一种在线监测海参解冻过程中水分变化的方法与流程

本发明涉及食品解冻过程品质检测技术领域，特别涉及一种基于氢质子低场核磁共振技术在线监测海参在特定温度下解冻过程中水分变化的方法。

背景技术：

海参具有极不稳定的加工特性，即食海参是海参加工产业中的一类重要产品，因其产品形态最为接近海参，且加工过程较为温和，得以在最大程度上保留海参的营养与风味而成为具有极大发展前景的一类海参加工产品。在加工完成即食海参产品后一般对其进行冷冻处理并使其保持冻结状态进入运输、销售、贮存等环节。然而制造低温环境需要消耗大量能量，我国冷链体系尚不够完善，即食海参产品在运输、销售、贮存等环节不可避免地面临由于温度波动引起反复的冻融现象。在冻融的过程中，海参中的冰晶融化后重结晶，重结晶过程中冰晶的数量减少但单个冰晶的体积增大，极易造成产品内部微结构的改变，从而改变产品的持水能力，影响产品的感官特性。与此同时，大冰晶融化后使产品内部形成较大空洞，增加与外界接触的机会，增加了产品氧化变质的可能。

对于冻融过程中水分的测定，多采用解冻损失测定、样品持水力测定、样品水分含量测定中的一种或几种方法结合进行。然而这些方法都是通过对冻融后的物料的某一静止状态进行测定，而对冻融的过程并未能实施在线监测。

NMR是指具有固定磁矩的原子核(如1H、13C、31P等)在恒定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，目前应用较为广泛的是以氢核为研究对象的核磁共振技术。稳定磁场强度在0.5T以下的核磁共振被称为低场核磁。低场核磁由于其受环境影响较小，对测试样品要求较低而在食品领域有较大的发展前景。

低场核磁在诸多食品领域有所涉及，如粮油含油含水率、果蔬的无损检测、肉品的保水性。在冻融方面有利用低场核磁对解冻之后的肉制品进行品质研究的案例，但由于核磁设备核磁腔体温度难以改变，使得低场核磁这一具有极大在线监测优势的技术未见应用于对食品从冻结状态变为非冻结状态的过程的实时在线监测中。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术在海参融化过程进行原位实时在线品质检测方面的空白，提出一种利用低场核磁共振技术快速无损、在线监测海参在特定温度下解冻过程中水分变化的方法，同时，保证方法简单、快速、准确、环保。

为达到上述目的，本发明提供了一种在线监测海参解冻过程中水分变化的方法，包括如下步骤：

S1、选取冷冻海参若干只，作为检测样品；

S2、将步骤S1所述冷冻海参样品放入预设好解冻温度的核磁腔体中，应用低场核磁共振检测所述冷冻海参样品；

所述解冻温度为4～40℃，且需保证上下浮动温差小于0.5℃；

利用CPMG脉冲序列法采集核磁共振回波信号，获得海参样品回波衰减曲线数据；利用磁共振成像SE序列测试海参融化过程中T₁加权成像；

T₁加权成像可实现直观地了解样品的解冻状态及样品中水分的分布情况；

所述CPMG脉冲序列参数为：90度脉宽P1：11μs，180度脉宽P2：22μs，重复采样等待时间Tw：1000-10000ms，模拟增益RG1：[10到20，均为整数]，数字增益DRG1：[2到5，均为整数]，前置放大增益PRG：[1，2，3]，NS：4，8，16，NECH：1000-10000，接收机带宽SW：100，200，300KHz，开始采样时间的控制参数RFD：0.002-0.05ms，时延DL1：0.1-0.5ms。T₁加权成像:TR:100-1000ms，TE:18-80ms；

所述SE序列参数为：slices：[4-10]，Fov Read：100mm，Fov Phase：100mm，slice width：2.0-4.0mm，slice gap：0.5-1mm，Read size：256，Phase size：192，Average：2、4、8，T₁加权成像：TR：100-300ms，TE：18-20ms；

所述采集核磁共振回波信号的具体操作为：每5～20min采集一次信号，共采集1～5h，至信号不变结束采集；采集信号总次数大于等于6次；

S3、采用SRIT算法对步骤S2得到的海参样品回波衰减曲线数据进行反演分析，采用origin软件制作解冻过程中核磁信号变化及水分分布变化相关的图，得到特定温度下解冻过程中样品水分状态(包括流动性)及样品解冻程度的变化情况；

