趙婷婷，王 欣，盧海燕，劉寶林（上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所，上海200093）

基于低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）弛豫特性的油脂品質(zhì)檢測(cè)研究

趙婷婷，王 欣*，盧海燕，劉寶林
（上海理工大學(xué)食品質(zhì)量與安全研究所，上海200093）

研究了低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）檢測(cè)過程中的儀器參數(shù)、檢測(cè)溫度及體積等對(duì)大豆油、棕櫚油和豬油弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響，并給出了適用于含固態(tài)脂類油脂樣品的LF-NMR檢測(cè)條件，即：TR＝2000ms，τ＝250μs，EchoCount＝6000個(gè)，檢測(cè)體積2.5mL，檢測(cè)溫度50℃。并應(yīng)用建立的方法對(duì)多種地溝油樣品進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，基于油樣的LFNMR弛豫特性，可有效區(qū)分8種固態(tài)油樣和10種液態(tài)地溝油，檢測(cè)正確識(shí)別率可達(dá)75%和100%，有效避免了假陽性，且S21峰比例面積可有效反映樣品的摻雜梯度變化，說明了該方法對(duì)固態(tài)和液態(tài)地溝油也具有較好的識(shí)別能力，在后期油脂品質(zhì)檢測(cè)應(yīng)用中具有較好的可行性。

低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR），弛豫特性，參數(shù)優(yōu)化，油脂

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是基于原子核磁性的一種波譜技術(shù)。1H LF-NMR的基本原理是原子核在磁場(chǎng)中受到磁化，自旋角動(dòng)量發(fā)生進(jìn)動(dòng)，當(dāng)外加能量（射頻場(chǎng)）與原子核振動(dòng)頻率相同時(shí)，原子核吸收能量發(fā)生能級(jí)躍遷，產(chǎn)生共振吸收信號(hào)[1-2]。近年來，LF-NMR技術(shù)以其快速、無損、樣品需要量少等特點(diǎn)，在食品科學(xué)領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，如水分狀態(tài)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變、碳水化合物等多方面的研究中[3-4]，在油脂分析中，特別是檢測(cè)油料種子的含油量、固體脂肪含量測(cè)定等已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，目前在油脂品質(zhì)檢測(cè)中已經(jīng)開始嶄露頭角，被認(rèn)為是一種非常有潛力的油脂快速檢測(cè)新技術(shù)。

Martna H等[7]發(fā)現(xiàn)煎炸油脂的LF-NMR弛豫時(shí)間會(huì)隨其所含的極性化合物含量的增加而縮短，利用這一數(shù)學(xué)關(guān)系可以監(jiān)測(cè)食用油在高溫煎炸中的品質(zhì)變化。王永巍[8]、史然等[9]的研究亦表明油脂煎炸過程中隨油脂理化特性的變化，其T2多組分弛豫特性也出現(xiàn)顯著變化，并認(rèn)為可建立理化指標(biāo)與LF-NMR弛豫特性的相關(guān)性模型，從而應(yīng)用LF-NMR技術(shù)進(jìn)行食用油煎炸過程的品質(zhì)監(jiān)測(cè)。另一方面，研究者應(yīng)用LF-NMR技術(shù)對(duì)“地溝油”及新鮮食用油中摻加價(jià)格低廉的毛油、煎炸油等進(jìn)行了檢測(cè)。如王樂等[10]發(fā)現(xiàn)可以利用LF-NMR檢測(cè)樣品的固體脂肪含量對(duì)食用油摻偽餐飲業(yè)廢油脂進(jìn)行檢測(cè)。周凝[11]、王永巍等[8]發(fā)現(xiàn)，米糠毛油、煎炸老油等餐飲廢油的T2多組分弛豫圖譜明顯區(qū)別于新鮮植物油。Lucas等[12]的研究也表明由于植物油與乳脂的甘油三酯組成不同，也會(huì)導(dǎo)致弛豫特性上的差異。

