基于磁共振成像技術的雞蛋儲藏時間與結構研究

基于磁共振成像技術的雞蛋儲藏時間與結構研究

食品腐敗是一個不可避免的過程。在正常情況下,健康母雞所產雞蛋的內容物中沒有微生物。鮮蛋儲存過程中發(fā)生物理、化學、生理學、生物化學、微生物學變化,促使蛋內容物成分分解,質量降低。研究人員對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項理化指標,結果發(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量最差,其它種類的雞蛋的理化指標恰好相反。雞蛋腐敗主要是因為微生物生長,SevcanUnluturk等人通過紫外燈非熱處理的方法處理液態(tài)雞蛋產品,由于熱殺菌會造成雞蛋蛋白的變性,而非熱殺菌降低了熱殺菌產生的負面影響。S.R.S.Dev等人以及ElenaV.Kudryashova等人利用微波加熱的方法對雞蛋進行殼內殺菌,加熱殺菌造成雞蛋品質的下降。雞蛋儲藏過程中,質構特性發(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構特性,結果表明,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藏時間對雞蛋微生物和蛋白質的影響,結果表明,雞蛋品質各指標與存放時間呈明顯的相反趨勢。K.M.Keener等人將雞蛋做47℃24h處理后,通過冷卻的空氣和CO2進行冷卻,然后儲存于裝有空氣和CO2的罐子里,結果表明,利用CO2冷卻并儲存于CO2中,雞蛋的貨架期在14周以上較其它處理方法長。T.A.Scott等人研究發(fā)現(xiàn),在雞蛋儲藏過程中蛋的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,儲存5周,結果發(fā)現(xiàn),沙門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)的雞所產雞蛋,結果表明,雞蛋儲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℃、相對濕度80%的條件下儲藏雞蛋3周,隨著儲藏時間的增加,雞蛋品質下降,但仍能達到推薦的貨架壽命標準。本文采用磁共振及其成像技術研究雞蛋的腐敗過程。磁共振技術具有無侵入、無污染的特點,應用于食品科學研究具有獨特的優(yōu)勢,可以從食品的微觀結構方面研究食品的腐敗過程,在線觀測、預測食品的貨架壽命,為實際生產提供理論指導。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)(配備內徑為15.6cm的射頻線圈),寧波健信機械有限公司生產;SL2002N型電子天平,上海民橋精密科學儀器有限公司;BCD-168K/ANCJN型海爾冰箱,青島海爾股份有限公司。1.3測試方法將鮮雞蛋分成2組,每組10個,分別在室溫和冷藏(4℃)下儲藏。在不同的儲藏期測定雞蛋的質量和弛豫特性。1.3.1報告中雞蛋失水率在幾個月的儲藏期內,每隔7d測定1次雞蛋的質量,計算失水率。同時做核磁共振試驗,測定馳豫參數(shù)。1.3.2ir脈沖序列試驗每隔7d測定1次雞蛋的弛豫特性,將冷藏雞蛋在室溫放置2～3h,待溫度恒定之后測定雞蛋的弛豫特性。利用反轉恢復脈沖序列(inversionrecovery,IR)測定樣品的自旋-晶格弛豫時間T1。將樣品置于永久磁場中心位置的射頻線圈的中心,做IR脈沖序列試驗。其試驗參數(shù):采樣點數(shù)TD=2048、重復掃描次數(shù)NS=1、弛豫衰減時間D0=4000ms。利用T1_IR擬和程序計算T1值。