蔡宏浩, 崔曉紅, 林美金, 陳 忠

(1. 廈門大學(xué) 電子科學(xué)系 福建省等離子體與磁共振研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建 廈門 361005; 2. 廈門大學(xué) 海洋學(xué)系 近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建 廈門 361005)

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)以其精確性、選擇性和無(wú)創(chuàng)性成為最有用和最普遍的譜學(xué)分析方法之一。從復(fù)雜的生物分子到各種材料, 從活的有機(jī)體到納米分子, NMR譜提供了許多寶貴的信息。魚(yú)肉和魚(yú)卵富含動(dòng)物蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸和磷脂質(zhì)等物質(zhì), 易被人體消化吸收, 對(duì)人類體力和智力的發(fā)展具有重大作用, 因此對(duì)經(jīng)濟(jì)魚(yú)類和模式魚(yú)類的研究對(duì)人類有著重大的意義。然而, 迄今人們對(duì)不同魚(yú)類的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異, 魚(yú)類的生存條件等因素對(duì)其生長(zhǎng)、繁殖的影響以及魚(yú)類藥物測(cè)試等方面的研究尚處于起步階段, 而NMR技術(shù)正是研究這些課題的有力手段。

對(duì)于液體樣品, 利用液體NMR譜方法能夠獲得具有化學(xué)位移、J偶合常數(shù)等譜信息的高分辨NMR譜圖。魚(yú)類雖然含有較多水分, 但是仍屬于固體, 固體NMR譜圖中譜峰的線寬往往比液體要寬的多, 譜圖分辨率很低。如果用小動(dòng)物磁共振成像儀(magnetic resonance imaging, MRI)對(duì)整只魚(yú)采集1H NMR譜圖, 樣品內(nèi)部固有的不均勻性將導(dǎo)致譜線的嚴(yán)重增寬。因此如何獲得魚(yú)類的高分辨NMR譜對(duì)魚(yú)類的深入研究具有重大的意義。當(dāng)前獲取魚(yú)類NMR高分辨譜主要有3種方法: 萃取物高分辨NMR譜方法, 魔角旋轉(zhuǎn)法(magic angle spin, MAS)以及基于分子間多量子相干(intermolecular multiple-quantum coherences, iMQC)的NMR方法。萃取物高分辨NMR譜方法是魚(yú)類和魚(yú)卵研究中最早出現(xiàn)也是目前最常用的NMR方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是: 譜圖分辨率高, 利于譜峰的歸屬, 利用基于自旋回波采樣技術(shù)的NMR方法還能夠獲得魚(yú)肉中除大分子脂質(zhì)外的小分子化合物的譜信息。而該方法的缺點(diǎn)在于對(duì)組織的破壞性大, 難以進(jìn)行原位、在體、無(wú)損的研究。隨著NMR硬件技術(shù)的進(jìn)步, Varian Nano 探頭[1]的出現(xiàn), 魔角旋轉(zhuǎn)法能夠有效平均固體樣品中核自旋間的偶極-偶極相互作用, 窄化譜峰線寬, 成為人們獲取生物組織高分辨NMR譜的另一有力手段。MAS方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的萃取操作過(guò)程, 對(duì)組織的破壞性較小; 而缺點(diǎn)同樣在于無(wú)法進(jìn)行原位、在體、無(wú)損的研究。除了NMR硬件上的改進(jìn)外, 還可以通過(guò)設(shè)計(jì)脈沖序列和數(shù)據(jù)處理方法在不均勻不穩(wěn)定場(chǎng)下獲取高分辨譜。近年來(lái)發(fā)展的基于分子間多量子相干的NMR方法, 由于其對(duì)磁場(chǎng)不均勻性不敏感的特性, 因而能有效減小NMR譜線的線寬, 從而獲得高分辨譜圖。iMQC的作用范圍與偶極相干距離dC相關(guān),dC的范圍在5 ～ 500 μm, 一般遠(yuǎn)小于實(shí)驗(yàn)樣品的尺寸, 當(dāng)dC比磁場(chǎng)的不均勻度還小時(shí)就有可能獲得線寬很窄的譜線, 從而消除或減弱磁場(chǎng)不均勻?qū)MR譜圖分辨率的影響。更重要的是, iMQC能夠獲得與常規(guī)單量子相干(single-quantunm coherences, SQC)類似的化學(xué)位移、J偶合常數(shù)等譜信息。但是由于iMQC的信號(hào)強(qiáng)度只有常規(guī)SQC信號(hào)的1/10, 因此信噪比較低。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高, 超低溫探頭以及磁化轉(zhuǎn)移技術(shù)的應(yīng)用, 這個(gè)問(wèn)題將會(huì)逐步得到改善。