前期在對(duì)油脂的LF-NMR弛豫特性的研究中，多以常用食用油，如大豆油為對(duì)象進(jìn)行研究，如史然等[13]對(duì)油脂LF-NMR檢測(cè)方法的優(yōu)化研究。實(shí)際上，呈固態(tài)的植物油如棕櫚油，或動(dòng)物脂肪如豬油，在食品的煎炸烹飪過程中使用頻率也很高，因此，其LFNMR弛豫特性的研究對(duì)于其品質(zhì)的快速檢測(cè)及監(jiān)控具有重要意義。因此，本文擬就低場(chǎng)核磁共振（LFNMR）檢測(cè)過程中的儀器參數(shù)、樣品參數(shù)等對(duì)大豆油、棕櫚油和豬油弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響進(jìn)行研究，進(jìn)而選擇適用的LF-NMR檢測(cè)條件，并應(yīng)用建立的方法對(duì)不同形態(tài)的地溝油樣品的LF-NMR弛豫特性進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

純香豬油、棕櫚油、大豆油、金鸝非氧化起酥油、金鸝高級(jí)黃油、金味液態(tài)酥油 均購自益海嘉里食品工業(yè)有限公司；薯?xiàng)l 上海長生食品廠；地溝油樣品（共18個(gè)） 國家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心提供；煎炸油 自制（取4.0kg純香豬油加熱至（180±2）℃并保持30min后，煎炸過程中物料比（0.036kg薯?xiàng)l/kg油）恒定，每批薯?xiàng)l煎炸3min，每小時(shí)煎炸4批，每天煎炸8h，共持續(xù)5d。實(shí)驗(yàn)過程中無油料添加，取煎炸20、30、40h的煎炸油樣品，濾去沉淀后冷卻至室溫，-20℃存放備用）。

PQ001型LF-NMR核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；HH.S21型恒溫水浴鍋 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；XW-80A型微型旋渦混合儀 上海滬西分析儀器廠有限公司；09款流線型5.5L電炸爐 廣州匯利有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 方法的適用性研究 用史然等建立的方法[13]分別對(duì)2種大豆油、1種固態(tài)棕櫚油、3種固態(tài)地溝油、1種液態(tài)酥油和3種食用固態(tài)油脂（豬油、起酥油和黃油）進(jìn)行LF-NMR檢測(cè)，分析其T2多組分弛豫圖譜特征。

1.2.2 檢測(cè)參數(shù)對(duì)油脂弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響

LF-NMR檢測(cè)參數(shù)主要包括儀器系統(tǒng)參數(shù)、采集參數(shù)及樣品參數(shù)等。一般而言，系統(tǒng)參數(shù)由儀器特性、相應(yīng)脈沖順序及儀器環(huán)境決定，由儀器自動(dòng)調(diào)整。采集參數(shù)實(shí)驗(yàn)過程中，量取2.5mL的油樣于核磁試管中，50℃水浴30min保證樣品完全融化后立即置于核磁探頭中，在設(shè)定的的檢測(cè)參數(shù)條件下采集樣品的LFNMR信號(hào)，分析不同參數(shù)對(duì)油樣T2多組分弛豫圖譜、單組份弛豫時(shí)間T2W、S21峰面積比例等信號(hào)穩(wěn)定性及可靠性的影響。

1.2.2.1 采集參數(shù) 采集參數(shù)由儀器特性及研究目的決定，主要包括：重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR）、重復(fù)掃描次數(shù)（NS）、采樣頻率（SW）、半回波時(shí)間（τ）、回波個(gè)數(shù)（EchoCount）和采樣點(diǎn)數(shù)（TD）。需要在硬脈沖自由感應(yīng)衰減（Free Induction Decay，F(xiàn)ID）序列中設(shè)置TR、NS及SW，本文中，由于油脂的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)較強(qiáng)，重復(fù)掃描次數(shù)（NS，次）一般可設(shè)定為4次即可。采樣頻率（SW，kHz）設(shè)置為250kHz時(shí)可完整獲取油脂中的有效信號(hào)。保存后進(jìn)入硬脈沖（Carr-Purcell-Meiboom-Gil，CPMG）序列對(duì)τ及EchoCount進(jìn)行設(shè)置。采樣點(diǎn)數(shù)（TD，個(gè)）是儀器采集信號(hào)時(shí)所需要的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，它的大小是由樣品信號(hào)衰減的快慢決定的。當(dāng)TR、τ、EchoCount三者確定后，此值可自動(dòng)確定。

a.重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR，ms）：指前一次采樣結(jié)束至后一次采樣開始的這段時(shí)間。在參數(shù)設(shè)置界面，通過分別設(shè)置TR值為500、1000、1500、2000、2500ms，單擊開始采樣并記錄信號(hào)的模最大值變化情況。

