鱼糜制品是鱼经过采肉、精滤、漂洗、斩拌、加热后制成的具有弹性的凝胶食品的总称,是我国重要的水产加工产品之一,因其高蛋白质、低脂肪、方便食用等特点深受消费者欢迎。其中,鲢鱼是我国淡水鱼传统的“四大家鱼”之一,其鱼肉质嫩色白、易于消化,具有高产量、高蛋白等优点,是主要的淡水鱼糜加工原料。水产品制成鱼糜后,一般通过平板式冻结后冻藏,再根据需求进行鱼糜制品的加工。为了提升鱼糜贮藏稳定性,冷冻鱼糜中常添加抗冻剂、淀粉以及大豆分离蛋白（soybean protein isolate,SPI）等物质以提升其凝胶特性,但其添加量在行业内尚未有统一的标准。传统鱼糜成分检测及分级过程往往需要化学分析手段,其检验结果精确,但耗时较长[1-3]。若建立一种快速、准确的检测技术,以确定鱼糜中各类添加物含量,将能辅助鱼糜品质鉴定及分级。
介电特性是指物质分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性,其随食品组分及理化性质的变化而变化,同时也受测定频率和样品温度的影响[4]。因此,利用介电特性测定可实现对食品含水率、损伤、品质等的快速检测[5]。Wang Yu等[6]通过介电特性测定发现鲑鱼各部位因其组分不同,介电特性存在显著差异；Lyng等[7]通过测定介电特性来区分各种肉类（鸡肉、羊肉、牛肉、猪肉）以及瘦肉和脂肪。此外,物质组分的形态,尤其是水分存在形式是食品介电特性的主要影响因素。低场核磁共振技术可以通过自旋-横向弛豫时间（T2）来定性定量分析食品中水分分布情况及流动性,可作为研究鱼糜水分状态的有效手段[8],辅助分析介电特性测定结果。
本实验以鲢鱼鱼糜及鱼糜制品为主要研究对象,研究鱼糜中常见的添加物（抗冻剂（多聚磷酸盐）、淀粉、SPI等）对鲢鱼鱼糜及鱼糜制品介电特性的影响及其机理,建立基于介电特性识别鲢鱼鱼糜中添加物含量的关系模型,探索和开发基于介电特性的鱼糜添加物含量快速检测技术的基础数据和方法,并通过低场核磁共振分析仪检测不同添加物含量下鱼糜及鱼糜制品的水分迁移率,辅助介电特性的分析,为研究介电特性的变化规律提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
鲢鱼购自于上海市浦东新区南汇新城镇古棕路580号农工商超市水产品专柜,其品质符合GB 2733—2005《鲜、冻动物性水产品卫生标准》的要求,于-20 ℃下冷冻保藏,实验前将样品取出,解冻备用。
抗冻剂（多聚磷酸盐：焦磷酸钠、三聚磷酸钠以质量比1∶1混合,均为分析纯） 上海泰坦科技股份有限公司；玉米淀粉 上海乔爱食品有限公司；SPI临沂山松生物制品有限公司。
1.2 仪器与设备
E5071C型矢量网络分析仪 美国安捷伦科技有限公司；Ministat230冷冻循环油浴机 德国Huber Kältemaschinenbau有限公司；JR-12 800W绞肉机 德玛仕（德国）有限公司；ME204E电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；MesoMR23-060H-I低场核磁共振分析仪及成像系统 上海纽迈电子科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 鱼糜的制备
鲢鱼取鱼体两侧头后至尾柄前的去皮去骨肌肉,半解冻后斩拌5 min,制成纯鱼糜,然后根据实验要求分别加入不同质量分数的玉米淀粉、SPI,进一步斩拌5 min,斩拌过程温度控制在10 ℃以下,搅拌均匀后,真空脱气处理1～2 min,然后将其置于冰箱（4 ℃）备用。
1.3.2 鱼糜凝胶的制备
分别添加不同质量分数的各种添加物到鲢鱼鱼糜中,制备不同鱼糜制品[9],其中,SPI质量分数分别为0、3%、6%、9%、12%,加入方式为直接加入到纯鱼糜中,调节至水分质量分数不变；玉米淀粉质量分数分别为0、5%、10%、15%、20%、25%、30%,加入方式同SPI；“抗冻剂+玉米淀粉”添加量为0.3%的抗冻剂（0.15%的三聚磷酸钠和0.15%的焦磷酸钠）和0、5%、10%、15%、20%、25%、30%的淀粉,加入方式同SPI；“抗冻剂+玉米淀粉+水浴加热”各成分的添加量同“抗冻剂+玉米淀粉”,加入方式为直接加入到纯鱼糜中,调节至水分质量分数与原来一致后,进行两段式加热（40 ℃水浴加热30 min→90 ℃水浴加热20 min→冰水冷却30 min）[10],制成鱼糜凝胶。
