基于磁共振成像技術(shù)的雞蛋儲(chǔ)藏時(shí)間與結(jié)構(gòu)研究

基于磁共振成像技術(shù)的雞蛋儲(chǔ)藏時(shí)間與結(jié)構(gòu)研究

食品腐敗是一個(gè)不可避免的過(guò)程。在正常情況下,健康母雞所產(chǎn)雞蛋的內(nèi)容物中沒(méi)有微生物。鮮蛋儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生物理、化學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)變化,促使蛋內(nèi)容物成分分解,質(zhì)量降低。研究人員對(duì)雞蛋的保藏做了大量研究,如A.Hidalgo等人研究了4種雞蛋的41項(xiàng)理化指標(biāo),結(jié)果發(fā)現(xiàn)受精雞蛋的攪打性和起泡穩(wěn)定性最好,但其新鮮度和蛋白質(zhì)量最差,其它種類(lèi)的雞蛋的理化指標(biāo)恰好相反。雞蛋腐敗主要是因?yàn)槲⑸锷L(zhǎng),SevcanUnluturk等人通過(guò)紫外燈非熱處理的方法處理液態(tài)雞蛋產(chǎn)品,由于熱殺菌會(huì)造成雞蛋蛋白的變性,而非熱殺菌降低了熱殺菌產(chǎn)生的負(fù)面影響。S.R.S.Dev等人以及ElenaV.Kudryashova等人利用微波加熱的方法對(duì)雞蛋進(jìn)行殼內(nèi)殺菌,加熱殺菌造成雞蛋品質(zhì)的下降。雞蛋儲(chǔ)藏過(guò)程中,質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生明顯的變化。E-bubekirAltuntas等人研究了不同形狀的雞蛋在不同的擠壓速度下的質(zhì)構(gòu)特性,結(jié)果表明,擠壓速度越低,破壞雞蛋需要的力越大。魏瑞成等人研究了儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)雞蛋微生物和蛋白質(zhì)的影響,結(jié)果表明,雞蛋品質(zhì)各指標(biāo)與存放時(shí)間呈明顯的相反趨勢(shì)。K.M.Keener等人將雞蛋做47℃24h處理后,通過(guò)冷卻的空氣和CO2進(jìn)行冷卻,然后儲(chǔ)存于裝有空氣和CO2的罐子里,結(jié)果表明,利用CO2冷卻并儲(chǔ)存于CO2中,雞蛋的貨架期在14周以上較其它處理方法長(zhǎng)。T.A.Scott等人研究發(fā)現(xiàn),在雞蛋儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋的pH值是影響其貨架期的唯一因素。D.R.Jones等人將含有蛋白胨的水溶液灌入裝有雞蛋的罐子里,儲(chǔ)存5周,結(jié)果發(fā)現(xiàn),沙門(mén)氏菌和假單胞菌的污染程度高。A.CPappas等人研究了用不同飼料喂養(yǎng)的雞所產(chǎn)雞蛋,結(jié)果表明,雞蛋儲(chǔ)藏期間受飼料中的不飽和脂肪酸及雞年齡的影響較大。D.R.Jones等人在4℃、相對(duì)濕度80%的條件下儲(chǔ)藏雞蛋3周,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,雞蛋品質(zhì)下降,但仍能達(dá)到推薦的貨架壽命標(biāo)準(zhǔn)。本文采用磁共振及其成像技術(shù)研究雞蛋的腐敗過(guò)程。磁共振技術(shù)具有無(wú)侵入、無(wú)污染的特點(diǎn),應(yīng)用于食品科學(xué)研究具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),可以從食品的微觀結(jié)構(gòu)方面研究食品的腐敗過(guò)程,在線觀測(cè)、預(yù)測(cè)食品的貨架壽命,為實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。1材料和方法1.1材料表面鮮雞蛋:福建東閣華僑蛋品有限公司提供。1.2電子天平的加工0.3T1HYOMINGMR2IMAGING核磁共振成像系統(tǒng)(配備內(nèi)徑為15.6cm的射頻線圈),寧波健信機(jī)械有限公司生產(chǎn);SL2002N型電子天平,上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;BCD-168K/ANCJN型海爾冰箱,青島海爾股份有限公司。