b.半回波時(shí)間（τ，μs）：指90°脈沖與相鄰180°脈沖之間的時(shí)間間隔，將τ分別設(shè)置為80、100、150、200、250、300μs，累加采集信號(hào)，導(dǎo)出不同τ值下所得CPMG回波數(shù)據(jù)串，從中獲得相應(yīng)的信號(hào)衰減幅值并進(jìn)行分析。

c.回波個(gè)數(shù)（EchoCount，個(gè)）：是指信號(hào)采樣得到的回波數(shù)量，也是施加180°脈沖的個(gè)數(shù)。將EchoCount分別設(shè)置為1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000個(gè)，累加采集信號(hào)，導(dǎo)出不同EchoCount值下所得CPMG回波數(shù)據(jù)串，從中獲得相應(yīng)的信號(hào)衰減幅值并進(jìn)行分析。

1.2.2.2 樣品參數(shù) 在確定適宜的LF-NMR儀器參數(shù)后，通過以下實(shí)驗(yàn)確定檢測(cè)的適宜樣品參數(shù)。

a.檢測(cè)溫度：分別取2.5mL油樣在27、32、37、42、46、50℃水浴30min后，立即置于核磁探頭中采集信號(hào)。分析各溫度下所得LF-NMR檢測(cè)T2多組分弛豫圖譜，研究溫度對(duì)樣品T22峰起始時(shí)間、單組分弛豫時(shí)間T2w的穩(wěn)定性及可靠性的影響。

b.檢測(cè)體積：使檢測(cè)體積分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0mL，于50℃水浴30min保證樣品完全融化后，立即置于核磁探頭中采集信號(hào)。分析檢測(cè)體積對(duì)T2多組分弛豫圖譜、信號(hào)總量（總的峰面積S2）及S21峰比例等信號(hào)穩(wěn)定性及可靠性的影響。

1.2.3 地溝油樣品的LF-NMR弛豫特性 在優(yōu)化后的參數(shù)條件下，對(duì)衛(wèi)生部提供的部分真實(shí)樣品的進(jìn)行LF-NMR檢測(cè)，并與文獻(xiàn)[13]方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用T-invfit軟件對(duì)LF-NMR弛豫檢測(cè)得到的自由誘導(dǎo)指數(shù)衰減曲線進(jìn)行反演擬合，可得到油樣的多組分弛豫時(shí)間（T2）數(shù)據(jù)圖譜。當(dāng)將樣品看作一個(gè)整體組分分析時(shí)，可反演得到樣品的單組分弛豫時(shí)間（T2w，單位：ms）。

應(yīng)用Origin8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。實(shí)驗(yàn)中均設(shè)三次平行，應(yīng)用SPSS軟件對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的適用性研究

[13]僅以大豆油為研究對(duì)象，對(duì)油脂的LF-NMR檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化研究。該檢測(cè)方法是否適用于含有固態(tài)油脂的樣品以及地溝油的檢測(cè)，仍有待于研究。因此，為了探索文獻(xiàn)[13]方法的適用性，應(yīng)用文獻(xiàn)[13]的LF-NMR檢測(cè)方法獲得的不同油樣的T2多組分弛豫圖譜，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同油樣的T2多組分弛豫圖譜Fig.1 Multi-component relaxation map of different sample

如圖1A所示，與正常大豆油的T2多組分弛豫圖譜典型的雙峰（T22、T23）特征相比，劣質(zhì)大豆油的T2多組分弛豫圖譜還出現(xiàn)了T21特征峰，這與文獻(xiàn)[13]的結(jié)果相符。值得注意的是，呈固態(tài)的正常KFC純棕櫚油的T2多組分弛豫圖譜也出現(xiàn)了T21特征峰，但其余三個(gè)地溝油油樣卻均未檢出T21特征峰。另外，四種正常固態(tài)油樣的T2多組分弛豫圖譜中均出現(xiàn)了一定比例的T21特征峰（圖1B）。因此，若依據(jù)文獻(xiàn)[13]的方法，根據(jù)樣品的T2多組分弛豫圖譜中是否出現(xiàn)T21特征峰評(píng)判樣品的品質(zhì)，則含有固態(tài)油脂的樣品有可能出現(xiàn)假陽/陰性的誤判。同時(shí)，在檢測(cè)中也發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)給出的32℃水浴10min的條件難以使含有固態(tài)油脂的樣品完全融化，這有可能造成樣品均一度較低，亦可能造成一定的誤差。因此，有必要對(duì)不同油脂，尤其是呈固態(tài)的不同油脂樣品的LF-NMR弛豫特性進(jìn)行研究，以選擇合適的檢測(cè)條件從而保證檢測(cè)結(jié)果的有效性和可比性。