1.3.3 介电特性的测定
采用E5071C型矢量网络分析仪测定介电特性。首先,将矢量网络分析仪预热1 h后,启动软件,设定扫描类型为线性扫描,设定扫描频率范围为1～2 500 MHz,扫描点数为1 001 个,对开放式同轴探头依次进行空气、短路和25 ℃去离子水校准；仪器校准完成后,将制备的样品均匀填入介电特性测试样品容器中,容器中插入热电偶温度传感器测定实时温度,并与冷冻循环油浴机连接进行温度调控。随后,将冷冻循环油浴系统设置为室温,热电偶温度传感器监测样品温度,当样品温度达到室温并稳定后,测定样品介电特性随频率变化曲线。最后,对每种鱼糜的3 个平行样品分别进行介电常数和介电损耗因子的测定,结果以平均值±标准差表示[11]。
1.3.4 低场核磁共振分析水分状态及水分迁移率
参照谢小雷[12]、巩涛硕[13]等的实验方法,并稍加修改。质子共振频率为21 MHz,磁体温度为32 ℃。取实验鱼糜样品切成3 cm×3 cm×1 cm大小（约10 g）,擦干其表面水分,用无核磁弛豫信号的保鲜膜包裹后放于70 mm磁体线圈管中测定分析,每个测试至少3 个重复。利用CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列测定样品横向弛豫时间T2。CPMG脉冲序列参数为：采样频率（SW）＝200 kHz,模拟增益（RG1）＝20,P1＝18.00 μs,数字增益（DRG1）＝3,TD＝480 020,PRG＝2,重复采样间隔时间（TW）＝2 500 ms,累加次数（NS）＝8,P2＝36.00 μs,回波时间（TE）＝0.300,回波个数（NECH）＝8 000。
1.4 数据处理与分析
数据采用Excel 2016、SPSS Statistics 22软件进行单因素方差分析（最小显著性差异法）；采用Origin 9.1软件绘图。
2 结果与分析
2.1 频率对纯鲢鱼鱼糜介电特性的影响
由图1可知,纯鲢鱼鱼糜的介电常数（ε'）和介电损耗因子（ε”）均随频率的增大而减小。当频率不断增大时,偶极子的振动速率滞后于电场的变化,导致ε'随频率增大而减小[14],该现象也发现于对水果和蔬菜[15]、坚果[16]、粮食[17]等的介电特性研究中。
图1 频率对纯鲢鱼鱼糜介电特性的影响
Fig.1 Effect of frequency on the dielectric properties of sliver carp surimi without additives
在小于300 MHz 的频率下,离子导电性是引起介电损耗的主要原因,表现在低频段下ε”随着频率的增大而减小。频率的对数和ε'的对数呈线性负相关[18],因此随着频率的增加,ε'迅速减小。水分子是典型的偶极子,因此在高水分含量食品中,水的介电特性主导了高水分含量食品的介电特性,鱼糜属于高水分含量食品,水分质量分数通常在70%～80%之间[19],偶极子转动主要考虑水的作用,结合水对介电特性的影响很小,所以主要讨论可冻结水的影响。随着频率增大到300 MHz以上,偶极子转动成为引起ε”升高的主要原因,离子传导引起的ε”减小,因而ε”整体趋势随频率下降,但受可冻结水引起的ε”增加的影响,这种减小趋势会减缓。据报道,多种高水分含量的食品材料中,ε”与频率之间的对数图中存在负线性关系,例如鸡蛋[20]、肉类[6]、奶酪[21]、牛奶[22]和果汁[23]。一些食品在特定频率内也可以观察到ε”随频率增加而减小的趋势,例如10～4 500 MHz下的果汁[23]、果肉[24]和坚果[25]。
2.2 SPI质量分数对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
图2显示了1～2 500 MHz频率下SPI质量分数对鲢鱼鱼糜在室温下的ε'和ε”的影响,其中ε'在低频范围内随SPI质量分数的增加而减小,高频范围内随SPI质量分数的增加而增大,ε”随SPI质量分数的增加呈下降趋势。