作者將評(píng)述獲取魚(yú)類及魚(yú)卵高分辨NMR譜的方法及其在魚(yú)類研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 萃取物高分辨NMR譜方法

1.1 基本原理

萃取物高分辨NMR譜方法就是從魚(yú)肉或者魚(yú)卵中萃取脂類, 酸類等物質(zhì), 然后進(jìn)行NMR檢測(cè)以獲取高分辨NMR譜圖的方法。通過(guò)對(duì)魚(yú)肉或魚(yú)卵的萃取物進(jìn)行NMR檢測(cè), 能夠獲得魚(yú)肉內(nèi)脂類和酸類物質(zhì)的詳細(xì)譜學(xué)信息, 從而確定各種小分子代謝物和大分子代謝物的結(jié)構(gòu)和含量, 甚至一些含量很低的物質(zhì)如游離氨基酸、核苷酸、縮氨酸等也能夠檢測(cè)到。目前, 萃取魚(yú)肉或魚(yú)卵的方法中比較常用的是布萊戴爾(Bligh and Dyer)法[2]。萃取后, 一般在萃取物中加入適量的氘代試劑, 目的是為了進(jìn)行鎖場(chǎng)[3]。

常見(jiàn)的NMR譜有氫(1H)、碳(13C)、磷(31P)譜[4]等, 分別是利用物質(zhì)中所含有的1H、13C和31P元素來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。1H是NMR檢測(cè)方法中旋磁比最大的元素, 在自然界天然豐度也非常高, 因此1H NMR譜的靈敏度最高, 但由于魚(yú)肉和魚(yú)卵含有的脂類, 酸類及蛋白質(zhì)等都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物, 而1H NMR譜本身的譜寬一般在10(10-6)以內(nèi), 因此往往會(huì)造成譜峰的重疊。而13C NMR譜的譜寬可以達(dá)到250 (10-6), 譜峰不易重疊, 分辨率較高, 然而, 由于13C的旋磁比只有1H的1/4, 且天然豐度僅為1.1%, 因此13C的靈敏度只有1H的1/6000, 故13C NMR譜實(shí)驗(yàn)需要長(zhǎng)時(shí)間累加。1H NMR譜和13C NMR譜各有各的優(yōu)勢(shì), 在實(shí)際使用中可以按實(shí)驗(yàn)的目的和要求進(jìn)行選擇。

1.2 典型例

Gribbestad[5]在布魯克DRX 500 MHz譜儀上采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)[6]脈沖序列對(duì)從大西洋鮭魚(yú)白肉萃取得來(lái)的脂類和酸類物質(zhì)分別進(jìn)行NMR實(shí)驗(yàn), 得到的脂類和酸類物質(zhì)的1H NMR譜分別如圖1和圖2所示, 對(duì)譜峰的歸屬分別如表1和表2所示。根據(jù)圖1和表1, 作者對(duì)不同類型的n-3脂肪酸和DHA進(jìn)行了歸屬, 結(jié)合13C NMR譜和氣相色譜(gas chromatography, GC)確定了不同脂肪酸的結(jié)構(gòu)和含量。由圖2和表2對(duì)酸類的1H NMR譜進(jìn)行了歸屬, 包含乳酸、肌酸、鵝肌肽和氨基酸等, 其中乳酸峰有很好的分辨率, 可以用于對(duì)組織中所含的乳酸進(jìn)行定量分析。