2.2 采集參數(shù)對(duì)油脂弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響

2.2.1 重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR，ms） 選擇合適的重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR）有利于核磁信號(hào)采集過程中樣品系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)，減小采集信號(hào)的誤差，改善檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性。不同TR值對(duì)正常大豆油、豬油和棕櫚油LF-NMR信號(hào)模最大值的影響如圖2所示。

圖2 重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR）對(duì)不同油樣LF-NMR信號(hào)模值的影響Fig.2 Effect of TR on the LF-NMR signal stability of different sample

如圖2所示，隨著TR的增大，多次采樣過程中各油樣的LF-NMR信號(hào)模值均逐漸趨于穩(wěn)定。具體而言，當(dāng)TR值為500～1000ms時(shí)，與首次采集的信號(hào)模值相比，第2～6次的信號(hào)模值顯著減小（p＜0.05），這是由于TR設(shè)置過短，樣品系統(tǒng)難以及時(shí)恢復(fù)其初始狀態(tài)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性降低。大豆油在TR為1500ms，豬油和棕櫚油在TR為2000ms時(shí)，信號(hào)模最大值的相對(duì)偏差均小于1%（p＞0.05），信號(hào)模最大值變化趨于平緩，說明此重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR）足以使樣品系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)，使其弛豫過程相對(duì)完整，檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差減小。這可能是由于重復(fù)采樣時(shí)間與樣品本身的分子大小有關(guān)，由于棕櫚油和豬油主要由棕櫚酸C16∶1和油酸C18∶1組成（占脂肪酸總量的70%～80%），而大豆油則主要由油酸C18∶1和亞油酸C18∶2組成（占脂肪酸總量的80%左右），脂肪酸的碳鏈長度越長，系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)所需的弛豫時(shí)間越短[14]，故適宜大豆油檢測(cè)的TR值比棕櫚油和豬油偏小。為了統(tǒng)一設(shè)定不同油脂的TR值，需要滿足分子運(yùn)動(dòng)性最慢的油脂都能夠完全弛豫。若繼續(xù)增大TR值至2500ms時(shí)，會(huì)導(dǎo)致采樣時(shí)間的延長，降低檢測(cè)效率。因此，可將TR設(shè)置為2000ms，以同時(shí)滿足大豆油、豬油和棕櫚油在LF-NMR檢測(cè)中弛豫過程的完整性。

2.2.2 半回波時(shí)間（τ） 在采集LF-NMR信號(hào)的過程中，τ值會(huì)影響CPMG回波曲線T2分布區(qū)間及信號(hào)衰減情況，因此選擇合適的τ值對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性有重要意義。圖3為豬油T2多組分弛豫圖譜隨半回波時(shí)間τ的變化情況。

圖3 豬油T2多組分弛豫圖譜隨半回波時(shí)間τ的變化Fig.3 Effect of τ value on the multi-component relaxation map of lard

與圖1B不同的是，在完全融化條件下，圖3中豬油的T2多組分弛豫圖譜基本由兩個(gè)主峰形成。隨著τ值的增加，T2多組分弛豫圖譜發(fā)生顯著變化，主要表現(xiàn)為T22峰面積的逐漸增加，T23峰面積的逐漸減小，進(jìn)一步提取圖譜信息獲得τ值對(duì)豬油CPMG回波衰減曲線的影響（表1）。表1表明：不同τ值對(duì)豬油CPMG回波衰減程度有顯著影響，隨著τ值的增大，T2弛豫分布區(qū)間也逐漸增大，信號(hào)幅值逐漸衰減完全。當(dāng)τ值為80μs時(shí)，所得CPMG曲線的橫軸T2值分布范圍僅為0～ 800ms，信號(hào)幅值最終僅衰減至66.81a.u.，說明信號(hào)衰減不完全，這會(huì)導(dǎo)致采集的弛豫圖譜信息缺失。當(dāng)τ值增加至250μs時(shí)，T2值分布范圍可達(dá)0～2500ms，信號(hào)幅值衰減至2.69a.u.，說明此時(shí)信號(hào)衰減完全，弛豫圖譜信息全面。若繼續(xù)增大τ值，信號(hào)幅值無顯著減?。╬＞0.05），樣品弛豫圖譜也無顯著變化，但檢測(cè)效率會(huì)有所降低。因此，有必要選擇合適的τ值，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。