图2 1～2 500 MHz下不同SPI含量对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
Fig.2 Effect of SPI content on dielectric properties of sliver carp surimi in the frequency range of 1-2 500 MHz
本实验选择在常见的微波及射频加热频率条件下（27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz）研究SPI添加量对鱼糜介电特性的影响。由表1可知,SPI添加量明显影响鱼糜的ε'和ε”,对ε”的影响比对ε'的影响更为明显。在低频范围内（27.12 MHz和40.68 MHz）,ε'随鲢鱼鱼糜中SPI质量分数增加而减小,在高频范围内（915 MHz和2 450 MHz）,ε'随SPI质量分数增加而增大,4 个频率下,ε”均随着鲢鱼鱼糜中SPI质量分数的增加而减小。
表1 不同频率条件下SPI质量分数与ε'和ε”的方差显著性分析
Table 1 Analysis of significance of variance for the effect of SPI content on ε' and ε” at different frequency
注：同列肩标小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。表3同。
SPI质量分数/%27.12 MHz 40.68 MHz 915 MHz 2 450 MHz ε' ε” ε' ε” ε' ε” ε' ε”0 92.19±1.74c402.29±39.81c 85.81±1.52b285.08±27.65c 56.50±1.48a 26.39±4.21a 45.97±5.88a 19.22±0.13c 3 89.83±2.05bc373.13±12.11bc 84.43±1.72ab263.98±8.57bc 57.92±1.64a 24.78±3.52a 47.62±5.77a18.60±0.23b 6 87.80±1.39ab345.07±17.76ab 83.04±1.23ab244.27±12.38ab 58.55±1.41a 23.58±3.44a 48.39±5.49a18.40±0.25ab 9 86.57±1.87ab330.37±10.94ab 82.03±1.59a 233.74±7.72ab 59.20±1.34a 22.79±3.30a 49.27±5.68a18.22±0.13ab 12 85.36±1.42a 316.43±7.29a 81.29±1.03a 223.52±5.42a 60.25±2.20a 21.91±3.34a 50.43±6.63a 18.02±0.04a
为了探索介电特性与SPI质量分数添加量的关系,对27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz 4 个常用的射频和微波频率下鲢鱼鱼糜ε'和ε”与SPI质量分数的关系进行了线性拟合。表2给出了27.12、40.68、915、2 450 MHz下鲢鱼鱼糜的介电特性和SPI质量分数的线性拟合关系式及决定系数。拟合结果表明,ε'在4 个频率下均与SPI质量分数具有良好的线性相关性,其决定系数R2均大于0.97,但其变化趋势平缓,且由表1可见,SPI质量分数变化对ε'的影响不如对ε”明显；ε”在4 个频率下和SPI质量分数具有较好的线性相关性,其决定系数R2均大于0.91,且在低频下变化趋势明显,因此通过检测27.12、40.68 MHz下鲢鱼鱼糜的ε”以快速测定其中SPI质量分数。
表2 25 ℃ 4 个频率点下鲢鱼鱼糜的介电特性与SPI质量分数的关系
Table 2 Correlation between dielectric properties of sliver carp surimi and SPI content at four frequencies at 25 ℃
注：ω.SPI质量分数/%。表4同。
