基于低场核磁共振快速检测食盐及蔗糖在蛋清热凝胶中渗透效果初探

孙任宽，阮征，2，李汴生，2＊

（1.华南理工大学 食品科学与工程学院，广州 510640；2.广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广州 510640）

鸡蛋具有很高的营养价值，它含有人体必需的蛋白质、脂肪、矿物质及维生素等，营养成分全面而均衡，而卤蛋作为一种历史悠久的传统蛋制品而广受消费者青睐。随着人们快节奏生活需求的发展和食品加工技术的不断进步，以真空软包装卤蛋为代表的工业化方便卤蛋产品也越来越受到市场的欢迎。这类产品是以生鲜禽蛋为原料，经清洗、煮制、去壳、卤制、包装、杀菌、冷却等工艺加工而成的整蛋型制品［1，2］。其中的卤制环节耗时最长，能耗高。由于禽蛋卤制前先进行了煮制熟化，蛋清蛋白质变性形成的致密凝胶网络结构使得风味物质从外到内的渗透变得十分困难。传统的烹饪方式需要将熟蛋在卤汁中浸泡10h甚至更长的时间以便“入味”，而工业化生产卤鸡蛋采用高温高压加速渗透的工艺，通常也要4h左右的卤制时间。对于卤制终点的判定，目前主要是感官评价结合风味物质含量的检测，一方面，样品的消耗量比较大，物质含量的检测结果波动性比较大；另一方面，对于决定卤制效果的物质渗透快慢和内渗程度也无法把握。如果调味料达到了预期含量，但仅仅密集在卤蛋表层，则卤制还要继续进行。如果能通过快速检测技术分析卤制过程风味物质的渗透效果，将有利于选择合理的卤制终点，进行卤制工艺的优化和控制，实现节能降耗。

低场核磁共 振技术 （low－field nuclear magnetic resonance，LF－NMR）是基于原子核磁性的一种弛豫谱分析技术，对于水分的研究有着快捷、高效、无损样品及价格低等诸多优点［3］，已成功应用于食品中水分和脂肪等信息的检测［4，5］，如范萌萌等［6］对不同碱处理的蛋清和蛋黄凝胶T2弛豫时间进行了分析，说明了不同浓度碱对蛋清蛋黄凝胶水分的影响；赵婷婷等［7］结合主成分分析法研究了低场核磁共振在食用油品质分析中的应用；Bertram等［8］论证了由传统方法测定的猪肉持水性与用NMR测定的横向弛豫时间T2之间具有很强的相关性，说明了低场核磁共振技术在猪肉持水性的测定上是一个很有效的方法。自旋回波－单点成像（spin echo－single point imaging，SE－SPI）序列是一种新型的测试序列，它可以在无损样品的情况下将样品分为若干层面，对样品每个层面的横向弛豫时间T2进行测试，其反演图以各个层面横向弛豫时间T2、位置及相对振幅的三维图呈现出来，能够直观地反映样品不同层面横向弛豫时间T2的变化。

当风味物质进入到熟蛋凝胶中，原蛋中均匀的水分状态及分布会有所变化。本研究选择食盐和蔗糖作为典型的卤制风味物质，使用SE－SPI序列测定不同食盐和蔗糖含量的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T2，探讨横向弛豫时间T2变化规律及与食盐和蔗糖含量之间的关系。通过风味成分对凝胶不同位置水分状态的影响，反映溶质的渗透效果，以期为基于低频核磁共振技术实现蛋清热凝胶中风味物质的快速和无损检测提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜鸡蛋、食盐、蔗糖：购于华南理工大学后勤综合楼。

