速、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的要求，可實(shí)現(xiàn)食品中組分的定量、定性分析，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)理化檢測(cè)分析的不足，將在指標(biāo)測(cè)定中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。但目前在水產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)方面的研究還未建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，貨架期預(yù)測(cè)模型尚未完善。今后的研究應(yīng)不斷改善和優(yōu)化LF-NMR技術(shù)，或考慮將LF-NMR技術(shù)與其他新型檢測(cè)技術(shù)（近紅外光譜、電子鼻、掃描電鏡等）結(jié)合使用，補(bǔ)充分析中存在的不足之處，為我國(guó)水產(chǎn)及加工行業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。