核磁共振技术在食品检测方面的应用

核磁共振技术在食品检测方面的应用

王淑芳

黑龙江省尚志市质量技术监督检验检测中心黑龙江150600

摘要：低场核磁共振技术以其检测迅速、无损、样品需要量少等优点已在食品科学领域得到一定的研究和应用。本文阐述了低场核磁共振技术在食品中水分和油脂的应用。

关键词：低场核磁共振；食品

1核磁共振技术（NMR）的原理以及基本概念

核磁共振技术（NMR主要原理在于原子的核磁性，是20世纪的新型检测技术，同时也是当前食品快速检测发展的产物；该技术凭借着高效、简捷、无损检测等优势，被广泛的应用在分析检定领域；尤其是在食品检测中的应用，不仅能够实现食品品质的区分，同时还能测定食品的温度以及所含水分等，对此加强此方面的研究，提升食品检测效率是非常有必要的。

2低场核磁共振技术在食品中水分检测的应用

低场核磁共振技术在食品中水分的应用有很多，在绿豆浸泡过程、大米浸泡过程、海参复水过程、胡萝卜切片干燥过程、水分分布、水分含量、水分性质，都得到了一定的应用。2009年上海理工大学医疗器械与食品学院李然[2]等人利用低场核磁共振技术对绿豆浸泡过程进行了研究，试验结果表明，自由水作为溶剂在绿豆吸水过程中参与各种生化反应，故自由水的质子密度（信号量）上升量最大，从核磁共振图像中可以看到水是从脐处慢慢进入绿豆内。低场核磁共振技术同样也可应用于其他粮食浸泡过程分析。2007年浙江工商大学食品与生物工程学院余瑞鑫[3]等对3种大米浸泡过程中的水分状态进行低场核磁共振技术测定。通过对糯米浸泡过程中水分状态变化的研究得出；水分进入到糯米中心所需的浸泡时间最短为35min，浸泡加水量最少为35%；水温在15-30℃范围内，每升高5℃，糯米达到相同水分状态的浸泡时间可以缩短10min；2009年中国海洋大学食品科学与工程学院张文杰博士[4]等采用低场核磁共振技术及其成像技术研究海参中的水分含量、分布及状态变化，研究结果表明，海参复水过程初期随着复水时间延长，海参体内自由水、不易流动水含量增加，但不易流动水含量变化不显著，低场核磁共振技术为海参复水加工过程中物性参数的研究提供了一种有效方法。2006年南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室徐刚[5]等为研究胡萝卜切片在干燥过程中内部水分变化的特征，应用低场核磁共振技术的横向弛豫时间反演谱分析胡萝卜切片在干燥过程中内部水分的变化。试验结果证明，干燥过程改变了胡萝卜样品中水的结合状态，自由度高的水分向自由度低的迁移；随着干燥温度升高，干燥速度加快，但温度为80℃时，由于物料表面结壳阻碍了水分的外迁从而影响干燥速率。低场核磁共振技术不仅在国内得到了应用，在国外也得到了一定的应用。在水分分布上的应用，Engelsen[6]等的试验结果表明，在焙烤过程中T2曲线显示了多相性，并可分为3种变化（轻度结合水上升，牢固结合水上升，牢固结合水下降，水相饱和），还观察到淀粉糊化的主要转变过程。MangitM[7]利用低场核磁共振技术研究冷藏肉发现：冷冻温度越低、冻藏时间越长，肉在解冻、烹饪时的水分损失增加；高pH的新鲜肉比正常pH值的肌原纤维中水分分布更均匀。在水分含量上的应用。

