基于核磁共振技术的食品安全检测技术

□ 张佳鹤 白城市计量检定测试所

民以食为天，无论什么时候，一日三餐总是避免不了的。作为消费者，我们每天都在接触食品的原材料，每个人的身体健康都和食品安全密切相关。如果不能很好地控制食品安全，就会引发许多卫生问题引起的疾病，严重的会危及生命安全问题。食品安全问题还会引发社会秩序的混乱，对国家的形象造成负面影响，还会降低政府职能部门在人民群众中的公信力，会使和谐社会发展受到阻碍。食品安全检测是食品安全的关键，利用核磁共振技术，能高效地完成食品安全检测[1]，使我国的食品安全品质得到提升，让消费者可以放心地购买。

1 核磁共振技术的介绍及原理

1.1 核磁共振技术介绍

核磁共振技术（NMR），就是在磁场中放入任意核子，该核子的自旋量子数非零，则该磁场对能量的释放或吸收形式是以电磁波来实现的，原子核会在该磁场中进行能级跃迁，从而使磁场产生核磁共振信号[2]。核磁共振，结合其分辨率，可将NMR划分成两种分辨率，一种是低场，即低分辨率；一种是高场，即高分辨率。在其中，低场分辨在1.0 T的强度以下，提供了样品的物理属性。高场磁场强度在11.7 T以上，高场能对分子的化学结构进行测试，从而得到分子的功能团以及内部结构的化学性质信息。目前，1H-NMR和13C-NMR在实际中的应用较多。核磁共振成像技术（MRI），是NMR技术的一个分支，运用MRI的技术，可以进行无损切层成像，在食品加工的过程中，可以动态地对食品加工、冷藏的过程实行监测，直观地看到食物水分的分布变化。

1.2 核磁共振原理

在物理学中，原子核与核外电子能组成原子，原子再组成物质，核外电子遵循泡利不相容原理的分布过滤，解释为相同原子中，不能存在量子数相同的电子，在同一轨道，两个电子的自旋一定是相反的，如果不是相反的，同一轨道的电子没有办法稳定存在。电子的自身旋转，让电子拥有磁矩和自动角动量。与核外电子一样，在原子中央的原子核也拥有磁矩和自旋角动量。原子中原子核中子与质子的自旋叠加引起了磁矩和自旋角动量。20世纪初，原子物理学家在工作中，发现了拥有超精细结构的原子光谱，在当时，对于出现的超精细结构，原子结构理论还没有办法作出相应的解释，原子学家泡利准备研究新出现的现象，得出相应的解释，提出具有自证实原子核的理论[3]。至此，具有超精细结构的原子光谱现象得到了合理解释。

2 传统食品检测存在的问题

食品安全是我国政府最关注的问题之一，为使我国食品现状能得到有效的提升，国家相继颁布了相应的法律。国家颁布相关的法律以后，各省市也陆续提出了切合本土实际的食物安全条例。因此，从整体方面说，在我国，食品安全的情况逐渐好转，2011年至今，国内的食品检测合格率在90%以上。同进口食品相比，我国的食品安全检测合格率较高，比进口的食品更为安全。虽然我国食品安全监测合格率较高，但是在检测方法上仍存在问题。

2.1 水稻、小麦和蔬菜的农药残留问题

在种植业当中，施肥是必不可免的步骤，为了水稻，小麦和蔬菜能够更快地成长，过量的施肥情况出现频繁，导致农产品遭受污染严重。由于化肥的过度使用，导致农产品在成熟时化肥含量严重超标，消费者回家如果不注意清洗，对消费者的身体健康会受到极大危害，特别是对孩子的成长极其不利，有必要通过适当的教育培训减少此类情况的发生。

2.2 微生物污染造成的食品安全问题

相关的调查结果显示，微生物引发的疾病已经越来越多，例如沙门菌、李斯特菌和大肠杆菌。目前，微生物污染食品这个问题，我国在将来也会关注，成为重点检测的层面。

我国发生的大部分中毒事件，都是微生物食物污染造成的，所以检测微生物成为了我国目前食品安全检测中最关注的问题。

2.3 生产者违规操作造成的食品安全问题

随着我国食品业的快速发展，一些小黑作坊逐渐增多，他们不注重产品的安全问题，更为注重产品给他们创造的效益。为了减少食品加工成本，他们不注重生产环境的卫生问题，其中好多黑心商贩甚至在垃圾场做食品，黑心商贩的法律意识淡薄，在环境恶劣的地方随意生产食品，对食品添加剂随便添加，违法的事情不断发生，我国市场监督管理部门应针对此类情况进行严肃的查处。

2.4 食品添加剂的过量使用造成的安全问题

食品添加剂是在食品生产中必不可少的，现代食品工业都在使用食品添加剂。合理地使用食品添加剂是可行的，但是有些厂家和商贩，为了提高食品的保质期和使食品看上去香甜可口，大规模违规使用食品添加剂，对消费者的身心健康造成了极大的危害，也严重地损害了消费者的身心健康。

3 基于核磁共振的食品安全检测

随着食品种类的大量增多，食品安全面临着巨大的问题，消费者的身体健康也正在受到威胁，结合核磁共振技术，可以极大地提高我国的食品安全检测效率。

3.1 核磁共振技技术在水分测量中的应用

在制作任何食品中，都要有水的加入，食物中都有水分，水是它重要的组成部分。目前，有一种测量水含量的通用方法，叫卡尔费休法。该方法操作流程复杂，并且检查固体样品时，只能检测粉碎后的样品，这样的方法对样品极具破坏性。传统测试水含量的方法有一定的弊端，它只能检测食品中水分的平均含量，但食品的体系是非均匀的，通过MRI技术，可以清楚地得到食品中水分的含量和水分子的移动状态，可以清楚地看到水分子的分布情况。水分子具有流动性，其对于食物的稳定性和品质来说极有影响。核磁共振技术和热成像技术可以在不破坏食品的结构的基础上，通过对食品中H质子的检测，直接观察在食品中水分子的存在状态，在食品的科学领域中被广泛应用，其可以检查食品的化学性[4]。

3.2 核磁共振技术对水果的检测

对水果成熟度和水果内部品质的检测中，核磁共振技术通过对浓缩氢核和油水混合团料的检测，观察其相应变化，能显示水果内部组织结构的图像。因此，核磁共振技术在检测水果方面具有应用价值。NMR和MRI技术通过对水果蛋白质和氨基酸的检测，在淀粉糊化、食品老化、农药残留和水果糖类分布上都有研究与应用。核磁共振技术的发展对水果的安全检测起到了较大作用，让果类生产商可以借鉴其技术，对水果进行更健康的加工，生产出合格率更高的果类产品。

4 结语

随着社会发展，食品的安全问题成为大众关心的问题，在食品安全中，核磁共振技术可以清晰地检测出食品的品质和结构，被大众广泛应用，保障了大众的食品安全。综上所述，本文通过对NMR和MRI技术概念和原理的了解，分析了传统食品安全检测中所存在的隐患，结合二者，探讨了基于核磁共振技术的检测技术对食品安全检测水平的提升。随着核磁共振技术在食品安全检测中的普及，大众的健康得到了更好的保障，为社会的发展奠定了良好的基础。