低场核磁共振研究冻融过程中犊牛肉品质变化

原　琦，罗爱平，*，何光中

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025；2.贵州省畜牧兽医科学研究所，贵州贵阳550025）

低场核磁共振研究冻融过程中犊牛肉品质变化

原琦1，罗爱平1，*，何光中2

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025；2.贵州省畜牧兽医科学研究所，贵州贵阳550025）

运用低场核磁共振技术，探讨反复冻融过程中犊牛肉水分分布状态。研究横向弛豫时间T2变化规律与食用品质间的关系。结果表明：随着冻融次数增加，解冻损失率变化显著，加压失水率和剪切力在3次冻融后显著增加，亮度L先增加后减小，红度a*逐渐减小，黄度b*逐渐增加。核磁共振检测到犊牛肌肉中水分有结合水、不易流动水和自由水三种状态，横向弛豫时间三个峰分别为T2b、T21、T22，其中T21与解冻次数、解冻损失率、加压失水率和亮度均显著相关（p＜0.05），T21可作为考察解冻犊牛肉品质的参考指标。

犊牛肉，食用品质，反复冻融，横向弛豫时间

我国犊牛产业近年来刚刚起步，在我国高档宾馆酒店犊牛白肉处于高价位（160～270元/kg），主要依赖进口。犊牛肉与普通牛肉相比，具有鲜嫩多汁、肉味鲜美、肉质细嫩、肉色浅淡和营养丰富等特点，是深受消费者欢迎的高档奢侈肉制品[1-3]。

相对于新鲜肉，冷冻肉的低温条件能抑制大多数微生物生长繁殖、降低酶活性、延长货架期、增加肉制品消费的机动性和可支配性，但冷冻过程中将产生大量大小不一的冰晶，对肌细胞膜的组织结构造成机械损害，降低肉的品质[4-5]。解冻过程也将导致嫩度下降、营养成分流失、可溶性蛋白含量减少等，特别是由于贮藏时低温，而运输和销售时的温度变化波动引起的反复冻融，将引起一系列生理生化反应，进而影响肉的品质。

国内外有关冻融对冻肉品质的研究主要集中在肌肉蛋白结构和蛋白功能特性方面，但这些方法费时费力且样品破坏程度较大。低场核磁共振技术（LF-NMR）对样品不具破坏性和侵入性，而且灵敏度高，可以实时获得数据并可在短时间内获得样品中多种组分的弛豫时间曲线图谱，从而能准确地对样品进行分析鉴定[6]。Bertram[7]研究表明，LF-NMR的驰豫时间（T2）与Honikel袋法和离心法所测系水力的相关系数分别为-0.85和-0.77。Hullberg等[8]采用LF-NMR研究经滚揉、烟熏处理的猪里脊肉水分扩散与感官特性之间的关系。Gudjónsdóttir等[9]利用NMR对鳕鱼进行横向和纵向H1弛豫时间的测定，研究了加盐和改良的气调包装（MAP）对鳕鱼深度冷藏的影响。

迄今，冻融对犊牛肉食用品质影响的研究较少且鲜有从水分分布及流动特性角度解释其变化。本研究以犊牛肉背最长肌为研究对象，应用LF-NMR技术研究冻融过程中驰豫时间（T2）的变化规律，分析该变化与食用品质之间的关系，探讨反复冻融对犊肉的影响，为奶公犊肉的进一步研究和开发利用、精深加工提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

荷斯坦奶公犊中国（4月龄，体重140kg）。

NMI20-Analyst核磁共振成像分析仪上海纽迈电子科技有限公司；pH-l00型笔式pH计上海三信仪表厂；JA-1104N型电子天平上海民桥精密科学仪器有限公司；C-LM3型数显式肌肉嫩度仪东北农业大学工程学院研发；WSC-S测色色差计上海精密科学仪器有限公司；加压失水率测定仪实验室自制。

1.2实验方法

1.2.1荷斯坦奶公犊处理宰后迅速取其整个背最长肌，自封袋包装，放入冰盒中，运回实验室，放置于4℃冰箱。宰后24h后，取200g肉样6份，真空包装，在-18℃冻结12h，然后在4℃解冻12h为1次冻融过程，反复重复上述过程。分别冻融0、1、3、5、7、10次处理。即宰后1、2、4、6、8、11d取肉样进行分析。

1.2.2低场核磁共振T2时间测定用手术刀沿肌纤维方向均匀切割成1cm×1cm×1cm肉块。精确称取1g肉样，置于直径为15mm核磁专用试管，轻微挤压，排除多余空气。测试条件[10]为：磁场强度0.47T，质子共振频率为22.6MHz，核磁线圈温度32℃。CPMG脉冲序列，τ值（90°脉冲和180°脉冲之间的时间）200μs。重复扫描16次，重复间隔时间为3s，回波数3000，得到的图为指数衰减图形。数据反演软件为上海纽迈电子科技有限公司提供的核磁共振弛豫时间反演拟合软件Ver4.09，此软件使用SIRT（Solid Iteration Redress Technique）迭代反演算法得到T2图谱。

