低場核磁在食品應用中的研究進展

王柳金，魏雨晴，李宏圖，張杰輝，吳 瓊，董 璇

（蚌埠學院食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030）

近年來，隨著社會發展和人們生活水平的不斷提高，食品安全問題備受重視，食品檢測技術不斷被發展完善，維護著食品行業秩序，打擊不良商家違法行為。目前，在食品安全檢測中應用較多的快速檢測技術有機械視覺技術[1]、聲波檢測技術、近紅外光譜技術等[2]，因原理不同各檢測技術在食品檢測中各有優劣[3]。其中，機械視覺技術只能得到樣品表面信息，很難得到內部信息；聲波檢測技術的檢測靈敏度高但成本高，需要高度熟練操作人員：近紅外技術有微弱的穿透能力，且樣品表層情況對其影響較高，所以不能得到厚度較大樣品的里層信息。低場核磁是一種檢測分析速度快、樣品處理簡便、設備簡單的技術，其不僅符合食品檢測條件還具有樣品無損、環境友好等優點[4]。LF-NMR 技術由于場強較低，所以能對樣品內部構造和多項指標進行無損檢測，但不能辨別不同質子的化學位移，所以樣品中目標組分的信息由測定縱向弛豫時間（T1）、橫向弛豫時間（T2） 及擴散系數（D） 來體現特定質子的化學位移獲得[5]。低場核磁共振技術通過檢測樣品中的氫質子信號來研究樣品中的水分、脂肪等物質含量或特性，能夠快速鑒別食品是否摻假，食品品質[6]。因此，以低場核磁技術為研究對象，重點分析其在肉制品、糧油制品、乳制品領域的應用。

1 低場核磁共振技術在肉制品檢測中的應用

隨著生活水平的提高，人們對食品的需求越來越高，肉及肉制品成為人們生活中必不可少的食品，自然而然成為不法商家摻假的對象，對其品質的檢測尤為重要。低場核磁共振技術與近紅外光譜技術[7]、超聲傳感技術[8]相比更為多元。蓋圣美等人[9]利用LF-NMR 及磁共振成像（MRI） 技術檢測注水肉糜，LF-NMR 技術結合主成分分析發現，不同比例的注水肉糜在主成分得分圖上區分明顯，通過質子密度加權成像能看出，隨肉糜的注水量的上升其圖像顏色由藍色向黃、紅色澤逐變化，說明通過LF-NMR 和MRI 技術能對肉糜注水進行快速、準確地判斷。張駿龍等人[10]利用LF-NMR 技術研究淀粉添加量對肉糜體系中1H 分布狀態及遷移規律，研究不同淀粉添加量（0，6%，12%，18%） 對于肉糜制品凝膠保水性與質構特性的影響，結果表明，隨著淀粉含量的增加，肉糜系統對水分的束縛逐漸增強，肉糜的凝膠保水性增強。同時，伴隨著淀粉含量的增加，肉糜的亮度值也逐漸升高。此外，肉糜硬度、彈性、膠著性、咀嚼性及紅度（a*） 值均在淀粉含量6%時取得最大值，確定6%是淀粉的較優添加量。王勝威等人[11]利用LF-NMR 技術對正常羊肉、注膠羊肉、注水羊肉進行檢測，結合主成分分析法，結果表明，在主成分得分圖上純羊肉和注水肉區分明顯。正常羊肉與注膠樣肉也能有效區分。

