《LWT》：Applying Novel Combined MRI Methods to Investigate Quality Attributes of Marbled Beef from Different Primal Cuts
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為解決傳統牛肉大理石花紋評分主觀、低效的問題，研究人員利用低場磁共振成像（MRI）技術，對西冷、眼肉、腹肉和菲力四個部位的牛肉進行了理化、質構、營養品質與MRI參數的關聯分析。研究發現MRI衍生的脂肪參數與化學測定的脂肪含量、硬度和顏色等品質指標顯著相關，證實了MRI作為一種客觀、高效的工具，在牛肉綜合品質分級與精準評估中的應用潛力。
一塊上等的牛排，其口感是否柔嫩多汁，風味是否醇厚，很大程度上取決于那交錯于瘦肉間的白色脂肪花紋，即肌內脂肪。它不僅是食客口中的“大理石紋”，更是全球牛肉分級體系中的核心標準。然而，傳統的評估方式主要依賴分級員的肉眼觀察，這種方法不僅耗時耗力，更重要的是，不同評估者之間的主觀差異往往影響著評級的公正性與一致性。在追求高效、精準的現代食品工業中，如何對牛肉品質進行快速、客觀、標準化的評價，成為了一個亟待解決的難題。
為了突破這一瓶頸，非破壞性的成像技術，尤其是磁共振成像，逐漸嶄露頭角。它如同一雙能夠透視的“眼睛”，無需破壞樣品就能清晰地區分肌肉組織中水與脂肪的分布及其物理狀態，為深入探究脂肪含量、分布及其與品質屬性的內在聯系提供了前所未有的手段。以往的研究多將牛肉視為均質材料，而忽略了大理石花紋因切割部位不同而存在的巨大差異。不同部位的肌肉其生理功能、運動模式和脂肪沉積特性各異，這必然導致其理化特性、口感和營養價值的顯著區別。因此，對零售環節不同切割部位進行精準的質量評估，對于實現精確分級、指導定價和定向營銷具有重大意義。
正是在此背景下，由延邊大學的研究人員開展了一項開創性研究，探索了應用低場核磁共振技術來區分不同部位大理石紋牛肉品質屬性的可能性。該研究成果發表于《LWT - Food Science and Technology》期刊。
為了進行此項研究，研究者們主要采用了以下幾種關鍵技術方法：
研究選取了延邊黃牛（28±2個月齡）四個關鍵商業切割部位——西冷、眼肉、腹肉和菲力作為樣本（n=3頭牛/部位）。首先，通過常規化學分析法測定了樣品的基本成分（水分、脂肪、蛋白質等）、pH值、水合能力、烹飪損失、色澤和質地剖面分析等指標。其次，利用氣相色譜和氨基酸自動分析儀分別測定了脂肪酸和氨基酸的詳細組成。關鍵的成像技術包括：使用掃描電子顯微鏡觀察肌肉微觀結構并量化脂肪面積占比；采用0.5T低場核磁共振分析儀，通過CPMG序列獲取橫向弛豫時間T2譜以分析水和脂肪的狀態，并利用加權偽彩色圖像直觀可視化肌內脂肪分布。所有數據通過方差分析和主成分分析等統計方法進行處理，以揭示不同部位間的差異以及MRI參數與傳統品質指標間的關聯。
研究結果與發現
3.1. 不同牛肉切割部位的概述
通過感官評定，眼肉和腹肉的脂肪分布較西冷和菲力更為密集。掃描電鏡圖像分析定量顯示，脂肪面積比例從高到低依次為眼肉、腹肉、西冷、菲力，這與化學測定的脂肪含量趨勢一致，證實了脂肪在微觀結構層面的分布差異。該研究樣本量較小，但各部位在許多關鍵指標上仍呈現出清晰可辨的差異模式。
3.2. 不同切割部位大理石紋牛肉的理化性質
如表格數據所示，腹肉表現出最高的水合能力，但同時也具有最高的烹飪損失率；菲力與之類似，烹飪損失也較高。這表明靜態水合能力與動態烹飪損失受不同機制調控。MRI的T2弛豫譜顯示，腹肉和菲力含有較高比例的自由水（長T2成分），同時掃描電鏡圖像證實了它們較為疏松的微觀結構，這使得水分和脂肪在加熱過程中更容易釋放。相比之下，眼肉的烹飪損失最低，這歸因于其結合脂肪（MRI顯示）和致密的結構（電鏡顯示），在熱加工過程中能有效鎖住水分。
3.3. 不同牛肉切割部位品質差異的微觀結構解釋
掃描電鏡圖像分析進一步從微觀層面解釋了品質差異。眼肉中觀察到肌束間存在大的脂肪細胞團塊，形成相對致密的脂肪網絡。腹肉則顯示出較大的肌間隙，脂肪細胞分布更分散但總量較高，與其高水合能力相符，但疏松的結構也加劇了加熱過程中的損失。西冷的肌纖維排列相對有序，脂肪分布均勻，無明顯聚集。菲力的肌纖維組織最松散，脂肪沉積最少，與其低脂肪含量、低水合能力和高自由水比例相關。
