劉 穎，曹佳佶，章浩偉，何亞金，徐欣欣

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)快速檢測(cè)鮮乳水分方法研究

劉 穎，曹佳佶，章浩偉，何亞金，徐欣欣

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

運(yùn)用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)研究鮮乳變質(zhì)過(guò)程中水分的變化規(guī)律，選取反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列和Carr-Purcell-Meiboom-Gill序列測(cè)定鮮乳樣品在不同貯藏時(shí)間的弛豫參數(shù)，根據(jù)縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間T2觀測(cè)樣品的水分含量，并通過(guò)T2反演數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果得出自由水和結(jié)合水的變化趨勢(shì)。研究表明，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)直至鮮乳變質(zhì)腐敗，鮮乳中的總水分先減少后增加，其中自由水減少，結(jié)合水先減少后增加。結(jié)果表明，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可用于快速、有效地判定鮮乳的新鮮程度，并有助于在鮮乳貯運(yùn)過(guò)程中品質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

低場(chǎng)核磁共振；弛豫時(shí)間；自由水；結(jié)合水；快速檢測(cè)

乳及乳制品含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]，如人體日常所需的蛋白質(zhì)、鈣質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)等，且鮮乳作為所有乳制品的原料，其質(zhì)量直接影響乳制品的風(fēng)味、感官指標(biāo)、衛(wèi)生指標(biāo)以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，需從根源上密切關(guān)注鮮乳的品質(zhì)變化?？梢?jiàn)，如何快速、有效地檢測(cè)鮮乳的新鮮度并對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控具有重要的實(shí)際意義。

鮮乳是天然的培養(yǎng)基，極易腐敗變質(zhì)，而其變質(zhì)過(guò)程中除非出現(xiàn)強(qiáng)烈異味，否則難以覺(jué)察。鮮乳的含水量較高（約為87%），且食品中的水分是引起食品化學(xué)性及微生物性變質(zhì)的重要因素之一，直接關(guān)系到食品的貯藏特性。所以，鮮乳水分的快速檢測(cè)可作為觀察其新鮮度和變質(zhì)腐敗的有效途徑。但在食品分析方法中，水分含量測(cè)定往往難以獲得精確可靠的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)測(cè)定水分含量的方法主要包括卡爾·費(fèi)休法、近紅外光譜法、電導(dǎo)測(cè)定法等，但存在操作煩瑣、費(fèi)時(shí)、易受實(shí)驗(yàn)操作產(chǎn)生誤差等缺點(diǎn)。而應(yīng)用核磁共振技術(shù)對(duì)所測(cè)樣品沒(méi)有限制，可實(shí)現(xiàn)快速無(wú)損檢測(cè)，在檢測(cè)速度、準(zhǔn)確度和靈敏度上都占有一定的優(yōu)勢(shì)[2-5]，是測(cè)量食品中水分含量的理想手段。本研究采用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)（磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5 T），較高場(chǎng)磁共振儀造價(jià)低廉，易于廣泛應(yīng)用到食品檢測(cè)領(lǐng)域[6-8]。

本研究通過(guò)測(cè)定鮮乳樣品的弛豫時(shí)間參數(shù)，來(lái)觀測(cè)鮮乳水分隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)的變化情況[9]。進(jìn)一步反演、擬合T2數(shù)據(jù)，探討鮮乳在變質(zhì)過(guò)程中水分的結(jié)合狀態(tài)，分析對(duì)比自由水與結(jié)合水隨鮮乳放置時(shí)間的變化趨勢(shì)，從而快速、準(zhǔn)確的判定鮮乳的新鮮程度，有助于在鮮乳運(yùn)輸或貯藏過(guò)程中品質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

盒裝鮮乳 市購(gòu)；1 mL吸管（獨(dú)立包裝） 美國(guó)Biologix公司；吸水紙 日本小津產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社；8～12 mm硅膠試管塞 上海禾汽玻璃儀器有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

