（食品科学专业论文）核磁共振及成像技术在馒头加工与储藏过程中的研究.pdf

摘要 摘要 水分对于馒头的品质、口感及流变学特性等均会产生重要的影响，而面团的制作实际是 一个水合的过程，其好坏直接关系到最终产品馒头的质量。目前，对于馒头的加工过程和品 质变化机理的研究已有很多，但还没有能够从分子水平上加以阐述。本研究是采用新的分析 手段，尝试从分子水平上探讨水分在面团制作和馒头储藏等过程中的作用。 核磁共振( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ，n m r ) 和磁共振成像( m a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n g ，m m ) 技术是一种新型的非破坏的分析检测手段，能够直观连续地检测食品中水分的 空问分布和迁移变化，可用来研究食品在不同加工过程，如冷冻、干燥、胶凝、浸泡和储藏 等过程中的物理、化学性质的变化。本研究利用核磁共振及磁共振成像技术研究馒头的加工、 储藏以及冷冻馒头的复热过程的质构变化，为提高馒头的品质及储藏期的延长提供科学依据。 文中首先研究了面粉的吸水量以及水分和蔗糖对面团分子流动性的影响，接着研究了面团加 工过程的两个关键工序：搅拌和发酵。然后，利用n m r 技术研究了馒头在室温下储藏过程 中水分的迁移变化。最后，利用m r j 技术研究冷冻馒头微波复热过程水分的变化迁移情况。 利用n m r 和m r i 技术重点探讨馒头加工过程、贮藏过程和冷冻复热过程对其品质的影响。 面粉水合形成面团的过程受各种因素的影响，比如面粉的化学组成、添加剂以及搅拌方 式等等。利用n m r 技术从水分流动性和结合能力的角度研究不同面筋含量面粉的吸水量。 实验发现，加水量为4 0 5 5 的这段区域是面筋含量( 湿基) 为2 5 4 、3 0 4 和3 5 8 的三种面粉的吸水旺期，期间面团的自由水含量迅速增加，而结合水含量趋于稳定。实验表 明，面团中添加一定量的蔗糖能够提高面团的横向弛豫时间( t r a n s v e r s er e l a x a t i o nt i m ef o r m 。，y 2 ) ，且不会改变面团t 2 随含水量的增加而呈指数递增的趋势，这说明蔗糖的存在增强 了面团体系中水分的流动性，减弱了水分与蛋白质等大分子的结合趋势，提高了面团中水分 的利用率，从而改善面团的流变性。 根据面团t 2 与搅拌时间曲线，我们将面团的搅拌过程分为三个阶段：混合初始阶段、面 筋网络形成与完善阶段、面筋网络破坏阶段。n m r 和m r i 实验的结果说明利用n m r 和m r i 技术研究面团的搅拌过程是可行的。采用湿面筋含量为2 5 4 面粉加工的馒头面团的适宜搅 拌时间为1 5 m i n 2 5 m i n 。当然，在实际生产中，还是需要结合原料、产品需求、工艺条件、 所使用搅拌设备等实际情况调整面团的搅拌时问。 面团t 2 与发酵时间曲线表明酵母添加量和发酵时问对面团的t 2 l 和t 2 2 影响不大，对t 2 3 的影响则相对大很多，说明酵母的添加量和发酵时间对面团中自由水的影响要大于对结合水 v t t 每基大学硪圭逾文 的影响。面团自由水表现出来的弛豫时间t 2 3 与发酵时间曲线在整个发酵期内呈波浪形变化。 酵母添加量越多，面团的t 2 3 越大。m r i 实验表明1 5 酵母的面团，在发酵过程中因酵母产 气速度过快导致面团内部气孔分布很不均匀，顽筋网络结构断裂。楣比较聪喜，0 5 酵母稠 1 0 酵姆的蕊豳发黪过程产气速度比较乎稳，整令过程耍魉蛉质予气泡区域的分鑫比较筠 匀，更邋含髑寒加工馒头嚣魉。 测瘸n m r 技术帮蒺掏分柝法掰究馒头在镶藏邂程中硬度与弛豫往质的变仡。傈鲜袋包 装缀馒头硬波交仡缓懂，n m r 後质相对稳定。商接储藏组後头芯和褒层的硬度在整个储藏期 内均迅速增加，其中表艨硬度在第7 h 开始发生急剧增加现象，而芯部硬度在第1 0 h 才开始产 生急剧增加现象，这说明馒头芯的老化变硬比表层老化变硬滞后。从流变学的观点看硬度增 加是馒头老化的疆要标志。通过对馒头的硬度和n m r 参数之问进行棚关分板，发现宙们之 问具有显著相关性( p o 0 1 ) ，储藏期阅馒头的硬度指标与其承分存在状态的变化密切相关，说 明了水分迂移运幼是导致馒头老化的重要原n o 裂鼹m r i 技术疆究冷豫馒头微波复热静过程承分静迁移交纯。馒头在受热道程中水分的 损失崖按影响馒头的品矮。通过魄较两种复热方式( 微波蒸碗不蒯水复热和加水复热) 对馒 头含水量的影响，我们得蓟加永复熟对馋头的含水量有一定补偿作用，而且馒头m r i 图像上 水分分布相对更均匀。采用加水高功率复热是比较裂想的复热方式，既节能又能保证馒头的 晶质。 关键词：核磁共振磁共振成缘馒头匿强艇工贮藏水分迓移 v 1 i a b s t r a c t a b s t r a c t w a t e rp l a y sa ni m p b r t a n tr o l ei nd o u g ha n ds t e a m e db r e a d d o u g hm a k i n gi si nf a c tah y d r a t i o n p r o c e s sw h o s ec h a r a c t e r i s t i c so rq u a l i t yh a v ep r o 。