3.4. 不同切割部位的脂肪酸組成及營養評價
從營養角度看，多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比值是關鍵指標。菲力表現出最高的多不飽和脂肪酸含量。相比之下，眼肉的單不飽和脂肪酸含量最為突出，尤其富含油酸。n-3脂肪酸含量依次為菲力 > 腹肉 > 眼肉 > 西冷。基于脂肪酸組成，眼肉中高比例的油酸可能有助于其在室溫下獲得更柔軟的質地，而西冷和菲力中較高的硬脂酸含量則可能與更大的肌肉硬度相關。
3.5. 氨基酸組成及其對營養和風味特征的影響
必需氨基酸占總氨基酸的比值是評價蛋白質營養價值的關鍵指標。菲力展現出最高的EAA/NEAA比值，表明其蛋白質營養價值最優。在風味特征方面，腹肉和眼肉富含鮮味氨基酸。甜味相關的氨基酸在眼肉中尤其豐富。西冷含有最高的組氨酸，而腹肉的酪氨酸含量最高，不當加工可能加劇這些化合物帶來的苦味。菲力含有較高比例的脯氨酸，這可能賦予其蛋白質更高的熱穩定性。值得注意的是，腹肉的半胱氨酸含量最高，可能通過形成二硫鍵來增強凝膠特性。
3.6. 低場核磁共振T2弛豫測定揭示脂肪分布及其對牛肉品質的影響
低場核磁共振可根據T2弛豫時間區分脂肪類型。結合脂肪酸和氨基酸組成數據，T2弛豫曲線不僅能量化脂肪的物理狀態，還揭示了脂肪特性與營養成分及感官品質之間的內在協同機制。長T2區域的信號強度與烹飪損失呈正相關，腹肉和菲力均顯示出強烈的長T2信號和高烹飪損失。西冷展現出平滑、對稱的T2衰減曲線，表明其脂肪-水分布均勻。眼肉的T2譜范圍最窄、下限最低、信號強度最高，證實了其最高的脂肪含量且主要以結合態存在。菲力具有最寬的T2范圍和最高比例的長T2成分，表明其脂肪分布最不均勻且以自由脂肪為主。
3.7. MRI偽彩色成像分析肌內脂肪分布
采用偽彩色標尺可視化不同牛肉切割部位的脂肪-水空間分布。眼肉顯示出最廣泛、最強烈的紅黃色區域，表明其脂肪含量最高、分布最密集。西冷顯示出均勻的藍黃漸變模式，黃色集中在中心區域，符合其典型的帶狀脂肪分布特征。腹肌的黃色區域最窄、最暗，反映了其最低的脂肪含量和分散的分布。菲力的偽彩色圖像中，黃色區域不均勻且亮度低，與其低脂肪、高蛋白、結構疏松的特征完全一致。
3.8. 主成分分析與MRI對不同切割部位牛肉品質特征的預測潛力
主成分分析的前兩個主成分共同解釋了84.3%的方差，揭示了四個牛肉切割部位的品質特征及內在關聯。眼肉與PC1的正載荷最高相關，其特征是豐富的肌內脂肪、優異的大理石花紋分布和最高的硬度。腹肉在PC2上得分最高，表現出高水合能力與高烹飪損失并存的獨特組合。MRI-T2脂肪含量與化學測定的脂肪含量之間存在顯著的線性正相關關系，有效驗證了MRI用于無損脂肪定量的可靠性。此外，MRI-T2脂肪含量對硬度和L*值也顯示出顯著的預測能力。
結論與重要意義
本研究證實，低場核磁共振成像可以作為一種有效的非破壞性工具，區分西冷、眼肉、腹肉和菲力四個牛肉切割部位的品質特征。關鍵發現包括：T2弛豫參數與化學測定的肌內脂肪、硬度、顏色以及脂肪酸和氨基酸組成存在顯著相關性，證明了MRI在牛肉綜合品質分析中的應用價值。具體而言，以結合脂肪為主的眼肉，富含單不飽和脂肪酸和甜味氨基酸，烹飪損失低，感官特性優越；以自由脂肪為主的菲力，具有最高的多不飽和脂肪酸含量和EAA/NEAA比值，但水合能力最低；西冷的T2曲線均勻對稱，對應均衡的營養和質構屬性；而結合態與自由態脂肪共存的腹肉，則呈現出“高水合能力但高烹飪損失”的獨特表型。
這項研究的意義在于，它超越了傳統的一維脂肪定量，建立了MRI參數與牛肉感官營養品質之間的關系。這為零售即食牛肉切割部位的精確分級和定向應用提供了高效的技術支持，為開發基于圖像的智能牛肉質量評估系統奠定了理論和數據基礎。盡管受限于樣本量和單一牛種，其結論的普適性有待進一步驗證，但該方法展現了向在線化、智能化分級系統發展的巨大潛力。未來通過擴大樣本多樣性、優化檢測協議以及整合多源數據融合，MRI技術有望在肉類工業的質量控制與價值提升中扮演更重要的角色。