利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列測定樣品的自旋-自旋弛豫時間T2。將樣品置于永久磁場中心位置的射頻線圈的中心,做CP-MG脈沖序列試驗。其試驗參數(shù):采樣點數(shù)TD=8192,回波個數(shù)C0=380,重復掃描次數(shù)NS=16,弛豫衰減時間D0=4000ms。利用T2_CPMG擬和程序計算T2值。1.3.3u3000試驗參數(shù)從2組雞蛋中各取2個做成像試驗,得到不同儲藏時間的雞蛋的內部結構,從中觀測到雞蛋的品質變化,分析其腐敗的原因。質子密度的成像試驗參數(shù):重復時間TR=4000ms,回波時間TE=30ms,矩陣192×128,層厚10mm,視野FOVX=FOVY=32mm,掃描次數(shù)NS=1,總掃描時間515s,圖像大小256pels×256pels。利用Osiris4軟件處理樣品的質子密度圖像,最終均以標準BMP的格式保存。1.3.4雞蛋的理化指標1.3.4.1.1氣體室高度的測量氣室的高度用測定規(guī)尺測量。將蛋的大頭向上置于規(guī)尺半圓形切口內,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)的測量橫向磕破蛋殼,使蛋內容物全部流入玻璃平皿內,用游標卡尺測量蛋黃高度與直徑。蛋黃高與直徑之比為蛋黃指數(shù)。1.3.4.蛋白濃蛋白的測定將去除蛋黃的蛋內容物倒入1mm×1mm標準檢驗篩上,靜置過濾2min,濾去稀蛋白,所剩蛋白即濃蛋白。濃蛋白質量與總蛋白質量之比即為濃蛋白含量。2結果與分析2.1冷藏過程中雞蛋的失重率通過試驗發(fā)現(xiàn),在不同儲藏條件下,隨著儲藏時間的增加,雞蛋的失水率呈直線上升趨勢,如圖1所示。通過統(tǒng)計軟件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,說明室溫下雞蛋的失水率遠遠超過冷藏的。室溫下蛋殼的氣孔較冷藏的大,水分的損失也相對較大。冷藏可延緩蛋白變稀,雞蛋內部各成分變化很小,蛋殼表面基本沒有變化。隨著儲藏時間的增加,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中觀測到,雞蛋的氣室相對增大,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冷藏雞蛋的質量指標變化數(shù)據(jù)由2組分擬合,弛豫時間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合比較緊密的結合水;T12的數(shù)值范圍在400～1000ms,這部分水是與大分子結合不太緊密、相對自由的自由水。從圖2、圖3可以看出,雞蛋儲藏期約30d時,T11呈明顯的下降趨勢,說明與大分子物質結合的水分有所減少;與冷藏雞蛋相比,室溫儲藏的雞蛋T11下降的更明顯。室溫條件下蛋殼氣孔較大,失水率較大,儲藏30d左右,雞蛋開始腐敗,大分子物質結合水的能力下降,弛豫時間T11呈急劇下降趨勢。從T12可以看出,室溫儲藏30d左右,弛豫時間下降明顯,但冷藏雞蛋的變化不明顯,說明冷藏使得雞蛋內部物質的理化性質不容易改變。室溫儲藏雞蛋60d,基本無食用價值,產生臭雞蛋氣味。此時將雞蛋打碎,蛋黃和蛋清完全混合,濃厚蛋白完全轉變?yōu)橄〉鞍?蛋黃膜的強度減弱?；蝿与u蛋,能夠聽到“咕咕”的聲音。2.2.2冷藏雞蛋質構的變化利用CPMG擬合得到3個組分的數(shù)據(jù),即:T21、T22、T23。T0代表與大分子物質結合最緊密的一部分水分,T22代表結合不太緊密的部分結合水,T23代表比較自由的自由水。