核磁共振技术研究普通玉米淀粉与玉米抗性淀粉对肉糜持水性的影响

成 昕，张锦胜，钱 菲，刘玉环，彭 红，阮榕生*，赵琴琴，王兆龙

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，生物质转化教育部工程研究中心，江西 南昌 330047)

核磁共振技术研究普通玉米淀粉与玉米抗性淀粉对肉糜持水性的影响

成 昕，张锦胜，钱 菲，刘玉环，彭 红，阮榕生*，赵琴琴，王兆龙

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，生物质转化教育部工程研究中心，江西 南昌 330047)

将玉米抗性淀粉、普通玉米淀粉按不同比例添加于猪肉肉糜中，利用磁共振技术研究肉糜中水分状态及含量的变化。结果表明：玉米抗性淀粉与普通玉米淀粉均能提高猪肉肉糜的保水性能。当抗性淀粉的添加量为4%时，肉糜保水性最强，而玉米淀粉的最佳添加量为6%，且添加4%玉米抗性淀粉的肉糜其保水性较添加6%普通玉米淀粉的要好。

玉米抗性淀粉；肉糜；水分；核磁共振

水是肉类及其制品的主要成分，约占肉品质量的75%，它在肉糜制作中起到了举足轻重的作用，宰后肉制品中水分的流失会严重影响肉品的食用品质及经济价值[1-3]。由此可见，猪肉的持水性研究就显得十分必要。淀粉或抗性淀粉在肉制品中的应用，有其独特的优越性[4-6]。淀粉有非常好的膨胀性，如少量添加可以保水保汁，增加弹性，改善结构。同时，作为填充剂使用，淀粉价格低廉而对产品又有明显良性作用[7-8]。在我国现阶段，研究淀粉在肉制品中的作用，有相当的现实意义，而且在很长一段时间，都将有较好的应用价值[9]。如在午餐肉或火腿肠中加入适量的玉米淀粉可以改善其吸水量和黏结性[10-11]。但目前淀粉在应用过程中存在一种不良影响，即当淀粉添加量达到一定限度时，特别是低温环境中容易导致产品发生反生及析水现象[12-15]。因此，研究淀粉对肉品中水分存在状态及分布情况的影响是很有必要的。磁共振技术是目前在微观层面上研究水分唯一有效的手段。本研究利用磁共振技术研究肉糜中水分状态及含量的变化，并探讨抗性淀粉对肉糜持水性的影响，为其在肉制品中的推广应用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米抗性淀粉 自制；普通玉米淀粉(一级)、瘦猪肉购于超市。

1.2 仪器与设备

0.3 T1Hyomingmr2 imaging核磁共振成像系统(配备内径为15.6cm 的射频线圈) 宁波健信机械有限公司生产JYL-380 多功能料理机 九阳股份有限公司；SL2002N型电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 猪肉糜的制备

将新鲜猪瘦肉切成大约5cm×5cm的块状，然后放入多功能料理机(功率200W，转速22000r/min)中绞成肉糜，时间为20s。

1.3.2 样品的配比方案

实验分普通玉米淀粉组和玉米抗性淀粉组。样品配比方案如表1所示(每个样品做3个平行样)。

表1 样品分配方案Table 1 Design of samples distribution

1.3.3 核磁共振参数的测定

配好样品后立刻进行磁共振自由感应衰减(free induction decay，FID)脉冲序列和自旋回波序列(Carr-Purcell-Meiboom-Gill，CPMG)测定，并将这个时间设定为初始时间(0h)，随后于5、10h和24h进行跟踪监测。

将样品放置在核磁共振成像系统的配套射频线圈内，保持样品中心、磁体中心和线圈中心在同一位置。利用FID脉冲序列测定样品的T2*，实验采用的参数为：采样点数TD＝2048、重复扫描次数NS＝8、弛豫衰减时间t0=3s。利用T2*_Fit拟和程序计算出T2*值。利用CPMG脉冲序列测定样品的自旋-自旋弛豫时间T2，实验参数：采样点数TD = 16384、回波个数C0=300、重复扫描次数NS = 16、弛豫衰减时间t0=4000ms。利用T2_Fit拟和程序计算出T2值。

2 结果与分析

2.1 肉糜中总的水分变化

图1 玉米抗性淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T2*所对应的质子密度的影响Fig.1 Effect of maize resistant starch on proton density on the basis of the relaxation time T2* of minced pork