1.3測(cè)試方法將鮮雞蛋分成2組,每組10個(gè),分別在室溫和冷藏(4℃)下儲(chǔ)藏。在不同的儲(chǔ)藏期測(cè)定雞蛋的質(zhì)量和弛豫特性。1.3.1報(bào)告中雞蛋失水率在幾個(gè)月的儲(chǔ)藏期內(nèi),每隔7d測(cè)定1次雞蛋的質(zhì)量,計(jì)算失水率。同時(shí)做核磁共振試驗(yàn),測(cè)定馳豫參數(shù)。1.3.2ir脈沖序列試驗(yàn)每隔7d測(cè)定1次雞蛋的弛豫特性,將冷藏雞蛋在室溫放置2～3h,待溫度恒定之后測(cè)定雞蛋的弛豫特性。利用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列(inversionrecovery,IR)測(cè)定樣品的自旋-晶格弛豫時(shí)間T1。將樣品置于永久磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈的中心,做IR脈沖序列試驗(yàn)。其試驗(yàn)參數(shù):采樣點(diǎn)數(shù)TD=2048、重復(fù)掃描次數(shù)NS=1、弛豫衰減時(shí)間D0=4000ms。利用T1_IR擬和程序計(jì)算T1值。利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列測(cè)定樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間T2。將樣品置于永久磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈的中心,做CP-MG脈沖序列試驗(yàn)。其試驗(yàn)參數(shù):采樣點(diǎn)數(shù)TD=8192,回波個(gè)數(shù)C0=380,重復(fù)掃描次數(shù)NS=16,弛豫衰減時(shí)間D0=4000ms。利用T2_CPMG擬和程序計(jì)算T2值。1.3.3u3000試驗(yàn)參數(shù)從2組雞蛋中各取2個(gè)做成像試驗(yàn),得到不同儲(chǔ)藏時(shí)間的雞蛋的內(nèi)部結(jié)構(gòu),從中觀測(cè)到雞蛋的品質(zhì)變化,分析其腐敗的原因。質(zhì)子密度的成像試驗(yàn)參數(shù):重復(fù)時(shí)間TR=4000ms,回波時(shí)間TE=30ms,矩陣192×128,層厚10mm,視野FOVX=FOVY=32mm,掃描次數(shù)NS=1,總掃描時(shí)間515s,圖像大小256pels×256pels。利用Osiris4軟件處理樣品的質(zhì)子密度圖像,最終均以標(biāo)準(zhǔn)BMP的格式保存。1.3.4雞蛋的理化指標(biāo)1.3.4.1.1氣體室高度的測(cè)量氣室的高度用測(cè)定規(guī)尺測(cè)量。將蛋的大頭向上置于規(guī)尺半圓形切口內(nèi),讀出氣室兩端各落在規(guī)尺刻度線上的刻度數(shù),求平均值。1.3.4.2黃鼠指數(shù)的測(cè)量橫向磕破蛋殼,使蛋內(nèi)容物全部流入玻璃平皿內(nèi),用游標(biāo)卡尺測(cè)量蛋黃高度與直徑。蛋黃高與直徑之比為蛋黃指數(shù)。1.3.4.蛋白濃蛋白的測(cè)定將去除蛋黃的蛋內(nèi)容物倒入1mm×1mm標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩上,靜置過(guò)濾2min,濾去稀蛋白,所剩蛋白即濃蛋白。濃蛋白質(zhì)量與總蛋白質(zhì)量之比即為濃蛋白含量。2結(jié)果與分析2.1冷藏過(guò)程中雞蛋的失重率通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在不同儲(chǔ)藏條件下,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,雞蛋的失水率呈直線上升趨勢(shì),如圖1所示。通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS10.0擬合數(shù)據(jù)。