1.2.3解冻损失率样品分别在解冻前和解冻后称重，之后按照公式计算解冻损失率：

式中：m1和m2分别为解冻前和解冻后的质量，g。

1.2.4加压失水率采用经Farouk等[11]改进的加压滤纸法。切取厚度为1.0cm的肉片，用直径为2.523cm的取样器切取、称重。将肉样置于双层夹板之间，上下各垫18层滤纸，置于压力计上，匀速加压至68.66kPa，保持5min，撤除压力后立即称重。

式中：m1和m2分别为加压前和加压后的质量，g。

1.2.5pH测定在肉样上划开新鲜切口，用pH-l00型笔式pH计直接测定切面pH。

1.2.6肉色测定均匀切取约0.5cm肉片，4℃氧合30min，用WSC-S测色色差计测定其L（亮度值）、a*（红色值）、b*（黄色值），每次冻融测5个平行肉样，取平均值。

1.2.7剪切力的测定用直径为l.27cm的空心取样器钻取肉柱，然后用C-LM3型嫩度计测定每个肉柱的剪切力值，每个样品至少取三根肉柱，取其平均值作为肉样的剪切力值。

1.3数据处理

每个处理3次重复，应用Origin 8.0软件（美国OriginLab公司）绘制核磁数据图；应用SAS 8.0统计软件（美国SAS软件研究所）对实验数据进行单因素方差分析和Cancorr典型相关性分析，不同处理间的差异应用Duncan法多重比较。

2　结果与分析

2.1犊牛肉横向弛豫时间

图1　犊牛肉横向弛豫时间参数Fig.1　The transverse relaxation time of veal

图1可知，T2时间图谱中出现3个峰，T2b（1～10ms）、T21（10～100ms）、T22（100～1000ms），与Bertram等[12-13]研究T2弛豫时间与猪肉保水性关系的结果基本吻合。即第一个峰时间T2b（1～10ms）代表结合水，约占总面积的4%，第二个主峰时间T21（40～60ms），代表不易流动水，约占总面积的90%，第三个峰时间T22（150～400ms），代表自由水，约占总面积的5%。韩敏义等[10]研究猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶时检测到四个组分，0.1～10ms之间出现了两个峰，均认为是结合水。李玫等[14]研究冷冻鸡肉品质变化时同样为4个峰，及李春[15]研究冷却条件对猪肉保水性影响时也是3～5个峰。这可能和样品种类、测试条件、测试软件型号以及回波峰点采集后的数据反演方法有关，有待进一步研究。

2.2冻融次数对T2弛豫时间的影响

表1可知，随着冻融次数的增加，T2b变化不显著，即结合水变化不明显。T21显著下降，经过多次冻融后，由最初49.07ms下降至41.24ms，即不易流动水向结合水方向移动。T22在冻融第1次后下降至223.66ms，与鲜肉相比变化显著，之后随着冻融次数增加呈下降趋势。可能是由于低温导致蛋白质二、三级结构发生改变，与水分子的结合能力随之变化，以及解冻时汁液流失有关[7]。第7次与第10次冻融之后的T22无显著差异，戚军等[16]研究解冻羊肉持水力变化时T22先增大后减小，可能是由于羊肉和犊牛肉的肌纤维结构不同造成解冻之后的性质差异。

表1　反复冻融后T2弛豫时间的变化Table.1　Changes of transverse relaxation time after freeze thaw cycles

2.3犊牛肉保水性与剪切力变化

表2　反复冻融后犊牛肉解冻损失率、加压失水率及剪切力变化Table.2　Changes of thawing loss，pressure loss and shear force after freeze thaw cycles

保水性是肉类加工与贮藏过程中的重要指标之一，水分流失的多少影响着肉品的感官与嫩度。通过测定解冻损失率和加压失水率2个指标，分析犊牛肉的保水性变化。表2可知，第1次解冻损失率仅为8.15%，随着冻融次数的增加，解冻损失率显著增加（p＜0.05），融冻10次解冻损失率为27.44%，是第1次冻融的3.4倍。

加压失水率随着冻融次数增加而显著下降（p＜0.05）。鲜肉的加压失水率从42.49%下降至36.33%，可能和细胞间隙水分流失，部分肌肉细胞组织破裂，大量液流出有关。由于肌肉组织发生了不可逆的变化，结合水分子的能力到达极限。

鲜肉的剪切力为33.55N，随着冻融次数增加显著增加（p＜0.05），第3次为38.87N，第7次为47.17N与第10次49.57N之间无差异（p＞0.05），剪切力增大是由于低温冷冻增加肉中的冰晶，影响肌肉的延展性，减小肉的可塑性，增大剪切阻力[17-18]。