3应用搭配在食品中油脂检测中

传统的油脂检测方法需要大量的时间和化学试剂，很难在线快速对油脂品质变化程度做出评价。新型检测方法如化学感官系统电子鼻和近红外傅里叶变换仪可以快速检测油样，但其与常规指标的相关系数并不高。因此，寻找一种快速、便捷、灵敏、低成本的新型检测方法成为油脂行业的一个新的研究方向。目前，低场核磁共振技术主要对检测对象的纵向弛豫时间（T1）、扩散系数以及CPMG（carr-purcell-meiboom-gill）回波数据进行分析，在油脂检测中应用广泛，2009年Rudi等利用时域NMR技术对样品进行复合弛豫分析，在同一时间测定纵向和横向弛豫时间T1和T2，使得生产过程中的油水含量可同时测定；2010年Miquel等利用NMR研究榛子油在巧克力中的移动情况，并获得其扩散系数；2011年Martina[等建立了NMR弛豫时间与深度煎炸油的极性组分总量建立关系，发现NMR弛豫时间能较好的反应极性组分含量，利用脉冲式NMR方法测定油脂中超临界流体色谱（SFC）含量，以鉴别食用植物油掺伪餐饮业废油脂；2011年周凝[等应用LF-NMR的T2弛豫反演图谱研究米糠毛油掺伪食用油，发现米糠毛油在T2弛豫图谱10ms左右出现特征峰，该峰面积比随着毛油掺伪量增加而线性递增。低场核磁共振技术是一种非常有潜力的油脂快速检测新技术，可为后期煎炸油的快速检测技术提供基础研究基础。

4食品成分分析

水分分析。（1）水分分布。国外多项试验研究显示，食品焙烤过程中T2曲线显示出了轻度结合水上升、牢固结合水下降、水相饱的相性；并标明肉质冷藏的时间越长，在烹饪时水分丢失更加严重，且不同PH下的周知纤维水分的均匀性也不同；（2）水分含量。马斌在利用该技术对储藏食品的实验分析表明，储藏的温度越低，非冻结水分流失越严重，并对如何在冷藏中保证食品制品做出了研究；（3）水分性质。Esselink等学者发现，当面团被挤压后，水分随着鼓质网状结构的折断损失严重；当面团成型后，水分的损失随着网状结构的恢复而降低。另外也有国外学者对于新鲜奶酪的检测，发现处理方式不同，食品中水分结构、分子性质等都会发生不同程度的变化。

食品淀粉的分析。NMR技术，对于食品中淀粉的检测，是借助了质子的弛豫时间，实现淀粉的糊化等分析的。淀粉分子的运动，继而产生多聚体玻璃化的转变，对此对其一系列的研究表明，处于玻璃态的聚合物，碳水化合物与刚性成分的自旋-自旋弛豫时间的关系不会受到温度影响；当其聚合物不处于玻璃态时，之间的关系会随着温度的提升而增大，利用三者之间的关系，继而求出Tg。

食品脂类的分析。油脂是食品含有的常见成分，自身的营养性被广泛的应用在食品制作中，针对于食品油脂的检测，国外相关学者利用NMR技术，实现了对牛肉质构差异的分析，同时也测出了脂肪的含量。其次国外学者也通过该技术对于西瓜籽油质量指标的分析，为西瓜籽油的可食用性等性质开发奠定了良好的基础。

其他成分的分析。钠元素的存在以及在食品中的比例，直接影响着食品的储存时间以及口感等，对此Nobuaki等也通过核磁共振成像技术对其进行了研究表明，NMR信号强度与钠元素的浓度有着一定的比例关系，且钠离子的流动性有着直接的关系。

总结：

综上所述，通过对于核磁共振技术在食品检测中应用分析，发现消费者对于食品的稳定性，以及性价比更加的看重，对此就需要加强食品质量的分析，而核磁共振技术打破了食品繁琐体系对于以往检测技术的限制，对于食品的无损检测、安全检测等，在保证食品品质的同时，也表明了其还有很大的发展空间，对此加强此方面的研究是非常有必要的。

参考文献：

[1]阮荣生.核磁共振技术在食品和生物体系中的应用[M].北京：中轻工业出版社，2009：1～36.

[2]徐志斌，陈青.水分条件对海参质构特性及微观结构的影响研究[J].食品科学.2010（07）.

[3]王肇慈，周瑞芳.粮油食品分析[M].北京：中国轻工业出版社.1984.4～7.

[4]谭国福，吴德刚，等.海参的加工及产品质量[J].食品与药品，2007，9（10）：69～71.

[5]徐艳阳，孙金才.国内外果蔬分阶段联合干燥技术研究的进展[J].干燥技术与设备，2003（1）：9～11.