室溫條件下直線斜率是0.2804,冷藏條件下直線斜率是0.1632,說(shuō)明室溫下雞蛋的失水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)冷藏的。室溫下蛋殼的氣孔較冷藏的大,水分的損失也相對(duì)較大。冷藏可延緩蛋白變稀,雞蛋內(nèi)部各成分變化很小,蛋殼表面基本沒(méi)有變化。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,蛋白逐漸變稀,蛋白高度也下降,并且溫度越高,變化越快。在隨后的磁共振成像試驗(yàn)中觀測(cè)到,雞蛋的氣室相對(duì)增大,濃厚蛋白和稀薄蛋白的比例明顯,如圖7所示。2.2雞蛋的彈性特征2.2.1冷藏雞蛋的質(zhì)量指標(biāo)變化數(shù)據(jù)由2組分?jǐn)M合,弛豫時(shí)間T1分為2部分:T11和T12。T11的數(shù)值范圍20～70ms,這部分水是與蛋清和蛋黃結(jié)合比較緊密的結(jié)合水;T12的數(shù)值范圍在400～1000ms,這部分水是與大分子結(jié)合不太緊密、相對(duì)自由的自由水。從圖2、圖3可以看出,雞蛋儲(chǔ)藏期約30d時(shí),T11呈明顯的下降趨勢(shì),說(shuō)明與大分子物質(zhì)結(jié)合的水分有所減少;與冷藏雞蛋相比,室溫儲(chǔ)藏的雞蛋T11下降的更明顯。室溫條件下蛋殼氣孔較大,失水率較大,儲(chǔ)藏30d左右,雞蛋開(kāi)始腐敗,大分子物質(zhì)結(jié)合水的能力下降,弛豫時(shí)間T11呈急劇下降趨勢(shì)。從T12可以看出,室溫儲(chǔ)藏30d左右,弛豫時(shí)間下降明顯,但冷藏雞蛋的變化不明顯,說(shuō)明冷藏使得雞蛋內(nèi)部物質(zhì)的理化性質(zhì)不容易改變。室溫儲(chǔ)藏雞蛋60d,基本無(wú)食用價(jià)值,產(chǎn)生臭雞蛋氣味。此時(shí)將雞蛋打碎,蛋黃和蛋清完全混合,濃厚蛋白完全轉(zhuǎn)變?yōu)橄〉鞍?蛋黃膜的強(qiáng)度減弱?；蝿?dòng)雞蛋,能夠聽(tīng)到“咕咕”的聲音。2.2.2冷藏雞蛋質(zhì)構(gòu)的變化利用CPMG擬合得到3個(gè)組分的數(shù)據(jù),即:T21、T22、T23。T0代表與大分子物質(zhì)結(jié)合最緊密的一部分水分,T22代表結(jié)合不太緊密的部分結(jié)合水,T23代表比較自由的自由水。磁共振技術(shù)中,弛豫時(shí)間與其相對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的變化趨勢(shì)一致。圖4～圖6為雞蛋儲(chǔ)藏30d左右,弛豫時(shí)間T21、T22、T23對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度變化趨勢(shì)。圖5顯示,結(jié)合不太緊密的部分水隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),冷藏雞蛋的質(zhì)子密度呈增加趨勢(shì),并且比室溫貯藏雞蛋的質(zhì)子密度增加的幅度大,說(shuō)明冷藏雞蛋的貨架期較長(zhǎng),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化不明顯,沒(méi)有產(chǎn)生不利影響;但是室溫貯藏的雞蛋結(jié)合水的比例逐漸降低,向自由水的成分轉(zhuǎn)變,使得自由水分增加,微生物生長(zhǎng)繁殖的機(jī)會(huì)大大增加,腐敗的速度相應(yīng)加快。雞蛋儲(chǔ)藏50d左右,室溫儲(chǔ)藏的雞蛋出現(xiàn)明顯的脫水現(xiàn)象,蛋殼外附著一層小水滴,并產(chǎn)生強(qiáng)烈的臭雞蛋氣味,在搖晃時(shí)產(chǎn)生“咕咕”的聲音。儲(chǔ)藏過(guò)程中,雞蛋的水分不斷減少,自由水分也不斷降低。室溫儲(chǔ)藏和冷藏雞蛋的變化趨勢(shì)是一致的,且冷藏雞蛋的自由水分下降的速度比較慢,這也是其貨架期延長(zhǎng)的一個(gè)重要的因素。冷藏70d左右的雞蛋沒(méi)有臭雞蛋的氣味,并且打開(kāi)雞蛋時(shí)與正常雞蛋幾乎一樣。