作者与发表信息

本文的主要作者为 Hanne Christine Bertram、Peter Patrick Purslow 和 Henrik Jørgen Andersen，分别隶属于丹麦农业科学研究所动物产品质量系以及皇家兽医与农业大学乳制品与食品科学系。文章发表在 Journal of Agricultural and Food Chemistry 上，具体发表时间是 2002 年，文章题目为“Relationship between Meat Structure, Water Mobility, and Distribution: A Low-Field Nuclear Magnetic Resonance Study”。

学术背景

研究所属的主要领域是食品科学及肉类质量研究，特别是水分保持能力（Water-Holding Capacity, WHC）对肉类品质的影响。研究的动因在于 WHC 不仅是猪肉的重要质量属性，同时也具有经济意义。不同猪肉样品在 WHC 上的差异较大，影响可观，因此这一领域吸引了广泛关注。

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种新兴的分析肉类水分分布及流动性的重要工具。早期的研究表明，低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance, LF-NMR）可以有效评估肉类的物理及化学特性（如 pH 值、蛋白质变性、蒸煮损失等）。进而，LF-NMR 还被用来细分肉类中不同水分群体，并通过T2弛豫时间将其与 WHC 相联系。但此前研究主要集中在表面现象，对微观结构与水分分布关联的研究较少。

本研究旨在揭示肉类微观结构（如肌原纤维排列）与水动力学行为（T2弛豫特性）之间的联系，阐明 WHC 的机制，提出如何使用 LF-NMR 技术定量研究与肉类品质相关的水分动态行为。

研究的流程与方法

研究包括以下步骤和实验过程：

1. 样品选择与准备
   实验选取来自屠宰后1小时内的商品化供给猪的 Longissimus 背最长肌。左侧肌肉样品分为收缩（C组）和正常（N组）两部分。C组通过冷缩方法制备样品，而 N组在15°C下保持6小时以允许僵直发展，随后冷藏保存至屠宰后24小时。同一猪的右侧肌肉样品则设计成不同拉伸长度的处理组（S组），分别拉伸至初始长度的125%、150%、175%及200%。

2. 微纤维制备及滴水损失测定
   微纤维样品通过一系列离心和洗涤过程纯化，用于进一步实验。同时，对所有（共76个）样品测量各时间点滴水损失，从24小时至144小时不等。

3. 肌节长度测定
   采用显微镜结合图像分析软件的方法，测量相应肌节的 Z盘间距，通过取样数字统计肌节长度。

4. 低场核磁共振 (LF-NMR) 测量
   使用 LF-NMR 仪器测定样品的 T2 弛豫时间数据。实验设定在25°C，采用 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) 序列获取 4096 回波信号，并对结果数据进行分布指数拟合，以显现弛豫时间谱图与特定水分群体的关系。

5. 数据分析与统计
   基于分布指数拟合法计算特定水分群的峰值位置及相应分布比例，同时采用多重线性回归模型，分析不同试验变量之间的相关性。

实验结果

1. 滴水损失与肌节长度的关系
   数据显示，滴水损失随肌节长度增加而降低。尤其是收缩样品（C组）表现出最高的滴水损失，而拉伸（S组）样品滴水损失显著降低。这表明肌节长度与 WHC 存在直接关联。

2. 分布指数拟合的水分群体
   在所有样品的 T2 弛豫光谱中，识别出三个主要水分群体：

   • T2b 群体（弛豫时间 1-10ms）：占比约为 3%，与蛋白质直接结合水相关。
   • T21 群体（弛豫时间 40-60ms）：占比为 93-96%，主要对应肌原纤维内部捕获的水。
   • T22 群体（弛豫时间 150-400ms）：占比最低（1-3%），与松散结合的细胞外水关联。

3. T21 时间常数与肌节长度的关系
   T21 时间常数与肌节长度呈显著的 S形相关关系（相关系数 r = 0.84）。这是由于拉伸引起的肌肉微结构变化对捕获水分的整体流动性有直接影响。

4. T22 群体与滴水损失的关联
   数据表明，T22 群体可以被视为潜在的滴水损失，其比例显著影响 WHC （r = 0.76）。此外，将 T21 与 T22 综合考虑，相关性进一步提高（r = 0.84），表明两者共同决定肉类的水分迁移与损失。

5. 肌节区域的分布差异
   项目研究发现，I带相对于 A带（由肌节中粗细纤维交替区）比例的增加可能导致较慢的水分释放（较高 T21 时间常数）。I 带区域的低蛋白密度使其对水分分布有较强影响，进而调节 WHC。

6. 肌节长度对肉品微结构的物理学影响
   拉伸或收缩肌肉的实验验证了肌原纤维间距改变对水分动力学的影响。伴随肌节拉长，肌纤维和相邻纤维束的横向间距缩小。这种结构变化可能进一步影响膜表面作为弛豫 sink 的行为。

研究结论

本研究首次明确了肌节长度与水分动力学行为之间的重要联系，尤其是 LF-NMR 中 T21 时间常数作为肌原纤维内部捕获水的有效标志。研究揭示了水分分布与肌肉微结构的多层次相关性，并指出 WHC 的动态形成过程是由肌原纤维内水向细胞外水的转移共同决定的。

研究为理解肉类品质的结构特性及水动力学行为提供了关键支持。此外，LF-NMR 技术被证明是一种高效工具，不仅优化了猪肉生产系统中的品质控制，还推进了生物材料领域的基础理论研究。

研究亮点

1. 高度精准的 T2 弛豫分析方法揭示出肉类水分的微观分布特性。
2. 提出了 I 带与 A 带容积比例与 WHC 的新机制解释。
3. 实现了实验设计中对肌节长度变化的系统性控制，为后续研究提供了良好的技术模板。

总结与意义

这项研究显著推动了肉类科学的基础研究，揭示了水分分布在肌肉组织微观结构中的作用，提供了核磁共振技术在食品科学中更广泛的应用前景。同时，研究结论对优化肉类工业生产中的品质控制、降低经济损失具有重要应用价值。此外，该研究还强调，进一步探索其它生物材料的水分迁移行为时，这些理论和方法可做参考与借鉴。