現代核磁共振(NMR)技術在食品科學中的應用

王延麗，楊 震

（赤峰學院 農業科學研究院，內蒙古 赤峰 024000）

現代核磁共振(NMR)技術在食品科學中的應用

王延麗，楊 震

（赤峰學院 農業科學研究院，內蒙古 赤峰 024000）

隨著科學技術的不斷發展，人們的物質生活得到了不斷的提高，其中的食品安全問題也得到了越來越多人的高度重視，因此需要應用現代化的核磁共振技術來對其食品科學做出不斷的研究.在傳統的研究方式當中，對于水分的流動性以及食品當中的水分分布狀態做出檢測，但是在現代化的研究過程當中，核磁共振的的技術對其中的分子擴散方式都做出了科學的研究，可以在應用于在食品體系當中的水、脂肪以及糖分等多種領域中.在本文當中，首先對NMR的技術做出了概念分析；其次在實驗的基礎上對食品研究中的NMR方式的應用做出了分析和研究；最后對其NMR進行編程語言計算的基礎上實現了mapping圖的繪制研究；最后得出了其NMR狀態下的實驗系統設計.

核磁共振；技術；食品科學；應用

在現代社會的科學發展過程當中，原子核在外磁場當中受到了磁化，就會產生過一定頻率的震動.核磁共振，主要指的是具有固定磁矩的原子核，在外加的能量和原子核的震動頻率相同的情況下，原子核在吸收能量會發生能量越級躍遷的現象，產生共振的過程就會產生吸收信號，在這個過程當中就會產生核磁共振的現象.因此在現代科學的應用過程當中，需要建立NMR的方式來對有機物質當中的分子結構以及反應過程進行研究.在應用此種情況下，可以保證不入侵的同時，還可以對樣品進行快速以及全方位的定量測定分析.

1 核磁共振的概述

在現代化的科學技術不斷應用的今天，核磁共振的技術得到了不斷的發展，其中主要利用了原子核當中磁性，從而根據其自身的特性對其自旋特性做出研究，在這個過程當中，其中的自旋和其質量在微觀粒子方面是具有相同的特性的.在我國現階段的研究過程當中，自旋的來源研究方面還不是很清楚，但是對于其性質方面的研究進行了軌道角動量的和軌道磁矩的研究，利用其復雜的物理學原理和概念進行了充分的研究.在核磁共振的概念當中，主要是利用其中的感應線圈當中所具有的模擬信號，在一定的方式之下不斷地對其轉變成為了數字信號，最后利用圖像的方式進行組建出模型信號.在對信號采集的過程當中，需要對其中的模擬信號通過一定的技術手段來充分的轉化成為數字信號，在一定程度上對信號的采集過程還需要符合其信號采集的相關的規定.在對信號轉換成為圖形進行顯示的過程當中，需要對其中的成像方式進行全面的了解，最終對其中原始數據的排列方式有一個全面的定位，從而有效的實現對原始數據的有效提取，最終轉化成為我們研究過程中所需要的數字信號.在對其核磁共振的信號進行射頻顯示信號檢測的過程當中，需要從特定的組織當中對其核磁共振的信號強度做出全面充分的了解，最終可以有效地實現在一定時間的范圍之內進行數字信號的不斷的測量.也就是說，在利用核磁共振的過程當中，其實是一個具有多種參數來共同組成的參數成像技術.其中對于各種參數的設定需要根據其不同的序列來采取不同的方式和方法.從而在數據搜集的過程中，可以針對于不同的序列和參數情況下保證其數據處于正常的范圍之內.

2 探討適用于食品研究的NMR應用

在本文的實驗過程當中需要對我國現階段當中的序列測定方法在食品研究的過程當中的應用做出全面充分的了解，在序列測定的方式方法當中主要利用其中的數據信號所產生的脈沖來做出檢測，在加入一個脈沖之后，需要再加入脈沖.在此種情況下，可以充分地保證其中的脈沖在平衡磁化強度當中可以最大限度的進行翻轉到一軸方向.

之后在加入脈沖信號之后，需要保證一定時間的停留之后再次進行脈沖信號的加入，在此種方式方法下，可以最大限度的對磁化的強度達到一個衰減的作用，由于其中的時間延長的情況下，可以對信號當中的磁化強度到一個增大的作用.在進行測驗的過程當中，需要對其中的延長時間以及間隔關系進行不斷的了解和強化.在進行測量的過程當中，利用不同的測量時間來對其中的數據繪制出相對應的譜，最終利用圖形的方式進行表現.