表1 τ值對(duì)豬油CPMG回波衰減曲線的影響Table 1 Effect of τ value on the CPMG echo decay curve of lard

進(jìn)一步研究大豆油、豬油和棕櫚油在不同τ值下所得CPMG回波數(shù)據(jù)串信號(hào)衰減幅值情況，如表2所示。

τ值影響CPMG回波曲線是否衰減完整。由表2可知，隨著τ值的增大，各樣品檢測(cè)得到的信號(hào)幅值均逐漸衰減完全。和豬油與棕櫚油相比，大豆油衰減稍慢，當(dāng)τ值由80μs增大至200μs時(shí)，大豆油信號(hào)幅值由119.71a.u.衰減至10.70a.u.，而豬油信號(hào)幅值由66.81a.u.衰減至3.35a.u.，棕櫚油信號(hào)幅值由59.64a.u.衰減至3.11a.u.。當(dāng)τ值增大至250μs時(shí)，若繼續(xù)增大τ值，信號(hào)幅值無顯著減?。╬＞0.05），說明將τ設(shè)置為250μs可保證大豆油、棕櫚油和豬油的CPMG回波曲線衰減完整，從而使本實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)的3類樣品的LFNMR信息相對(duì)完整。

2.2.3 回波個(gè)數(shù)（EchoCount） 在采集LF-NMR信號(hào)的過程中，回波個(gè)數(shù)亦會(huì)影響CPMG回波曲線信號(hào)衰減情況，設(shè)置合適的回波個(gè)數(shù)有利于保證信號(hào)幅度衰減完全，獲得完整的CPMG回波衰減曲線。不同EchoCount值對(duì)CPMG回波數(shù)據(jù)串信號(hào)衰減幅的影響如圖4所示。

圖4 EchoCount（回波個(gè)數(shù)）對(duì)不同油脂回波衰減曲線的影響Fig.4 Effect of EchoCount on the CPMG echo decay curve of different oil samples

表2 半回波時(shí)間（τ）對(duì)不同油樣LF-NMR檢測(cè)信號(hào)幅值衰減的影響Table 2 Effect of τ value on the LF-NMR signal decay of different sample

由圖4可知，隨著EchoCount值的增大，各樣品的信號(hào)幅值逐漸衰減完全。當(dāng)回波個(gè)數(shù)為1000時(shí)，大豆油、棕櫚油和豬油的信號(hào)幅值分別衰減至345.90、231.51、243.58a.u.，說明EchoCount取值過小，信號(hào)采集不完全，樣品中的部分信息缺失。相比于豬油和棕櫚油，大豆油衰減稍慢，但隨EchoCount逐漸增大，3類油脂的信號(hào)衰減幅值逐漸趨于零，當(dāng)EchoCount增大至6000后，三類樣品的信號(hào)幅值變化無顯著差異（p＞0.05），信號(hào)基本完全衰減。當(dāng)然，過大的EchoCount亦會(huì)降低實(shí)驗(yàn)效率。因此將回波個(gè)數(shù)設(shè)置為6000個(gè)已經(jīng)基本可保證本實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)的3類樣品的LF-NMR弛豫完全。

2.3 樣品檢測(cè)參數(shù)對(duì)油脂弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響

2.3.1 檢測(cè)溫度 檢測(cè)溫度對(duì)大豆油、棕櫚油和豬油T2多組分弛豫圖譜的影響如圖5和圖6所示。

圖5 大豆油、棕櫚油和豬油T2多組分弛豫圖譜隨樣品溫度的變化Fig.5 Multi-component relaxation map of soybean oil（A），palm oil（B）and lard（C）at different temperature

圖6 50℃時(shí)大豆油、棕櫚油和豬油的T2多組分弛豫圖譜Fig.6 Multi-component relaxation map of soybean oil，palm oil and lard at 50℃