频率/MHz 关系式 R2 27.12 ε'＝-0.563 6ω+91.734 0.975 6 ε”＝-7.149 7ω+396.360 0.969 3 40.68 ε'＝-0.381 5ω+85.608 0.984 4 ε”＝-5.112 6ω+280.79 0.970 1 915 ε'＝0.292 7ω+56.728 0.977 0 ε”＝-0.364 7ω+26.080 0.977 2 2 450 ε'＝0.352 1ω+46.222 0.982 1 ε”＝-0.092 3ω+19.043 0.911 5
2.3 淀粉质量分数对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
图3为1～2 500 MHz频率下淀粉质量分数对室温下鲢鱼鱼糜ε'和ε”的影响,其中ε'在低频范围内随淀粉质量分数的增加而减小,高频范围内随淀粉质量分数的增加而增大,ε”随淀粉质量分数的增加呈下降趋势。
图3 1～2 500 MHz下不同淀粉质量分数对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
Fig.3 Effect of starch content on dielectric properties of sliver carp surimi in the frequency range of 1-2 500 MHz
本实验选择在测定频率为27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz条件下研究淀粉质量分数对鱼糜介电特性的影响。淀粉质量分数与鱼糜ε'和ε”的方差分析见表3,淀粉质量分数显著影响鱼糜的ε'和ε”,且对ε”的影响比对ε'更为显著。在低频范围内（27.12 MHz和40.68 MHz）,ε'随鲢鱼鱼糜中淀粉质量分数的增加而减小,例如27.12 MHz下,当淀粉质量分数从0增加到30%时,ε'从86.92下降到77.89；在高频范围内（915 MHz和2 450 MHz）,ε'随淀粉质量分数的增加而增大,例如2 450 MHz下,当淀粉质量分数从0增加到30%时,ε'从52.81升高到65.53；同频率下,ε”均随着鲢鱼鱼糜中淀粉质量分数的增加而减小,例如27.12 MHz下,当淀粉质量分数从0增加到30%时,ε”从365.01下降到188.32。
表3 不同频率条件下淀粉添加量与ε'和ε”的方差显著性分析
Table 3 Analysis of significance of variance for the effect of starch content on ε' and ε” at different frequencies
淀粉质量分数/%27.12 MHz 40.68 MHz 915 MHz 2 450 MHz ε' ε” ε' ε” ε' ε” ε' ε”0 86.92±2.39c365.01±13.46g 81.51±2.37b 258.40±9.29g 58.29±3.41a 21.00±3.24d 52.81±5.45a16.10±1.24d 5 82.40±2.47b327.76±10.60f 78.10±2.40ab 231.60±7.57f 58.97±2.98a 19.01±3.29cd 53.87±5.09a15.49±1.12cd 10 81.31±2.48ab281.11±15.22e 77.28±2.59a198.84±10.68e 60.03±2.71ab 17.01±3.19abc 55.18±4.82ab14.71±0.97bcd 15 79.77±2.20ab 259.67±7.10d 76.45±2.07a 183.24±5.14d 62.42±3.24abc15.62±2.90abc 58.06±5.28abc14.04±0.90abc 20 79.01±1.99ab 231.42±8.13c 76.01±1.96a 163.20±5.83c 64.09±2.53bcd 14.22±2.96ab 60.11±4.51abc13.50±0.87ab 25 78.60±2.04ab211.13±10.30b 75.77±1.78a 148.51±7.01b 66.55±1.36cd 13.01±2.67a 63.02±3.02bc13.14±0.77ab 30 77.89±2.27a188.32±12.66a 75.63±1.67a 132.33±8.21a 68.62±2.23d 11.80±2.44a 65.53±3.75c12.55±0.65a