Falch等[7]在布魯克DRX 600 MHz譜儀上獲得的鱈魚(yú)(Gadous macrocephalus)卵及鱈魚(yú)精子的13C NMR譜如圖3所示。通過(guò)得到的13C NMR譜, 作者分析了膽固醇在鱈魚(yú)精子和卵子的發(fā)育過(guò)程中的變化, 并對(duì)魚(yú)精子和卵子進(jìn)行了分級(jí)。

圖1 500 MHz譜儀大西洋鮭魚(yú)(Salmo salar L.) 白肉脂類提取物的1H NMR譜 (文獻(xiàn)[5])

表1 大西洋鮭魚(yú)白肉脂類提取物的1H NMR譜譜峰歸屬(文獻(xiàn)[5] )

圖2 500 MHz譜儀大西洋鮭魚(yú)白肉酸類提取物的1H NMR譜(文獻(xiàn)[5])

表2 大西洋鮭魚(yú)白肉酸類提取物的1H NMR譜峰歸屬(文獻(xiàn)[5])

2 魔角旋轉(zhuǎn)法

2.1 基本原理

由于固體中存在各種各向異性的相互作用, 因此, 固體NMR譜峰線寬往往比液體譜峰線寬寬的多。最明顯的例子是水, 液態(tài)水中質(zhì)子的NMR線寬可達(dá)到0.1 Hz, 然而在冰中則達(dá)到105 Hz。研究發(fā)現(xiàn), 通過(guò)對(duì)固態(tài)樣品中的原子核施加某些操作使其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng), 可以觀測(cè)到NMR線寬有效窄化。MAS方法就是使樣品在以其與外加恒定磁場(chǎng)方向的夾角的軸上作快速旋轉(zhuǎn), 當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度滿足一定的條件時(shí)所觀測(cè)到的固體NMR譜峰線寬明顯縮窄[8]。

進(jìn)行MAS實(shí)驗(yàn)獲得的譜峰線寬與魔角設(shè)置的準(zhǔn)確度和轉(zhuǎn)速有很大關(guān)系, 通常要獲得高分辨譜圖, MAS實(shí)驗(yàn)要求轉(zhuǎn)速足夠高、足夠準(zhǔn), 魔角設(shè)定足夠準(zhǔn)、足夠穩(wěn)。此外, 由于13C NMR譜靈敏度很低, 因此MAS實(shí)驗(yàn)最佳選擇是1H NMR譜。

2.2 典型例

Bankefors等[9]在布魯克Avance 600 MHz譜儀上分別將MAS技術(shù)與3種脈沖序列相結(jié)合對(duì)大西洋鮭魚(yú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 實(shí)驗(yàn)對(duì)象是大西洋鮭魚(yú)肉組織, 獲得的一維(one-dimensioanl, 1D)1H MAS NMR譜如圖4所示。圖4a和圖4b同時(shí)顯示了包含小分子代謝物和大分子代謝物如脂肪酸和糖原的譜峰, 而圖4c則過(guò)濾了小分子代謝物只剩下大分子代謝物, 這樣便有可能區(qū)分組織中的小分子代謝物和大分子代謝物。

與萃取法相比, 魔角旋轉(zhuǎn)法能夠?qū)⑼暾粔K魚(yú)肉放進(jìn)譜儀檢測(cè), 不僅省去了萃取的步驟, 而且對(duì)組織破壞較小, 所需樣品量少。缺點(diǎn)是需要更換專用的Nano探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 增加了設(shè)置魔角等操作步驟。而與組織魔角旋轉(zhuǎn)NMR譜相比, 萃取物高分辨NMR譜靈敏度更高。

3 基于分子間多量子相干的NMR方法

3.1 基本原理

圖3 500 MHz譜儀鱈魚(yú)卵(A)及鱈魚(yú)精子(B)的13C NMR譜(文獻(xiàn)[7])

