一种基于LF-NMR技术的不同含水量
猪肉检测方法研究

庞之列，何栩晓，李春保*

（南京农业大学食品科技学院，农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏 南京 210095）

摘 要：研究了一种基于低场核磁共振技术的不同含水量猪肉检测方法。选择猪背部最长肌于宰后5h内注射肉质量分数分别为0%、8.72%、14.23%和17.03%的蒸馏水，于注水后0、12h和24h测定肉色（L*、a*和b*）、低场核磁共振横向弛豫时间（T2）。结果表明，随着注水量的增加，低场核磁共振中T2中第2个峰（T21）的峰时间（t21）增大、峰面积（A21）减小、峰面积比（P21）减小以及色差中的亮度值（L*）增大，其他指标变化相对较小。因此，建议利用t21、A21、P21、L*这4项指标组合，检测不同含水量的猪肉。

关键词：猪肉；水分；低场核磁共振；检测方法

A Method for Detection of Water Content in Pork Using Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR)

PANG Zhi-lie, HE Xu-xiao, LI Chun-bao*

(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture,
College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Abstract: This study was designed to establish a method for rapid detection of water content in pork using low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR). Pork Longissimus dorsi muscle was injected with distilled water at doses of 0, 8.72%, 14.23% and 17.03%, respectively, at 5 h postmortem. The color parameters L*, a* and b* and NMR T2 were measured at 0, 12 and 24 h, respectively, after injection. The results indicated that with the increased amount of injected water, L* value and the peak time (t21) of the second peak (T21) in the NMR T2 were increased while peak area (A21) and peak area ratio (P21) were decreased and all other parameters tested were changed relatively slightly. Therefore, it is possible to rapidly detect pork samples with different water contents using t21, A21, P21 and L*.

Key words: pork; water addition; low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR); detection

中图分类号：TS251.7 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）04-0142-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201404029

近年来，我国猪肉消费增长迅速，从猪肉的消费形式上来看，中国的猪肉消费经历了3个阶段发展，从紧缺性消费发展到平衡性消费，近期发展到注重质量安全性的消费[1]。然而现今的猪肉市场上，以注水肉冒充新鲜猪肉已经成为一种常见现象[2-3]，有研究表明：水注入动物的肌体后，会引起机体细胞膨胀性的破裂，导致蛋白质流失多，肉质中的生化内环境及酶生化系统遭受到不同程度的破坏，使肉的尸僵成熟过程延缓，从而会降低肉的品质[4-5]。而且，水分含量的增大也更易造成微生物污染。不仅影响原有的口味和营养价值，而且会对消费者的健康造成潜在的安全危害。因此，有必要建立快速鉴别出这些高水分含量猪肉的方法。

国内目前对这类“注水猪肉”的研究不多，检测方法主要有感官检测、试纸法、蒸煮损失等，检验精确性不高、实际应用价值有限[6-9]。近年来，低场核磁共振技术（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）在肉品水分检测方面得到了广泛的应用，其主要原理如下：猪肉肌肉中的水分主要是以自由水、不易流动水和结合水这3种形式存在[10]。自由水指的是肌肉中能够自由流动，存在于细胞外间隙中的水，它仅靠毛细管作用力而保持，约占总水分的15%；不易流动水是指那些存在于肌原纤维、纤丝中约占总水分80%的水分，由于它们与蛋白质的亲水基团相距较远，导致分子排列虽然有一定朝向性但排列的秩序不够统一，会随着蛋白质结构或者电荷的变化而变化；结合水是指与蛋白质大分子之间通过静电引力而紧密结合的一部分水分子，大约占总水分的1%～4%，它们的状态非常稳定，基本不会受到肌肉蛋白质结构变化的影响，也不会受到外力的影响。LF-NMR的横向弛豫时间（T2）的差异可有效区分肉品中水分的3种分布状态：T2b = 1～10ms反映和大分子紧密相连的水[11]，可认为其对应结合水；T21 = 30～60ms反映位于高度组织化的蛋白质结构内部的水[12]或细胞内水，可认为其对应不易流动水；T22 = 100～400ms为肌原纤维蛋白外部的水[12]或细胞外水，对应于自由水。应用LF-NMR技术检测“注水猪肉”具有一定的可行性，但缺乏相关研究支撑[13-16]，因此，本实验开展了一种基于LF-NMR技术的不同含水量猪肉检测方法研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪肉样取自南京元润食品有限公司，共10条完整的猪背最长肌，于宰后5h内冷藏带回实验室进行实验。

CR-300色差计 日本柯尼卡美能达公司；PQ001低场核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品准备