f o u n di m p a c to nt h eq u a l i t yo ft h ef i n a lp r o d u c t s h o w e v e r , t h e r ei sas e r i o u sl a c ko fu n d e r s t a n d i n go fm o l e c u l a rm e c h a n i s m si u v o l v e di nf l o u r h y d r a t i o na n dq u a l i t yd e t e r i o r a t i o no ff l o u r b a s e dp r o d u c t s t h eo v e r a l lg o a lo ft h i ss t u d yw a st o a d a p tn m r a n dm r it e c h n i q u e st os t u d yt h er o l eo fw a t e ri nd o u g hm a k i n ga n ds t e a m e db r e a d s t o r a g e n m ra n dm 附a r en o n d e s t r u c t i v em e t h o dt h a tc a nb eu s e dt os t u d yt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o p e r t i e so fm a t e r i a l si n c l u d i n gf o o d sa n dr e l a t e dp r o c e s s e ss u c ha sf r e e z i n g ，d r y i n g ，s o a k i n g ，a n d s t o r a g e m wa l l o w sd i r e c ta n dt m i n t e r r u p t e dv i s u a l i z a t i o no fs t r u c t u r e sa n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no f w a t e ra n d m o b i l i t yo f w a t e r i nf o o d s c h i n e s et r a d i t i o n a lf o o d s t e a m e db r e a dw a ss t u d i e du s i n gl o w f i e l dn m ra n dm r jt e c h n i q u e si nt h i st h e s i s t h ef i r s ts p e c i f i cr e s e a r c ha i m w a st os t u d yt h ew a t e r a b s o r p t i o no ff l o u ra n dt h ei n f l u e n c eo fs u c r o s ea n dm o i s t u r eo nt h em o l e c u l em o b i l i t yo fd o u g ho f s t e a m e db r e a d t h es e c o n ds p e c i f i cr e s e a r c ha i m w a st os t u d yt w ok e ys t e p so f d o u g hm a k i n gp r o c e s s ： m i x i n ga n df e r m e n t a t i o n t h et h i r ds p e c i f i cr e s e a r c ha i mw a s t or e s e a r c hh a r d n e s sa n dw a t e rm o b i l i t y o fs t e a m e db r e a ds t o r e di nr o o mt e m p e r a t u r e ( a b o u t2 4 。