综述： LF-NMR和MRI技术在水分动力学及果蔬品质研究中的应用

Dol:10.1111/jfpp.14202 

本次为大家推荐的文献，来自大连工业大学谭明乾教授团队于2019年发表在J Food Process Preserve 上的一篇综述，该文章综述了目前国内外学者利用LF-NMR及MRI技术研究果蔬品质及水分动力学的成果，研究方向从水分相态分析、内部结构探测、品质预测、工艺研究、产地区分等等，非常全面综合，推荐给大家！

1. 研究果蔬为什么要用低场核磁共振技术？

大部分果蔬不耐保存，极易腐烂，因此需要进行二次加工处理，然而延长保质期的同时其口感品质均受到不同程度的影响，如何评价这些产品的感官特性是否在消费者可接受范围内，这个问题非常关键。

食品品质的检测方式众多，例如形状、大小 、颜色、 质地、硬度、风味等，虽说非常直观且方便，但往往采用抽检，耗时费力，加上果蔬个体差异性较强，往往不能“以一概全”，因此传统的方式显然不能满足需求。

低场核磁共振技术（LF-NMR）作为一种准确、无损、快速的评估水分状态的技术，目前已经广泛应用在食品、农业领域当中。

果蔬中90%以上都是水，然而水的状态与果蔬内在的品质如营养、化学、感官特性如酸度、成熟度、硬度、质地、含糖量、风味等有非常大的关系。而诸如这些品质影响果蔬的采收时间、储藏、加工、包装、货架期等。

低场核磁共振技术研究的主体

纽迈客户之一中国农业科学院农产品加工所魏益民教授曾对低场核磁共振技术做出这样的总结：

中国农业科学院农产品加工研究所

魏益民教授

“核磁技术在食品领域最大的意义就是区分水分存在的状态，看到水分的运移过程，以此来研究水分的运移规律。” 魏益民教授说，“核磁技术用于食品中水分的研究，能提供的不仅仅是含量，而且能够在分子水平上观察水分子的运动规律。这项研究非常有价值。”—《媒体》

访谈原文

低场核磁技术：让食品中水分研究可视化

LF-NMR研究水分动力学与食品品质之间的关系

2. LF-NMR技术在食品领域的应用现状

如果从LF-NMR的数据输出形式看，在食品农业领域的应用可以大致分为两类：定量和定性分析。

定量分析中最具代表性的则是，固体脂肪含量测定以及种子含油含水率测定，目前均作为国标方法甚至国际通用的标准方法。

定性分析涵盖较广，总体来说以LF-NMR分析食品中水分动力学研究食品品质。

具体到每一个应用方向，我总结了一张图放在下面，每一个方向我们都有最新的应用案例和论文成果，如有需要，欢迎文末联系。

具体应用案例请联系纽迈工程师获取

在果蔬农产品领域中，主要集中在基于弛豫分析研究水分结合状态及动态迁移规律，以及基于MRI技术研究内部品质并结合数学算法进行品质预测以及在线品质把控等。

现将本篇综述文章的内容进行概括提炼，如下图所示：

低场核磁共振技术在果蔬农产品中的应用

篇幅有限，选取几个有代表性的研究方向展开阐述。

3. 典型应用案例

干燥过程

案例一

玫瑰花蕾在热风干燥过程中的水分变化

Drying Technology 2020

本篇文章利用低场核磁共振技术研究玫瑰花蕾干燥过程中的水分变化，并辅以称重法研究水分含量，分析干燥过程中水分相态的分布及动态迁移，发现水分含量与LF-NMR参数显著相关。

玫瑰花蕾中存在三种状态水分：结合水T21 、不易流动水T22 、自由水T23 。

T23值的下降速度比T21值和T22值下降得更快。

MRI图像表明，质子密度从外部表面下降到内部空间，16h后，水分分布均匀，表明结构被完全破坏，使内部水分与外界水分迅速交换。

案例二：西兰花干燥过程水分状态及分布

Food Research International 2017

T2弛豫图谱显示西兰花中有三种状态水分

T21：1-10ms 代表与细胞壁和多糖紧密相连的水分子

T22: 10-100ms代表与细胞质中的大分子如蛋白质相连的水分

T23：自由度和运动性最高，对应于液泡和木质部中具有较高流动性水的水分子。

磁共振加权成像表明西兰花中水分的空间分布不均匀，水分从茎秆到芽逐渐减少。此外还研究了苹果、香菇和胡萝卜，并结合化学计量学方法实时监测干燥品质。

除了离线测试之外，目前纽迈分析研发出多款智能干燥系统，将核磁共振技术与温度场、其他设备进行联用，相继已成功投入科研当中。例如：

MRI研究果蔬品质

案例三

基于MRI及X-CT技术无损研究不同品种苹果核疾病的研究

Postharvest Biology and Technology  2014

MRI技术监测富士苹果采摘后在7-15周过程中发生的水核固化过程。作者还将MRI技术与CT进行定量对比发现，MRI能明显区分出水核，拥有更高的图像对比度。

（a)苹果切开后照片(b)苹果MRI图像 （c)CT图像

利用MRI技术可以对苹果内部疾病如霉心病等进行无损检测。

使用纽迈分析0.5T核磁共振成像分析仪所作的图像

展望

正如纽迈的愿景一般，未来低场核磁共振技术会朝着从高端走向普及的方向发展，逐渐小型化、微型化 、便携化，并与人工智能、5G云数据、物联网等信息技术联用，推动农业及食品行业朝着科技创新的方向发展。

参考文献：[1] Potential uses of LF‐NMR and MRI in the study of water dynamics and quality measurement of fruits and vegetables. 

dol：10.1111/jfpp.14202  

[2] Detection of water variation in rosebuds during hot-air drying by LF-NMR and MRI   

dol:10.1080/07373937.2019.1565577 

[3]Comparison of X‐ray CT and  MRI of watercore disorder of different apple cultivars. 

dol：10.1016/j.postharvbio.2013.08.008

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