为探索介电特性与淀粉质量分数的关系,对27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz 4 个常用射频和微波频率下鲢鱼鱼糜的ε'和ε”与淀粉质量分数的关系进行了线性拟合。表4为27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz下鲢鱼鱼糜的介电特性和淀粉质量分数的线性拟合关系式及决定系数。拟合结果表明,ε'在高频（915 MHz和2 450 MHz）下以及ε”在4 个频率下与淀粉质量分数均具有非常好的线性相关性,其决定系数R2大于0.97。由表3、4可知,淀粉质量分数对鱼糜ε”的影响在低频下更显著,可以通过检测27.12 MHz及40.68 MHz频率下的ε”测定鱼糜中淀粉的质量分数。
表4 25 ℃下4 个频率点下鲢鱼鱼糜的介电特性和淀粉质量分数的关系
Table 4 Correlation between dielectric properties of sliver carp surimi and starch content at four frequencies at 25 ℃
频率/MHz 关系式 R2 27.12 ε'＝-0.264 3ω+84.809 0.845 0 ε”＝-5.807 0ω+353.45 0.978 5 40.68 ε'＝-0.168 4ω+79.777 0.768 5 ε”＝-4.143 2ω+250.17 0.979 2 915 ε'＝0.358 3ω+57.335 0.974 7 ε”＝-0.302 6ω+20.494 0.988 1 2 450 ε'＝0.438 3ω+51.794 0.979 9 ε”＝-0.118 1ω+15.989 0.989 9
2.4 多聚磷酸盐与淀粉交互作用对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
为了防止鱼糜在冷冻过程中蛋白发生变性,并提高冷冻鱼糜的凝胶强度和保水性,常需在鱼糜中加入以多聚磷酸盐为主的抗冻剂,添加量通常为0.2%～0.3%[26]。为了检验多聚磷酸盐与淀粉的交联作用对鲢鱼鱼糜介电特性的影响,将加入不同质量分数淀粉的鲢鱼鱼糜再加入质量分数0.3%的多聚磷酸盐,与2.3节中仅添加不同质量分数淀粉鲢鱼鱼糜的介电特性进行对比。
图4为同时添加0.3%抗冻剂和不同质量分数淀粉鲢鱼鱼糜的介电特性,可以看出ε'和ε”在添加抗冻剂时依然可以显示出添加不同质量分数淀粉造成的差异,即可以运用频率特性检测已添加抗冻剂鱼糜中的淀粉含量。ε'和ε”的变化趋势与2.2节中未添加抗冻剂、添加不同淀粉质量分数的鲢鱼鱼糜的ε'和ε”变化趋势相同,ε'在低频范围内随淀粉质量分数的增加而减小,高频范围内随淀粉质量分数的增加而增大,ε”随淀粉质量分数的增加呈下降趋势。
图4 1～2 500 MHz下添加抗冻剂后不同淀粉质量分数对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
Fig.4 Effect of starch content on dielectric properties of sliver carp surimi with cryoprotectant in the frequency range of 1-2 500 MHz