c ) t h el a s ts p e c i f i cr e s e a r c ha i mw a st o s t u d yw a t e rm o b i l i t yi nf r o z e ns t e a m e db r e a dd u r i n gm i c r o w a v er e h e a t i n gu s i n gm r it e c h n i q u e t h e m a i n l yo b j e c t i v e sw e r et od i s c u s st h ei n f l u e n c e so fd o u g hm a k i n g s t o r a g ea n df r e e z i n g - r e h e a t e d p r o c e s s e so nt h eq u a l i t yo fs t e a m e db r e a dp r o d u c t s f l o u rh y d r a t i o ni sm a i n l yaf u n c t i o no f t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t h ef l o u r ，a d d i t i v e s ，a n dm i x i n g n m r t e c h n i q u ew a su s e dt os t u d yt h ew a t e ra b s o r p t i o no f f l o u rw i t hd i f f e r e n tg l u t e nc o n t e n tf r o mt h e a n g l eo f w a t e rm o b i l i t ya n dc o m b i n e da b i l i t y t h er e s u l ts h o w e dt h a t4 0 5 5 w a t e rc o n t e n t sw e r e t h eb e s tt oa l l o we n o u g hw a t e ra b s o r p t i o nf o r t h et h r e ef l o u r sw i t h2 5 4 、3 0 4 f f e l 3 5 8 g l u t e n c o n t e n t ( w e tb a s e ) ，r e s p e c t i v e l y d u r i n gw a t e ra b s o r p t i o np r o c e s s ，f r e ew a t e rc o n t e n ti n c r e a c e d r a p i d l y ，w h i l eb o u n dw a t e rc o n t e n tr e m a i n e dr e l a t i v e l ys t e a d y w ef o u n ds u c r o s ei n c r e a s e dt h et 2 c o n s m n to fd o u g h ，f u r t h e rm o r e ，i td i dn o tc h a n g et h ee x p o n e n t i a lt r e a do ft h et 2c o n s t a n to f d o u g h ，w h i c hi n c r e a s e da st h ew a t e rc o n t e n ti n c r e a s e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ts u c r o s ei n c r e a s e dt h e m o b i l i t yo fw a t e ri nd o u g h ，d e c r e a s e dt h eh y d r o p h i l i ce f f e c t so ns o n i cm a c r o m o l e c u l e s ( e g p r o t e i n a n ds t a r c h ) ，e n h a n c e dt h ew a t e ra v a i l a b i l i t yi nd o u g h ，a n di m p r o v e dt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f d o u g h a c c o r d i n gt ot h ec u r v eo ft h es p i n - - s p i nr e l a x a t i o nt i m e ( t 2 ) a saf u n c t i o no fm i x i n gt i m e ，w e d i v i d e dt h em i x i n gp r o c e s so f d o u g hi n t ot h r e es t a g e s ：t h ei n i t i a lm i x t u r es t a g e ，t h en e t w o r kf o r m a t i o n a n dp e r f e c t i o ns t a g eo fw h e a tg l u t e n ，a n dt h en e t w o r kb r e a k a g eo fw h e a tg l u t e n t h er e s u l to ft h e n m ra n dm r i e x p e r i m e n ti n d i c a t e di tw a s f e a s i b l