国际食品顶级期刊综述：用核磁共振技术给乳及乳制品贴上“安全”标签

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研究表明营养均衡的乳及乳制品是健康饮食的重要组成部分，乳及乳制品质量的控制对人体的健康非常重要。

核磁共振技术具有快速、无损分析的特点，在食品安全领域应用广泛，但目前其在乳及乳制品中的探索较少，仍需要更深入的研究。

该综述旨在介绍有关核磁共振技术在乳及乳制品中的应用，为核磁共振技术在乳及乳制品安全中的应用提供参考。

核磁共振（Nuclear magnetic resonance，NMR）是指自旋电子数不为零（I≠0）的核子，如¹H、¹³C、¹⁵N 等，在恒定磁场与射频磁场共同作用下，利用原子核与电磁波发生能量交换，并根据生物材料中不同状态水分及其各自相对含量等信息进行研究的一种技术。

核磁共振家族庞大而复杂，经常接触到的有核磁共振波谱、核磁共振成像，时域核磁，变场核磁等。一般而言根据场强的大小将核磁共振仪分为三类：低场（B < 1 T）、中场（1 T < B<3 T）和高场核磁共振仪（B > 3 T）。

一直以来，高场波谱核磁因其高灵敏度和分辨率在结构分析领域具有很高的地位，然而食品组分复杂，这种 “指纹” 图谱式的技术应用非常受限，加上高场核磁设备昂贵维护麻烦，操作门槛较高。

相比之下，低场核磁共振（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）采用永磁体，无需液氮液氦制冷、无需屏蔽房、操作简单，最主要的是在研究分子运动动力学尤其是水分子的运动方面非常有优势，加上无损、快速分析的特点，因此在食品领域应用广泛。

低场核磁共振技术是一种快速、简单、非破坏性及无需样品预处理的分析技术。研究发现其可以用于检测乳及乳制品中脂肪的含量、评估奶酪的产地、水分子的迁移率及乳制品的保水能力等理化和感官指标。

此外也广泛用于分析原料乳中的乳清、尿素、过氧化氢等含量及乳制品的掺伪。此外，核磁共振技术还可以结合统计学分析用于处理弛豫数据以此发现样品之间的差异性或相似性。

案例一：

用低场核磁共振技术研究掺伪牛奶

Microchemical Journal 2016

该研究探索了用低场核磁共振技术区分掺伪牛奶的可能性，检测了不同浓度乳清，尿素及过氧化氢掺伪牛奶样品的弛豫信号并结合化学计量学进行了分析。

结果表明随着掺伪牛奶中水分含量的增加，横向弛豫衰减曲线的衰减速率逐渐下降。

表1描述了通过CPMG序列离散单指数拟合获得的弛豫信号T₂与掺伪物质浓度的关系。随着掺伪物质浓度的增加，T₂逐渐增加。掺伪过氧化氢的牛奶由于过氧化氢的迅速分解成为顺磁性的氧气影响了水质子的弛豫速率，因此其T₂值较小。

案例二：

低场核磁共振结合化学计量学分析牛乳中的甲醛

Food Control 2020

磁共振加权成像结果表明，酪蛋白的存在使牛乳的弛豫信号T₂₃较小。但随着储存时间增加到48h，酪蛋白发生沉降导致乳清和甲醛占主导成分，T₂₃值增加。

此外，通过结合化学计量学（PLS和多元统计分析方法）分析，区分不同浓度的掺假牛乳。

案例三：

核磁共振T2弛豫研究低水干酪中水分和油脂迁移过程

Magn Reson Chem 2019

采用FID及CPMG序列，发现T2弛豫能区分干酪中脂肪和乳清（水）的成分，并利用该技术研究干酪加热过程中水和油脂的迁移过程。

图.分别用FID序列（左图）和CPMG序列（右图）研究100%干酪（蓝线）、22.6%的提取乳脂肪（黄线）、干酪和乳脂肪的混合物（虚线）的T2弛豫图谱

研究发现，利用FID序列能检测到固态脂肪（T₂<26us的部分），而在CPMG序列中新鲜干酪中水的T₂弛豫时间>60ms，因此利用FID-CPMG序列能区分出干酪中的脂肪和水分。

图.利用FID（图b和c）和CPMG(图c和d）研究新鲜干酪在30℃加热前后，其各组分T2弛豫的变化

加热前后，T₂<3ms的弛豫峰变化不大，而T₂>3ms的峰变化较大，并在798ms处新增了一个峰，经确定该峰为干酪释放的乳清产生的。新鲜干酪加热后，蛋白质基质内疏水相互作用增强，酪蛋白基质收缩并迫使一些水脱离基质，释放乳清，主峰的弛豫时间明显缩短，并产生新的弛豫峰。

低场核磁共振技术作为一种潜在的食品质量和掺伪检测方法，近年来在食品领域应用广泛。因此，小编对其进行了汇总，供研究人员参考。

[1] B C F B A , B J T G , C R S R B , et al. Nuclear magnetic resonance as an analytical tool for monitoring the quality and authenticity of dairy foods[J]. Trends in Food Science & Technology, 2021, 108:84-91（综述）.

[2] Santos P M , Pereira-Filho E R , Colnago L A . Detection and quantification of milk adulteration using time domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR)[J]. Microchemical Journal, 2016 (案例一).

[3] Coimbra P T , Bathazar C F , Guimares J T , et al. Detection of formaldehyde in raw milk by Time Domain nuclear magnetic resonance and chemometrics[J]. Food Control, 2019, 110:107006 (案例二).

[4].Lien Vermeir,et al.Water and oil signal assignment in lowmoisture mozzarella as determined by time‐domain NMR T2relaxometry.Magn Reson Chem. 2019;57(案例三）

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