T2*所对应的质子密度代表样品体系中总的质子密度。由图1可知，添加不同比例的玉米抗性淀粉后，各样品体系中T2*所对应的质子密度在27000～135000之间，较空白样(1#)的质子密度略微大了一些，但并不显著。随着放置时间的延长，水分从样品中流失，T2*对应的质子密度开始逐步下降。直至放置24h后，T2*对应的质子密度较最初出现大幅度下降，未添加玉米抗性淀粉的空白样品下降幅度最大；在玉米抗性淀粉添加量小于4%时，随着添加量的增加，T2*对应的质子密度的下降幅度开始减小；而添加量超过4%以后，继续添加抗性淀粉使体系总质子密度的降幅略微升高，但仍比空白样品大很多。说明添加玉米抗性淀粉有利于提高肉糜保水性，且玉米抗性淀粉添加量为4%时，肉糜样品的保水性最强，保留水分最多。

图2 普通玉米淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T2*所对应的质子密度的影响Fig.2 Effect of corn starch on proton density on the basis of the relaxation time T2* of minced pork

由图2可知，样品放置24h后，添加了普通玉米淀粉的肉糜样品其T2*对应的质子密度较空白样品的大，说明普通玉米淀粉也有利于提高肉糜样品的保水性，其添加量6%为最佳。

综上所述，添加玉米抗性淀粉和普通玉米淀粉都能使肉糜样品的总质子密度增加。

图3 放置24h后各猪肉肉糜样品的总质子密度情况Fig.3 Total proton density of minced pork samples after storage for 24 hours

由图3可知，在放置24h后，添加玉米抗性淀粉的肉糜样品的总质子密度要明显高于空白或添加普通玉米淀粉的肉糜样品。添加量在0～10%的范围内，添加了4%的玉米抗性淀粉的肉糜其总质子密度最大，即此时，肉糜的保水性最强。

2.2 肉糜中T21状态水分的变化

图4 玉米抗性淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T21所对应的质子密度的影响Fig.4 Effect of maize resistant starch on proton density on the basis of the relaxation time T21of minced pork

横向弛豫时间的分量T21所对应的质子密度代表体系中结合得最紧密的那部分水分即单分子层结合水。由图4可知，初始状态下(0h)，肉糜样品的T21所对应的质子密度在5000左右，此时T21在7～10ms之间，并且随着玉米抗性淀粉添加量的增大样品T21所对应的质子密度略微有所增加。随着放置时间的延长，添加了玉米抗性淀粉的样品的T21所对应的质子密度与空白样品的T21所对应的质子密度的大小差距越来越大。24h后，空白肉糜样品的T21对应的质子密度仅为25000左右，而添加了8%玉米抗性淀粉的肉糜样品的T21所对应的质子密度则高达75000，约是空白样品的3倍。因此可以说明玉米抗性淀粉有利于保持肉糜中单分子层结合水。

图5 普通玉米淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T21所对应的质子密度的影响Fig.5 Effect of corn starch on proton density on the basis of the relaxation time T21of minced pork

由图5可知，初始状态下(0h)，普通玉米淀粉的加入对样品的T21对应的质子密度影响不大。但随着放置时间的延长，逐步显现出普通玉米淀粉的优势。放置24h后，肉糜样品的T21对应的质子密度随普通玉米添加量的增大有所增加，添加量为8%时，样品的T21对应的质子密度最大。

综上所述，放置5h后，所有样品的T21对应的质子密度均有大幅度的升高，之后才随时间的延长而逐步减小，而普通玉米淀粉和玉米抗性淀粉对肉糜保水性的影响开始显现。这可能是因为肉品经过绞制后，一部分组织结构遭到破坏，随着放置时间的延长，水分逐渐挣脱原有束缚向外部迁移，所以结合力度减弱；另一方面，淀粉的加入填补了肉糜样品内部空隙，淀粉分子中游离的羟基通过氢键结合锁住部分水分，因而使体系中的单分子层结合水增加。

2.3 肉糜中T22状态水分的变化

图6 玉米抗性淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T22所对应的质子密度的影响Fig.6 Effect of maize resistant starch on proton density on the basis of the relaxation time T22of minced pork

图7 普通玉米淀粉不同添加量随放置时间变化对猪肉糜T22所对应的质子密度的影响Fig.7 Effect of corn starch on proton density on the basis of the relaxation time T22 of minced pork

T22对应的质子密度代表体系中不易流动的那部分水分即多分子层结合水。由图6可知，在初始状态(0h)下，肉糜样品的T22对应的质子密度在170000～200000之间，并且随玉米抗性淀粉添加量的增大而出现小幅度的增长，此时，肉糜样品的T22在38～48ms的范围内。随着放置时间的延长，体系中水分流失，样品T22对应的质子密度逐渐减小。放置24h后，样品T22对应的质子密度降至110000～140000之间，且随玉米抗性淀粉添加量的变化趋势也发生改变。添加了玉米抗性淀粉后样品T22对应的质子密度有一个小幅度的增加过程，而当添加量大于4%时，样品T22对应的质子密度呈现下降趋势。同样，如图7所示，普通玉米淀粉对肉糜样品T22对应的质子密度的影响与玉米抗性淀粉类似，但转折点不同，普通玉米淀粉添加量为6%时，样品T22对应的质子密度开始减小。