如圖5A所示，隨溫度升高，三種油樣的T2多組分弛豫圖譜整體均呈右移趨勢(shì)，這是由于，T2（自旋-自旋弛豫時(shí)間）是表征磁化強(qiáng)度的橫向分量恢復(fù)過程的時(shí)間常數(shù)，可以反映樣品組成結(jié)構(gòu)的特征，與樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)[14-15]。隨溫度升高，分子自由度增加，氫質(zhì)子所受束縛力減小，T2弛豫時(shí)間相對(duì)延長，表現(xiàn)為T2多組分弛豫圖譜整體右移。此外，在磁場(chǎng)環(huán)境中，固態(tài)、液態(tài)的質(zhì)子衰減速率不同，在溫度升高過程中，呈固態(tài)的棕櫚油和豬油樣品逐漸融化，當(dāng)檢測(cè)溫度低于50℃時(shí)，樣品呈液晶態(tài)，既有固脂晶體，又有液態(tài)成分，表現(xiàn)為T2多組分弛豫圖譜中存在3個(gè)特征峰（圖5B、圖5C）。當(dāng)溫度升至50℃時(shí)，樣品完全融化，其T21特征峰則消失，說明此峰可能表征了樣品中的某種脂肪晶體成分[16]，此時(shí)，這兩種油樣的圖譜與大豆油圖譜結(jié)構(gòu)相似，由兩個(gè)特征峰構(gòu)成。但由于脂肪酸組成的差異，使得不同種類油脂的T2多組分弛豫圖譜特征仍可明顯區(qū)別（圖6）。

進(jìn)一步研究T2弛豫圖譜中T22峰起始時(shí)間和單組份弛豫時(shí)間T2W隨檢測(cè)溫度的變化，結(jié)果如圖7所示。

圖7 大豆油、棕櫚油、豬油的單組份弛豫時(shí)間T22峰起始時(shí)間（A）和T2W（B）隨樣品溫度的變化情況Fig.7 Start time of T22peak（A）and single-component relaxation time（B）of soybean oil，palm oil and lard at different temperature

如圖7A所示，三種油樣的T22峰起始時(shí)間均隨溫度的升高而增大，T22峰起始時(shí)間和溫度間呈良好線性關(guān)系（R2分別為0.974、0.956和0.962），且與大豆油相比，呈固態(tài)的棕櫚油與豬油的T22峰起始時(shí)間相對(duì)較小。圖7B表明，隨著檢測(cè)溫度的升高，油樣的單組份弛豫時(shí)間T2W也隨之增加，并呈良好線性關(guān)系（R2分別為0.994、0.980和0.946），其中，棕櫚油和豬油的T2W大小相近，較大豆油的T2W明顯偏小。這是由于固態(tài)樣品中氫質(zhì)子受束縛相對(duì)較大，自由度較小，表現(xiàn)為T2多組分弛豫圖譜上起峰時(shí)間較短；反之，液態(tài)大豆油中的氫質(zhì)子受束縛相對(duì)較小，自由度較大，表現(xiàn)為T2多組分弛豫圖譜上起峰時(shí)間較長。

總體而言，當(dāng)檢測(cè)溫度為50℃時(shí)，一方面可以消除由于固態(tài)樣品存在脂肪晶體產(chǎn)生的與劣質(zhì)油品相似的T21特征峰，同時(shí)，不同種類油脂的T2多組分弛豫圖譜特征有顯著區(qū)別，油樣T2W相對(duì)偏差亦相對(duì)較?。ǎ?%），整體檢測(cè)的穩(wěn)定性較高。

2.3.2 檢測(cè)體積 檢測(cè)體積對(duì)T2多組分弛豫圖譜、信號(hào)總量（總的峰面積S2）的影響如圖8和圖9所示。

圖8表明，三種油樣的T2多組分弛豫圖譜均由兩個(gè)主峰構(gòu)成，隨著樣品體積的增加，各峰的信號(hào)幅值均逐漸增大，總峰面積亦逐漸增大，且油脂種類不同，其T22與T23峰面積比例有明顯差異。分別對(duì)各樣品信號(hào)總量（y）與樣品體積（x，mL）進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)（圖9），二者之間呈良好線性關(guān)系（R2分別為0.988、0.992和0.989），這是由于，隨著樣品體積的增加，氫質(zhì)子總量增加，反映為信號(hào)幅值的整體增加，但T2多組分弛豫圖譜特征不變，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的真?zhèn)位緵]有影響。