选择宰后5h内的整条猪背最长肌（通脊），沿肌肉走向垂直的方向分切厚度为2.5 cm的肉块10块，分成4组（每组3块肉样），其中一组为空白，其他3组分别按肉样质量的15%、30%、45%注射蒸馏水，最终实际注入的水量分别为0%、8.72%、14.23%和17.03%。于注水后0、12h和24h测定肉色（L*、a*和b*）、低场核磁共振横向弛豫时间（T2）。

1.2.2 肉色测定

将分切的肉块平放在红色塑料盘上，置于0～4℃氧合30～40min，之后用色差计测定L*（亮度值）、a*（红度值）、b*（黄度值）。测定前，对色差计校正，之后将镜头垂直置于肉面上，镜口紧扣肉面（不能漏光），按下摄像按扭，颜色参数L*、a*、b*即自动存入微机。每个样品至少测定3个点，取L*、a*、b*的平均值。

1.2.3 LF-NMR弛豫时间测定

用刀修整肉块的边沿，并找出肌纤维的自然走向，用双片刀（间距1 cm）沿肌纤维的自然走向分切成多个1 cm厚的小块；再用锋利的陶瓷刀从1 cm厚的小块中分切出1 cm宽的肉柱（质量为1.5g），将肉柱放入特定的样品管中，用于低场核磁共振仪进行T2的测定，每个肉样平行测定两次，取平均值。在肉块的切取过程中，应避免肉眼可见的结缔组织、血管及其他缺陷。在32℃、22.4MHz共振频率下，使用CPMG（carr-purcell-meiboom-gill）脉冲序列（90°脉冲和 180°脉冲之间的时间τ＝200μs），重复扫描8次，间隔
3s，得到2000个回波。

1.3 统计分析

数据处理采用SAS 9.1.2软件分析系统，注水量和贮藏时间对实验指标的影响采用析因方差设计分析（Factorial ANOVA），各处理组间的差异显著性采用Duncan’s multiple comparison。

2 结果与分析

2.1 不同处理组猪肉的弛豫时间及色差值的方差分析

不同处理组猪肉的弛豫时间及色差值的方差分析结果如表1所示。t2b、A2b、P2b代表的是猪肉LF-NMR检测中结合水的3项指标，t2b代表出现最高峰的时间，A2b代表结合水的峰面积，P2b代表的是结合水占猪肉中总水分的比例，从表1可以看出：注水量和贮藏时间对结合水的出峰时间没有显著影响（P＞0.05）。结合水的峰面积和峰面积比会因为注水量增加或贮藏时间延长而降低，其中当注水量超过14.23%会显著降低（P＜0.05）。但整体上，注水量与贮藏时间对结合水3个指标（t2b、A2b、P2b）没有显著的影响（P＞0.05），所以这3个指标不适合作为不同含水量猪肉的检测指标。

t21、A21、P21代表的是猪肉中不易流动水的出峰时间、峰面积、峰面积比。注水量的增加会导致不易流动水的稳定性下降（出峰时间延长），注水量超过14.23%时t21显著增大（P＜0.05）；贮藏时间的延长会导致出峰时间先增大后减小（P＜0.05）。随着注水量的增加，不易流动水的峰面积显著减小（P＜0.05）；贮藏时间的延长会导致峰面积先小幅增大（P＞0.05）,随后显著减小（P＜0.05）。不易流动水的峰面积比会随注水量的增加和贮藏时间的延长而减小，注水量超过14.23%或贮藏24h后差异显著（P＜0.05）。不易流动水是肉中水分的主要存在形式，且注水量和贮藏时间对不易流动水的3项指标有显著影响（P＜0.05），因此，可用t21、A21、P21作为不同含水量猪肉的检测指标。

t22、A22、P22代表的是猪肉中自由水的出峰时间、峰面积、峰面积比。注水量的变化对于自由水的出峰时间没有显著的影响（P＞0.05），但随着贮藏时间的延长，自由水的出峰时间下降（P＜0.05）。注水量超过14.23%和贮藏时间的延长会导致自由水的峰面积以及峰面积比显著增大（P＜0.05）。从结果上来看，A22、P22可以用做注水猪肉的检测指标，但自由水的受外界干扰程度大，而且自由水的3项指标中，出峰时间也不能作为检测指标，所以为了检测的准确性，自由水的3 个指标不适合用于不同含水量猪肉的检测。

色差的3项指标中，L*（亮度值）随着注水量的增大和贮藏时间的延长不断增大，而a*值（红度值）和b*值（黄度值）的变化规律性不如L*值明显。因此，可以将L*作为用LF-NMR检测不同含水量猪肉的辅助性检测指标。

综上所述，低场核磁共振横向弛豫时间T2的不易流动水的3项指标（t21、A21、P21）和颜色参数L*值可作为判定不同含水量猪肉的指标，因此，对这几个指标进行进一步分析。

