结合流变学、LF-NMR、MRI等技术研究马铃薯淀粉对带鱼鱼糜凝胶特性的影响

引言

       带鱼营养丰富、美味可口，是我国捕捞量Zda的海产鱼类，但带鱼脂肪含量高、肌原纤维蛋白含量低，导致其外观较差、成胶能力低。马铃薯淀粉(ps)作为一种外源添加剂，可用于改善带鱼鱼糜品质。

       国内外对带鱼糜凝胶特性的研究较多，但对其流变特性和水分分布的研究较少。目前，低场核磁共振( LF-NMR)和磁共振成像( MRI)作为一种快速无损的技术已广泛用于食品中水分状态和分布的研究。

       本研究分别利用LF-NMR和MRI研究马铃薯淀粉(PS)含量对凝胶流动性和水分分布的影响。此外，还介绍了带鱼糜凝胶特性与流变性能的关系，从而提高带鱼糜凝胶特性，促进ps在食品工业中的应用。

实验介绍

       冷冻带鱼鱼糜在4°C 下解冻，然后放入真空切碎机中切碎，以4%为梯度加入一定量的 ps（Z高浓度20%）。

       采用苏州纽迈分析仪器股份有限公司生产的MesoMR23-060H-I NMR分析仪对样品进行LF-NMR和MRI测量，并对样品质构、凝胶强度、持水力、色差、动态流体等指标进行测试。

实验结果

LF-NMR和MRI分析

01 LF-NMR 弛豫分析

       T₂弛豫时间与氢质子的结合力和自由度有关，反映了样品中氢质子的化学环境。束缚氢质子越多或自由度越小，T₂弛豫时间越短，T₂谱峰越左。

       由图1a可得，在0.01-10000 ms弛豫时间内，鱼糜凝胶T₂出现四个峰。**个峰T₂₁(0-1ms)，第二个峰T₂₂(1-17ms)。第三个峰T₂₃在20 ~ 235ms之间，归属于不易流动水，它与单层水分子紧密结合。第四个峰T₂₄(> 200 ms)反映的是游离水。T₂₃是鱼糜凝胶中的主要水分，而T₂₁和 T₂₂只占水的一小部分。且随ps含量的增加，T₂₃左移，说明ps可以增加鱼糜凝胶对水的结合力，降低水的自由度，且T₂₃的幅值显著降低，但添加量Z高时(20%)除外。表明，随ps含量的增加，水的流动性降低，这与鱼糜凝胶含量的增加有关。

       不同状态水在鱼糜凝胶中的相对含量如图1b所示。随ps的加入，水在凝胶中的分布状态发生了变化，其中固定化水是主要的水，占总水量的95%。而游离水含量Zdi。 此外，随ps含量的增加，鱼糜凝胶中的部分游离水转变为束缚水，这可能与凝胶的凝胶强度和网络结构有关。

图1：马铃薯淀粉对带鱼糜凝胶弛豫时间(a)和不同状态水相对含量(b)的影响

       对凝胶性能与核磁共振参数进行相关性分析。如图2所示，T_2b (T₂₁和T₂₂之和)与TPA参数、凝胶强度、 WHC、G′和G”呈显著正相关，而T₂₄与这些参数呈显著负相关。对于T₂₃，凝胶特性与核磁共振参数之间没有显著的正相关。结果表明，T_2b 是影响鱼糜凝胶质量的主要因素。总体来说，结合水比例的增加意味着网络结构更加紧密，对应着良好的凝胶特性，表明LF-NMR是分析凝胶特性的有效方法。

图2：带鱼糜凝胶的凝胶特性、流变特性与和核磁共振参数之间的相关性分析

02 MRI分析

       MRI作为一种快速、无损、准确的食品分析工具，不仅决定了水的存在量，还决定了水的动态结构特性。质子密度图可以直观地看到样品中的水分分布。一般来说，如果在给定区域内有更多的氢质子，则其质子密度图和伪彩图就会分别更亮和更红。

       不同ps添加量的鱼糜凝胶的质子密度图如图3所示。由图可知，对照组水分分布不均匀，样品表面含水量少于中间部分。但添加ps后，鱼糜凝胶体系中的水分分布更加均匀。此外，MRI可以突出来自组织中不同水相的信号。一般来说，高信号强度和明亮的区域代表束缚或固定水，反之是自由水。随 ps 添加量的增加，鱼糜凝胶的信号强度增加，表明结合水和固定水的比例增加。此外，添加16%ps组显示出Z高的信号强度，与WHC和LF-NMR 结果一致。总的来说，添加ps可以增加凝胶水或固定化水的比例，促进鱼糜凝胶体系中水分的均匀分布。

图3：马铃薯淀粉添加量对鱼糜凝胶中水质子的影响的伪彩图

TPA,凝胶强度等指标分析

01 TPA

       由图4可知，与对照组相比，添加ps后鱼糜凝胶的弹性、凝聚性、咀嚼性和硬度均有显著提高(p<0.05) ，说明ps对鱼糜凝胶有较强的诱导作用，适宜添加量约为16%。

图4：马铃薯淀粉对带鱼鱼糜质构性能的影响

02 凝胶强度与WHC

       如图5所示，随ps添加量的增加，5个PS组的凝胶强度均显著增加。ps添加量为16% 时，凝胶强度Z高。

       除图5所示的20%组外，鱼糜凝胶的WHC随ps含量的增加显著增加。添加16%ps后，WHC从67.38%提高到81.66%。

图5：马铃薯淀粉对带鱼糜凝胶强度和WHC的影响

图6：马铃薯淀粉对带鱼糜凝胶白度的影响

       由图6可知，对照组的鱼糜凝胶L*值Z高，为73.91。a*、b*和白度均随 ps 含量的增加而降低。

03 动态流变特性

       由图7可得，G’的**个峰值和Zdi值分别出现在约30°C和47°C，后再次增加。通过G”还可以观察到不同ps 含量的鱼糜凝胶的流变学变化，它反映了所形成的网络的粘度特性。G”的变化与G '相似。此外，在凝胶形成的整个加热过程中，鱼糜的G”值都低于G '值，说明在淀粉体系中弹性响应大于粘性响应。ps 对G”和G '的影响一致。

图7：马铃薯淀粉添加量对鱼糜凝胶体系的热机械光谱的影响

结论

       本研究结合流变学、核磁共振弛豫及磁共振成像等方法对带鱼糜与马铃薯淀粉的凝胶特性进行了研究。结果表明，马铃薯淀粉能够增强凝胶性能。鱼糜淀粉体系的弹性响应大于粘性响应，其良好质构特性与较高的 G′和G′′呈正相关。马铃薯淀粉的加入降低了弛豫时间(T₂)和幅值，还能促进带鱼糜中水分的均匀分布。总的来说，低场核磁共振和成像是评价凝胶特性的有效技术，而马铃薯淀粉是一种低成本、安全、有效的鱼糜凝胶增强剂。

参考文献：Huabin Luo,Chenxu Guo,Lu Lin.Combined Use of Rheology, LF-NMR, and MRI for Characterizing the Gel Properties of Hairtail Surimi with Potato Starch[J]. Food and Bioprocess Technology