NMI20核磁共振分析儀（氫質(zhì)子共振頻率21.7 MHz，主磁場(chǎng)強(qiáng)度0.5 T，配套T2-Inverter反演軟件和10 mm× 200 mm核磁共振專(zhuān)用測(cè)試管） 上海紐邁科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低場(chǎng)磁共振測(cè)定水分原理

核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）技術(shù)的基本原理是通過(guò)外加交變磁場(chǎng)激發(fā)處于靜磁場(chǎng)中的原子核，使其自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，進(jìn)而脫離靜止、低能的平衡狀態(tài)[10]。在停止射頻脈沖后，原子核從非平衡狀態(tài)恢復(fù)至平衡狀態(tài)，其縱向磁化矢量方向和橫向磁化矢量方向恢復(fù)平衡所用的時(shí)間，即為研究中重要磁共振參數(shù)：縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2[11-12]。食品中水分的研究基于低場(chǎng)核磁共振的工作原理，利用水分子中氫原子核在磁場(chǎng)中的活動(dòng)特性，分析研究食品的水分變化情況[13-15]。水分含量的多少直接影響著組織的平均弛豫時(shí)間[16]，弛豫時(shí)間越短表明水分子與大分子結(jié)構(gòu)結(jié)合越緊密，弛豫時(shí)間越長(zhǎng)表明水分子越自由[17]。綜合分析縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2所提供的水分子結(jié)合力和流動(dòng)性質(zhì)等信息[18]，可進(jìn)一步觀測(cè)自由水與結(jié)合水的存在狀態(tài)。

1.3.2 測(cè)定鮮乳水分的脈沖序列選取

在食品研究領(lǐng)域中最常用的磁共振方法是檢測(cè)樣品1H質(zhì)子的弛豫時(shí)間T2，因?yàn)槠?用時(shí)較短，可同時(shí)得到樣品中多種組分的信息。但當(dāng)橫向弛豫時(shí)間T2檢測(cè)不能得到所有需要信息時(shí)，如水分子的結(jié)合性和流動(dòng)性等信息，可利用縱向弛豫時(shí)間T1進(jìn)行輔助檢測(cè)，進(jìn)一步分析樣品中各成分與周?chē)h(huán)境的特征，得到所需信息[19]。在核磁共振系統(tǒng)中通過(guò)射頻脈沖產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)激發(fā)磁化矢量，產(chǎn)生核磁共振信號(hào)的動(dòng)力源。所以，不同射頻脈沖形式所產(chǎn)生的作用是不同的。在食品研究中，測(cè)量橫向弛豫時(shí)間T2常用的脈沖序列有硬脈沖FID序列、硬脈沖回波序列和Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列等；測(cè)量縱向弛豫時(shí)間T1常用的脈沖序列是反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖（inversion-recovery，IR）序列和飽和恢復(fù)脈沖（saturation-recovery，SR）序列等。

在本研究中， 測(cè)量縱向弛豫時(shí)間T1序列脈沖的選取考慮到SR序列雖然要求的采集數(shù)據(jù)相對(duì) 較少，但計(jì)算結(jié)果精確度相對(duì)較差。所以選用IR序列測(cè)量縱向弛豫時(shí)間T1值。在選取脈沖序列測(cè)量橫向弛豫時(shí)間T2時(shí)，因CPMG脈沖序列能夠克服磁場(chǎng)不均勻性及分子擴(kuò)散效應(yīng)所產(chǎn)生的影響[20]，且實(shí)驗(yàn)對(duì)象為鮮乳，其中水分含量約占87%，弛豫速度相對(duì)較慢，克服了CPMG脈沖序列難以測(cè)試衰減速度較快物質(zhì)的缺點(diǎn)[21]，可采集到完整的數(shù)據(jù)信號(hào)，并準(zhǔn)確地測(cè)得樣品的橫向弛豫時(shí)間T2值。