NMI20－025V－I核磁共振成像分析仪：上海纽迈电子科技有限公司；水浴锅；多功能搅拌器。

1.2 试验方法

1.2.1 试验样品的制作

蛋清前处理：取新鲜鸡蛋数枚，洗净后去壳，分离蛋清蛋黄，用镊子除去系带。取蛋清液在1000r/min条件下搅拌2min，静置2h备用。

蛋清热诱导凝胶的制作：将处理过的蛋清液中按比例加入食盐或蔗糖，搅拌均匀后将蛋清液注入橡胶管中，并封住两端置于90℃水浴锅加热30min，凝固后冷却备用。

渗透：采取溶质一维稳态扩散的方式，即将未添加食盐或蔗糖的蛋清凝胶保留一个渗透面，其余部分与渗透液隔离，放入90℃质量分数为10%的渗透液中渗透30min，取出擦干表面残留的渗透液。

1.2.2 横向弛豫时间T2的测定

从渗透面开始截取2cm长蛋清热诱导凝胶，用保鲜膜包裹住放入16mm直径玻璃试管，将试管置于NMR探头中，使用CPMG序列测试样品横向弛豫时间T2，条件为90度脉宽P1＝9μs，180度脉宽P2＝19μs，采样点数 TD＝105006，接收机带宽SW＝100kHz，重复采样时间间隔TW＝3500ms，采样起始点控制参数 RFD＝0.08ms，模拟增益 RG1＝20db，数字增益DRG1＝3，累加扫描册数NS＝4，回波时间TE＝0.3ms，回波个数NECH＝3500，射频功放幅值RFA1＝25%，数据半径DR＝1，前置放大倍数PRG＝1，回波峰点偏移时间D3V0＝319μs。截取2cm含不同浓度食盐或蔗糖的蛋清热诱导凝胶，使用SE－SPI序列测试样品各个层面横向弛豫时间T2，条件为P1＝7μs，P2＝14μs，TD＝120068，SW＝100kHz，TW＝4000ms，RFD＝0.08ms，RG1＝10db，DRG1＝1，NS＝4，TE＝0.3ms，NECH＝4001，分层层数NTI＝21，RFA1＝100%，DR＝1，PRG＝2，成像方向GM＝1，视野FOV＝60mm，D3V0＝319μs。取同一样品不同层面的横向弛豫时间T2为1个平行，每个样品共11个平行。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel软件进行结果处理，相关性分析采用PASW Statistics 18软件进行处理。

2 结果与讨论

2.1 食盐与蔗糖的渗透对蛋清热诱导凝胶T2弛豫时间的影响

不同物质的渗透对蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T2的影响见图1。

图1 食盐与蔗糖的渗透对蛋清热诱导凝胶弛豫时间T2的影响Fig.1Effect of salt and sucrose penetration on relaxation time T2of egg white heat－induced gel

利用低场核磁共振检测了蛋清热诱导凝胶的横向弛豫时间T2的分布，同时以未渗透的蛋清热诱导凝胶的横向弛豫时间T2分布为空白对照。结果显示：经食盐与蔗糖渗透对蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T2分布有显著的影响（p＜0.05）。由图1可知，对CPMG序列得到的衰减曲线进行多组分拟合后，发现T2弛豫时间在0.1～10000ms的时间分布上出现了4个峰。由图1分析得出，这4个峰对应时间T20为0.43～1.75ms；T21为 4.04～16.30ms；T22为 28.48～100.00ms；T23为403.70～811.13ms，分别对应凝胶中水的不同状态。有学者对乳清浓缩蛋白热诱导凝胶进行了研究，发现其LF－NMR弛豫时间也拟合为4个峰，他们将这4个峰分为4种水分子状态：不可移动水（immobilized solid phase）、弱 可 移 动 水 （weak mobile phase）、中度可移动水（moderate mobile phase）和可移动水（mobile phase）［9］。

