低场核磁在食品应用中的研究进展

王柳金，魏雨晴，李宏图，张杰辉，吴 琼，董 璇

（蚌埠学院食品与生物工程学院，安徽 蚌埠 233030）

近年来，随着社会发展和人们生活水平的不断提高，食品安全问题备受重视，食品检测技术不断被发展完善，维护着食品行业秩序，打击不良商家违法行为。目前，在食品安全检测中应用较多的快速检测技术有机械视觉技术[1]、声波检测技术、近红外光谱技术等[2]，因原理不同各检测技术在食品检测中各有优劣[3]。其中，机械视觉技术只能得到样品表面信息，很难得到内部信息；声波检测技术的检测灵敏度高但成本高，需要高度熟练操作人员：近红外技术有微弱的穿透能力，且样品表层情况对其影响较高，所以不能得到厚度较大样品的里层信息。低场核磁是一种检测分析速度快、样品处理简便、设备简单的技术，其不仅符合食品检测条件还具有样品无损、环境友好等优点[4]。LF-NMR 技术由于场强较低，所以能对样品内部构造和多项指标进行无损检测，但不能辨别不同质子的化学位移，所以样品中目标组分的信息由测定纵向弛豫时间（T1）、横向弛豫时间（T2） 及扩散系数（D） 来体现特定质子的化学位移获得[5]。低场核磁共振技术通过检测样品中的氢质子信号来研究样品中的水分、脂肪等物质含量或特性，能够快速鉴别食品是否掺假，食品品质[6]。因此，以低场核磁技术为研究对象，重点分析其在肉制品、粮油制品、乳制品领域的应用。

1 低场核磁共振技术在肉制品检测中的应用

随着生活水平的提高，人们对食品的需求越来越高，肉及肉制品成为人们生活中必不可少的食品，自然而然成为不法商家掺假的对象，对其品质的检测尤为重要。低场核磁共振技术与近红外光谱技术[7]、超声传感技术[8]相比更为多元。盖圣美等人[9]利用LF-NMR 及磁共振成像（MRI） 技术检测注水肉糜，LF-NMR 技术结合主成分分析发现，不同比例的注水肉糜在主成分得分图上区分明显，通过质子密度加权成像能看出，随肉糜的注水量的上升其图像颜色由蓝色向黄、红色泽逐变化，说明通过LF-NMR 和MRI 技术能对肉糜注水进行快速、准确地判断。张骏龙等人[10]利用LF-NMR 技术研究淀粉添加量对肉糜体系中1H 分布状态及迁移规律，研究不同淀粉添加量（0，6%，12%，18%） 对于肉糜制品凝胶保水性与质构特性的影响，结果表明，随着淀粉含量的增加，肉糜系统对水分的束缚逐渐增强，肉糜的凝胶保水性增强。同时，伴随着淀粉含量的增加，肉糜的亮度值也逐渐升高。此外，肉糜硬度、弹性、胶着性、咀嚼性及红度（a*） 值均在淀粉含量6%时取得最大值，确定6%是淀粉的较优添加量。王胜威等人[11]利用LF-NMR 技术对正常羊肉、注胶羊肉、注水羊肉进行检测，结合主成分分析法，结果表明，在主成分得分图上纯羊肉和注水肉区分明显。正常羊肉与注胶样肉也能有效区分。

