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核磁共振技术在监控水产品贮藏过程品质变化的应用研究

应用原理概述
水分是许多食品的主要成分,每种食品具有特定的水分含量,并以适当的数量、特定的定位定向存在于食品之中。其对食品的结构、外观以及对腐败的敏感性有着很大的影响,而目前应用最为广泛的是以氢核为研究对象的核磁共振技术,早在1950年,美国就开始将核磁共振技术应用于研究食品中的水合作用,目前国内外利用核磁共振研究食品中的水分相态、分布、迁移等,并以此反映食品内部成分如蛋白质的变化,以此表征食品的品质的变化过程。


低场核磁共振应用领域:

  • 水产品贮藏过程水分迁移和品质监测;
  • 活体水产品如鱼的瘦肉、脂肪体成分含量测试;

案例一:对虾在4℃贮藏过程核磁共振弛豫图谱的变化

(A)对虾4℃贮藏过程核磁共振T2弛豫图谱的变化;(B)不同贮藏时间的核磁共振质子密度相;
1. 根据文献[1]可知,不易流动水是指肌肉纤维之间,位于蛋白质空间网络结构空隙中的水分;自由水是存在于肌肉纤维束外部的水分,在4℃贮藏过程中,不易流动水含量逐渐减少,自由水含量则呈现先减少后增加的趋势,这主要由于:在贮藏初期,位于虾腮部及身体表面的的水分不断蒸发,自由水逐渐减少,在贮藏中后期,蛋白质空间结构的破坏整体的持水性下降,纤维细胞通透性的改变,组织液渗出,不易流动水向自由水迁移,不易流动水减少,自由水降低,肌肉纤维松弛,这与贮藏过程中蛋白质结构被破坏相符;
2.由图B可知,在核磁共振图像上,图像越亮,氢质子含量越多,水分的运动性增加,贮藏1-5d过程中,虾的亮度先变暗后变亮,表明水分含量先减少后增加,水的运动性逐渐增强,更容易被微生物利用。整体而言,虾的腐败最先从头部开始,微生物的代谢增强,亮度变亮。

案例二:鳕鱼在-10℃贮藏过程的品质监测

1.鳕鱼在-10℃贮藏过程,肌原纤维内部水分发生迁移,肌原纤维内部及间隙中的水分转移到外部空间,使得不易流动水含量逐渐降低,自由水含量逐渐增加,在贮藏10-14week时自由水含量达到最大,而此时持水力和表观粘度也同时达到最低,剪切力达到最大;
2.相关性分析表明,在整个贮藏过程,表观粘度和剪切力与不易流动水含量、自由水含量均呈现良好的指数相关性,试验结果表明,低场核磁共振可用来监测鳕鱼贮藏过程品质的变化,并可应用到预测水产品货架期中。(文献[2])

案例三:虾肉干燥过程水分分布及迁移

1.核磁共振成像中(图四和图五),颜色代表信号强度,红色信号越大,氢质子密度越大,蓝色信号越大,氢质子密度越小,通过核磁共振成像可明显看出不同干燥时段水分的分布及变化;
2.干燥过程中,虾肉体积明显缩小,不同区域的水分分布不均匀,通过对不同区域核磁成像信号的分析,可进一步研究各个区域的干燥速率,为干燥工艺的确定、虾肉品质的研究提供快速、直观的方法。

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