未经渗透的蛋清热诱导凝胶的NMR T2弛豫时间图上有3个峰，其中不可移动水T20弛豫时间为0.87ms，所占峰面积比例为（10.88±0.11）%；弱可移动水T21弛豫时间为9.33ms，所占峰面积比例为（2.00±0.17）%；中度可移动水T22弛豫时间为65.79ms，所占峰面积比例为（87.12±0.23）%；未检出可移动水，表明在未经过渗透的蛋清热诱导凝胶中不可移动水占比较小，中度可移动水占绝大多数，可移动水比例极小可忽略不计，这可能是由于在加热过程中，蛋清中天然蛋白的二级和三级结构受到破坏而发生变性，变性后使得蛋白的内部亲水区域暴露出来，与相邻结构相似的未展开蛋白质分子相互作用，这种相互作用导致了蛋白质分子的聚集现象，在这种聚集过程中，吸引力和排斥力处于平衡，以致于形成能保持大量水分的高度有序的三维网络结构或基体［10］，而吸附填充在网络结构或基体里的水则由蛋液中的可移动水变为凝胶中的中度可移动水。经食盐或者蔗糖渗透的蛋清热诱导凝胶的T2弛豫时间图上有4个峰，相比未渗透的凝胶多了可移动水T23峰，其弛豫时间分别为705.48，533.67ms，峰面积占比分别为（0.64±0.04）%，（0.67±0.04）%。此外，经食盐和蔗糖渗透的蛋清热诱导凝胶T22弛豫时间均为49.77ms，峰面积占比分别为（81.02±0.03）%，（82.35±0.20）%，显著低于未经渗透的蛋清凝胶。蛋清凝胶的T22弛豫时间和峰面积占比随着渗透过程的产生而显著下降，说明体系中填充于三维网络结构的水分数量及可移动程度有所下降。这可能是在渗透过程中，由于渗透压的作用将一小部分蛋清凝胶中的水分从三维网络结构中吸引出来，进入渗透液中，致使T22弛豫时间及峰面积占比下降；而这部分水分中未来得及进入渗透液的则成为可移动水分布在蛋清凝胶中，出现T23峰。

使用SE－SPI序列测试样品各个层面横向弛豫时间T2，对得到的衰减曲线进行多组分拟合后得到的反演图见图2。

图2 蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T2三维图Fig.2Transverse relaxation time T2three－dimensional map of egg white heat－induced gel

D1S代表SE－SPI序列分层测试区域的相对位置，拟合后各分层的T2弛豫时间平均分布在－1～1的视野里，形成三维图。颜色变化代表信号强弱，表示某个相应的T2弛豫时间下凝胶水分的相对含量。由图2可知，对SE－SPI序列得到的蛋清热诱导凝胶衰减曲线进行多组分拟合后，发现各个层面的横向弛豫时间T2主要为T22峰，其他峰占比极小。

2.2 食盐和蔗糖的渗透对蛋清热诱导凝胶T2弛豫时间的影响

经食盐渗透的蛋清热诱导凝胶各个层面T22弛豫时间的变化见图3。

图3 经食盐渗透的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22Fig.3Salt penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由图3可知，渗透面方向（左侧）蛋清凝胶T22峰与凝胶渗透末端（右侧）相比稍有下移，即T22弛豫时间有所降低，与经CPMG序列得到的规律相符。

将对SE－SPI序列得到的含不同含量食盐的蛋清凝胶衰减曲线进行多组分反演得到的结果汇总成ANOVA表，见表1。

表1 含有不同浓度食盐的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22峰峰属性的方差分析结果Table 1Analysis of variance of transverse retardation time T22 peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表1可知，峰起点时间、峰顶点时间（即T22弛豫时间）及峰宽差异极显著，峰终点时间差异不显著；峰起点时间的F值最大，表明食盐含量对蛋清凝胶T22峰的峰起点时间影响最大。

表2 含有不同浓度食盐的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22峰峰属性Table 2Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of salt

由表2可知，不同含量食盐的蛋清凝胶T22峰的峰起点时间与峰顶点时间具有良好的趋势性，即随着盐含量的增加呈下降趋势；而峰终点时间与峰宽随着盐含量的增加有上下波动的情况。

表3 蛋清热诱导凝胶中食盐含量与其T22峰峰属性间的相关性分析Table 3The correlation of salt content and T22peak properties of egg white heat－induced gel

