基于磁共振成像技术的鸡蛋储藏时间与结构研究

基于磁共振成像技术的鸡蛋储藏时间与结构研究

食品腐败是一个不可避免的过程。在正常情况下,健康母鸡所产鸡蛋的内容物中没有微生物。鲜蛋储存过程中发生物理、化学、生理学、生物化学、微生物学变化,促使蛋内容物成分分解,质量降低。研究人员对鸡蛋的保藏做了大量研究,如A.Hidalgo等人研究了4种鸡蛋的41项理化指标,结果发现受精鸡蛋的搅打性和起泡稳定性最好,但其新鲜度和蛋白质量最差,其它种类的鸡蛋的理化指标恰好相反。鸡蛋腐败主要是因为微生物生长,SevcanUnluturk等人通过紫外灯非热处理的方法处理液态鸡蛋产品,由于热杀菌会造成鸡蛋蛋白的变性,而非热杀菌降低了热杀菌产生的负面影响。S.R.S.Dev等人以及ElenaV.Kudryashova等人利用微波加热的方法对鸡蛋进行壳内杀菌,加热杀菌造成鸡蛋品质的下降。鸡蛋储藏过程中,质构特性发生明显的变化。E-bubekirAltuntas等人研究了不同形状的鸡蛋在不同的挤压速度下的质构特性,结果表明,挤压速度越低,破坏鸡蛋需要的力越大。魏瑞成等人研究了储藏时间对鸡蛋微生物和蛋白质的影响,结果表明,鸡蛋品质各指标与存放时间呈明显的相反趋势。K.M.Keener等人将鸡蛋做47℃24h处理后,通过冷却的空气和CO2进行冷却,然后储存于装有空气和CO2的罐子里,结果表明,利用CO2冷却并储存于CO2中,鸡蛋的货架期在14周以上较其它处理方法长。T.A.Scott等人研究发现,在鸡蛋储藏过程中蛋的pH值是影响其货架期的唯一因素。D.R.Jones等人将含有蛋白胨的水溶液灌入装有鸡蛋的罐子里,储存5周,结果发现,沙门氏菌和假单胞菌的污染程度高。A.CPappas等人研究了用不同饲料喂养的鸡所产鸡蛋,结果表明,鸡蛋储藏期间受饲料中的不饱和脂肪酸及鸡年龄的影响较大。D.R.Jones等人在4℃、相对湿度80%的条件下储藏鸡蛋3周,随着储藏时间的增加,鸡蛋品质下降,但仍能达到推荐的货架寿命标准。本文采用磁共振及其成像技术研究鸡蛋的腐败过程。磁共振技术具有无侵入、无污染的特点,应用于食品科学研究具有独特的优势,可以从食品的微观结构方面研究食品的腐败过程,在线观测、预测食品的货架寿命,为实际生产提供理论指导。1材料和方法1.1材料表面鲜鸡蛋:福建东阁华侨蛋品有限公司提供。1.2电子天平的加工0.3T1HYOMINGMR2IMAGING核磁共振成像系统(配备内径为15.6cm的射频线圈),宁波健信机械有限公司生产;SL2002N型电子天平,上海民桥精密科学仪器有限公司;BCD-168K/ANCJN型海尔冰箱,青岛海尔股份有限公司。1.3测试方法将鲜鸡蛋分成2组,每组10个,分别在室温和冷藏(4℃)下储藏。在不同的储藏期测定鸡蛋的质量和弛豫特性。1.3.1报告中鸡蛋失水率在几个月的储藏期内,每隔7d测定1次鸡蛋的质量,计算失水率。同时做核磁共振试验,测定驰豫参数。1.3.2ir脉冲序列试验每隔7d测定1次鸡蛋的弛豫特性,将冷藏鸡蛋在室温放置2～3h,待温度恒定之后测定鸡蛋的弛豫特性。利用反转恢复脉冲序列(inversionrecovery,IR)测定样品的自旋-晶格弛豫时间T1。将样品置于永久磁场中心位置的射频线圈的中心,做IR脉冲序列试验。其试验参数:采样点数TD=2048、重复扫描次数NS=1、弛豫衰减时间D0=4000ms。利用T1_IR拟和程序计算T1值。