et os t u d yt h em i x i n gp r o c e s so fd o u g hb yn m r a n dm r i t e c h n i q u e s t h ea p p r o p r i a t ed o u g hm i x i n gl i m ef o rt h ef l o u rw i t h2 5 4 g l u t e nc o n t e n ti s t x 南昌大学硕士论文 a l e i o u tl5 2 5m i n u t e s o f c o u r s e ，w es t i l ln e e d e dt oc o n s i d e rt h ea c t u a lc o n d i t i o n ss u c ha sm a t e r i a l s ， p r o d u c t s ，t h ec o n d i t i o n so f p r o c e s s ，t h em i x i n ge q u i p m e n ta n ds oo ni np r a c t i c et oa d j u s tt h em i x i n g t i m eo f d o u g h f r o mt h ec u r v eo f t h es p i n - - s p i nr e l a x a t i o nt i m e ( t 2 ) a g a i n s tt h ef e r m e n t a t i o nt i m e ，w ed i s c o v e r e d t h a tt h ea d d i t i o no fy e a s ti nd o u g ba n dt h ef e r m e n t a t i o nt i m eh a dl i t t l ei n f l u e n c e so nt 2 la n dt 2 2 ， w h i l et 2 3w a se x c e p t i o n a l n a m e l y ，t h e ym a i n l yc h a n g e dt h ed i s t r i b u t i o na n dm o b i l i t yo ff r e ew a t e r i nd o u g h t h ec a l v eo ft 2 3a n df e r m e n t a t i o nt i m eu n d u l a t e di nt h ea l lc o u r s eo ff e r m e n t a t i o n t h e m o r et h ea d d e dy e a s tt h eh i g h e rt h et z 3c o n s t a n to f d o u g h w ea l s of o u n dd o u g hw i t h1 5 y e a s th a d m a n y n n e v e nh o l e sa n db r o k e nn e t w o r ko f w h e a tg l u t e ni nt h ep e r i o do ff e r m e n t a t i o nf r o mt h em r i i m a g e s o b t m n e d w h i l e d o u g h w i m 0 5 y e a s t c o n t e n t a n d1 0 y e a s tc o n t e n t w e r e m o r e a p p r o p r i a t e t op r o d u c es t e a m e db r e a db e c a u s eo f t h e i rs l o w e rs p e e do ff e r m e n t a t i o n ，s m o o t hc o z g e n e r m i o na n d b e t t e rn e t w o r ks t r u c t u r e h a r d n e s sa n dr e l a x a t i o np r o p e r t i e so fs t e a m e db r e a d sd u d n gs t o r a g ew e r ea l s or e s e a r c h e db yn m r a n dt e x t u r ea n a l y s i sm e t h o d s ，t h es t e a m e db r e a d sp a c k a g e db y “f r e s h b a g sb e c a m eh a r dv e r ys l o w l y ， a n dp r o d u c e dr e l a t i v e l ys t e a d yn m r p r o p e r t i e sc h a n g e s t h ec e n t e ra n dt h es u r f a c eh a r d n e s so