一般情況下，在對外加磁場進行研究的過程當中，會最大限度的受到射頻脈沖的激發制約影響，最終保證其在自旋系統內部達到橫向熱平衡的過程.在這個過程的所需要消耗的時間一般都會稱之為自旋一自旋馳豫時間，主要來自于自旋質子之間的相互作用.在一定的相互作用之下，對于其中的質子就會產生無序化的表現.在這個過程當中，可以充分對其內部的結構以及其中質子的自由程度保持的對應的關系，其中的質子的弛豫行為通常是以指數的形式衰減來進行體現的，我們在研究的過程當中，可以利用其中所產生的衰減曲線來對其中的弛豫時間進行表現.在食品體系當中，其中的所具備的多組分體系是相當復雜的，因此會出現有兩個甚至更多的弛豫時間不相同的水分的現象.因此在此種情況下，就不能用單指數模型來描述休系中質子的弛豫行為.需要根據其核磁共振當中的所檢測到的信號樣品特點來進行弛豫特性的研究，也就是需要在測量中設法消除外加恒定磁場.

3 NMR進行編程語言計算的基礎上實現了mapping圖的繪制

在實驗中，還需要對其測量所得到的數據進行圖形的繪制，從而根據其中該數據參數的變化來對其中心頻率做出全面的調整，在對其層面以及圖像位置所產生的位移現象做出分析的時候，需要對其中的測量參數進行調整，從而避免出現影響測量的準確性的現象，在對其預掃描參數進行發射機增益以及接收機增益的時候，其中的參數是可以維持在原先的狀態不發生改變的.其中的信號在放大設備的情況下，對于其中的像素信號值的大小就會產生一定程度的影響.因此在對圖像進行繪制的過程當中，其中的參數值在不斷變化的情況下，其中的成像圖對比度會出現一個由小到大的過程.形成此種現象的原因主要是由于其中的序列中所在呈現出的脈沖信號所造成的，最終對其圖像的對比度造成了一定程度的影響.因此在此種情況下，在實際的成像實驗中，可以首先對一個序列進行編碼梯度的調整，在重復的掃描的情況下，對其回波信號進行觀察，從而可以根據其回波信號所產生的參數值的大小來判斷出其信號的大小，最終實現參數值的精確計算.

4 NMR狀態下的實驗系統設計

在利用核磁共振的技術對食品安全體系做出分析的過程當中，需要將食品的弛豫現象與其理化特性聯系起來，也就是利用其狀態圖的方式來對不同溫度下的狀態圖與食品的許多理化特性有著良好的相關性進行充分的反應.在利用狀態圖對食品轉折點進行分析的過程當中，需要對其特性做出全面的了解.

在本文當中，主要對在其粉末食品在儲藏時所呈現出來的狀態圖進行分析，可以發現有的食品在狀態圖轉變點溫度以下依然可能結塊，但是相反的儲藏在拐點溫度以上時并不會發生結塊的現象.在此種現象下，可以充分的說明其結塊的顯現在和食品本身有關系的同時，還和食品自身的成分質量有著相當大的關系.也就是說在儲藏溫度以及拐點溫度的一定范圍之內，對于物質其中得所發生的性質變化，在一定程度上可能會造成食品自身的結塊現象.在實驗的過程當中，可以利用等利用酸二鈉和水解動物蛋白為原料，在不同的比例狀態混合下所得到的實驗狀態圖做出科學的分析.在實驗當中的兩種物質利用不同比例進行混合的過程當中，其中所體現出來的曲線在模式方面是具有不同的狀態的.其中的狀態曲線圖在不斷增加的過程當中，其中的曲線轉折點就會呈現出往右移動的現象.

在不斷的變化過程當中，其中的轉折點的溫度和其樣品當中的成分是呈現出正比的關系的，會隨增加而呈線性增加，并且轉折點前后的斜率明顯變化，因此在對樣品的組成成分進行優化設計的過程當中，可以利用對其中樣品組成成分的改變來得到全面的發展.

在此種情況下，在利用核磁共振的原理下可以對其磁共振成像輔助試驗系統進行設計應用和加工，在此系統的實際應用過程當中，可以用于食品和生物材料的冷凍、冷卻、加熱和干燥.在系統中，主要是由冷空氣裝置和加熱空氣裝置、計算機控制設備計算機、光纖溫控感應器來共同組成的，其中的原理設計制造圖如圖1所示.

圖1 狀態圖溫控系統工作原理圖

在對其設備進行設計加工制造完成后，就可以利用以上設備以面包為樣品進行的預實驗，對其狀態圖進行有效的觀察，其中的狀態圖結果圖如圖2所示.

圖2 樣品的狀態圖

從實驗結果看,基本滿足試驗的要求.在設備的應用過程當中，需要保證數據在低溫和高溫的狀態階段情況下，可以最大限度地對數據做出分析.在樣品的實驗過程當中，會由于樣品自身的溫度對磁體造成一定程度的影響，因此需要設備有良好的隔熱效果.

5 結語

綜上所述，核磁共振已經成為了一種先進的檢測技術，在食品科學領域的應用過程當中，需要進行不斷的優化和發展，對這樣一種非破壞性的分析手段進行掌握和了解，從而保證對食品物質當中的一系列狀態做出掌握，比如食品物質當中的水分活性狀態以及水分的分布和遷移等.利用專門的軟件編程技術來對其食品的一系列做出數據分析，從而為食品的倉儲過程、品質變化的規律以及配方的改進等提供一個全新的方式和方法.

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2017-06-24