本發(fā)明涉及食品解凍過程品質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于氫質(zhì)子低場核磁共振技術(shù)在線監(jiān)測海參在特定溫度下解凍過程中水分變化的方法。

背景技術(shù)：

海參具有極不穩(wěn)定的加工特性，即食海參是海參加工產(chǎn)業(yè)中的一類重要產(chǎn)品，因其產(chǎn)品形態(tài)最為接近海參，且加工過程較為溫和，得以在最大程度上保留海參的營養(yǎng)與風(fēng)味而成為具有極大發(fā)展前景的一類海參加工產(chǎn)品。在加工完成即食海參產(chǎn)品后一般對其進(jìn)行冷凍處理并使其保持凍結(jié)狀態(tài)進(jìn)入運輸、銷售、貯存等環(huán)節(jié)。然而制造低溫環(huán)境需要消耗大量能量，我國冷鏈體系尚不夠完善，即食海參產(chǎn)品在運輸、銷售、貯存等環(huán)節(jié)不可避免地面臨由于溫度波動引起反復(fù)的凍融現(xiàn)象。在凍融的過程中，海參中的冰晶融化后重結(jié)晶，重結(jié)晶過程中冰晶的數(shù)量減少但單個冰晶的體積增大，極易造成產(chǎn)品內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的改變，從而改變產(chǎn)品的持水能力，影響產(chǎn)品的感官特性。與此同時，大冰晶融化后使產(chǎn)品內(nèi)部形成較大空洞，增加與外界接觸的機會，增加了產(chǎn)品氧化變質(zhì)的可能。

對于凍融過程中水分的測定，多采用解凍損失測定、樣品持水力測定、樣品水分含量測定中的一種或幾種方法結(jié)合進(jìn)行。然而這些方法都是通過對凍融后的物料的某一靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行測定，而對凍融的過程并未能實施在線監(jiān)測。

NMR是指具有固定磁矩的原子核(如1H、13C、31P等)在恒定磁場與交變磁場的作用下，與交變磁場發(fā)生能量交換的現(xiàn)象，目前應(yīng)用較為廣泛的是以氫核為研究對象的核磁共振技術(shù)。穩(wěn)定磁場強度在0.5T以下的核磁共振被稱為低場核磁。低場核磁由于其受環(huán)境影響較小，對測試樣品要求較低而在食品領(lǐng)域有較大的發(fā)展前景。

低場核磁在諸多食品領(lǐng)域有所涉及，如糧油含油含水率、果蔬的無損檢測、肉品的保水性。在凍融方面有利用低場核磁對解凍之后的肉制品進(jìn)行品質(zhì)研究的案例，但由于核磁設(shè)備核磁腔體溫度難以改變，使得低場核磁這一具有極大在線監(jiān)測優(yōu)勢的技術(shù)未見應(yīng)用于對食品從凍結(jié)狀態(tài)變?yōu)榉莾鼋Y(jié)狀態(tài)的過程的實時在線監(jiān)測中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)在海參融化過程進(jìn)行原位實時在線品質(zhì)檢測方面的空白，提出一種利用低場核磁共振技術(shù)快速無損、在線監(jiān)測海參在特定溫度下解凍過程中水分變化的方法，同時，保證方法簡單、快速、準(zhǔn)確、環(huán)保。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種在線監(jiān)測海參解凍過程中水分變化的方法，包括如下步驟：