f s t e a m e db r e a ds t o r e dw i t hn op a c k a g e ，n a m e l yt h eg r o u pis t e a m e db r e a d s ，i n c r e a c e d r a p i d l y ，a n d t h es u r f a c eh a r d n e s si n c r e a c e ds u d d e n l ya tt h es e v e n t hh o u r ，w h i l et h et e n t hh o u rf o rt h ec e n t e r h a r d n e s s t h i sc o n f i r m e dt h a tt h ea g i n gs p e e do f t h ec e n t e rl a g e dt ot h es u r f a c e f r o mt h ev i e w p o i n t o f t h e o l o g y ，t h eh a r d n e s sw a st h ei m p o r t a n ts y m b o lo f t h ea g i n go f s t e a m e db r e a d s o ，w ec a r r i e do u t t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i sa n df o u n ds i g n i f i c a n te o r r e l a t i o n ( p o 0 1 ) b e t w e e nt h eh a r d n e s sa n dt h en m r p a r a m e t e r so f s t e a m e db r e a d s i ti m p l i e dt h a th a r d n e s sw a so n eo f d e p e n d a b l ef a c t o r st oe a t i m a t et h e a g i n go f s t e a m e db r e a d ，a l s os h o w e dw a t e rm o b i l i t yh a di m p o r t a n t i n f l u e n e eo i lt h ea g i n go f s t e a m e d b r e a d w a t e rm o b i l i t yo f f r o z e ns t e a m e db r e a dw a ss t u d i e db ym r i t e c l m i q u e w a t e rc o n t e n tw a s o n e o f k e y f a c t o r si n f l u e n c i n gt h el t u a l i t yo fs t e a m e db r e a d w ec o m p a r e dt h ec h a n g eo fw a t e rc o n t e n to f r e h e a t e ds t e a m e db r e a d su n d e rt h et w ow a y so fr e h e a t i n g ( n ow a t e ra n ds o m eb o i l e dw a t e ri nt h e m i c r o w a v eb o w l ) t h er e s u l t ss h o w e dt h es e c o n dm e a n sc o u l di m p r o v et h ew a t e rc o n t e n to f s t e a m e db r e a d s w ed i r e c t l yo b s e r v e df r o mt h em ri m a g i n g st h a tw a t e rd i s t r i b u t i o no fs t e a m e d b r e a d sr e h e a t e db yt h es e c o n dw a yw a sm o r ee v e nt h a nt h a tr e h e a t e db yt h ef i r s tw a y i tw a sa l s o b e t t e rt or e h e a tt h ef r o z e ns t e a m e db r e a du s i n gh i g hp o w e ra n da d d i n gs o m eb o i l e dw a t e ri nt h e m i c r o w a v eb o w l t h i sm e t h o dn o to n l ys a v e de n e r g yb u ta l s oe n s u r e dt h eq u a l i t yo fs t e a m e db r