由图5可知,加抗冻剂后,鲢鱼鱼糜的介电特性随频率的增大迅速减小,例如,未加抗冻剂鲢鱼鱼糜的ε'从27.12 MHz下的86.92减小到2 450 MHz下的52.81,ε”从365.01减小到16.10；而加0.3%抗冻剂鲢鱼鱼糜的ε'从93.05减小到50.89,ε”从487.44减小到20.58。在27.12、40.68、915 MHz时,添加抗冻剂的ε'高于未添加抗冻剂的ε',而在2 450 MHz,当淀粉质量分数低于10%时,未添加抗冻剂的ε'高于添加抗冻剂的ε',淀粉质量分数高于10%则反之。相同条件下,在4 种频率下,添加抗冻剂的ε”均大于未添加抗冻剂的ε”,且频率越低,增大越显著,例如,27.12 MHz和2 450 MHz下,淀粉质量分数10%时,添加0.3%抗冻剂ε”分别从未加抗冻剂时的281.11和14.71增加到396.42和18.87。添加抗冻剂对鱼糜ε”的影响比对ε'更明显,在添加淀粉的基础上,通过27.12 MHz和40.68 MHz下的ε”可以更好地区分鲢鱼鱼糜中是否添加抗冻剂。
抗冻剂对介电特性的影响主要是由于多聚磷酸盐的加入使高水分食品中的离子浓度增加,从而使导电性能提升。盐类对食品介电特性的影响也发现于其他食品中,例如,30 ℃、2 450 MHz下,未加盐（NaCl）黄油的介电特性为ε'＝24.5、ε”＝4.3,而NaCl含量为0.60 g Na+/100 g黄油的ε'＝9.0,ε”＝15.5[27],在鸡肉[28]、猪肉[29]中加入盐后,也发现随着食品中含盐量的增加,相同频段下的ε'逐渐减小,而ε”逐渐增大。
图5 27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz频率、不同淀粉含量下是否添加抗冻剂对鲢鱼鱼糜介电特性的影响
Fig.5 Effect of cryoprotectant addition on dielectric properties of sliver carp surimi with different starch contents at 27.12, 40.68, 915 and 2 450 MHz
2.5 鱼糜与鱼糜制品的介电特性
图6 添加抗冻剂后不同淀粉含量对鲢鱼鱼糜制品在1～2 500 MHz下的介电常数和介电损耗
Fig.6 Dielectric constant and dielectric loss factor of silver carp surimi products with different starch contents and cryoprotectant in the frequency range of 1-2 500 MHz
为了探究鱼糜与鱼糜制品介电特性的差异,将2.4节中添加抗冻剂和不同淀粉质量分数的鱼糜进行两段式加热（40 ℃水浴加热30 min→90 ℃水浴加热20 min→冰水冷却30 min）[10],制成鱼糜凝胶,测定介电特性的变化规律并与2.4节中鱼糜的介电特性进行对比。图6给出了同时添加0.3%抗冻剂和不同淀粉质量分数鲢鱼鱼糜制品的介电特性,可以看出ε'和ε”的变化趋势与2.4节中鲢鱼鱼糜的ε'和ε”变化趋势相同,ε'在低频范围内随淀粉质量分数的增加而减小,高频范围内随淀粉质量分数的增加而增大,ε”随淀粉质量分数的增加呈下降趋势。
图7 27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz频率下鲢鱼鱼糜和鱼糜制品介电特性的差异
Fig.7 Differences in dielectric properties between surimi and surimi products from silver carp at frequencies of 27.12, 40.68, 915 and 2 450 MHz
如图7所示,在同时添加抗冻剂和淀粉的情况下,鱼糜和鱼糜制品在27.12、40.68、915 MHz和2 450 MHz 4 个特定频率下介电特性有明显差异。低频（27.12 MHz和40.68 MHz）下鱼糜制品的ε'高于鱼糜,高频（915 MHz和2 450 MHz）下在0～20%淀粉质量分数范围内鱼糜制品的ε'高于鱼糜,25%～30%范围内反之；相同条件下,在4 个频率下,鱼糜制品的ε”均小于鱼糜的ε”。因此,可利用低频率下的ε'及4 个频率下的ε”区分鱼糜及鱼糜制品。在加热过程中,淀粉颗粒因受热吸收鱼糜中的游离水,使其难以析出,在一定程度上减少了水溶性蛋白损失,提高了蛋白质浓度,从而提高了鱼糜凝胶的持水能力。此外,溶胀的淀粉颗粒可作为“填充剂”存在于鱼肉蛋白网络结构的空隙中,向凝胶基质施加压力,使凝胶网络结构更为致密,以增强其抗压性和凝胶强度[30]。