本发明可根据水分自由度与核磁信号强度的关系判断解冻的状态，水分自由度越大，其在核磁监测中所表现出的信号强度就越大，由此判断水分整体的活动性。

S4、利用Unscrambler软件，对解冻过程中所采集到处于不同解冻状态的即食海参样品的衰减信号进行处理，采用主成分分析(PCA)的方法，对解冻不同时间(即不同解冻状态)的样品进行区分。

优选方式下，步骤S1所述冷冻海参样品为即食冷冻海参产品或冷冻的新鲜海参。

优选方式下，所述冷冻的新鲜海参样品为经高压处理后未经发制直接置于-20℃冰箱中冷冻24～48h的、质量为7～15g的海参。

进一步优化，所述冷冻的新鲜海参的制备方法为：取新鲜海参去肠、清洗、高压预煮，放入-20℃冰箱中冷冻24～48h后，将冻结样品从-20～-18℃的冻结环境中取出，即得到冷冻海参样品。

本发明方法可应用于市售的即食冷冻海参产品的在线检测，通过本发明准确快速的检测即可得出产品的最佳解冻时间、为消费者提供最优的食用感受。

本发明使用的核磁腔体为低场核磁设备自带变温线圈所有，直径为30～60mm，可以有效测试范围应满足能够采集到所测试样品的全部信号。

本发明的有益之处在于：

1、本发明方法可以实现4～40℃下海参解冻过程的全程原位实时在线监测，可完全掌握冷冻的海参产品的实时状态，对于冷冻海参产品的开发具有重要的意义。

2、本发明方法可应用于市售的即食冷冻海参产品的在线检测，通过本发明准确快速的检测即可得出产品的最佳解冻时间、为消费者提供最优的食用感受。

3、本发明方法采用原位成像的方式，辅助监测样品在特定温度下正在进行的整个解冻过程，避免由于检测环境与解冻环境不一致及多次检测时条件的变动影响检测结果的情况发生。

4、本发明方法整个监测过程无污染、具有非侵入性的特点，检测后的产品其理化性不变。

5、现有采用温度探针深入样品内部监测解冻过程，往往对样品会造成破坏；而现有核磁检测方法其测试腔的温度恒定在32℃，待解冻样品需在测试腔外进行某一温度的恒温解冻后再移入测试腔测试。本发明利用可变温线圈，创造固定温度的环境条件，对冷冻样品的融化过程进行原位在线监测，同时结合成像手段，更直观展现解冻过程中样品的水分变化情况，实现了4～40℃原位在线无损检测，即在测试腔内完成解冻和测试所有过程。

综上所述，本发明方法可以模拟不同温度环境，对冻结即食海参的解冻过程中水分的变化进行实时在线监测，同时可将不同解冻阶段的样品进行区分。

附图说明

图1即食海参25℃解冻1h衰减曲线；

图2即食海参25℃解冻1h横向弛豫图；

图3即食海参25℃解冻1h T₂变化趋势图；

图4即食海参25℃解冻1h A₂比例变化趋势图；

图5即食海参25℃解冻1h T₁加权成像图；

图6即食海参25℃解冻1h主成分散点图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

具体实施步骤如下：

利用低场核磁共振技术在线监测即食海参在特定温度下解冻过程中水分变化的方法，包括如下步骤：

以25℃条件下的冻结在-20℃的即食海参的解冻过程为例：

S1、原料的准备：将活海参从肛门处沿腹部剪开1/3后去肠洗净，沸水煮后真空包装高压制成即食海参。成品放入-20±2℃冰箱中冻结待测。

S2、调节核磁测试腔中的温度至25℃，将质量为9g的冻结样品放入直径为40mm的核磁管中。打开分析、成像软件，打开射频、梯度开关，即食海参横向弛豫信号的采集采用CPMG序列，每5min进行一次信号采集，至60min信号不变结束采集。测试参数为90度脉宽P1:11μs，180度脉宽P2:22μs，重复采样等待时间Tw:1000ms，模拟增益RG1:10，数字增益DRG1:3，前置放大增益PRG:0，NS:4，NECH:3000，接收机带宽SW：100KHz，开始采样时间的控制参数RFD:0.002ms，然后采用一维反拉普拉斯算法作为横向弛豫时间T₂的反演算法(迭代次数：100000)；

