低場(chǎng)核磁在食品應(yīng)用中的研究進(jìn)展

王柳金，魏雨晴，李宏圖，張杰輝，吳 瓊，董 璇

（蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

近年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，食品安全問(wèn)題備受重視，食品檢測(cè)技術(shù)不斷被發(fā)展完善，維護(hù)著食品行業(yè)秩序，打擊不良商家違法行為。目前，在食品安全檢測(cè)中應(yīng)用較多的快速檢測(cè)技術(shù)有機(jī)械視覺(jué)技術(shù)[1]、聲波檢測(cè)技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)等[2]，因原理不同各檢測(cè)技術(shù)在食品檢測(cè)中各有優(yōu)劣[3]。其中，機(jī)械視覺(jué)技術(shù)只能得到樣品表面信息，很難得到內(nèi)部信息；聲波檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)靈敏度高但成本高，需要高度熟練操作人員：近紅外技術(shù)有微弱的穿透能力，且樣品表層情況對(duì)其影響較高，所以不能得到厚度較大樣品的里層信息。低場(chǎng)核磁是一種檢測(cè)分析速度快、樣品處理簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單的技術(shù)，其不僅符合食品檢測(cè)條件還具有樣品無(wú)損、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)[4]。LF-NMR 技術(shù)由于場(chǎng)強(qiáng)較低，所以能對(duì)樣品內(nèi)部構(gòu)造和多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，但不能辨別不同質(zhì)子的化學(xué)位移，所以樣品中目標(biāo)組分的信息由測(cè)定縱向弛豫時(shí)間（T1）、橫向弛豫時(shí)間（T2） 及擴(kuò)散系數(shù)（D） 來(lái)體現(xiàn)特定質(zhì)子的化學(xué)位移獲得[5]。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)通過(guò)檢測(cè)樣品中的氫質(zhì)子信號(hào)來(lái)研究樣品中的水分、脂肪等物質(zhì)含量或特性，能夠快速鑒別食品是否摻假，食品品質(zhì)[6]。因此，以低場(chǎng)核磁技術(shù)為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析其在肉制品、糧油制品、乳制品領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在肉制品檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品的需求越來(lái)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(duì)象，對(duì)其品質(zhì)的檢測(cè)尤為重要。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)[7]、超聲傳感技術(shù)[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(shù)檢測(cè)注水肉糜，LF-NMR 技術(shù)結(jié)合主成分分析發(fā)現(xiàn)，不同比例的注水肉糜在主成分得分圖上區(qū)分明顯，通過(guò)質(zhì)子密度加權(quán)成像能看出，隨肉糜的注水量的上升其圖像顏色由藍(lán)色向黃、紅色澤逐變化，說(shuō)明通過(guò)LF-NMR 和MRI 技術(shù)能對(duì)肉糜注水進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地判斷。張駿龍等人[10]利用LF-NMR 技術(shù)研究淀粉添加量對(duì)肉糜體系中1H 分布狀態(tài)及遷移規(guī)律，研究不同淀粉添加量（0，6%，12%，18%） 對(duì)于肉糜制品凝膠保水性與質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果表明，隨著淀粉含量的增加，肉糜系統(tǒng)對(duì)水分的束縛逐漸增強(qiáng)，肉糜的凝膠保水性增強(qiáng)。同時(shí)，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(shí)取得最大值，確定6%是淀粉的較優(yōu)添加量。王勝威等人[11]利用LF-NMR 技術(shù)對(duì)正常羊肉、注膠羊肉、注水羊肉進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合主成分分析法，結(jié)果表明，在主成分得分圖上純羊肉和注水肉區(qū)分明顯。正常羊肉與注膠樣肉也能有效區(qū)分。