圖8 大豆油、棕櫚油和豬油T2多組分弛豫圖譜隨檢測(cè)體積的變化Fig.8 Multi-component relaxation map of soybean oil（A），palm oil（B）and lard（C）at different volume

圖9 大豆油、棕櫚油和豬油信號(hào)總量隨檢測(cè)體積的變化Fig.9 The total signal of soybean oil、palm oil and lard at different volume

進(jìn)一步研究不同檢測(cè)體積條件下，合格豬油及不同煎炸程度豬油的S21峰面積比例的出現(xiàn)情況，如表3所示。

由表3可以看出，總體而言，合格豬油均未出現(xiàn)T21特征峰，而不同煎炸程度的豬油樣品則均出現(xiàn)了T21特征峰，且煎炸時(shí)間越長，其對(duì)應(yīng)的S21比例越大。當(dāng)檢測(cè)體積由2.0mL增加至2.5mL時(shí)，檢測(cè)得到的煎炸油樣品的S21峰面積比例均呈增加趨勢(shì)，而當(dāng)檢測(cè)體積繼續(xù)增加時(shí)，S21峰面積比例的檢測(cè)結(jié)果又呈逐漸降低趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，在檢測(cè)體積為2.0～3.5mL時(shí)，檢測(cè)體積對(duì)S21峰面積比例有顯著影響（p＜0.05），且當(dāng)檢測(cè)體積為2.5mL時(shí)，煎炸油S21峰面積比例間的相對(duì)差異較大，有利于油脂品質(zhì)的正確判斷。

以上研究表明，采集參數(shù)對(duì)油脂弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的有重要影響，在以下實(shí)驗(yàn)條件下，即：TR＝2000ms，τ＝250μs，EchoCount＝6000個(gè)，檢測(cè)體積2.5mL，檢測(cè)溫度50℃時(shí)，有利于檢測(cè)獲得食用油脂真實(shí)可靠的LF-NMR弛豫特性。

2.4 地溝油樣品的LF-NMR弛豫特性

進(jìn)一步應(yīng)用以上采集參數(shù)對(duì)呈固態(tài)或液態(tài)的地溝油樣品的LF-NMR弛豫特性進(jìn)行了研究，并參考文獻(xiàn)[13]，以特征性T21峰為劣質(zhì)油品判斷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如表4和表5所示。

由表4可知，當(dāng)以T21峰為判斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，文獻(xiàn)[13]的方法僅可正確識(shí)別出8種固態(tài)油樣中的3種，正確率僅為37.5%，在將正常油樣（2號(hào)油樣：KFC純棕櫚油）誤判為陽性的同時(shí)，又將4種地溝油誤判為正常油樣，假陰性率高達(dá)57%，這容易在實(shí)際執(zhí)法應(yīng)用中造成冤假案例。而應(yīng)用本研究中的采集參數(shù)條件則可正確識(shí)別出6種，正確率顯著提高至75%，且未將正常油樣誤判為陽性，避免了假陽性的問題。這可能是由于，在文獻(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，本研究中將影響樣品CPMG回波曲線T2分布區(qū)間及信號(hào)衰減情況的兩個(gè)采集參數(shù)，半回波時(shí)間（τ）和回波個(gè)數(shù)（EchoCount）分別由原定的200μs和5000個(gè)增加至250μs和6000個(gè)，這可使樣品的信號(hào)幅值衰減更加完全，LF-NMR弛豫信息更加完整可靠，而檢測(cè)溫度由32℃升至50℃則有效消除了固態(tài)樣品中脂肪晶體可能產(chǎn)生的T21特征峰，減小了誤判的幾率，因此，檢測(cè)效率較高。當(dāng)然，由于6、8號(hào)油樣檢測(cè)得到的S21峰比例面積較小，分別僅為0.02%、0.04%，因此在判斷過程中引起了漏檢，仍存在一定的假陰性問題。