圖4 600 MHz譜儀魔角旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速4 kHz下5 mg大西洋鮭魚(yú)肉1H NMR譜

iMQC來(lái)自分子間的遠(yuǎn)程偶極相互作用, 當(dāng)偶極相干距離比磁場(chǎng)的不均勻度還要小時(shí)就有可能在不均勻磁場(chǎng)下獲得線寬窄化的譜圖。分子間偶極相互作用的有效范圍為5 ～ 500 μm, 遠(yuǎn)小于一般樣品的尺寸, 在偶極相干距離內(nèi)磁場(chǎng)基本可以看成是均勻的, 因此, 可以將iMQC方法應(yīng)用于不均勻場(chǎng)獲得高分辨率譜圖。與萃取法和魔角旋轉(zhuǎn)法相比, iMQC方法最大的優(yōu)勢(shì)就是能夠保持樣品的完好性, 能進(jìn)行原位、在體檢測(cè), 省去了萃取, 更換探頭以及設(shè)置魔角的步驟, 極大地簡(jiǎn)便了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。將iMQC方法與定域譜[10]技術(shù)結(jié)合可以靈活地對(duì)生物體(如魚(yú)等)的指定區(qū)域進(jìn)行原位、在體、無(wú)損的檢測(cè)。

3.2 典型例

廈門大學(xué)陳忠小組[11]2009年提出了基于分子間雙量子相干(intelmolecular double-quantum coherence, iDQC)的iDQF-HOMOGENIZED II(簡(jiǎn)稱iDH2)一系列序列: iDH2-2J、iDH2-1J、和iDH2-0J, 如圖5所示。并以跳跳魚(yú)(Boleophthalmus pectinirostris)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象, 將其麻醉后不做處理直接放入核磁管, 應(yīng)用iDH2序列進(jìn)行NMR實(shí)驗(yàn), 并與經(jīng)典的PRESS定域譜方法和魔角旋轉(zhuǎn)法做了對(duì)比, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖5 iDH2系列序列圖

圖6 500 MHz譜儀完整跳跳魚(yú)的矢狀面和冠狀面微成像和1H NMR譜

從圖6可以看到, e圖的常規(guī)PRESS譜由于跳跳魚(yú)固有的不均勻性導(dǎo)致獲得的譜圖線寬較寬, 分辨 率低。而iDH2序列能夠克服跳跳魚(yú)固有的不均勻性, 可以獲得與魔角旋轉(zhuǎn)法相近分辨率的高分辨譜圖, 并且真正做到原位、無(wú)損檢測(cè)。iMQC方法的缺點(diǎn)在于靈敏度較低, 只有常規(guī)實(shí)驗(yàn)的1/10。

4 核磁共振技術(shù)的應(yīng)用

4.1 海產(chǎn)等級(jí)區(qū)分

魚(yú)類和貝類既是美味的又是極富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食物, 尤其是深海魚(yú)體內(nèi)的不飽和脂肪酸, 如: EPA、DHA等, 有助于調(diào)節(jié)血脂、改善視力、提高記憶力、預(yù)防老年癡呆。魚(yú)卵中含有豐富的磷脂質(zhì), 而磷脂質(zhì)中的n-3不飽和脂肪酸對(duì)人類的健康非常有益[12], 能夠預(yù)防心血管疾病[13], 對(duì)大腦及神經(jīng)系統(tǒng)都有正面的影響, 并能夠提高人體免疫力[14]。拿三文魚(yú)(Salmo)舉例, 脂類含量的多少和三文魚(yú)品質(zhì)有很大的關(guān)系, 脂類多的三文魚(yú)無(wú)論在口感還是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面都更好[15]。通過(guò)NMR技術(shù)可以定量分析三文魚(yú)肉中脂類物質(zhì)的含量, 如圖1所示, 該譜圖給出了不飽和脂肪酸的譜峰歸屬, 峰的強(qiáng)度越高代表該物質(zhì)含量越多。因此, 在同樣條件下對(duì)不同魚(yú)肉采集NMR譜圖, 便能比較不同魚(yú)肉脂類含量的多少。類似地, 利用NMR技術(shù)也能對(duì)魚(yú)卵含有的不飽和脂肪酸進(jìn)行譜峰歸屬和定量測(cè)量[16]。