2 低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在糧油制品檢測(cè)中的應(yīng)用

糧油是人們必不可少的生活物資，其質(zhì)量好壞直接影響著人民的生命安全。在利益的驅(qū)使下，不少不法商家對(duì)糧油進(jìn)行摻假，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的食品安全問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)至關(guān)重要。王欣等人[12]以低場(chǎng)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(tài)下的低場(chǎng)T1-T2 二維核磁共振圖譜信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)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(chǎng)T1-T2 二維核磁共振技術(shù)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(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合鑒別花生油真?zhèn)危Y(jié)果表明，基于油脂低場(chǎng)核磁回波衰減數(shù)據(jù)判別油脂種類是可行的；與聚類分析相比，低場(chǎng)核磁回波衰減數(shù)據(jù)結(jié)合支持向量機(jī)可更好地鑒別花生油真?zhèn)?，其全局模型和專一模型的正確識(shí)別率均為100%。杜蘅等人[4]應(yīng)用LF-NMR 技術(shù)結(jié)合主成分分析法（PCA） 對(duì)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(jìn)行檢測(cè)分析，研究表明，PCA 可明顯區(qū)分葡萄籽油、大豆油、玉米油、稻米油的LF-NMR 弛豫特征數(shù)據(jù)；并且PAC 得分圖上能有效區(qū)分葡萄籽油中不同油脂的摻偽比例，摻偽比例越高區(qū)分效果越好，試驗(yàn)驗(yàn)證可對(duì)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(duì)摻雜橄欖油（加入大豆油） 進(jìn)行了鑒別分析, 對(duì)摻假樣品通過(guò)無(wú)畸變極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)（DEPT） 進(jìn)行核磁檢測(cè)，從而提高了核磁C 譜的信噪比，有效提高定量核磁分析準(zhǔn)確度。結(jié)果表明，DEPT 數(shù)據(jù)能對(duì)大豆油和橄欖油有效區(qū)分。

3 低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在乳制品檢測(cè)中的應(yīng)用

隨社會(huì)不斷發(fā)展，乳制品消費(fèi)市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。然而乳品摻假摻雜現(xiàn)象普遍，如摻水、豆?jié){及合成牛奶等，因此對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)至關(guān)重要。趙露[15]采用LF-NMR 技術(shù)對(duì)摻假牛奶進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)表明，隨著摻假物質(zhì)添加量的增加，弛豫曲線圖出現(xiàn)明顯梯度排列，能對(duì)不同摻假牛奶有效區(qū)分，使用線性判斷及偏小二乘判斷法對(duì)摻假牛奶的鑒別正確率均較高。斯仁達(dá)來(lái)[16]利用LF-NMR 技術(shù)對(duì)不同摻假駝乳進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，LF-NMR 技術(shù)結(jié)合主成分分析法可以快速檢測(cè)摻假生駝乳，也對(duì)殺菌條件不同的摻假駝乳有優(yōu)秀的辨別效果；此外對(duì)于常見(jiàn)的摻假物（水、尿素、牛乳等），也能對(duì)其不同的摻假比例進(jìn)行有效區(qū)分，且在PCA 得分圖上不同比例的摻假物呈現(xiàn)不同的分布。楊莉等人[17]采用LF-NMR 技術(shù)對(duì)6 個(gè)不同品牌的270 個(gè)奶粉樣品進(jìn)行檢測(cè)判別，采用誤差反傳人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP-ANN） 化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。結(jié)果表明，低場(chǎng)核磁共振與BP-ANN 結(jié)合可以很好地識(shí)別奶粉品牌。Santos P M 等人[18]通過(guò)時(shí)域核磁共振氫譜檢測(cè)研究了摻假牛奶，檢測(cè)對(duì)象為摻入合成脲、合成牛奶、過(guò)氧化氫、乳漿、尿素的牛乳樣品，試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)果相同，表明鑒別摻假牛奶，時(shí)域核磁共振氫譜是一種快速有效的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是一項(xiàng)高效、易操作、樣品無(wú)損、費(fèi)用低廉的檢測(cè)技術(shù)，在肉制品、糧油、乳制品等農(nóng)、農(nóng)副產(chǎn)品的摻假鑒別中大量使用，其與不同的數(shù)據(jù)處理方法相互結(jié)合，LF-NMR 技術(shù)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(shù)與磁共振成像（MRI） 技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，為食品檢測(cè)提供了新的思路與方法。LF-NMR 技術(shù)的發(fā)展比較晚，沒(méi)有高場(chǎng)核磁共振技術(shù)成熟，但也使檢測(cè)方法變得更加多元，促進(jìn)了食品摻假鑒別領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)也為食品品質(zhì)檢測(cè)、摻假鑒別及食品內(nèi)部質(zhì)構(gòu)特性分析提供了新的研究思路和行之有效的方法。