由表5可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用的10種液態(tài)地溝油樣而言，應(yīng)用本研究中的采集參數(shù)條件可顯著檢測(cè)到特征性的T21峰，10種液態(tài)地溝油的正確識(shí)別率為100%，而文獻(xiàn)[13]的方法僅可正確識(shí)別出10種液態(tài)地溝油樣中的2種，正確率僅為20%，而其余8種地溝油由于未出現(xiàn)T21峰或T21峰過小，造成了檢測(cè)結(jié)果的誤判或漏檢；此外，表5中1～8號(hào)樣品均為一定摻雜程度的地溝油樣品，其檢測(cè)得到的S21峰比例面積也可以反映樣品的摻雜梯度變化，說明了該方法在后期應(yīng)用中具有一定的可行性。

表3 檢測(cè)體積對(duì)不同油樣的S21峰面積比例的影響Table 3 The area ratio of T21peak（S21）of different sample at different volume

表4 固態(tài)地溝油樣的T21峰對(duì)應(yīng)峰面積（S21）檢測(cè)結(jié)果Table 4 Peak area ratio（S21）of solid oil samples

表5 液態(tài)地溝油樣的T21峰對(duì)應(yīng)峰面積（S21）檢測(cè)結(jié)果Table 5 Peak area ratio（S21）of liquid oil samples

3 結(jié)論

低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）的多個(gè)采集參數(shù)，如重復(fù)采樣等待時(shí)間（TR）、半回波時(shí)間（τ）、回波個(gè)數(shù)（EchoCount）、檢測(cè)溫度及體積等，對(duì)樣品的LF-NMR弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性及穩(wěn)定性有重要影響。論文首先以三種典型的食用油脂（大豆油、棕櫚油、豬油）為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了（LF-NMR）檢測(cè)過程中的儀器參數(shù)、樣品參數(shù)等對(duì)其弛豫特性檢測(cè)結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)在TR＝2000ms，τ＝250μs，EchoCount＝6000個(gè)，檢測(cè)體積2.5mL，檢測(cè)溫度50℃時(shí)，有利于檢測(cè)獲得食用油脂真實(shí)可靠的LF-NMR弛豫特性。進(jìn)而應(yīng)用以上采集參數(shù)對(duì)呈固態(tài)或液態(tài)的地溝油樣品的LF-NMR弛豫特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)基于油樣的LF-NMR弛豫特性，可有效區(qū)分8種固態(tài)油樣和10種液態(tài)地溝油，且S21峰比例面積可有效反映樣品的摻雜梯度變化，說明了該方法在后期油脂品質(zhì)檢測(cè)應(yīng)用中具有較好的可行性。當(dāng)然，研究中也發(fā)現(xiàn)，由于地溝油來源復(fù)雜，組分及精煉程度差異較大，單純應(yīng)用特征性的T21峰是否出現(xiàn)判斷油樣品質(zhì)仍有一定風(fēng)險(xiǎn)，后期仍需深入分析油脂LF-NMR檢測(cè)信息，構(gòu)建多指標(biāo)體系，以進(jìn)一步有效提高檢測(cè)效率。

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Quality assessment of oils and fats based on the LF-NMR relaxometry characteristics

ZHAO Ting-ting，WANG Xin*，LU Hai-yan，LIU Bao-lin
（Institute of Food Safety and Quality，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

The effects of the LF-NMR instrument parameters，detection temperature and volume on the stability and reproducibility of oils’relaxometry characteristics results had been investigated with the taken soybean oil，palm oil and lard as the samples.The results indicated that good stability and reproducibility could be guaranteed if choosing the following parameters，such as TR=2000ms，τ=250μs，EchoCount=6000，and before the measurement，a sample of 2.5mL should be stabilized at 50℃.Then the method was employed to discriminate 8 solid oil samples，10 liquid hogwash oil samples.The result indicated that the proposed methodology was a useful tool to authenticate the hogwash oils，and the correct recognition rate was 75%and 100%，respectively，and the false positive rate had been effectively avoided.Meanwhile，the difference of S21peak area could reflect the adulterated ratio，which means that.The developed method had a good possibility to be used to assess the oil quality in the future.

LF-NMR；relaxation characteristics；optimal parameters；oil

TS201.1

A

1002-0306（2014）12-0058-08

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.003

2013－11－07 *通訊聯(lián)系人

趙婷婷（1988-），女，在讀碩士研究生，研究方向：食品安全控制與檢測(cè)。

國家自然科學(xué)基金（NSFC31201365）；上海市科委重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目（11142200403）；上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目（11YZ109）。