1.3.3 鮮乳的取樣與貯藏

將剛生產(chǎn)的市售盒裝鮮乳迅速帶至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行取樣，采用獨(dú)立包裝的巴氏吸管滴取1 mL鮮乳至核磁專(zhuān)用檢測(cè)管中，避免取樣過(guò)程中交叉污染引起鮮乳樣品的變質(zhì)。用硅膠試管塞密封，防止樣品中水分的自然蒸發(fā)和外界潮濕空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。將樣品置于射頻線圈中心，在30 ℃的低場(chǎng)磁共振儀恒溫箱的條件下，在貯藏0、24、48、72、96 h后分別測(cè)定樣品的弛豫特征值。實(shí)驗(yàn)取3 份平行，編號(hào)為1～3號(hào)，每份平行測(cè)5 次，測(cè)得弛豫參數(shù)的平均值。

1.3.4 NMR弛豫時(shí)間測(cè)定

利用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖IR序列和硬脈沖CPMG序列測(cè)定樣品的縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2，使樣品中心、射頻線圈中心和磁體中心保持在同一位置。IR實(shí)驗(yàn)采用的參數(shù)：重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）1 000 ms、采樣點(diǎn)數(shù)（number of data points，TD）1024、譜寬（spectral width，SW）100 kHz、累加采集次數(shù)（number of signal，NS）16，逐步改變反轉(zhuǎn)時(shí)間記錄累加數(shù)據(jù)的傅里葉變換頻譜峰值，利用T1擬合程序得到T1測(cè)量值。CPMG實(shí)驗(yàn)采用的參數(shù)：90o射頻時(shí)間（P1）16 μs、180o射頻時(shí)間（P2）32 μs、90o和180o射頻之間的時(shí)間間隔（D1）100 μs、回波點(diǎn)數(shù)（C1）32，利用T2擬合程序進(jìn)行雙組分?jǐn)M合得到T2測(cè)量值。每間隔24 h測(cè)定樣品的弛豫時(shí)間T1、T2，考察弛豫參數(shù)的變化，分析樣品中水分變化和結(jié)合狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮乳水分弛豫時(shí)間的變化趨勢(shì)

采用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖IR序列及CPMG脈沖序列分別測(cè)定1～3號(hào)鮮乳樣品的縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間T2，得到3 組鮮乳樣品的弛豫參數(shù)T1、T2的平均值隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)的變化過(guò)程如圖1所示。

從圖1可觀察到縱向弛豫時(shí)間T1隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)“倒拋物”形態(tài)，即縱向弛豫時(shí)間先增大后減小。對(duì)比分析表1中T1數(shù)據(jù)可得，鮮乳在貯藏48 h后，縱向弛豫參數(shù)T1增大到800 ms左右，隨后又出現(xiàn)明顯減小趨勢(shì)下降至700 ms左右。在最初的48 h內(nèi)，T1快速增大，而在48～96 h內(nèi)T1不斷減小，并且最終的T1值大于初始值?？v向弛豫時(shí)間T1可以從分子角度闡明氫質(zhì)子所處環(huán)境，在0～48 h內(nèi)縱向弛豫時(shí)間T1變長(zhǎng)表示自由水含量更占優(yōu)勢(shì)；在48～96 h內(nèi)縱向弛豫時(shí)間T1變短表示結(jié)合水比例逐漸增大。同時(shí)，縱向弛豫時(shí)間T1值的大小與以拉莫爾頻率移動(dòng)的氫質(zhì)子數(shù)目呈反比，因此可推測(cè)出鮮乳中總水量先減小后增加。

圖1 弛豫時(shí)間T1、T2與貯藏時(shí)間之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between T1or T2relaxation time and storage time

表1 1～3號(hào)樣品在不同貯藏時(shí)間的T1值Table 1 T1values of samples No.1, 2 and 3 during different storage times

表2 1～3號(hào)樣品在不同貯藏時(shí)間的T2值Table 2 T2values of samples No. 1, 2 and 3 during different storage times