2 低场核磁共振技术在粮油制品检测中的应用

粮油是人们必不可少的生活物资，其质量好坏直接影响着人民的生命安全。在利益的驱使下，不少不法商家对粮油进行掺假，这会导致严重的食品安全问题，对其进行检测至关重要。王欣等人[12]以低场二维核磁共振（LF- 2D-NMR） 图谱提供弛豫信息，在研究8 种食用油处于新鲜及氧化状态下的低场T1-T2 二维核磁共振图谱信息的基础上，结合化学计量学方法建立了鉴别油茶籽油与氧化食用油、其他食用油的定性模型及油茶籽油掺兑玉米油、大豆油、葵花籽油的定量模型，研究表明，低场T1-T2 二维核磁共振技术可用于食用油种类判别及油茶籽油掺兑分析。彭丹等人[13]以LF-NMR 技术与化学计量学相结合鉴别花生油真伪，结果表明，基于油脂低场核磁回波衰减数据判别油脂种类是可行的；与聚类分析相比，低场核磁回波衰减数据结合支持向量机可更好地鉴别花生油真伪，其全局模型和专一模型的正确识别率均为100%。杜蘅等人[4]应用LF-NMR 技术结合主成分分析法（PCA） 对多种品牌纯葡萄籽油以及其掺有其他食用油脂的掺伪葡萄籽油进行检测分析，研究表明，PCA 可明显区分葡萄籽油、大豆油、玉米油、稻米油的LF-NMR 弛豫特征数据；并且PAC 得分图上能有效区分葡萄籽油中不同油脂的掺伪比例，掺伪比例越高区分效果越好，试验验证可对其是否掺伪、掺伪比例快速、有效的鉴别。Vlahov G 等人[14]利用定量核磁C 谱对掺杂橄榄油（加入大豆油） 进行了鉴别分析, 对掺假样品通过无畸变极化转移增强（DEPT） 进行核磁检测，从而提高了核磁C 谱的信噪比，有效提高定量核磁分析准确度。结果表明，DEPT 数据能对大豆油和橄榄油有效区分。

3 低场核磁共振技术在乳制品检测中的应用

随社会不断发展，乳制品消费市场不断扩大。然而乳品掺假掺杂现象普遍，如掺水、豆浆及合成牛奶等，因此对其进行检测至关重要。赵露[15]采用LF-NMR 技术对掺假牛奶进行检测，试验表明，随着掺假物质添加量的增加，弛豫曲线图出现明显梯度排列，能对不同掺假牛奶有效区分，使用线性判断及偏小二乘判断法对掺假牛奶的鉴别正确率均较高。斯仁达来[16]利用LF-NMR 技术对不同掺假驼乳进行检测，结果表明，LF-NMR 技术结合主成分分析法可以快速检测掺假生驼乳，也对杀菌条件不同的掺假驼乳有优秀的辨别效果；此外对于常见的掺假物（水、尿素、牛乳等），也能对其不同的掺假比例进行有效区分，且在PCA 得分图上不同比例的掺假物呈现不同的分布。杨莉等人[17]采用LF-NMR 技术对6 个不同品牌的270 个奶粉样品进行检测判别，采用误差反传人工神经网络（BP-ANN） 化学计量学方法对样品数据进行处理。结果表明，低场核磁共振与BP-ANN 结合可以很好地识别奶粉品牌。Santos P M 等人[18]通过时域核磁共振氢谱检测研究了掺假牛奶，检测对象为掺入合成脲、合成牛奶、过氧化氢、乳浆、尿素的牛乳样品，试验结果表明，不同掺杂物的T2 值差异显著，且T2 随其添加比例的升高而值增大。利用相似分类法（SIMCA） 和k 最近邻算法（kNN） 建立加入不同掺假物的牛奶的判别模型，2 种方法的试验结果相同，表明鉴别掺假牛奶，时域核磁共振氢谱是一种快速有效的方法。

4 结语

低场核磁共振技术是一项高效、易操作、样品无损、费用低廉的检测技术，在肉制品、粮油、乳制品等农、农副产品的掺假鉴别中大量使用，其与不同的数据处理方法相互结合，LF-NMR 技术能快速高效地鉴别肉制品、粮油、乳制品的掺假情况。LF-NMR 技术与磁共振成像（MRI） 技术结合化学计量学方法，为食品检测提供了新的思路与方法。LF-NMR 技术的发展比较晚，没有高场核磁共振技术成熟，但也使检测方法变得更加多元，促进了食品掺假鉴别领域的发展，同时也为食品品质检测、掺假鉴别及食品内部质构特性分析提供了新的研究思路和行之有效的方法。