S1、選取冷凍海參若干只，作為檢測樣品；

S2、將步驟S1所述冷凍海參樣品放入預(yù)設(shè)好解凍溫度的核磁腔體中，應(yīng)用低場核磁共振檢測所述冷凍海參樣品；

所述解凍溫度為4～40℃，且需保證上下浮動溫差小于0.5℃；

利用CPMG脈沖序列法采集核磁共振回波信號，獲得海參樣品回波衰減曲線數(shù)據(jù)；利用磁共振成像SE序列測試海參融化過程中T₁加權(quán)成像；

T₁加權(quán)成像可實現(xiàn)直觀地了解樣品的解凍狀態(tài)及樣品中水分的分布情況；

所述CPMG脈沖序列參數(shù)為：90度脈寬P1：11μs，180度脈寬P2：22μs，重復(fù)采樣等待時間Tw：1000-10000ms，模擬增益RG1：[10到20，均為整數(shù)]，數(shù)字增益DRG1：[2到5，均為整數(shù)]，前置放大增益PRG：[1，2，3]，NS：4，8，16，NECH：1000-10000，接收機帶寬SW：100，200，300KHz，開始采樣時間的控制參數(shù)RFD：0.002-0.05ms，時延DL1：0.1-0.5ms。T₁加權(quán)成像:TR:100-1000ms，TE:18-80ms；

所述SE序列參數(shù)為：slices：[4-10]，F(xiàn)ov Read：100mm，F(xiàn)ov Phase：100mm，slice width：2.0-4.0mm，slice gap：0.5-1mm，Read size：256，Phase size：192，Average：2、4、8，T₁加權(quán)成像：TR：100-300ms，TE：18-20ms；

所述采集核磁共振回波信號的具體操作為：每5～20min采集一次信號，共采集1～5h，至信號不變結(jié)束采集；采集信號總次數(shù)大于等于6次；

S3、采用SRIT算法對步驟S2得到的海參樣品回波衰減曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析，采用origin軟件制作解凍過程中核磁信號變化及水分分布變化相關(guān)的圖，得到特定溫度下解凍過程中樣品水分狀態(tài)(包括流動性)及樣品解凍程度的變化情況；

本發(fā)明可根據(jù)水分自由度與核磁信號強度的關(guān)系判斷解凍的狀態(tài)，水分自由度越大，其在核磁監(jiān)測中所表現(xiàn)出的信號強度就越大，由此判斷水分整體的活動性。

S4、利用Unscrambler軟件，對解凍過程中所采集到處于不同解凍狀態(tài)的即食海參樣品的衰減信號進(jìn)行處理，采用主成分分析(PCA)的方法，對解凍不同時間(即不同解凍狀態(tài))的樣品進(jìn)行區(qū)分。

優(yōu)選方式下，步驟S1所述冷凍海參樣品為即食冷凍海參產(chǎn)品或冷凍的新鮮海參。

優(yōu)選方式下，所述冷凍的新鮮海參樣品為經(jīng)高壓處理后未經(jīng)發(fā)制直接置于-20℃冰箱中冷凍24～48h的、質(zhì)量為7～15g的海參。

進(jìn)一步優(yōu)化，所述冷凍的新鮮海參的制備方法為：取新鮮海參去腸、清洗、高壓預(yù)煮，放入-20℃冰箱中冷凍24～48h后，將凍結(jié)樣品從-20～-18℃的凍結(jié)環(huán)境中取出，即得到冷凍海參樣品。

本發(fā)明方法可應(yīng)用于市售的即食冷凍海參產(chǎn)品的在線檢測，通過本發(fā)明準(zhǔn)確快速的檢測即可得出產(chǎn)品的最佳解凍時間、為消費者提供最優(yōu)的食用感受。

本發(fā)明使用的核磁腔體為低場核磁設(shè)備自帶變溫線圈所有，直徑為30～60mm，可以有效測試范圍應(yīng)滿足能夠采集到所測試樣品的全部信號。

本發(fā)明的有益之處在于：

1、本發(fā)明方法可以實現(xiàn)4～40℃下海參解凍過程的全程原位實時在線監(jiān)測，可完全掌握冷凍的海參產(chǎn)品的實時狀態(tài)，對于冷凍海參產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的意義。

2、本發(fā)明方法可應(yīng)用于市售的即食冷凍海參產(chǎn)品的在線檢測，通過本發(fā)明準(zhǔn)確快速的檢測即可得出產(chǎn)品的最佳解凍時間、為消費者提供最優(yōu)的食用感受。