同時(shí), 利用NMR技術(shù)還可以追蹤同一條魚(yú)或者魚(yú)卵在不同時(shí)期脂類或者酸類物質(zhì)的變化情況, 以此觀察魚(yú)和魚(yú)卵的生長(zhǎng)發(fā)育情況。Rezzi等[17]便利用NMR方法采集的金頭鯛(Sparus aurata)脂類的NMR譜圖對(duì)其進(jìn)行等級(jí)區(qū)分。Tyl等[18]采用NMR方法對(duì)4種魚(yú)體內(nèi)的脂肪酸的變化做了研究。

4.2 鑒別野生與養(yǎng)殖

通過(guò)NMR譜圖能夠區(qū)別魚(yú)類是野生還是養(yǎng)殖, 甚至判斷出魚(yú)類的原產(chǎn)地。Aursand等[19]通過(guò)13C NMR譜圖配合概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PNN)[20]和支持向量機(jī)(SVM)[21]研究如何區(qū)分野生和養(yǎng)殖三文魚(yú)以及三文魚(yú)的原產(chǎn)地。挪威養(yǎng)殖三文魚(yú)(NF)在化學(xué)位移31.48 ppm位置上的脂肪峰強(qiáng)度顯著高于挪威野生三文魚(yú)(NW)、蘇格蘭野生三文魚(yú)(SW)、愛(ài)爾蘭野生三文魚(yú)(IW)(圖7)。

Trocino等[22]利用相似的方法對(duì)有機(jī)養(yǎng)殖和傳統(tǒng)養(yǎng)殖的歐洲海鱸魚(yú)(Dicentrarchus labraxL.)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn), 研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)養(yǎng)殖的鱸魚(yú)體內(nèi)n-3至n-6不飽和脂肪酸的單位含量要比傳統(tǒng)養(yǎng)殖的鱸魚(yú)要高。

4.3 生長(zhǎng)條件對(duì)魚(yú)類的影響

養(yǎng)殖魚(yú)類的質(zhì)量受許多因素影響, 如水溫、鹽度、含氧量、污染物、飼料等。通過(guò)NMR技術(shù)可以定性定量研究這些因素對(duì)魚(yú)類質(zhì)量的影響, 從而通過(guò)優(yōu)化養(yǎng)殖來(lái)改善魚(yú)類的質(zhì)量。

Bankefors等[9]對(duì)喂食普通魚(yú)飼料和20%接合菌飼料的大西洋鮭魚(yú)進(jìn)行NMR實(shí)驗(yàn), 并利用MATLAB[23]工具結(jié)合主成分分析法(principal component analysis, PCA)[24]得到結(jié)果如圖8所示。從得分圖(a)可以看出普通魚(yú)飼料喂養(yǎng)的鮭魚(yú)和20%接合菌飼料喂養(yǎng)的鮭魚(yú)明顯的區(qū)分了開(kāi)來(lái), 進(jìn)一步從負(fù)載圖(b)可以看出喂食20%接合菌飼料的鮭魚(yú)主要在乳酸(Lactate)、鵝肌肽(Anserine)、肌酸(Creatine)這3個(gè)成分上與喂食普通飼料的鮭魚(yú)產(chǎn)生了區(qū)別。

Viegas等[25]利用一定濃度的氘代水飼養(yǎng)禁食和正常喂食的歐洲海鱸魚(yú)一定時(shí)間后, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常喂食的鱸魚(yú)在葡萄糖代謝物在量上要多于禁食鱸魚(yú)。通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)可以無(wú)損的觀測(cè)葡萄糖在魚(yú)體內(nèi) 的代謝過(guò)程。