2 低場核磁共振技術在糧油制品檢測中的應用

糧油是人們必不可少的生活物資，其質量好壞直接影響著人民的生命安全。在利益的驅使下，不少不法商家對糧油進行摻假，這會導致嚴重的食品安全問題，對其進行檢測至關重要。王欣等人[12]以低場二維核磁共振（LF- 2D-NMR） 圖譜提供弛豫信息，在研究8 種食用油處于新鮮及氧化狀態下的低場T1-T2 二維核磁共振圖譜信息的基礎上，結合化學計量學方法建立了鑒別油茶籽油與氧化食用油、其他食用油的定性模型及油茶籽油摻兌玉米油、大豆油、葵花籽油的定量模型，研究表明，低場T1-T2 二維核磁共振技術可用于食用油種類判別及油茶籽油摻兌分析。彭丹等人[13]以LF-NMR 技術與化學計量學相結合鑒別花生油真偽，結果表明，基于油脂低場核磁回波衰減數據判別油脂種類是可行的；與聚類分析相比，低場核磁回波衰減數據結合支持向量機可更好地鑒別花生油真偽，其全局模型和專一模型的正確識別率均為100%。杜蘅等人[4]應用LF-NMR 技術結合主成分分析法（PCA） 對多種品牌純葡萄籽油以及其摻有其他食用油脂的摻偽葡萄籽油進行檢測分析，研究表明，PCA 可明顯區分葡萄籽油、大豆油、玉米油、稻米油的LF-NMR 弛豫特征數據；并且PAC 得分圖上能有效區分葡萄籽油中不同油脂的摻偽比例，摻偽比例越高區分效果越好，試驗驗證可對其是否摻偽、摻偽比例快速、有效的鑒別。Vlahov G 等人[14]利用定量核磁C 譜對摻雜橄欖油（加入大豆油） 進行了鑒別分析, 對摻假樣品通過無畸變極化轉移增強（DEPT） 進行核磁檢測，從而提高了核磁C 譜的信噪比，有效提高定量核磁分析準確度。結果表明，DEPT 數據能對大豆油和橄欖油有效區分。

3 低場核磁共振技術在乳制品檢測中的應用

隨社會不斷發展，乳制品消費市場不斷擴大。然而乳品摻假摻雜現象普遍，如摻水、豆漿及合成牛奶等，因此對其進行檢測至關重要。趙露[15]采用LF-NMR 技術對摻假牛奶進行檢測，試驗表明，隨著摻假物質添加量的增加，弛豫曲線圖出現明顯梯度排列，能對不同摻假牛奶有效區分，使用線性判斷及偏小二乘判斷法對摻假牛奶的鑒別正確率均較高。斯仁達來[16]利用LF-NMR 技術對不同摻假駝乳進行檢測，結果表明，LF-NMR 技術結合主成分分析法可以快速檢測摻假生駝乳，也對殺菌條件不同的摻假駝乳有優秀的辨別效果；此外對于常見的摻假物（水、尿素、牛乳等），也能對其不同的摻假比例進行有效區分，且在PCA 得分圖上不同比例的摻假物呈現不同的分布。楊莉等人[17]采用LF-NMR 技術對6 個不同品牌的270 個奶粉樣品進行檢測判別，采用誤差反傳人工神經網絡（BP-ANN） 化學計量學方法對樣品數據進行處理。結果表明，低場核磁共振與BP-ANN 結合可以很好地識別奶粉品牌。Santos P M 等人[18]通過時域核磁共振氫譜檢測研究了摻假牛奶，檢測對象為摻入合成脲、合成牛奶、過氧化氫、乳漿、尿素的牛乳樣品，試驗結果表明，不同摻雜物的T2 值差異顯著，且T2 隨其添加比例的升高而值增大。利用相似分類法（SIMCA） 和k 最近鄰算法（kNN） 建立加入不同摻假物的牛奶的判別模型，2 種方法的試驗結果相同，表明鑒別摻假牛奶，時域核磁共振氫譜是一種快速有效的方法。

4 結語

低場核磁共振技術是一項高效、易操作、樣品無損、費用低廉的檢測技術，在肉制品、糧油、乳制品等農、農副產品的摻假鑒別中大量使用，其與不同的數據處理方法相互結合，LF-NMR 技術能快速高效地鑒別肉制品、糧油、乳制品的摻假情況。LF-NMR 技術與磁共振成像（MRI） 技術結合化學計量學方法，為食品檢測提供了新的思路與方法。LF-NMR 技術的發展比較晚，沒有高場核磁共振技術成熟，但也使檢測方法變得更加多元，促進了食品摻假鑒別領域的發展，同時也為食品品質檢測、摻假鑒別及食品內部質構特性分析提供了新的研究思路和行之有效的方法。