2.4 肉糜中T23状态水分的变化

横向弛豫时间的最后一个分量T23所对应的质子密度代表了体系中流动性最强的那部分水即自由水。由图8可知，初始状态(0h)下，样品的T23在100～120ms之间，其所对应的质子密度随添加的玉米抗性淀粉的量的增加而大幅度减小。这可能是因为玉米抗性淀粉与肉糜混合，由于玉米淀粉颗粒的渗透性较强，原本肉糜中的自由水分渗入玉米淀粉颗粒内部，并以氢键的形式与玉米淀粉分子中游离的羟基键合，从而导致整个样品体系中的游离水减少，水分流动性降低。样品放置24h后，由于体系内水分不断流失，样品T23对应的质子密度大幅减小，直至样品体系中各种状态水分之间以及与周围环境中的水分达到平衡状态。此时，与空白肉糜样品相比，添加了玉米抗性淀粉的肉糜其样品T23对应的质子密度略小，且随着玉米抗性淀粉添加量的增加，样品T23对应的质子密度也随之减小。图9中显示了普通玉米淀粉对猪肉肉糜样品T23对应的质子密度的影响，其效果与抗性淀粉相似。

图8 玉米抗性淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T23所对应的质子密度的影响Fig.8 Effect of maize resistant starch on proton density on the basis of the relaxation time T23of minced pork

图9 普通玉米淀粉不同添加量随放置时间的变化对猪肉糜T23所对应的质子密度的影响Fig.9 Effect of corn starch on proton density on the basis of the relaxation time T23of minced pork

3 结 论

核磁共振技术可以通过对体系微观上的分析研究水分的迁移和分布，具有明显优势。利用磁共振技术研究玉米抗性淀粉和普通玉米淀粉对猪肉肉糜持水性的影响，得到以下结论：

3.1 玉米抗性淀粉与普通玉米淀粉均能提高猪肉肉糜的保水性能，且当玉米抗性淀粉的添加量为4%时，肉糜保水性最强，而普通玉米淀粉的最佳添加量为6%，且添加4%玉米抗性淀粉的肉糜其保水性较添加6%普通玉米淀粉的肉糜保水性要好。

3.2 当玉米淀粉与肉糜混合后，体系中的游离水分急剧减少，这是因为玉米淀粉颗粒的强渗透性，使得体系中的游离水渗入淀粉颗粒中，并与玉米淀粉分子中游离的羟基发生氢键水合作用。

3.3 玉米抗性淀粉样品中游离水的减少量要大于普通淀粉样品中游离水的减少量，这可能是由于玉米抗性淀粉的分子质量较小，其形成的玉米淀粉颗粒也较小，玉米淀粉颗粒更容易被水溶胀的关系。

从磁共振角度研究表明，在肉糜中添加玉米抗性淀粉或普通玉米淀粉都在一定程度上抑制了体系中水分的流动性。从而可以进一步研究推广抗性淀粉在肉制品中的应用。

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Effect of Maize Resistant Starch and Normal Corn Starch on Water-holding Properties of Minced Pork

CHENG Xin，ZHANG Jin-sheng，QIAN Fei，LIU Yu-huan，PENG Hong，RUAN Rong-sheng*，ZHAO Qin-qin，WANG Zhao-long
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Engineering Research Center for Biomass Conversion, Ministry of Education, Nanchang 330047,China )

Minced pork samples containing maize resistant starch (RS) and normal corn starch with different proportions were investigated using low field nuclear magnetic resonance (NMR). NMR and MRI results showed that both maize RS and normal corn starch could improve the water-holding properties of minced pork. The optimal contents of RS and corn starch were 4% and 6%, respectively. The retention of water in 4% RS samples was better than that in 6% corn starch samples.

resistant starch；minced pork；water；nuclear magnetic resonance

TS231

A

1002-6630(2011)07-0021-04

2010-06-29

国家重点实验室自由探索课题(SKLF-TS-2008014)

成昕(1987—)，男，硕士研究生，研究方向为食品质量与安全。E-mail：27791310@qq.com

*通信作者：阮榕生(1963—)，男，教授，博士，研究方向为食品质量与安全。E-mail：ruanx001@umn.edu.com