圖7 500 MHz譜儀三文魚(yú)脂類提取物的部分13C NMR譜(化學(xué)位移范圍為31.3 ～32 ppm)

當(dāng)今河流與海洋都受到不同程度的污染, 因此通過(guò)模擬污染環(huán)境分析污染物對(duì)魚(yú)類和貝類的影響對(duì)海洋產(chǎn)業(yè)有重要的意義。刑麗紅等[26]利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法研究三聚氰胺在大菱鲆(Scophthalmus maximus)體內(nèi)的代謝規(guī)律, 從而為防范三聚氰胺殘留提供理論依據(jù), 而NMR技術(shù)同樣能夠做到類似的檢測(cè)[27], 并能做到原位、無(wú)損檢測(cè), 而液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法做不到。Zhang等[28]利用NMR技術(shù)以馬尼拉蛤蜊(Manila clam,Ruditapes philippinarum)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象, 研究不同時(shí)間、不同劑量的具有致癌致畸性的苯并(a)芘對(duì)蛤蜊的影響, 對(duì)蛤蜊的腮提取物采集NMR譜圖, 并應(yīng)用PCA分析譜圖, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)苯并(a)芘會(huì)改變蛤蜊體內(nèi)的某些代謝物的含量。Ekman等[29]以呆鰷魚(yú)(Fathead minnow)的尿液為研究對(duì)象, 應(yīng)用NMR技術(shù)結(jié)合PCA方法分析了呆鰷魚(yú)暴露在某些化學(xué)環(huán)境下體內(nèi)代謝物的變化。

4.4 魚(yú)類生產(chǎn)加工

朱榕璧等[30]將NMR技術(shù)應(yīng)用于魚(yú)糜的漂洗、擂潰、凝膠和保藏, 定性定量研究了各種添加劑對(duì)魚(yú)糜制品的影響。NMR技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確、無(wú)破壞性廣泛應(yīng)用于魚(yú)糜制品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)中。此外, Gudjonsdottir 等[31]利用NMR技術(shù)測(cè)量鮭魚(yú)肉的縱向弛豫時(shí)間(T1)和橫向弛豫時(shí)間(T2), 以此來(lái)比較兩種不同的魚(yú)肉腌制方法對(duì)魚(yú)肉中蛋白質(zhì)的影響。

4.5 魚(yú)類成像

通過(guò)磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)技術(shù)可以無(wú)損、在體地獲得魚(yú)類的內(nèi)部構(gòu)造圖像, 進(jìn)而能夠從圖像上觀察得到魚(yú)類的發(fā)育情況, 病變等訊息。Nott等[32]在布魯克 BMT 2.35T 動(dòng)物成像儀上獲得了虹鱒魚(yú)(Salmo gairdneri)的磁化轉(zhuǎn)移速率加權(quán)的磁共振成像圖, 由于磁化轉(zhuǎn)移速率隨著蛋白質(zhì)的密度增加而增大, 虹鱒魚(yú)的肌肉和內(nèi)臟中的蛋白質(zhì)在冰凍后聚合導(dǎo)致密度增大。因此, 從圖9中可以很明顯地看出: 冰凍后的虹鱒魚(yú)橫斷面圖 的強(qiáng)度比新鮮的虹鱒魚(yú)的橫斷面的強(qiáng)度要大, 尤其是內(nèi)臟位置, 冰凍后的亮度顯著大于新鮮的。因此, 通過(guò)MRI技術(shù)可以區(qū)分新鮮的和冰凍過(guò)的虹鱒魚(yú)。

圖8 大西洋鮭魚(yú)魚(yú)肉切片組織的PCA得分圖及負(fù)載圖

圖9 2.35T 動(dòng)物成像儀上同一只虹鱒魚(yú)在新鮮(左)和冰凍儲(chǔ)存4周后(右)的磁共振橫斷面圖 (文獻(xiàn)[32])

5 結(jié)語(yǔ)