2.6 低场核磁共振分析鱼糜及鱼糜制品水分状态和迁移率
低场核磁共振技术中多以氢核（1H）为研究对象,弛豫是指1H核以非辐射的形式从高能态转变为低能态的过程,在肉与肉制品中用横向弛豫时间T2来进行弛豫时间测定,可用来分析样品中水分状态及迁移率情况。T2反映了样品内部氢质子所处的化学环境,与氢质子所受的束缚力及其自由度有关。氢质子受束缚越大或自由度越小,T2越短,在T2谱上峰位置较靠左；反之则T2越长,表明水分流动性越强,在T2谱上峰位置较靠右[31]。鱼肉中不同的水分状态根据其流动性强弱可分为结合水（T2b与T21）、不易流动水（T22）和自由水（T23）[32]。其中,大分子结构中存在的水用T2b（T2＜1 ms）表示,与大分子结合的水用T21（1～10 ms）表示,不易流动水用T22（30～100 ms）表示,自由水用T23（T2＞100 ms）表示[33]。Ryynänen等[34]指出,由于氢键限制水分子的自由运动,因此结合水分子的弛豫频率比自由水分子低,从而导致自由水对介电常数的影响远大于结合水；Piyasena等[35]也指出,在射频和微波频率下,结合水对高水分食品介电特性的影响小于非结合水,鱼糜属于高水分食品,结合水对介电特性的影响很小,因此,本实验主要通过低场核磁共振方法检测水分形式,并讨论可冻结水（即不易流动水和自由水）对介电特性的影响。
由图8a及表5可知,随着SPI质量分数的增加,T2b和T21呈整体下降趋势,且在SPI质量分数12%时消失,P2b和P21逐渐下降,表明随着SPI质量分数增加,结合水含量下降,稳定性增强。T22略向右移,峰顶点逐渐升高,峰面积逐渐增大,P22呈上升趋势,这可能是因为随着SPI质量分数增加,鱼糜的凝聚性增强,被蛋白质束缚的水分子增多,不易流动水含量整体增大。T23含量极少,随SPI质量分数增加无明显变化趋势。结合2.2节分析结果可知,由于P22随SPI质量分数增加逐渐增加,P23无明显变化,因此高频下ε'随SPI质量分数增加逐渐增加,而低频下ε'的下降和ε”随SPI质量分数增加逐渐下降可能与SPI本身的介电特性较低有关[36]。
由图8b及表5可知,随着淀粉质量分数的增加,T2b和T21在淀粉质量分数0～10%时逐渐减小,这主要是由于淀粉分子中含有大量的亲水基团,促进了淀粉与水分的氢键结合,增加了结合水的稳定性,导致T2b与T21降低[37]；随着淀粉质量分数继续增加,T2b与T21逐渐增大,表明结合水的稳定性下降,但P2b和P21整体呈增大趋势,表明结合水含量增大。T22整体右移,且峰顶点整体呈下降趋势,峰面积逐渐减小,P22逐渐下降,表明随淀粉质量分数的增加,鱼糜含量降低,被蛋白质束缚的水分子也减少,使不易流动水含量下降。T23含量极少,随淀粉质量分数增加无明显变化,这与Lambelet等[38]对新鲜鳕鱼的研究结果一致。对偶极子转动影响较大的主要是可冻结水（不易流动水T22和自由水T23）,结合2.3节结果可知,由于P22随淀粉质量分数增加逐渐下降,P23无明显变化,因此ε”随淀粉质量分数增加呈下降趋势,在低频下受偶极子转动影响,ε'也随淀粉质量分数增加逐渐下降。
由图8c及表5可知,添加0.3%抗冻剂后,随着淀粉质量分数的增加,T2b和T21无明显变化趋势,结合水相对含量在淀粉质量分数30%时最高,为8.88%。T22横向整体右移,P22无明显变化趋势,在淀粉质量分数30%时最低,为91.12%,但峰顶点均比图8a中略高,说明水分含量比图8a中更高,这可以解释2.4节中添加或未添加抗冻剂的鱼糜介电特性的区别,原因可能与添加了抗冻剂（盐离子）有关。P23含量极小,随淀粉质量分数增加无明显变化趋势。
