磁共振无损检测技术在食品质量与安全领域中的应用

□ 谢文龙 湖北大学知行学院

与其他传统的检测手段相比，NMR可以保持样品不受到破坏，是一种无损检测方法。并且操作方式简便、快速、准确以及重复性好，样品不需要添加溶剂，也不需要标准样品[1]。测试的最终结果受材料样品尺寸和颜色外观的影响较小，与操作人员的技术和判断没有关系。所以，在食品科学研究领域中，NMR受到了广泛关注。

1 磁共振技术在食品质量分析中的应用

1.1 分析食品成分

人类身体能量和营养的主要来源就是食品，食品有许多种类和复杂的成分，其中包括水、油和蛋白质等。这些成分的改变和食品质量具有紧密联系，核磁共振技术可以在不对食物原有状态进行改变的基础上，对这些成分进行快速、准确的定性、定量以及动态变化分析。

1.2 食品鉴定

食品质量的好坏不单单表现在组成成分上的差异，还受到品种、产地、交货期和储存时间的影响。核磁共振可以用来收集和分析二维和三维核磁共振谱图，对食品实行分类和表征。再根据经常应用的化学计量分析方法，例如：PCA、PLS-DA等分析方式，对食品（如茶、果汁、酒、豆酱、酱油与醋等）的种类、产地、生产日期以及存储时间等进行鉴别。

2 磁共振技术在食品安全分析中的使用

2.1 外源添加

为了对食品的味道进行调节，或者减少食品在生产过程中的成本，生产商通常会为天然食品添加和勾兑能够改变风味的外源添加剂。核磁共振技术在食品外源性添加剂检测领域的使用较晚。当前，最常用的检测方式是以核磁共振技术的位点特异性天然同位素丰度分离为基础，有效识别天然食品中的天然成分和外源性添加成分。因为在自然环境中，生物体常使用较轻的元素，而非生物系统不则相反，因此，生物代谢物的同位素比值，即重元和轻元的素数之比（RHr）分布范围低于非生物代谢物的同位素比值。然而，通过使用snif-nmr方法，能够直接得到基团上有机分子的同位素丰度比，并根据对代谢途径分析，确定天然样品中是否含有外源添加剂，以及加入了哪些外源成分。

Caer等人[2]使用基于13CNMR谱的snif-nmr方法，对三种不同来源的天然有机分子(乙醇、乙酸和香兰素)的位点特异性碳同位素丰度比进行了相应的检测和分析。为了验证获得的结果是否满足13CNMR的定量需求，对策略的重复性和再现性实施的考察。其结果表示使用基于13CNMR谱的snif-nmr方法能够检测出合成来源的乙醇分子乙烷同位素丰度比率没有太大的差异，这项结果和以往的同位素比例质谱具有一致性。但是，因为这种方式对各种系统极为敏感，不能完成绝对定量，这导致它在使用比基于氢核的snif-nmr方式中具有一定的局限性。然而，它在检测和定量食物中具有高含量特征成分以及外源添加物中具有自身的优点。

2.2 微生物污染

水果和利用水果生产的食品种类极为丰富，是日常生活中的必须品，但是在保存过程中很容易被微生物污染，变得不能食用。因为微生物不能用肉眼看见，并且是在水果内部出现，因此，在污染早期，肉眼是不能发现的。使用磁共振技术能够对水果内部的实际情况进行判断，进行高精度、定量的检测，使果实内部检测的可靠性不断提升，使水果的保存能够得到保障。有关研究人员利用分辨率较高的核磁共振技术对青霉菌污染的天然芒果汁成分变化实施了132 h的监测，其实验的结果表示，腐败后的芒果汁中含有较少的奎尼酸和葬草酸，被青霉污染的芒果汁中含有少量的柠檬酸和苹果酸，两者含有的丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸数量也较低，说明其可以用于芒果汁的自然腐败和扩展青霉菌污染早期的指示，对于确保芒果汁品质拥有较大的作用。

3 结论

核磁共振技术在食品分析中的使用还包含了很多方面，此外，我国有关部门在开展食品污染物的解析、农药残留、食品pH和氧化还原反映等各个方面都开展了深入研究。但是，核磁共振技术也存在仪器成本高、信号分析的专业性和复杂性等问题，在实际使用的时候还存在一些缺陷，需要深入研究，对这类仪器在食品行业的推广和新仪器的开发造成了阻碍。所以，在后续有关研究中，核磁共振技术应逐步改进，以解决这些局限性，持续扩大新仪器的作用范围，有效降低生产成本。只有这样，核磁共振技术才能在食品分析检测领域获得更加全面的使用和发展。