海洋是生命的搖籃, 蘊(yùn)藏著極其豐富的資源, 人類對(duì)海洋的探索一直沒(méi)有停止, 但是海洋還有許多未解之謎。NMR技術(shù)能夠無(wú)創(chuàng)、無(wú)損、定性、定量地對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè), 配合其他數(shù)學(xué)工具, 能夠用于研究許多其他技術(shù)不能解決或是較難解決的問(wèn)題。因此, NMR技術(shù)在挖掘海洋資源, 保護(hù)海洋環(huán)境等方面具有潛在的巨大優(yōu)勢(shì)。

作者比較分析了3種獲取高分辨NMR譜的方法, 給出了對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 并介紹了一些具體應(yīng)用。萃取法和MAS方法能夠獲得高分辨NMR譜圖, 缺點(diǎn)是這兩種方法都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象造成不同程度的損傷。基于iMQC的NMR方法能夠在對(duì)生物體不損傷的情況下進(jìn)行原位、在體檢測(cè)。但其缺點(diǎn)是固有的低靈敏度。因此, 如何提高iMQC方法的靈敏度, 如何利用iMQC方法獲得高分辨、高靈敏度的NMR譜是今后研究的重要課題。

[1] Shockcor J P, Wrum R M, Silver I S, et al. Metabolife structure elucidation using NMR mirco-nano- detection[J]. Tetrahedron Letters, 1994, 35(28): 4919-4922.

[2] Bligh E G, Dyer W J. A rapid method of total lipid extraction and purification[J]. Canadian Journal of Biochemical Physics, 1959,37(8): 911-917.

[3] Vanzijl P C M. The use of deuterium as a nucleus for locking, shimming, and measuring NMR at high magnetic fields[J]. Journal of Magnetic Resonance, 1987, 75(2): 335-344.

[4] Pettegrew J, Minshew N, Glonek T, et al.31P Nuclear magnetic resonance analysis of huntington and control brain[J]. Annals of Neurology, 1982, 12(1): 91-95.

[5] Gribbestad I S, Aursand M, Martinez I. High-resolution1H magnetic resonance spectroscopy of whole fish, fillets and extracts of farmedAtlantic salmon(Salmo salarL.) for quality assessment and compositional analyses[J]. Aquaculture, 2005, 250(1): 445-457.

[6] Maudsley A A. Modified carr purcell meiboom gill sequence for NMR fourier-imaging applications[J]. Journal of Magnetic Resonance, 1986, 69(3): 488-491.

[7] Falch E, Storseth T R, Aursand A. Multi-component analysis of marine lipids in fish gonads with emphasison phospholipids using high resolution NMR spectroscopy[J]. Chemisrty and Physics of Lipids, 2006, 144(1): 4-16.

[8] 葉朝輝. 魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振波譜學(xué)[J]. 波譜學(xué)雜志, 1984, 1(4): 415-416.

[9] Bankefors J, Kaszowska M, Pickova J, et al. A comparison of the metabolic profile on intact tissue and extracts of muscle and liver of juvenileAtlantic salmon(Salmo salarL.) - application to a short feeding study[J]. Food Chemistry, 2011, 129(4): 1397-1405.

[10] Ryner L N, Sorenson J A, Thomas M A. Localized 2D J-resolved1H MR spectroscopy strong coupling effects in vitro and in vivo[J]. Magnetic Resonance Imaging, 1995, 13(7): 1043-1044.

[11] Chen X, Lin M J, Chen Z, et al. Fast acquisition scheme for achieving high-resolution MRS with J-scaling under inhomogeneous fields[J]. Magnetic Resonance in Medicine, 2009, 61(4): 775-784.

[12] Takahashi K. More efficient utilization of fish and fisheries products[J]. Developments in Food Science, 2004, 42: 87-96.

[13] Vanschoonbeek K, Demaat M P M, Heemskerk J W M. Fish oil consumption and reduction of arterial disease[J]. Journal of Nutrition, 2003, 133(3): 657-660.