利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列测定样品的自旋-自旋弛豫时间T2。将样品置于永久磁场中心位置的射频线圈的中心,做CP-MG脉冲序列试验。其试验参数:采样点数TD=8192,回波个数C0=380,重复扫描次数NS=16,弛豫衰减时间D0=4000ms。利用T2_CPMG拟和程序计算T2值。1.3.3u3000试验参数从2组鸡蛋中各取2个做成像试验,得到不同储藏时间的鸡蛋的内部结构,从中观测到鸡蛋的品质变化,分析其腐败的原因。质子密度的成像试验参数:重复时间TR=4000ms,回波时间TE=30ms,矩阵192×128,层厚10mm,视野FOVX=FOVY=32mm,扫描次数NS=1,总扫描时间515s,图像大小256pels×256pels。利用Osiris4软件处理样品的质子密度图像,最终均以标准BMP的格式保存。1.3.4鸡蛋的理化指标1.3.4.1.1气体室高度的测量气室的高度用测定规尺测量。将蛋的大头向上置于规尺半圆形切口内,读出气室两端各落在规尺刻度线上的刻度数,求平均值。1.3.4.2黄鼠指数的测量横向磕破蛋壳,使蛋内容物全部流入玻璃平皿内,用游标卡尺测量蛋黄高度与直径。蛋黄高与直径之比为蛋黄指数。1.3.4.蛋白浓蛋白的测定将去除蛋黄的蛋内容物倒入1mm×1mm标准检验筛上,静置过滤2min,滤去稀蛋白,所剩蛋白即浓蛋白。浓蛋白质量与总蛋白质量之比即为浓蛋白含量。2结果与分析2.1冷藏过程中鸡蛋的失重率通过试验发现,在不同储藏条件下,随着储藏时间的增加,鸡蛋的失水率呈直线上升趋势,如图1所示。通过统计软件SPSS10.0拟合数据。室温条件下直线斜率是0.2804,冷藏条件下直线斜率是0.1632,说明室温下鸡蛋的失水率远远超过冷藏的。室温下蛋壳的气孔较冷藏的大,水分的损失也相对较大。冷藏可延缓蛋白变稀,鸡蛋内部各成分变化很小,蛋壳表面基本没有变化。随着储藏时间的增加,蛋白逐渐变稀,蛋白高度也下降,并且温度越高,变化越快。在随后的磁共振成像试验中观测到,鸡蛋的气室相对增大,浓厚蛋白和稀薄蛋白的比例明显,如图7所示。2.2鸡蛋的弹性特征2.2.1冷藏鸡蛋的质量指标变化数据由2组分拟合,弛豫时间T1分为2部分:T11和T12。T11的数值范围20～70ms,这部分水是与蛋清和蛋黄结合比较紧密的结合水;T12的数值范围在400～1000ms,这部分水是与大分子结合不太紧密、相对自由的自由水。从图2、图3可以看出,鸡蛋储藏期约30d时,T11呈明显的下降趋势,说明与大分子物质结合的水分有所减少;与冷藏鸡蛋相比,室温储藏的鸡蛋T11下降的更明显。室温条件下蛋壳气孔较大,失水率较大,储藏30d左右,鸡蛋开始腐败,大分子物质结合水的能力下降,弛豫时间T11呈急剧下降趋势。从T12可以看出,室温储藏30d左右,弛豫时间下降明显,但冷藏鸡蛋的变化不明显,说明冷藏使得鸡蛋内部物质的理化性质不容易改变。室温储藏鸡蛋60d,基本无食用价值,产生臭鸡蛋气味。此时将鸡蛋打碎,蛋黄和蛋清完全混合,浓厚蛋白完全转变为稀蛋白,蛋黄膜的强度减弱。晃动鸡蛋,能够听到“咕咕”的声音。2.2.2冷藏鸡蛋质构的变化利用CPMG拟合得到3个组分的数据,即:T21、T22、T23。T0代表与大分子物质结合最紧密的一部分水分,T22代表结合不太紧密的部分结合水,T23代表比较自由的自由水。