由表3可知，凝胶中的食盐含量与T22峰峰起点时间之间存在极强的负相关，与峰顶点时间之间存在强的负相关，而与峰终点时间和峰宽之间的相关性较弱。

食盐含量与峰起点时间和峰顶点时间的拟合关系见图4，采用多项式拟合效果较佳，R2均大于0.9，有较好的拟合效果，可以以峰起点时间和峰顶点时间对蛋清热诱导凝胶中的食盐含量做出初步判断。

图4 峰起点（a）和峰顶点（b）与食盐含量的关系拟合情况Fig.4Fitting curves of peak starting time（a）and peak apex time（b）with salt content

2.3 蔗糖添加量对蛋清凝胶T2弛豫时间的影响

经蔗糖渗透的蛋清热诱导凝胶各个层面T22弛豫时间的变化见图5。

图5 经蔗糖渗透的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22Fig.5Sucrose penetrated egg white heat－induced gel transverse relaxation time T22

由图5可知，渗透面方向蛋清凝胶T22弛豫时间的变化不大，而T22峰的范围即峰宽与凝胶渗透末端相比稍有增加。

将对SE－SPI序列得到的含不同浓度蔗糖的蛋清凝胶衰减曲线进行多组分反演得到的结果汇总成ANOVA表，见表4。

表4 含有不同浓度蔗糖的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22峰峰属性的方差分析结果Table 4Analysis of variance of transverse retardation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表4可知，T22峰的4个属性差异都极显著；峰终点时间的F值最大，为34.624，峰宽次之，为32.486，表明蔗糖浓度对蛋清凝胶T22峰的峰终点时间影响最大。

表5 含有不同浓度蔗糖的蛋清热诱导凝胶横向弛豫时间T22峰峰属性Table 5Transverse relaxation time T22peak properties of egg white heat－induced gels containing different concentration of sucrose

由表5可知，含不同浓度蔗糖的蛋清凝胶T22峰的峰终点时间和峰宽均具有良好的趋势性，即随着糖含量的增加呈上升趋势，由表4可知，峰起点时间的波动在1ms以内，相对于峰终点时间波动范围不大，这应该是峰宽显示出良好趋势性的原因；而峰起点时间与峰顶点时间随着糖含量的增加有上下波动的情况。

表6 蛋清热诱导凝胶中蔗糖含量与其T22峰峰属性间的相关性Table 6The correlation of sucrose content and T22 peak properties of egg white heat－induced gel

由表6可知，凝胶中的蔗糖含量与T22峰峰起点时间之间的相关性较弱，与峰顶点时间之间的相关性不显著，而与峰终点时间和峰宽之间均存在极强的正相关。

蔗糖含量与峰顶点时间和峰宽的拟合关系见图6，采用线性拟合效果较佳，R2均大于0.9，有较好的拟合效果，可以以峰顶点时间和峰宽对蛋清热诱导凝胶中的蔗糖含量做出初步判断。

图6 峰终点（a）和峰宽（b）与蔗糖含量的关系拟合情况Fig.6Fitting curves of peak end time（a）and peak width（b）with sucrose content

3 结论

通过对比渗透前后的蛋清热诱导凝胶的横向弛豫时间T2可知，蛋清凝胶的T22弛豫时间和峰面积占比随着渗透过程的产生而显著下降。

SE－SPI序列测试的结果表明：食盐含量对蛋清凝胶T22峰的峰起点时间影响最大，并存在极强的负相关；对峰顶点时间的影响次之，存在强的负相关；而与峰终点时间和峰宽之间的相关性较弱。蔗糖对蛋清凝胶T22峰的峰终点与峰宽均有显著性影响，并存在极强的正相关；而峰起点时间与峰顶点时间随着糖含量的增加有上下波动的情况。通过对结果进行拟合，说明通过T22峰峰属性来判断蛋清热诱导凝胶中食盐或蔗糖的含量是可行的。