[14] Connor W E. Importance of n-3 fatty acids in health and disease[J]. American Journal of Clinical Nutrition, 2000, 71(1): 171S-175S.

[15] Mohr V. Control of nutritional and sensory quality of cultured fish[J]. Seafood Quality Determination, 1987, 9: 487-496.

[16] Pouliquen D, Omnes M H, Seguin F, et al. Changes in the dynamics of structured water and metabolite contents in early developing stages of eggs of turbot[J]. Comparative Biochemistry and Physiology B: Biochemistry and Molecular Biology, 1998, 120(4): 715-726.

[17] Rezzi S, Giani I, Heberger K, et al. Classification of gilthead sea bream (Sparus aurata) from1H NMR lipid profiling combined with principal component and linear discriminant analysis[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(24): 9963-9968.

[18] Tyl C E, Brecker L, Wagner K H.1H NMR spectroscopy as tool to follow changes in the fatty acids of fish oils[J]. European Journal of Lipid Science and Technology, 2008, 110(2): 141-148.

[19] Aursand M, Standal I B, Prael A, et al.13C NMR pattern recognition techniques for the classification of Atlantic salmon (Salmo salarL.) according to their wild, farmed, and geographical origin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(9): 3444-3451.

[20] Specht D F. Probabilistic neural networks and the polynomial adaline as complementary techniques for classification[J]. Neural Networks, IEEE Trans, 1990, 1(1): 111-121.

[21] Cortes C, Vapnik V. Support vector networks[J]. Machine Learning, 1995, 20(3): 273-297.

[22] Trocino A, Xiccato G, Majolini D, et al. Assessing the quality of organic and conventionally-farmed European sea bass (Dicentrarchus labrax)[J]. Food Chemistry, 2012, 131(2): 427-433.

[23] Gunther U L, Ludwig C, Ruterjans H. NMRLAB - advanced NMR data processing in MATLAB[J]. Journal of Magnetic Resonance, 2000, 145(2): 201-208.

[24] Wold S, Esbensen K, Geladi P. Principal component anlysis[J]. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 1987, 2(1): 37-52.

[25] Viegas I, Jarak I, Leston S, et al. Analysis of glucose metabolism in farmed European sea bass (Dicentrarchus labraxL.) using deuterated water[J]. Comparative Biochemistry and Physiology A: Physiology, 2011, 160(3): 341-347.

[26] 刑麗紅, 孫偉紅, 苗鈞魁, 等. 三聚氰胺在大菱鲆體內(nèi)的代謝消除規(guī)律研究[J]. 海洋科學(xué), 2011, 35(1): 66-69.

[27] Farag M A, Porzel A, Schmidt J, et al. Metabolite profiling and fingerprinting of commercial cultivars ofHumulus lupulusL.(hop): a comparison of MS and NMR methods in metabolomics[J]. Metabolomics, 2012, 8(3): 492-507.

[28] Zhang L, Liu X L, You L P, et al. Benzo(a) pyrene-induced metabolic responses in Manila clamRuditapes philippinarumby proton nuclear magnetic resonance (1H NMR) based metabolomics[J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2011, 32(2): 218-225.

[29] Ekman D R,Teng Q, Jensen K M,et al. NMR analysis of male fathead minnow urinary metabolites: A potential approach for studying impacts of chemical exposures[J]. Aquatic Toxicology, 2007, 85(2): 104-112.

[30] 朱榕璧, 彭樹(shù)美, 張麗晶, 等.1H NMR及其在魚(yú)糜制品加工和保藏中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊, 2008, 12: 22-24.

[31] Gudjonsdottir M, Arason S, Rustad T. The effects of pre-salting methods on water distribution and protein denaturation of dry salted and rehydrated cod - A low-field NMR study[J]. Journal of Food Engineering, 2011, 104(1): 23-29.

[32] Nott K P, Evans S D, Hall L D. Quantitative magnetic resonance imaging of fresh and frozen-thawed trout[J]. Magnetic Resonance Imaging, 1999, 17(3): 445-455.