磁共振技术中,弛豫时间与其相对应的质子密度的变化趋势一致。图4～图6为鸡蛋储藏30d左右,弛豫时间T21、T22、T23对应的质子密度变化趋势。图5显示,结合不太紧密的部分水随着储藏时间的延长,冷藏鸡蛋的质子密度呈增加趋势,并且比室温贮藏鸡蛋的质子密度增加的幅度大,说明冷藏鸡蛋的货架期较长,其内部结构的变化不明显,没有产生不利影响;但是室温贮藏的鸡蛋结合水的比例逐渐降低,向自由水的成分转变,使得自由水分增加,微生物生长繁殖的机会大大增加,腐败的速度相应加快。鸡蛋储藏50d左右,室温储藏的鸡蛋出现明显的脱水现象,蛋壳外附着一层小水滴,并产生强烈的臭鸡蛋气味,在摇晃时产生“咕咕”的声音。储藏过程中,鸡蛋的水分不断减少,自由水分也不断降低。室温储藏和冷藏鸡蛋的变化趋势是一致的,且冷藏鸡蛋的自由水分下降的速度比较慢,这也是其货架期延长的一个重要的因素。冷藏70d左右的鸡蛋没有臭鸡蛋的气味,并且打开鸡蛋时与正常鸡蛋几乎一样。但感官上,鸡蛋壳发生一定的变化,变得比较光滑。在随后的储藏过程中,鸡蛋开始腐败,蛋黄膜强度减弱。研究发现,蛋黄膜强度的减弱是鸡蛋腐败的又一个重要的因素。因此鸡蛋储藏过程中,应尽量减少对鸡蛋的晃动,以适当保护蛋黄膜的强度,从而延长鸡蛋的货架期。2.3冷藏鸡蛋的成像结果将同一个鸡蛋横放在梯度线圈里面,并使线圈中心、鸡蛋中心和磁场中心保持在一条直线上,利用核磁共振成像技术进行无损切层成像。通过观察鸡蛋储藏过程中质子密度的变化情况,了解其内部结构。图7、图8中,颜色较浅的部分代表强的弛豫信号,表明自由水分较多;颜色较深的部分代表相对较弱的弛豫信号。颜色由亮到暗,表示弛豫信号由强到弱。室温储藏15d左右的鸡蛋,浓厚蛋白减少,逐渐转化为稀蛋白,蛋白的持水能力严重下降,因此,图像信号比较强;储藏45d左右,蛋黄膜强度开始变弱,蛋黄膜变薄甚至消失,有小水滴附着在鸡蛋的外壳,与感官观察结果一致。随着储藏时间的延长,蛋黄的内部结构发生了明显的变化,储藏60d左右,鸡蛋开始腐败变质,蛋清和蛋黄基本不能分开;打碎鸡蛋后,蛋清与蛋黄完全混成一团,并有浓厚的臭鸡蛋气味。从冷藏鸡蛋的成像可以观测到,其内部结构的变化过程和室温储藏的变化过程基本一致。储藏52～60d,蛋黄膜逐渐弱化,蛋清的变化与室温储藏鸡蛋的变化一致。因此,从成像上可以预测鸡蛋的货架期,为实际生产提供理论基础。2.4蛋黄指数降低随着鸡蛋储藏时间的增加,气室的高度明显增加,鸡蛋水分损失严重,蛋黄指数相应减小。其原因在于蛋白中的浓蛋白含量降低,稀蛋白含量增加,稀蛋白中自由水分增加,向蛋黄转移,使得蛋黄的可塑性下降,导致蛋黄指数下降。通过质构分析得知,储藏过程中蛋壳的硬度下降。2.5弛豫参数与理化指标间的相关性利用SPSS11.5统计软件分析储藏时间、气室高度、蛋黄指数、浓蛋白含量、硬度与弛豫参数之间的相关性,结果表明,各理化指标之间的显著性水平为0.01,统计检验的相伴概率小于0.01;弛豫参数T21、T22对应的质子密度与各理化指标存在显著相关性,因此利用磁共振技术可预测鸡蛋的货架期。3冷藏过程中鸡蛋颗粒结构的变化食品中水分的变化是食品腐败变质的主要因素。利用磁共振及其成像技术研究食品腐败有很大的优势:对样品没有破坏,对水分的迁移和分布可以通过成像直观地分析。从弛豫特性和成像分析获知,影响鸡蛋腐败的主要因素是水分的迁移和蛋黄膜的强度。由于鸡蛋储藏