3、本發(fā)明方法采用原位成像的方式，輔助監(jiān)測樣品在特定溫度下正在進(jìn)行的整個解凍過程，避免由于檢測環(huán)境與解凍環(huán)境不一致及多次檢測時條件的變動影響檢測結(jié)果的情況發(fā)生。

4、本發(fā)明方法整個監(jiān)測過程無污染、具有非侵入性的特點，檢測后的產(chǎn)品其理化性不變。

5、現(xiàn)有采用溫度探針深入樣品內(nèi)部監(jiān)測解凍過程，往往對樣品會造成破壞；而現(xiàn)有核磁檢測方法其測試腔的溫度恒定在32℃，待解凍樣品需在測試腔外進(jìn)行某一溫度的恒溫解凍后再移入測試腔測試。本發(fā)明利用可變溫線圈，創(chuàng)造固定溫度的環(huán)境條件，對冷凍樣品的融化過程進(jìn)行原位在線監(jiān)測，同時結(jié)合成像手段，更直觀展現(xiàn)解凍過程中樣品的水分變化情況，實現(xiàn)了4～40℃原位在線無損檢測，即在測試腔內(nèi)完成解凍和測試所有過程。

綜上所述，本發(fā)明方法可以模擬不同溫度環(huán)境，對凍結(jié)即食海參的解凍過程中水分的變化進(jìn)行實時在線監(jiān)測，同時可將不同解凍階段的樣品進(jìn)行區(qū)分。

附圖說明

圖1即食海參25℃解凍1h衰減曲線；

圖2即食海參25℃解凍1h橫向弛豫圖；

圖3即食海參25℃解凍1h T₂變化趨勢圖；

圖4即食海參25℃解凍1h A₂比例變化趨勢圖；

圖5即食海參25℃解凍1h T₁加權(quán)成像圖；

圖6即食海參25℃解凍1h主成分散點圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實施例1

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

具體實施步驟如下：

利用低場核磁共振技術(shù)在線監(jiān)測即食海參在特定溫度下解凍過程中水分變化的方法，包括如下步驟：

以25℃條件下的凍結(jié)在-20℃的即食海參的解凍過程為例：

S1、原料的準(zhǔn)備：將活海參從肛門處沿腹部剪開1/3后去腸洗凈，沸水煮后真空包裝高壓制成即食海參。成品放入-20±2℃冰箱中凍結(jié)待測。

S2、調(diào)節(jié)核磁測試腔中的溫度至25℃，將質(zhì)量為9g的凍結(jié)樣品放入直徑為40mm的核磁管中。打開分析、成像軟件，打開射頻、梯度開關(guān)，即食海參橫向弛豫信號的采集采用CPMG序列，每5min進(jìn)行一次信號采集，至60min信號不變結(jié)束采集。測試參數(shù)為90度脈寬P1:11μs，180度脈寬P2:22μs，重復(fù)采樣等待時間Tw:1000ms，模擬增益RG1:10，數(shù)字增益DRG1:3，前置放大增益PRG:0，NS:4，NECH:3000，接收機帶寬SW：100KHz，開始采樣時間的控制參數(shù)RFD:0.002ms，然后采用一維反拉普拉斯算法作為橫向弛豫時間T₂的反演算法(迭代次數(shù)：100000)；

S3、信號采集同時對樣品進(jìn)行T₁加權(quán)成像，同樣地，每5min進(jìn)行一次信號采集，至60min結(jié)束采集。T₁加權(quán)成像的采集采用多層自旋回波(SE)序列，測試參數(shù)為slices:4，F(xiàn)ov Read:100mm，F(xiàn)ov Phase:100mm，slice width:2.0mm，slice gap:0.5mm，Read size:256，Phase size:192，Average:2，T₁加權(quán)成像:TR:200，TE:18.124。

S4、對上述弛豫信號用SRIT算法進(jìn)行反演。將上述得到的核磁數(shù)據(jù)采用origin制圖軟件對即食海參樣品的回波衰減曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。