2.4犊牛肉颜色与pH变化

表3　反复冻融过程犊牛肉颜色和pH变化Table.3　Changes of meat color and pH after freeze thaw cycles

肉色是决定消费者购买肉品的重要因素。由表3可知，反复冻融对犊牛肉L、a*、b*值的影响，犊牛鲜肉的亮度值为42.27，在冻融第1次变为44.75，第3次时为48.97，显著增加（p＜0.05），冻后的水分在肌肉组织表面起到润滑、发亮的作用。第7次时为42.79，显著下降（p＜0.05），随着次数增加，汁液流失过多，导致亮度下降。红度a*值随着冻融次数增加而显著减小，犊牛鲜肉为14.10，第1次冻融变为13.29、第7次变为11.32，显著减小（p＜0.05），可能是由于肌红蛋白变性所致。黄度b*值随冻融次数增加而显著增大（p＜0.05），鲜肉为31.55，第3次变为38.87，第7次变为47.17，与夏秀芳等[19]反复冷冻-解冻对猪肉品质的研究结果一致。随着冻融次数增加，pH从5.84缓慢下降至5.46。肌肉在冰点以下时，糖酵解酶活性受抑制，乳酸逐渐积累，pH缓慢下降。第10次之后回升至5.61，是由于肉中微生物和酶的作用，使部分蛋白质和含氮化合物缓慢分解，产生碱性的含氮物质所致[20]。

2.5冻融次数与食用品质变化指标的相关性分析

由表4可知，冻融次数和剪切力、T21、L值的相关系数分别为0.914、-0.951和0.988，显著相关（p＜0.05），其中与T21、L值极显著相关（p＜0.01）。冻融次数和加压失水率、pH呈负相关，与肉色的a*、b*指标之间相关性不显著（p＞0.05）。弛豫时间T21和亮度之间相关系数为0.912，显著相关（p＜0.05）。T2b代表的结合水与其他指标相关性不显著（p＞0.05），这与Brown等[21]运用主成分分析法对猪肉核磁数据和滴水损失、蒸煮损失、色差、pH相关性分析的结果一致。

3　结论

犊牛肉背最长肌随着冻融次数的增加，肌肉的解冻损失率、剪切力增加，保水性、嫩度下降。犊牛肉自身肉色浅淡，大量汁液流失后肌红蛋白随之流失，更加影响其肌肉色泽。因此反复冻融引起肌肉结构和特性的变化，降低肉的食用品质，使其失去营养价值。所以在运输、贮藏、消费过程中应健全冷藏链技术，防止温度波动引起的反复冻融，进而减少犊牛肉品质的劣变。

应用低场核磁共振技术检测到犊牛肉中的水有结合水、不易流动水和自由水3种状态，3种水分的分布情况能够准确预测犊牛肉的保水性动态变化。相关性分析表明：T21与冻融次数、解冻损失率、加压失水率和亮度显著相关（p＜0.05）。因此T21可以作为犊牛肉快速检测的参考指标。

表4　反复冻融次数与食用品质变化的相关性分析Table.4　Correlation analysis between freeze thaw cycles and eating quality changes

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Quality changes of veal during freeze-thaw cycles determined by LF-NMR

YUAN Qi1，LUO Ai-ping1，*，HE Guang-zhong2
（1.School of Liquor and Food Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.Guizhou Institute of Animal Science and Veterinary Medicine，Guiyang 550025，China）

The method of low field nuclear magnetic resonance（LF-NMR）was used to study the water distribution in veal during the process of freeze-thaw cycle.By analyzing transverse relaxation time，we found the correlations between LF-NMR parameters and meat quality changes.The results showed that with the increasing number of freeze-thaw time，the thawing loss changed significantly，the pressure loss and shear force showed a significant increase at the third time of freeze-thaw.The lightness value L increased first then decreased later，redness a*decreased gradually，yellowness b*increased gradually.The LF-NMR data indicated that three peaks of transverse relaxation times，T2b，T21and T22，which represented three different groups of water in muscle as bound water，immobilized water and free water，respectively.Among them，the T21had a significant correlation with the number of freeze-thaw time，thawing loss，pressure loss and lightness（p＜0.05）.As conclusion，the T21might be used as a reference indicator to evaluate thawed veal quality.

veal；eating quality；freeze-thaw cycle；transverse relaxation time

TS251

A

1002-0306（2015）04-0116-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.016

2014－06－04

原琦（1989-），男，硕士研究生，研究方向：畜产品加工。

罗爱平（1958-），女，本科，教授，研究方向：畜产品加工研究与开发。

贵州省科技厅科技计划项目（黔科合NZ字[2012]3010）；贵州省农业委员会项目（GZCYTX-0301-03）。