e a d s o v e r a l l ，t h ea d a p tn m r a n dm r i t e c h n i q u i e sa r ef o u n dt ob ev e r yu s e f u li ns t u d y i n gt h eq u a l i t ya n d s h e l f s t a b i l i t yo f d o u g ha n df l o u r p r o d u c t s k e yw o r d s ：n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g s t e a m e db r e a d d o u g hp r o c e s s i n gs t o r a g e w a t e rm o b i l i t y x 壤臻谱 缩略语( a b b r e v i a t i o n s ) a c qa c q u i s i t i o nt i m e 收集采集时问 b o s t a t i cm a g n e t i cf i e l d 势磁场 b 1 m a g n e t i cf i e l da s s o c i a t e dw i t h 瓣鬏辣弹场 af r e q u e n c yp u l s e 1 ) n m r d y n a m i cn m r 动态n m r 2 d f tt w od i m e n s i o nf o u r i e rt r a n s f o r m 二线傅立时变换 f f tf a s tf o u r i e rt r a n s f o r m a t i o n 浚逮传立时嶷换 f l d f r e e i n d u c t i o nd e c a y 自由惑赢衰减 f o v f i e l do f v i e w 4 视野 f tf o u r i e rt r a i l s f o r l n 傅立叶变换 h r h i g hr e s o l u t i o n黼分辨率 i ri n v e r s i o nr e c o v e r y 反转恢复 溅 m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g磁共振戒像 n m rn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e 核磁基掭 p f g p u l s e df i e l dg r a d i e n t脉冲梯度场 p wp u l s ew i d t h 脉冲宽度 r f r a d i of r e q u e n c y射频 s e s p i ne c h o 囊旋凰波 s rs a t u r a t i o nr e c o v e r y 瓷和恢复 t e t i m e d e l a y b e t w e e ne x c i t a t i o na n de c h o 豳波时问 m a x i m m n ( s p i n e c h ot i m e ) t 建 t i m ef o fr e p e t i t i o no f e x c i t a t i o n ( r e p e t i t i o nt i m e ) 羹复辩闻 s n r o f s ，牲 s i g n a l - t o - n o i s er a t i o 信噪院 t j l o n g i t u r i n a l ( s p i n l a t t i c e ) r e l a x a t i o nt i m ef o rm z 纵向( 自旋一晶格) 弛豫时间 t 2 t r m l s v e r s e ( s p i n - s p i n ) r e l a x a t i o nt i m ef o rm x y 横向( 自旋，自旋) 弛豫时阉 l er o t a t i o n a lc o r r e l a t i o nt i m e 旋转相关时简 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得南昌大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：彳豸笱。云签字日期：沙石年厂月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌土学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：彳佬云 签字日期：夕钟彳年石月ff e 1 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名：黟影 签字日期：磁月，厨 电话： 邮编： 一一茎二望堑丝 第一章绪论 1 1 核磁共振技术的发展概况 核磁共振( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ，n m r ) 是指具有固定磁矩的原子核，如1 h 、”c 、 “p 、1 9 f 、1 s n 、”9 x e 等，在静磁场与交变磁场的作用下，与交变磁场发生能量交换的现象。 