低場核磁共振技術在食品中的應用

【摘 要】低場核磁共振技術以其檢測迅速、無損、樣品需要量少等優點已在食品科學領域得到一定的研究和應用。本文闡述了低場核磁共振技術在食品中水分和油脂的應用。

【關鍵詞】低場核磁共振 食品

低場核磁共振技術（nuclear magnetic resonance，NMR）是指具有固定磁矩的原子核（如1H、13C、31P、19F、15N、129Xe等）在恒定磁場與交變磁場的作用下，與交變磁場發生能量交換的現象，目前應用較為廣泛的是以氫核為研究對象的核磁共振技術[1]。其中，將恒定磁場強度低于0.5T核磁共振現象稱為低場核磁共振[2]

1低場核磁共振技術在食品中水分檢測的應用

低場核磁共振技術在食品中水分的應用有很多，在綠豆浸泡過程、大米浸泡過程、海參復水過程、胡蘿卜切片干燥過程、水分分布、水分含量、水分性質，都得到了一定的應用。2009年上海理工大學醫療器械與食品學院李然[2]等人利用低場核磁共振技術對綠豆浸泡過程進行了研究，試驗結果表明，自由水作為溶劑在綠豆吸水過程中參與各種生化反應，故自由水的質子密度（信號量）上升量最大，從核磁共振圖像中可以看到水是從臍處慢慢進入綠豆內。低場核磁共振技術同樣也可應用于其他糧食浸泡過程分析。2007年浙江工商大學食品與生物工程學院余瑞鑫[3]等對3種大米浸泡過程中的水分狀態進行低場核磁共振技術測定。通過對糯米浸泡過程中水分狀態變化的研究得出；水分進入到糯米中心所需的浸泡時間最短為35min，浸泡加水量最少為35%；水溫在15-30℃范圍內，每升高5℃，糯米達到相同水分狀態的浸泡時間可以縮短10min；2009年中國海洋大學食品科學與工程學院張文杰博士[4]等采用低場核磁共振技術及其成像技術研究海參中的水分含量、分布及狀態變化，研究結果表明，海參復水過程初期隨著復水時間延長，海參體內自由水、不易流動水含量增加，但不易流動水含量變化不顯著，低場核磁共振技術為海參復水加工過程中物性參數的研究提供了一種有效方法。2006年南昌航空大學無損檢測技術教育部重點實驗室徐剛[5]等為研究胡蘿卜切片在干燥過程中內部水分變化的特征，應用低場核磁共振技術的橫向弛豫時間反演譜分析胡蘿卜切片在干燥過程中內部水分的變化。試驗結果證明，干燥過程改變了胡蘿卜樣品中水的結合狀態，自由度高的水分向自由度低的遷移；隨著干燥溫度升高，干燥速度加快，但溫度為80℃時，由于物料表面結殼阻礙了水分的外遷從而影響干燥速率。低場核磁共振技術不僅在國內得到了應用，在國外也得到了一定的應用。在水分分布上的應用，Engelsen[6]等的試驗結果表明，在焙烤過程中T2曲線顯示了多相性，并可分為3種變化（輕度結合水上升，牢固結合水上升，牢固結合水下降，水相飽和），還觀察到淀粉糊化的主要轉變過程。MangitM[7]利用低場核磁共振技術研究冷藏肉發現：冷凍溫度越低、凍藏時間越長，肉在解凍、烹飪時的水分損失增加；高pH的新鮮肉比正常pH值的肌原纖維中水分分布更均勻。在水分含量上的應用。

2 低場核磁共振技術在食品中油脂檢測的應用

傳統的油脂檢測方法需要大量的時間和化學試劑，很難在線快速對油脂品質變化程度做出評價。新型檢測方法如化學感官系統電子鼻和近紅外傅里葉變換儀可以快速檢測油樣，但其與常規指標的相關系數并不高。因此，尋找一種快速、便捷、靈敏、低成本的新型檢測方法成為油脂行業的一個新的研究方向。目前，低場核磁共振技術主要對檢測對象的縱向弛豫時間（T1）、擴散系數以及CPMG（carr-purcell-meiboom-gill）回波數據進行分析，在油脂檢測中應用廣泛，2009年Rudi等利用時域NMR技術對樣品進行復合弛豫分析，在同一時間測定縱向和橫向弛豫時間T1和T2，使得生產過程中的油水含量可同時測定；2010年Miquel等利用NMR研究榛子油在巧克力中的移動情況，并獲得其擴散系數；2011年Martina[等建立了NMR弛豫時間與深度煎炸油的極性組分總量建立關系，發現NMR弛豫時間能較好的反應極性組分含量，利用脈沖式NMR方法測定油脂中超臨界流體色譜（SFC）含量，以鑒別食用植物油摻偽餐飲業廢油脂；2011年周凝[等應用LF-NMR的T2弛豫反演圖譜研究米糠毛油摻偽食用油，發現米糠毛油在T2弛豫圖譜10ms左右出現特征峰，該峰面積比隨著毛油摻偽量增加而線性遞增。低場核磁共振技術是一種非常有潛力的油脂快速檢測新技術，可為后期煎炸油的快速檢測技術提供基礎研究基礎。

【參考文獻】

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