但感官上,雞蛋殼發(fā)生一定的變化,變得比較光滑。在隨后的儲(chǔ)藏過(guò)程中,雞蛋開(kāi)始腐敗,蛋黃膜強(qiáng)度減弱。研究發(fā)現(xiàn),蛋黃膜強(qiáng)度的減弱是雞蛋腐敗的又一個(gè)重要的因素。因此雞蛋儲(chǔ)藏過(guò)程中,應(yīng)盡量減少對(duì)雞蛋的晃動(dòng),以適當(dāng)保護(hù)蛋黃膜的強(qiáng)度,從而延長(zhǎng)雞蛋的貨架期。2.3冷藏雞蛋的成像結(jié)果將同一個(gè)雞蛋橫放在梯度線圈里面,并使線圈中心、雞蛋中心和磁場(chǎng)中心保持在一條直線上,利用核磁共振成像技術(shù)進(jìn)行無(wú)損切層成像。通過(guò)觀察雞蛋儲(chǔ)藏過(guò)程中質(zhì)子密度的變化情況,了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖7、圖8中,顏色較淺的部分代表強(qiáng)的弛豫信號(hào),表明自由水分較多;顏色較深的部分代表相對(duì)較弱的弛豫信號(hào)。顏色由亮到暗,表示弛豫信號(hào)由強(qiáng)到弱。室溫儲(chǔ)藏15d左右的雞蛋,濃厚蛋白減少,逐漸轉(zhuǎn)化為稀蛋白,蛋白的持水能力嚴(yán)重下降,因此,圖像信號(hào)比較強(qiáng);儲(chǔ)藏45d左右,蛋黃膜強(qiáng)度開(kāi)始變?nèi)?蛋黃膜變薄甚至消失,有小水滴附著在雞蛋的外殼,與感官觀察結(jié)果一致。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),蛋黃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化,儲(chǔ)藏60d左右,雞蛋開(kāi)始腐敗變質(zhì),蛋清和蛋黃基本不能分開(kāi);打碎雞蛋后,蛋清與蛋黃完全混成一團(tuán),并有濃厚的臭雞蛋氣味。從冷藏雞蛋的成像可以觀測(cè)到,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程和室溫儲(chǔ)藏的變化過(guò)程基本一致。儲(chǔ)藏52～60d,蛋黃膜逐漸弱化,蛋清的變化與室溫儲(chǔ)藏雞蛋的變化一致。因此,從成像上可以預(yù)測(cè)雞蛋的貨架期,為實(shí)際生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。2.4蛋黃指數(shù)降低隨著雞蛋儲(chǔ)藏時(shí)間的增加,氣室的高度明顯增加,雞蛋水分損失嚴(yán)重,蛋黃指數(shù)相應(yīng)減小。其原因在于蛋白中的濃蛋白含量降低,稀蛋白含量增加,稀蛋白中自由水分增加,向蛋黃轉(zhuǎn)移,使得蛋黃的可塑性下降,導(dǎo)致蛋黃指數(shù)下降。通過(guò)質(zhì)構(gòu)分析得知,儲(chǔ)藏過(guò)程中蛋殼的硬度下降。2.5弛豫參數(shù)與理化指標(biāo)間的相關(guān)性利用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件分析儲(chǔ)藏時(shí)間、氣室高度、蛋黃指數(shù)、濃蛋白含量、硬度與弛豫參數(shù)之間的相關(guān)性,結(jié)果表明,各理化指標(biāo)之間的顯著性水平為0.01,統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的相伴概率小于0.01;弛豫參數(shù)T21、T22對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度與各理化指標(biāo)存在顯著相關(guān)性,因此利用磁共振技術(shù)可預(yù)測(cè)雞蛋的貨架期。3冷藏過(guò)程中雞蛋顆粒結(jié)構(gòu)的變化食品中水分的變化是食品腐敗變質(zhì)的主要因素。利用磁共振及其成像技術(shù)研究食品腐敗有很大的優(yōu)勢(shì):對(duì)樣品沒(méi)有破壞,對(duì)水分的遷移和分布可以通過(guò)成像直觀地分析。從弛豫特性和成像分析獲知,影響雞蛋腐敗的主要因素是水分的遷移和蛋黃膜的強(qiáng)度。由于雞蛋儲(chǔ)藏