磁共振技術中,弛豫時間與其相對應的質子密度的變化趨勢一致。圖4～圖6為雞蛋儲藏30d左右,弛豫時間T21、T22、T23對應的質子密度變化趨勢。圖5顯示,結合不太緊密的部分水隨著儲藏時間的延長,冷藏雞蛋的質子密度呈增加趨勢,并且比室溫貯藏雞蛋的質子密度增加的幅度大,說明冷藏雞蛋的貨架期較長,其內部結構的變化不明顯,沒有產生不利影響;但是室溫貯藏的雞蛋結合水的比例逐漸降低,向自由水的成分轉變,使得自由水分增加,微生物生長繁殖的機會大大增加,腐敗的速度相應加快。雞蛋儲藏50d左右,室溫儲藏的雞蛋出現(xiàn)明顯的脫水現(xiàn)象,蛋殼外附著一層小水滴,并產生強烈的臭雞蛋氣味,在搖晃時產生“咕咕”的聲音。儲藏過程中,雞蛋的水分不斷減少,自由水分也不斷降低。室溫儲藏和冷藏雞蛋的變化趨勢是一致的,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的一個重要的因素。冷藏70d左右的雞蛋沒有臭雞蛋的氣味,并且打開雞蛋時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。在隨后的儲藏過程中,雞蛋開始腐敗,蛋黃膜強度減弱。研究發(fā)現(xiàn),蛋黃膜強度的減弱是雞蛋腐敗的又一個重要的因素。因此雞蛋儲藏過程中,應盡量減少對雞蛋的晃動,以適當保護蛋黃膜的強度,從而延長雞蛋的貨架期。2.3冷藏雞蛋的成像結果將同一個雞蛋橫放在梯度線圈里面,并使線圈中心、雞蛋中心和磁場中心保持在一條直線上,利用核磁共振成像技術進行無損切層成像。通過觀察雞蛋儲藏過程中質子密度的變化情況,了解其內部結構。圖7、圖8中,顏色較淺的部分代表強的弛豫信號,表明自由水分較多;顏色較深的部分代表相對較弱的弛豫信號。顏色由亮到暗,表示弛豫信號由強到弱。室溫儲藏15d左右的雞蛋,濃厚蛋白減少,逐漸轉化為稀蛋白,蛋白的持水能力嚴重下降,因此,圖像信號比較強;儲藏45d左右,蛋黃膜強度開始變弱,蛋黃膜變薄甚至消失,有小水滴附著在雞蛋的外殼,與感官觀察結果一致。隨著儲藏時間的延長,蛋黃的內部結構發(fā)生了明顯的變化,儲藏60d左右,雞蛋開始腐敗變質,蛋清和蛋黃基本不能分開;打碎雞蛋后,蛋清與蛋黃完全混成一團,并有濃厚的臭雞蛋氣味。從冷藏雞蛋的成像可以觀測到,其內部結構的變化過程和室溫儲藏的變化過程基本一致。儲藏52～60d,蛋黃膜逐漸弱化,蛋清的變化與室溫儲藏雞蛋的變化一致。因此,從成像上可以預測雞蛋的貨架期,為實際生產提供理論基礎。2.4蛋黃指數(shù)降低隨著雞蛋儲藏時間的增加,氣室的高度明顯增加,雞蛋水分損失嚴重,蛋黃指數(shù)相應減小。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,向蛋黃轉移,使得蛋黃的可塑性下降,導致蛋黃指數(shù)下降。通過質構分析得知,儲藏過程中蛋殼的硬度下降。2.5弛豫參數(shù)與理化指標間的相關性利用SPSS11.5統(tǒng)計軟件分析儲藏時間、氣室高度、蛋黃指數(shù)、濃蛋白含量、硬度與弛豫參數(shù)之間的相關性,結果表明,各理化指標之間的顯著性水平為0.01,統(tǒng)計檢驗的相伴概率小于0.01;弛豫參數(shù)T21、T22對應的質子密度與各理化指標存在顯著相關性,因此利用磁共振技術可預測雞蛋的貨架期。3冷藏過程中雞蛋顆粒結構的變化食品中水分的變化是食品腐敗變質的主要因素。利用磁共振及其成像技術研究食品腐敗有很大的優(yōu)勢:對樣品沒有破壞,對水分的遷移和分布可以通過成像直觀地分析。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度。由于雞蛋儲藏