2.2 注水对时间t21的影响

如图1所示，注水会对不易流动水的出峰时间造成影响。在注水初期，注水量越大，出峰时间越迟，且注水量相差较大的两组肉样间的t21差异显著（P＜0.05）；贮藏12h后，注水0%与8.72%的肉样之间无显著性差异（P＞0.05），14.23%与17.03%的肉样之间无显著性差异（P＞0.05）；随着贮藏时间的延长，低注水量（8.72%以下）与高注水量（14.23%以上）之间的差异越来越显著（P＜0.05）。

不同字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。

图 1 注水量对时间t21的影响

Fig.1 Effect of the amount of water injected on pork t21 during storage

2.3 注水对峰面积A21的影响

图 2 注水量对峰面积A21的影响

Fig.2 Effect of the amount of water injected on pork A21 during storage

如图2所示，峰A21反映的是不易流动水的含量情况。注水初期，注水量对峰面积的影响不显著（P＞0.05）。随着贮藏时间的延长，注水量大的肉样中的不易流动水流失加速，在24h时，注水14.23%以上的肉样与少量注水的均有显著差异（P＜0.05）。

2.4 注水对峰面积比P21的影响

图 3 注水量对峰面积比P21的影响

Fig.3 Effect of the amount of water injected on pork P21 during storage

如图3所示，峰面积比P21表示的是不易流动水占肉中总水分的比例。在注水初期，P21随着注水量的增大而减少，其中注水0%与17.03%之间有显著性差异（P＜0.05）。12h后，各组之间的差异值增大，到24h，各组之间除了14.23%与17.03%之外均有显著性差异（P＜0.05）。

2.5 注水对色差L*值的影响

图 4 注水量对色差L*值的影响

Fig.4 Effect of the amount of water injected on pork L* during storage

如图4所示，色差L*值表示肉色中的亮度，L*会随着注水量的增大和贮藏时间的延长而增大。在各贮藏时间点，注水0%与17.03%之间都有显著差异（P＜0.05）。随着贮藏时间的延长，各注水量肉样之间的L*值差异越来越明显。

3 讨 论

本实验主要研究了应用LF-NMR检测不同含水量猪肉的可行性，在横向弛豫测定出现的结合水、不易流动水、自由水的出峰时间、峰面积、峰面积比指标中（t2b、A2b、P2b；t21、A21、P21；t22、A22、P22），挑选出可用于检测不同含水量猪肉的一组指标。

不易流动水是指那些存在于肌原纤维、纤丝中的水分。不同的注水量会导致猪肉中的肌原纤维所处的内环境发生改变，结构变得松散，从而导致不易流动水移动性增大，t21增大；自由水是指靠大分子静电引力而存在的水，移动性最大，受外部影响较大，与不易流动水之间存在滴出与转化的关系[17]：自由度最大的自由水首先滴出，部分活跃的不易流动水再转化成为自由水，两个过程交替进行，达到一个动态平衡。这也解释了表1中注水量的变化对t22没有显著影响。由实验结果得知，注水量对不易流动水和自由水都有显著的影响，但是注水量的变化对t22没有显著的影响，而且在进行LF-NMR测定时，自由水的3 项指标（t22、A22、P22）受外部因素影响大，数据的准确性不够。因此，最终选择不易流动水的3 项指标（t21、A21、P21）检测不同含水量的猪肉，这一选择与Sánchez-Alonso[18]、Li Chunbao[19]等在应用低场核磁共振技术检测猪肉品质变化的结果相一致。

在对t21、A21、P21以及辅助性测量指标L*进行分析时发现：猪肉的亮度L*值会随注水量的增大和贮藏时间的延长而增大，显苍白色。注水初期虽然对自由水的影响显著，但对不易流动水的影响不显著，不过随之贮藏时间的延长，注水对肌原纤维组织结构的影响会逐渐显现，造成不易流动水的持续流失，表现出不易流动水的峰面积减少以及不易流动水总比例的下降[20-21]。在贮藏0、12、24h 3个时间段里，不同的注水量对这4项指标都有着影响，尤其是低注水量组（不高于8.72%）与高注水量组（不低于14.23%）之间存在显著差异
（P＜0.05），这也说明了检测指标的可行性。

综上所述，依靠LF-NMR技术，利用t21、A21、P21、L*这4项指标，可以检测出不同水分含量的猪肉。但是，本研究仅证明了应用LF-NMR技术检测不同含水量猪肉的可行性，如何利用这4项指标来检测不同含水量的猪肉，还需要对t21、A21、P21、L*进行有效域值的划分，尚有待进一步研究。

4 结 论

注水会导致猪肉低场核磁共振弛豫时间T2中第2个峰（T21）的峰时间（t21）增大、峰面积（A21）减小、峰面积比（P21）减小以及色差中的亮度值（L*）增大。建议利用t21、A21、P21、L* 4项指标组合，检测不同含水量的猪肉。

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