結(jié)果如下：

圖1為即食海參25℃解凍1h衰減曲線；圖2為即食海參25℃解凍1h橫向弛豫圖譜；本實施例根據(jù)S1、S2所述得到凍結(jié)即食海參解凍1h內(nèi)不同時間的衰減曲線，采用origin軟件作圖得到圖1；根據(jù)S1、S2所述得到衰減曲線數(shù)據(jù)，采用一維反拉普拉斯算法對其進(jìn)行反演得到圖2；由圖1、圖2可知，隨著解凍時間的延長，即食海參樣品中的可采集到的核磁水信號逐漸增強，同時T₂₂峰面積逐漸增加(如圖2)。

圖3為即食海參25℃解凍1h T₂弛豫時間變化趨勢圖；圖4為即食海參25℃解凍1h A₂比例變化趨勢圖；本實施例根據(jù)S1、S2所述得到凍結(jié)即食海參解凍1h內(nèi)不同解凍時間的核磁信號，采用S4所述方法得到反演數(shù)據(jù)，將具有不同T₂弛豫時間的組分(峰)的峰頂點位置(T₂弛豫時間)變化作圖得到圖3、將具有不同T₂弛豫時間的組分(峰)所占總面積的比例作圖得到圖4；由圖3，圖4可知，隨著解凍時間的增加，T₂₂、T₂₃峰向右移動，弛豫時間增加(如圖3)，說明該組分所代表部分的水分的流動性增加，即樣品中的水從固態(tài)的冰的形式向液態(tài)的水的形式轉(zhuǎn)化，樣品逐漸解凍。A₂₂和A₂₃所占比例整體呈現(xiàn)上升趨勢，(圖4)進(jìn)一步反映出在解凍過程中樣品中水分狀態(tài)的變化。

圖5為即食海參25℃解凍1h過程中的T₁加權(quán)成像圖；本實施例根據(jù)S3所述方法對凍結(jié)即食海參在解凍過程中的不同時間點進(jìn)行T₁加權(quán)成像，得到如圖5所示的灰度圖。由圖可以看出，隨著解凍時間的延長，樣品的輪廓逐漸清晰，樣品由邊緣向內(nèi)部逐漸變亮，顯示具有可被低場核磁技術(shù)檢測到的具有較強流動性的水分逐漸增加，且解凍的過程是由邊緣向內(nèi)部推進(jìn)的。

實施例2

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

具體實施步驟如下：

利用低場核磁共振技術(shù)在線監(jiān)測即食海參在特定溫度下解凍過程中水分變化的方法，包括如下步驟：

以25℃條件下的凍結(jié)在-20℃的即食海參的解凍過程為例：

S1、原料的準(zhǔn)備：將活海參從肛門處沿腹部剪開1/3后去腸洗凈，沸水煮后真空包裝高壓制成即食海參。成品放入-20±2℃冰箱中凍結(jié)待測。

S2、調(diào)節(jié)核磁測試腔中的溫度至25±0.1℃，將質(zhì)量為9g的凍結(jié)樣品放于25℃的環(huán)境中入直徑為40mm的核磁管中。打開分析軟件，打開射頻開關(guān)，即食海參橫向弛豫信號的采集采用CPMG序列，每5min進(jìn)行一次信號采集，至60min信號不變結(jié)束采集。測試參數(shù)為90度脈寬P1:11μs，180度脈寬P2:22μs，重復(fù)采樣等待時間Tw:1000ms，模擬增益RG1:10，數(shù)字增益DRG1:3，前置放大增益PRG:0，NS:4，NECH:3000，接收機帶寬SW：100KHz，開始采樣時間的控制參數(shù)RFD:0.002ms；

S3、對上述S3采集到的核磁信號進(jìn)行主成分(PCA)分析。將上述得到的PCA分值用origin制圖軟件對即食海參樣品解凍不同時間進(jìn)行區(qū)分。

結(jié)果如下：

圖6為即食海參在25℃解凍1h的過程中的主成分散點圖；本實施例根據(jù)S1、S2所述步驟，采用S3所述方法繪制得到圖6；由圖可知，經(jīng)過PCA分析，處于不同解凍時間段的樣品可以被明顯區(qū)分出來。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。