最早观察到n m r 信号的是美国的两个实验室，他们在同一时期内用不同的方法观察到了 n m r 现象：一个是斯坦福大学的f b l o c h e t 领导的研究小组：另一个则是哈佛大学的e m ， p u r c e l l 领导的研究小组。最初，n m r 技术主要用于核物理研究方面，用它测量各种原子核 的磁矩等等，后来在化学分子的结构测量方面获得巨大进展，b l o c h 和p u r c e l l 两人因此而共 同分享了1 9 5 2 年的诺贝尔物理学奖。现在，n m r 技术主要应用在三大领域：( 1 ) 在化学上决 定分子的化学结构式及分子间的相互作用；( 2 ) 在生物化学决定蛋白质分子的3 d 结构并且阐 释其结构序列与功能的关联性；( 3 ) 在医学上利用质子产生具有解剖功能的身体内部器官和组 织的影像，即核磁共振成像学( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，m r i ) 的临床诊断功能。 1 9 7 3 年，美国科学家p c l a u t e r b u r 受到x c t 的启发，通过在主磁场中使用梯度磁场， 获得磁共振信号的位置，得到物体的二维( 2 d ) 图像，从此，核磁共振成像学正式诞生。后 来，英国科学家p m a n s f i e l d 进一步发展了使用梯度场磁场的方法，利用数学方法精确描述磁 共振信号，从而为磁共振成像发展为一种应用技术奠定了基础。m r i 技术的临床应用是医学 影像学中的一场革命，是医学诊断和研究的一项突破。2 0 0 3 年1 0 月6 日瑞典卡罗林斯卡医 学院宣布2 0 0 3 年诺贝尔医学( 生理学) 奖授予p c l a u t e r b u r 和p m a n s f i e l d ，以表彰他们在核 磁共振成像领域的突破性成就【”。 迄今，这两门学科已被化学、食品、医学、生物学、遗传学等学科领域广泛采用，已成 为在这些领域开展研究工作的有力工具。 1 2n l v l r 和m i l l 技术在食品领域的研究现状 在食品工业这一领域，从1 9 5 0 年开始，核磁共振波谱仪最先在美国被应用于研究食品中 的水合作用【2 j 。随着核磁共振技术向低场脉冲方向的发展，核磁共振技术的应用领域也越来 越广泛，开始从面向科学研究、高档医疗诊断等高端需求向工农业生产等普遍需求转变，目 前已经应用到食品、农产品、石化、环保等行业。在国外，n m r 和m r i 技术现在已经被应 用于食品质量监控和相关科研等的研究中3 , 4 1 ，国内在此领域才刚刚起步。目前应用比较广泛 南昌大学硕士论文 的还是以氢核为研究对象的核磁共振技术( 1 h n m r ) 。大多数食品中或多或少含有一定的水 分，因此利用1 h n m r 研究食品中水分对其加工、贮藏等过程的影响具有显著的实际意义。 下面将从n m r 和m r j 技术研究食品的意义、n m r 和m r i 技术研究食品的方法、n m r 和 m r i 技术在食品领域的主要研究方面，以及n m r 和m 砌研究食品的优势四个方面分别进行 介绍。 1 2 1n m l l 和m r i 技术研究食品的意义 通常，水分是食品腐败变质的重要原因之一，含水量越多的新鲜食品，腐败变质的可能 性越大。控制食品的水分含量，对于保持食品良好的感官性状，维持食品中其他组分的平衡 关系，保证食品货架期稳定性、延长食品的货架期等均起着重要的作用。一些固态食品中含 有大量水分，但是在切开时一般都不会流出水来。这是由于水分被不同的作用力维系着的缘 故。维系着水分子的作用力可以分为氢键结合力和毛细管力两类。由氢键结合力结合的水习 惯上称为结合水或束缚水。食品中的结合水通常与蛋白质活性基团( 一0 h 、一n h 2 、- - n h 、 - - c o o h 、一c o n h 2 ) 和碳水化合物的活性基团( 一o h ) 形成氢键，导致流动性降低。与 结合水相对应的水分称为自由水或游离水，是指食品中与非水成分有较弱作用或基本没有作 用的水，这部分水分的流动性最强。食品中的水分主要以自由水的状态存在，结合水的含量 很少，即使是含水量较高的食品。 目前，主要采用水分活度( a w ) 概念评价食品的稳定性和安全性【5 1 。随着食品聚合物理论的 提出和发展，许多学者开始提出用水分活度( a 。) 评估食品安全贮藏标准存在的局限性1 6 】。按照 食品聚合物理论，a 概念定义食品样品顶部上层的水蒸气当作理想气体来处理是不妥当的， 而且水分活度( a 。) 定义时引用了相平衡理论，即假设食品体系的内外蒸汽压相等，实际上要 求在测量的有限时问内达到这种相平衡是过于理想化川。这一假设只对在室温而且基质无限 稀释的体系才成立。烈而，大多数食品体系是非平衡的多相体系，在实际加工和储藏过程中 通常处于一种热力学的非稳定状态。因此，建立在平衡态基础上的热力学概念a w 并不能代表 真实地反应大多数食品中水分存在的状态【8 1 。 