S3、信号采集同时对样品进行T₁加权成像，同样地，每5min进行一次信号采集，至60min结束采集。T₁加权成像的采集采用多层自旋回波(SE)序列，测试参数为slices:4，Fov Read:100mm，Fov Phase:100mm，slice width:2.0mm，slice gap:0.5mm，Read size:256，Phase size:192，Average:2，T₁加权成像:TR:200，TE:18.124。

S4、对上述弛豫信号用SRIT算法进行反演。将上述得到的核磁数据采用origin制图软件对即食海参样品的回波衰减曲线数据进行制图。

结果如下：

图1为即食海参25℃解冻1h衰减曲线；图2为即食海参25℃解冻1h横向弛豫图谱；本实施例根据S1、S2所述得到冻结即食海参解冻1h内不同时间的衰减曲线，采用origin软件作图得到图1；根据S1、S2所述得到衰减曲线数据，采用一维反拉普拉斯算法对其进行反演得到图2；由图1、图2可知，随着解冻时间的延长，即食海参样品中的可采集到的核磁水信号逐渐增强，同时T₂₂峰面积逐渐增加(如图2)。

图3为即食海参25℃解冻1h T₂弛豫时间变化趋势图；图4为即食海参25℃解冻1h A₂比例变化趋势图；本实施例根据S1、S2所述得到冻结即食海参解冻1h内不同解冻时间的核磁信号，采用S4所述方法得到反演数据，将具有不同T₂弛豫时间的组分(峰)的峰顶点位置(T₂弛豫时间)变化作图得到图3、将具有不同T₂弛豫时间的组分(峰)所占总面积的比例作图得到图4；由图3，图4可知，随着解冻时间的增加，T₂₂、T₂₃峰向右移动，弛豫时间增加(如图3)，说明该组分所代表部分的水分的流动性增加，即样品中的水从固态的冰的形式向液态的水的形式转化，样品逐渐解冻。A₂₂和A₂₃所占比例整体呈现上升趋势，(图4)进一步反映出在解冻过程中样品中水分状态的变化。

图5为即食海参25℃解冻1h过程中的T₁加权成像图；本实施例根据S3所述方法对冻结即食海参在解冻过程中的不同时间点进行T₁加权成像，得到如图5所示的灰度图。由图可以看出，随着解冻时间的延长，样品的轮廓逐渐清晰，样品由边缘向内部逐渐变亮，显示具有可被低场核磁技术检测到的具有较强流动性的水分逐渐增加，且解冻的过程是由边缘向内部推进的。

实施例2

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

具体实施步骤如下：

利用低场核磁共振技术在线监测即食海参在特定温度下解冻过程中水分变化的方法，包括如下步骤：

以25℃条件下的冻结在-20℃的即食海参的解冻过程为例：

S1、原料的准备：将活海参从肛门处沿腹部剪开1/3后去肠洗净，沸水煮后真空包装高压制成即食海参。成品放入-20±2℃冰箱中冻结待测。

S2、调节核磁测试腔中的温度至25±0.1℃，将质量为9g的冻结样品放于25℃的环境中入直径为40mm的核磁管中。打开分析软件，打开射频开关，即食海参横向弛豫信号的采集采用CPMG序列，每5min进行一次信号采集，至60min信号不变结束采集。测试参数为90度脉宽P1:11μs，180度脉宽P2:22μs，重复采样等待时间Tw:1000ms，模拟增益RG1:10，数字增益DRG1:3，前置放大增益PRG:0，NS:4，NECH:3000，接收机带宽SW：100KHz，开始采样时间的控制参数RFD:0.002ms；

S3、对上述S3采集到的核磁信号进行主成分(PCA)分析。将上述得到的PCA分值用origin制图软件对即食海参样品解冻不同时间进行区分。

结果如下：

图6为即食海参在25℃解冻1h的过程中的主成分散点图；本实施例根据S1、S2所述步骤，采用S3所述方法绘制得到图6；由图可知，经过PCA分析，处于不同解冻时间段的样品可以被明显区分出来。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。