基于cpmg的蠶豆橫向松弛試驗(yàn)研究

基于cpmg的蠶豆橫向松弛試驗(yàn)研究

作為中國(guó)傳統(tǒng)的發(fā)酵豆類，它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和獨(dú)特口感得到了廣泛認(rèn)可。它含有大量溶解血栓的尿激酶，并產(chǎn)生大量b族維生素，因此對(duì)治療骨質(zhì)疏松癥、高血壓和糖尿病等老年人多樣疾病有效。1'。目前,對(duì)于豆豉的功能性成分研究已有了一定進(jìn)展,而對(duì)于豆豉不同發(fā)酵時(shí)期水分的變化規(guī)律的探索還相對(duì)較少。近年來(lái),隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高、高靈敏探頭的出現(xiàn)、譜儀與實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn),核磁共振(nuclearmag-neticresonance,NMR)的檢測(cè)靈敏度得到了大幅度提高［2］。核磁共振作為一種重要的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段,已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)等眾多領(lǐng)域［3］。核磁共振技術(shù)能從微觀的角度來(lái)分析水分的運(yùn)動(dòng)情況,目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用核磁共振進(jìn)行了豬肉持水過(guò)程［4］、玉米漂燙過(guò)程［5］以及部分熱敏性果蔬干燥過(guò)程中水分變化的研究,果蔬組織內(nèi)部可溶性碳水化合物與水分含量直接相關(guān),通過(guò)核磁共振方法測(cè)定水分含量可以在一定程度上反應(yīng)果蔬產(chǎn)品的成熟度和加工過(guò)程中的質(zhì)構(gòu)變化。目前,核磁共振技術(shù)也逐步應(yīng)用于發(fā)酵豆制品揮發(fā)性成分和風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定,但對(duì)于發(fā)酵豆制品在發(fā)酵過(guò)程中的水分變化的研究并不多見(jiàn)［6－7］。本研究采用核磁共振的方法,通過(guò)T2波普分析不同發(fā)酵時(shí)間的豆豉制品中氫質(zhì)子組分及運(yùn)動(dòng)性,使用PQ001分析軟件及CPMG(CarrPurcellmeiboom-gill)序列采集豆豉T2信號(hào),分析T2譜圖,得出豆豉制品隨發(fā)酵天數(shù)變化而導(dǎo)致的水分含量變化規(guī)律,并為發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)及結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)提供參考。1材料和方法1.1材料表面7種豆豉樣品,湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。1.2新型親水性電子科技NMI20核磁共振食品農(nóng)業(yè)成像分析儀(共振頻率21.960MHz,磁體強(qiáng)度0.52T,線圈直徑15mm,磁體溫度32℃),上海紐邁電子科技有限公司。1.3方法1.3.1管的管高度控制取樣:將7種不同豆豉樣品分別加入15mm試管中,高度控制在15~20mm,稱其質(zhì)量如表1。預(yù)熱:將稱量完成的豆豉樣品置于32℃環(huán)境中穩(wěn)定10min,等溫度平衡后進(jìn)行測(cè)試。1.3.2橫向弛豫時(shí)間測(cè)試:采用磁共振成像儀分析軟件中的CPMG(CarrPurcellmeiboom-gill)脈沖序列測(cè)豆豉樣品中的橫向弛豫時(shí)間T2,將豆豉樣品放于永磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈的中心進(jìn)行橫向弛豫時(shí)間T2采集。核磁共振軟件采集自旋回波串峰值并自動(dòng)生成.pea文件保存,重復(fù)采集3次生成3個(gè).pea文件,用MATLAB編制求平均值程序,求3次采集信號(hào)各自旋回波峰值的平均值并保存為.pea文件作為樣品該時(shí)段的信號(hào)值,將該平均值文件導(dǎo)入核磁共振T2反演軟件進(jìn)行反演得到T2反演譜。1.3.3模擬增益加壓whs回波數(shù)實(shí)驗(yàn)2.序列參數(shù)設(shè)置:90°脈沖時(shí)間P90=14μs,180°脈沖時(shí)間P180=28.00μs,采樣點(diǎn)數(shù)TD=100140,主頻SW=200KHz,D3=100μs,重復(fù)時(shí)間TR=2000ms,模擬增益RG1=20,模擬增益RG2=3,累加次數(shù)NS=8,回波時(shí)間EchoTime=100μs,回波數(shù)EchoCount=5000。2結(jié)果與分析2.1機(jī)械干重對(duì)主發(fā)酵時(shí)間的影響核磁共振總信號(hào)幅值與樣品中的氫質(zhì)子的數(shù)量成正比,所以每個(gè)階段曲線各個(gè)峰所覆蓋的信號(hào)幅值間接表示對(duì)應(yīng)的狀態(tài)水分的相對(duì)含量,總信號(hào)幅值表示樣品中的相對(duì)總含水量［8］。T2弛豫時(shí)間反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境,與氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān),而氫質(zhì)子的束縛程度又與樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。氫質(zhì)子受束縛越大或自由度越小,T2弛豫時(shí)間越短,在T2譜上峰位置較靠左;反之T2弛豫時(shí)間越長(zhǎng),在T2譜上峰位置較靠右。由各樣品的T2譜圖可以看出豆豉中氫質(zhì)子大致分為四種相態(tài):T21(0.01~1.52ms)、T22(1.52~7.05ms)、T23(7.05~100ms)、T24(>100ms)。T2波譜中信號(hào)主要來(lái)自于油脂和水中的氫質(zhì)子。不同發(fā)酵時(shí)間的各個(gè)樣品核磁共振T2譜圖見(jiàn)圖2。