由图8d及表5可知,添加0.3%抗冻剂后,随着淀粉质量分数的增加,鱼糜制品的T2b和T21逐渐增大,结合水稳定性下降,但在淀粉质量分数增大到15%～30%时,T2b和T21峰消失,这可能与加热后淀粉质量分数较高且形成淀粉凝胶有关；T22整体右移,峰顶点逐渐升高,P22呈上升趋势,这是由于淀粉与鱼糜加热后形成凝胶,使鱼糜中被蛋白质束缚的水分子减少,被淀粉分子束缚的水分子增多造成的[19]。与图8c相比,T22整体左移,表明鱼糜制品的不易流动水与蛋白质结合更紧密,自由度更低。T23随淀粉质量分数增加逐渐下降,在淀粉质量分数达到30%时消失。结合2.5节结果分析可知,鱼糜制品的ε'整体大于鱼糜的原因可能是其不易流动水与样品结合更紧密,ε”小于鱼糜是因为盐离子可促进鱼肉中盐溶性蛋白质（肌球蛋白和肌动蛋白）的溶出,它与水发生水化作用,并聚合成黏性较强的肌动球蛋白凝胶[39],从而对增大ε”的影响降低。
图8 不同添加物及其含量对鱼糜和鱼糜制品弛豫时间（T2）变化的影响
Fig.8 Effects of different additives and their contents on water relaxation time (T2) of surimi and surimi products
表5 不同添加物及其含量下鱼糜和鱼糜制品各组分水分的相对含量P2i变化
Table 5 Changes in percentage P2i of water components in surimi and surimi products with different additives at different levels
样品 质量分数/%结合水相对含量P2b和P21/%不易流动水相对含量P22/%自由水相对含量P23/%0～12% SPI的鱼糜0 4.76 95.21 0.02 3 3.64 96.35 0.01 6 2.80 97.18 0.01 9 2.46 97.48 0.05 12 0.00 99.75 0.25 0～30%玉米淀粉的鱼糜0 4.45 95.44 0.11 5 4.69 95.29 0.02 10 5.10 94.88 0.03 15 5.25 94.66 0.08 20 6.52 93.41 0.07 25 8.70 91.14 0.16 30 10.85 88.88 0.27 0.3%抗冻剂、0～30%玉米淀粉的鱼糜0 4.17 95.77 0.06 5 4.13 95.83 0.04 10 2.53 97.44 0.03 15 4.14 95.86 0.00 20 4.28 95.71 0.01 25 5.77 94.22 0.02 30 8.88 91.12 0.00 0.3%抗冻剂、0～30%玉米淀粉的鱼糜制品0 4.40 89.89 5.71 5 3.12 94.14 2.74 10 4.53 94.47 1.00 15 0.00 98.04 1.96 20 0.00 99.42 0.58 25 3.55 96.40 0.04 30 0.00 100 0.00
3 结 论
研究结果表明：在1～2 500 MHz频率范围内,鲢鱼鱼糜及鱼糜制品的介电常数（ε'）和介电损耗因子（ε”）均随频率的增大而减小,且在低频下迅速减小。添加抗冻剂可增加鲢鱼鱼糜的ε”。鲢鱼鱼糜的ε'在低频下随SPI质量分数的增加而减小,高频下随SPI质量分数的增加而增大,ε”随SPI质量分数的增加均呈下降趋势；鲢鱼鱼糜的ε'和ε”随淀粉质量分数增加的变化趋势与随SPI质量分数增加的变化趋势相同；鱼糜制品的ε'和ε”随淀粉质量分数增加的变化趋势与鱼糜的ε'和ε”随淀粉质量分数增加的变化趋势相同,但数值有显著差异。通过检测低频（27.12 MHz及40.68 MHz）下鲢鱼鱼糜的ε”可判定其中的淀粉、SPI及抗冻剂的添加量,检测低频（27.12 MHz及40.68 MHz）下鲢鱼鱼糜的ε'可区分鲢鱼鱼糜和鱼糜制品,且鱼糜制品中的淀粉质量分数也可以通过频率特性检测区分。此外,通过低场核磁共振方法可检测不同添加物质量分数下鱼糜及鱼糜制品的水分迁移率,为介电特性的变化规律提供理论依据。
本实验在特定频率下建立了鲢鱼鱼糜的ε'和ε”随SPI质量分数和淀粉质量分数变化的拟合方程,通过决定系数的大小,选择合适的拟合方程,可用于鲢鱼鱼糜添加物含量的预测,为进一步研究鱼糜品质对介电特性的影响以及基于介电特性的新型鱼糜添加物含量检测仪器的开发提供参考。
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