磁共振無損檢測技術在食品質量與安全領域中的應用

□ 謝文龍 湖北大學知行學院

與其他傳統的檢測手段相比，NMR可以保持樣品不受到破壞，是一種無損檢測方法。并且操作方式簡便、快速、準確以及重復性好，樣品不需要添加溶劑，也不需要標準樣品[1]。測試的最終結果受材料樣品尺寸和顏色外觀的影響較小，與操作人員的技術和判斷沒有關系。所以，在食品科學研究領域中，NMR受到了廣泛關注。

1 磁共振技術在食品質量分析中的應用

1.1 分析食品成分

人類身體能量和營養的主要來源就是食品，食品有許多種類和復雜的成分，其中包括水、油和蛋白質等。這些成分的改變和食品質量具有緊密聯系，核磁共振技術可以在不對食物原有狀態進行改變的基礎上，對這些成分進行快速、準確的定性、定量以及動態變化分析。

1.2 食品鑒定

食品質量的好壞不單單表現在組成成分上的差異，還受到品種、產地、交貨期和儲存時間的影響。核磁共振可以用來收集和分析二維和三維核磁共振譜圖，對食品實行分類和表征。再根據經常應用的化學計量分析方法，例如：PCA、PLS-DA等分析方式，對食品（如茶、果汁、酒、豆醬、醬油與醋等）的種類、產地、生產日期以及存儲時間等進行鑒別。

2 磁共振技術在食品安全分析中的使用

2.1 外源添加

為了對食品的味道進行調節，或者減少食品在生產過程中的成本，生產商通常會為天然食品添加和勾兌能夠改變風味的外源添加劑。核磁共振技術在食品外源性添加劑檢測領域的使用較晚。當前，最常用的檢測方式是以核磁共振技術的位點特異性天然同位素豐度分離為基礎，有效識別天然食品中的天然成分和外源性添加成分。因為在自然環境中，生物體常使用較輕的元素，而非生物系統不則相反，因此，生物代謝物的同位素比值，即重元和輕元的素數之比（RHr）分布范圍低于非生物代謝物的同位素比值。然而，通過使用snif-nmr方法，能夠直接得到基團上有機分子的同位素豐度比，并根據對代謝途徑分析，確定天然樣品中是否含有外源添加劑，以及加入了哪些外源成分。

Caer等人[2]使用基于13CNMR譜的snif-nmr方法，對三種不同來源的天然有機分子(乙醇、乙酸和香蘭素)的位點特異性碳同位素豐度比進行了相應的檢測和分析。為了驗證獲得的結果是否滿足13CNMR的定量需求，對策略的重復性和再現性實施的考察。其結果表示使用基于13CNMR譜的snif-nmr方法能夠檢測出合成來源的乙醇分子乙烷同位素豐度比率沒有太大的差異，這項結果和以往的同位素比例質譜具有一致性。但是，因為這種方式對各種系統極為敏感，不能完成絕對定量，這導致它在使用比基于氫核的snif-nmr方式中具有一定的局限性。然而，它在檢測和定量食物中具有高含量特征成分以及外源添加物中具有自身的優點。

2.2 微生物污染

水果和利用水果生產的食品種類極為豐富，是日常生活中的必須品，但是在保存過程中很容易被微生物污染，變得不能食用。因為微生物不能用肉眼看見，并且是在水果內部出現，因此，在污染早期，肉眼是不能發現的。使用磁共振技術能夠對水果內部的實際情況進行判斷，進行高精度、定量的檢測，使果實內部檢測的可靠性不斷提升，使水果的保存能夠得到保障。有關研究人員利用分辨率較高的核磁共振技術對青霉菌污染的天然芒果汁成分變化實施了132 h的監測，其實驗的結果表示，腐敗后的芒果汁中含有較少的奎尼酸和葬草酸，被青霉污染的芒果汁中含有少量的檸檬酸和蘋果酸，兩者含有的丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸數量也較低，說明其可以用于芒果汁的自然腐敗和擴展青霉菌污染早期的指示，對于確保芒果汁品質擁有較大的作用。

3 結論

核磁共振技術在食品分析中的使用還包含了很多方面，此外，我國有關部門在開展食品污染物的解析、農藥殘留、食品pH和氧化還原反映等各個方面都開展了深入研究。但是，核磁共振技術也存在儀器成本高、信號分析的專業性和復雜性等問題，在實際使用的時候還存在一些缺陷，需要深入研究，對這類儀器在食品行業的推廣和新儀器的開發造成了阻礙。所以，在后續有關研究中，核磁共振技術應逐步改進，以解決這些局限性，持續擴大新儀器的作用范圍，有效降低生產成本。只有這樣，核磁共振技術才能在食品分析檢測領域獲得更加全面的使用和發展。