從各樣品T2波譜中可以看出,不同發(fā)酵時(shí)間的豆豉所反映出氫質(zhì)子的組分及分子運(yùn)動(dòng)性是不同的,從中可探索不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)豆豉組分的影響。2.2發(fā)酵時(shí)間對(duì)兩組組分組分含量的影響整合7個(gè)不同發(fā)酵時(shí)間的豆豉樣品的T2譜圖,進(jìn)一步分析組分含量的變化。比較不同發(fā)酵時(shí)間該豆豉樣品的T2波譜可知,T21、T22、T23隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,均有一定規(guī)律的變化。為了更詳細(xì)的比較其變化規(guī)律,提取核磁共振T2波譜信息,見(jiàn)表2,分析不同發(fā)酵時(shí)間豆豉樣品中水分和相關(guān)成分變化的規(guī)律。為了更好地分析不同時(shí)間樣品積分面積的變化規(guī)律,提取表2中A2i的數(shù)據(jù)信息繪制成折線圖,見(jiàn)圖3。圖3的數(shù)據(jù)顯示,在發(fā)酵后期(15~30d),A22組分含量基本穩(wěn)定,A23組分含量有一定波動(dòng),且在發(fā)酵25d后,A23組分含量達(dá)到一個(gè)峰值。由于T24其弛豫時(shí)間最長(zhǎng),理論上分析其代表著豆豉樣品中的油脂和自由水,從A24變化圖中可知隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,A24組分含量是略微減小的,如果油脂在發(fā)酵過(guò)程中比較穩(wěn)定,A24的損失可能是由于微生物代謝消耗了自由水引起的。已知積分面積A2i與樣品各組分含量成正比,從圖3中可以看出A21、A22、A24隨著發(fā)酵天數(shù)的延長(zhǎng)逐漸減小,已知T21峰代表著豆豉中弛豫時(shí)間最短的水分,根據(jù)聯(lián)合誘導(dǎo)理論的解釋,可假設(shè)T21峰為與蛋白質(zhì)以氫鍵形式作用的結(jié)合水。結(jié)合水含量隨著發(fā)酵天數(shù)不斷減小,可以間接反映隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),豆豉的大分子蛋白逐漸分解的過(guò)程。結(jié)合圖2不同發(fā)酵時(shí)間豆豉樣品T2波譜可知,發(fā)酵初期T22峰與T23峰是連續(xù)的一個(gè)整峰,隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,T22峰組分含量逐漸減小,T23峰組分含量逐漸增加,與T23峰慢慢分開。單獨(dú)提取A22和A23峰面積信息,繪制成柱形圖,見(jiàn)圖4。由上圖可知,在發(fā)酵0~15d內(nèi),A22和A23之和基本相等。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)A22減小A23增大,可猜測(cè)在發(fā)酵初期部分短弛豫的水分(T22)轉(zhuǎn)化為較長(zhǎng)弛豫的水分(T23)。再提取T21、T22、T23、T24峰信息,繪制折線圖,比較分析其變化趨勢(shì),見(jiàn)圖5。從各組分的弛豫時(shí)間分析,可以看出T21隨著發(fā)酵天數(shù)的增加而略微增加,這是由于蛋白質(zhì)分解,對(duì)結(jié)合水束縛程度減小,結(jié)合水流動(dòng)性增加。T22與T23隨著發(fā)酵天數(shù)的增加而逐漸減小,這是由于發(fā)酵過(guò)程導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮,對(duì)細(xì)胞內(nèi)的水分的束縛程度變大引起的。T24基本沒(méi)有隨著發(fā)酵時(shí)間的變化而變化,該組分流動(dòng)性較穩(wěn)定。3核磁共振檢測(cè)水分含量的意義測(cè)試不同發(fā)酵時(shí)間豆豉樣品的核磁共振波譜,并對(duì)樣品核磁共振橫向弛豫時(shí)間(T2)波譜圖進(jìn)行分析。從組分含量分析可知,隨著發(fā)酵天數(shù)的增加,結(jié)合水含量隨著發(fā)酵天數(shù)不斷減小,可能是由于豆豉發(fā)酵過(guò)程導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮引起的。此過(guò)程也可以間接反映隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),豆豉的大分子蛋白逐漸分解的過(guò)程,豆豉中微生物在后發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)的分解消耗部分結(jié)合水,導(dǎo)致結(jié)合水含量的降低。此外,發(fā)酵過(guò)程中不易流動(dòng)水即細(xì)胞內(nèi)水存在相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程(T22與T23),由于微生物代謝消耗自由水,導(dǎo)致其含量也有一定程度減小。核磁共振通過(guò)檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間T2波譜,可進(jìn)一步研究發(fā)酵過(guò)程的各組分變化規(guī)律,間接反映發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)及結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì),目前對(duì)于豆豉產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)價(jià)主要以發(fā)酵產(chǎn)物氨基酸態(tài)氮作為主要依據(jù)之一,實(shí)際上只是反映蛋白質(zhì)水解程度,但與豆豉風(fēng)味形成、質(zhì)構(gòu)變化等關(guān)聯(lián)性不大。而核磁共振水分含量的測(cè)定可以從酶對(duì)蛋白質(zhì)分解及修飾作用、豆豉厭氧發(fā)酵過(guò)程各種復(fù)雜分解結(jié)合形成產(chǎn)品特有色香味的間接變化,該項(xiàng)研究有助于豆豉發(fā)酵過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)化控制等技術(shù)難題的解決。使用迭代尋優(yōu)的方法將采集到的T2衰減曲線代入弛豫模型(A—質(zhì)子密度,t—時(shí)間,