基于cpmg的蠶豆橫向松弛試驗研究

基于cpmg的蠶豆橫向松弛試驗研究

作為中國傳統(tǒng)的發(fā)酵豆類，它的營養(yǎng)價值和獨特口感得到了廣泛認可。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,對于豆豉的功能性成分研究已有了一定進展,而對于豆豉不同發(fā)酵時期水分的變化規(guī)律的探索還相對較少。近年來,隨著磁場強度的提高、高靈敏探頭的出現(xiàn)、譜儀與實驗方法的改進,核磁共振(nuclearmag-neticresonance,NMR)的檢測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)能從微觀的角度來分析水分的運動情況,目前國內(nèi)主要應(yīng)用核磁共振進行了豬肉持水過程［4］、玉米漂燙過程［5］以及部分熱敏性果蔬干燥過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),通過核磁共振方法測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)的測定,但對于發(fā)酵豆制品在發(fā)酵過程中的水分變化的研究并不多見［6－7］。本研究采用核磁共振的方法,通過T2波普分析不同發(fā)酵時間的豆豉制品中氫質(zhì)子組分及運動性,使用PQ001分析軟件及CPMG(CarrPurcellmeiboom-gill)序列采集豆豉T2信號,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)酵過程中蛋白質(zhì)及結(jié)構(gòu)變化趨勢提供參考。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,等溫度平衡后進行測試。1.3.2橫向弛豫時間測試:采用磁共振成像儀分析軟件中的CPMG(CarrPurcellmeiboom-gill)脈沖序列測豆豉樣品中的橫向弛豫時間T2,將豆豉樣品放于永磁場中心位置的射頻線圈的中心進行橫向弛豫時間T2采集。核磁共振軟件采集自旋回波串峰值并自動生成.pea文件保存,重復(fù)采集3次生成3個.pea文件,用MATLAB編制求平均值程序,求3次采集信號各自旋回波峰值的平均值并保存為.pea文件作為樣品該時段的信號值,將該平均值文件導(dǎo)入核磁共振T2反演軟件進行反演得到T2反演譜。1.3.3模擬增益加壓whs回波數(shù)實驗2.序列參數(shù)設(shè)置:90°脈沖時間P90=14μs,180°脈沖時間P180=28.00μs,采樣點數(shù)TD=100140,主頻SW=200KHz,D3=100μs,重復(fù)時間TR=2000ms,模擬增益RG1=20,模擬增益RG2=3,累加次數(shù)NS=8,回波時間EchoTime=100μs,回波數(shù)EchoCount=5000。2結(jié)果與分析2.1機械干重對主發(fā)酵時間的影響核磁共振總信號幅值與樣品中的氫質(zhì)子的數(shù)量成正比,所以每個階段曲線各個峰所覆蓋的信號幅值間接表示對應(yīng)的狀態(tài)水分的相對含量,總信號幅值表示樣品中的相對總含水量［8］。T2弛豫時間反映了樣品內(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弛豫時間越短,在T2譜上峰位置較靠左;反之T2弛豫時間越長,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波譜中信號主要來自于油脂和水中的氫質(zhì)子。不同發(fā)酵時間的各個樣品核磁共振T2譜圖見圖2。從各樣品T2波譜中可以看出,不同發(fā)酵時間的豆豉所反映出氫質(zhì)子的組分及分子運動性是不同的,從中可探索不同發(fā)酵時間對豆豉組分的影響。2.2發(fā)酵時間對兩組組分組分含量的影響整合7個不同發(fā)酵時間的豆豉樣品的T2譜圖,進一步分析組分含量的變化。比較不同發(fā)酵時間該豆豉樣品的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。為了更詳細的比較其變化規(guī)律,提取核磁共振T2波譜信息,見表2,分析不同發(fā)酵時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,且在發(fā)酵25d后,A23組分含量達到一個峰值。由于T24其弛豫時間最長,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)的延長逐漸減小,已知T21峰代表著豆豉中弛豫時間最短的水分,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)酵時間的延長,豆豉的大分子蛋白逐漸分解的過程。結(jié)合圖2不同發(fā)酵時間豆豉樣品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。單獨提取A22和A23峰面積信息,繪制成柱形圖,見圖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)酵時間的延長A22減小A23增大,可猜測在發(fā)酵初期部分短弛豫的水分(T22)轉(zhuǎn)化為較長弛豫的水分(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,見圖5。從各組分的弛豫時間分析,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,對結(jié)合水束縛程度減小,結(jié)合水流動性增加。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)酵過程導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮,對細胞內(nèi)的水分的束縛程度變大引起的。T24基本沒有隨著發(fā)酵時間的變化而變化,該組分流動性較穩(wěn)定。3核磁共振檢測水分含量的意義測試不同發(fā)酵時間豆豉樣品的核磁共振波譜,并對樣品核磁共振橫向弛豫時間(T2)波譜圖進行分析。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)酵過程導(dǎo)致結(jié)構(gòu)收縮引起的。此過程也可以間接反映隨著發(fā)酵時間的延長,豆豉的大分子蛋白逐漸分解的過程,豆豉中微生物在后發(fā)酵過程中蛋白質(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)酵過程中不易流動水即細胞內(nèi)水存在相互轉(zhuǎn)化的過程(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。核磁共振通過檢測不同發(fā)酵時間T2波譜,可進一步研究發(fā)酵過程的各組分變化規(guī)律,間接反映發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)及結(jié)構(gòu)的變化趨勢,目前對于豆豉產(chǎn)品的品質(zhì)評價主要以發(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定可以從酶對蛋白質(zhì)分解及修飾作用、豆豉厭氧發(fā)酵過程各種復(fù)雜分解結(jié)合形成產(chǎn)品特有色香味的間接變化,該項研究有助于豆豉發(fā)酵過程中標(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—時間,