n m r 技术是一种研究食品中水分存在状态变化的有效工具，它主要是通过检测食品在 加工、储藏和运输等过程中以不同状态存在的水分的质子弛豫行为，分析水分分布状态和流 动性的变化。质子的弛豫行为可以利用在几微妙至几秒间变化的纵向弛豫时间( l o n g i t u d i n a l r e l a x a t i o nt i m ef o rm ，t 1 ) 和横向弛豫时间( t r a n s v e r s er e l a x a t i o nt i m ef o rm x y ，i 2 ) 来表征。 对于纯水或者无限稀释的溶液，单一的t l 或者t 2 就足以描述水分的流动性。但是，因为食 品是复杂的非均相体系，水分通过氢键缔合、毛细管作用力等与其本身和其他分子结合，其 第一章绪论 分子的自由度也随之改变，因此就需要采用多重弛豫衰减模型来分析水分的弛豫时i n q t 9 l 。例 如，通过氢键缔合作用与蛋白质等大分子高度结合的水分的t 2 一般在微妙级，而那些与非水 组分结合不太紧密而具有一定流动性的结合水和自由水的t 2 通常在几毫秒到几秒之间【1 0 i 。 m r j 技术通过无损扫描构建样品空问二维、三维图像，成为研究食品内部结构、水分分布和 水分迁移变化等的有力手段。 1 2 2n m r 和m r i 技术研究食品的方法 有关n m r 和m r i 技术研究食品所用脉冲序列的原理，以及弛豫时问t l 和t 2 的意义等 将在论文第二章进行详细的介绍，这里简要说明研究食品所用到的具体方法。 1 2 2 1 弛豫时间t l 的测量方法 测量t l 一般采用1 8 0 。一r - - 9 0 。脉冲序列，即反转恢复( i n v e r tr e c o v e r y , i - r ) 脉冲序 列。利用脉冲序列的编辑编译窗口，编写出适合所研究样品的i r 序列。利用此脉冲序列激发 样品进行实验，然后利用软件拟和t l 值。弛豫时间t l 与时间间隔f 的关系式如公式( 1 1 ) 所示，对于食品来说，水分的存在形式比较复杂，因此通常具有两到三个甚至更多个t 1 值。 彳( f ) = 4 f ( 1 2 el i , ) ( i = l ，2 ，3 ) ( 1 1 ) 1 2 2 2 弛豫时问t 2 的测量方法 通常利用9 0 。单脉冲和c p m g 脉冲序列测量样品的t 2 。9 0 。脉冲序列作用样品之后，产 生的共振信号叫自由感应衰减( f r e ei n d u c t i o nd e c a y ，f i d ) 信号或者简称f i d 信号。f i d 信 号的衰减主要取决于外加静磁场均匀度对t 2 的影响，不考虑晶格场均匀度对t 2 的影响。利 用f i d 测得的t 2 称为t 2 ，它并不等于样品真实的t 2 。在实际实验中，对有些弛豫衰减比较 快的样品，我们通常利用9 0 。脉冲去测定它的t 2 + ，以获得样品的横向弛豫衰减时间。 食品体系一般都具有两三组甚至更多的弛豫时间不相同的水分。要比较真实的测定样品 中不同状态水分的弛豫时问，必须在测量中设法消除外加静磁场的非均匀性对t 2 弛豫的影 响，采用多重指数衰减模型获得几组不同的t 2 值。采用c p m g 脉冲序列测量t 2 就能达到这 个目的。c p m g 脉冲序列多重指数衰减模型如公式( 1 2 ) 所示： f a = a f 已疋t ( 1 2 ) 其中i = 1 ，2 ，3 表示体系中水分组分个数( 当i = 1 时，为单指数衰减模型) 。根据 t 2 的大小代表水分流动性强弱的道理，我们就可以知道体系中不同水分的流动性大小。 塑曼查堂堡圭笙苎 1 2 2 3m r i 成像的方法 m r 技术的特征就是将样品的质子密度、弛豫时间( 如t l 、t 2 ) 等性质通过图像的形式 直观的表现出来。通过m r 图像，我们能够清晰地观察食品内部结构的变化、水分的分布和 迁移情况等等。本研究主要将在医学上应用比较广泛的自旋回波( s p i ne c h o ，s e ) 成像脉冲 序列引入到食品的研究中。通过脉冲序列的编辑和编译窗口，编写s e 成像脉冲序列，调整 好梯度场、选层厚度、重复时间( r e p e t i t i o nt i m e ，t r ) 、回波时间( t i m eo f e c h o ，t e ) 等 参数后，进行样品的内部扫描信号采集，然后对获得的频域信号进行二维( 2 d ) 傅立叶变换， 最终得到样品选层的2 d m r i 图像。为了强调图像中的某一参量，突出结构的差异，还可以 根据实际需要和样品的自身特性调整脉冲序列中t r 和t e 参数，获得样品的质子密度加权像、 t l 和t 2 加权像。研究食品中水分的迁移一般使用s e 成像脉冲序列得到质予密度图像。 1 2 3n m r 和m 毗技术在食品领域的主要研究方面 1 2 3 1 研究食品中水分的分布及其流动性 b e r t r a m e ta l l lj j 利用低场强的n l v l r 研究了猪肉中水分的分布与流动性，发现与额外的肌 原纤维蛋白水分子数目相关的n m r 数据和膜完整性的阻抗特性是有联系的，并且纵肌的收 缩与横肌缩水是肌原纤维蛋白中水分逸出的主要动力。e