為了進(jìn)一步研究不同自由度的氫質(zhì)子在物質(zhì)內(nèi)部的情況，由圖1觀察到3 組鮮乳的橫向弛豫時(shí)間T2隨時(shí)間逐漸遞減，從表2的T2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，3 組鮮乳樣品的橫向弛豫時(shí)間T2在96 h內(nèi)由125 ms左右持續(xù)縮短至106 ms左右，T2值的減小表明水分中氫質(zhì)子的自由度不斷降低。

結(jié)合縱向弛豫時(shí)間T1的變化情況進(jìn)行綜合分析，鮮乳樣品在0～48 h內(nèi)，T2值減小則氫質(zhì)子自由度降低，表示自由水比例減小，而同時(shí)T1變長(zhǎng)表示鮮乳中自由水比例仍大于結(jié)合水比例；在48～96 h內(nèi)，T2值仍然減小則氫質(zhì)子自由度持續(xù)降低，自由水比例繼續(xù)減小，且T1變短表示鮮乳中結(jié)合水比例增大。

2.2 鮮乳水分的不同結(jié)合狀態(tài)

由于弛豫時(shí)間信號(hào)T1、T2反映的是鮮乳樣品內(nèi)部處于不同環(huán)境中的氫質(zhì)子弛豫信號(hào)的總和，為了更直觀、詳細(xì)地了解各種環(huán)境下氫質(zhì)子的弛豫情況，對(duì)采集到的橫向弛豫時(shí)間T2數(shù)據(jù)進(jìn)行反演[22]。以1號(hào)試管為樣例，將鮮乳樣品的橫向弛豫時(shí)間T2數(shù)據(jù)導(dǎo)入T2-Inverter反演軟件中進(jìn)行反演計(jì)算，得到結(jié)合水和自由水質(zhì)子密度圖譜T21、T22。將不同時(shí)期的自由水質(zhì)子密度T21和結(jié)合水質(zhì)子密度T22數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，繪制成圖2所示的反演信號(hào)趨勢(shì)圖。由于2號(hào)、3號(hào)樣品的反演信號(hào)的擬合趨勢(shì)與1 號(hào)樣品一致，故直接選取1號(hào)樣品擬合曲線所表示的樣品信息進(jìn)行分析。

圖2 1號(hào)樣品自由水、結(jié)合水及總水量反演信號(hào)趨勢(shì)Fig.2 Trends of free water, bound water and water content in sample No. 1

弛豫時(shí)間T21其質(zhì)子密度較低，代表與大分子結(jié)合較緊密的質(zhì)子，可反映結(jié)合水的變化情況。弛豫時(shí)間T22其質(zhì)子密度較高，代表自由度大的質(zhì)子，可反映自由水的變化情況。由圖2可觀察到，結(jié)合水質(zhì)子密度T21呈先降低后升高的趨勢(shì)，自由水質(zhì)子密度T22呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。在鮮乳的變質(zhì)過(guò)程中，當(dāng)其含有的動(dòng)物體抗菌物質(zhì)減少或消失后，存在于鮮乳中的微生物如乳鏈球菌、乳酸桿菌、大腸桿菌和一些蛋白質(zhì)分解菌等開(kāi)始生長(zhǎng)繁殖[23]。在0～72 h內(nèi)，乳酸鏈球菌的生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)，在乳酸菌、酵母菌和水的作用下，加速分解乳糖和其他糖類(lèi)產(chǎn)生乳酸，自由水含量快速減少。同時(shí)，蛋白質(zhì)在遇酸和蛋白質(zhì)分解菌的共同作用下發(fā)生變質(zhì)，蛋白質(zhì)分子表面的親水基團(tuán)以氫鍵緊密結(jié)合的結(jié)合水分子層消失，結(jié)合水含量逐漸減少。在72～96 h內(nèi)，鮮乳中的乳糖含量已基本消耗，脂肪含量相對(duì)較高，在脂肪酶的催化作用下逐次水解，自由水含量持續(xù)減少。并伴隨著如芽孢桿菌、假單胞菌、變形桿菌等腐敗細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，吸收水分轉(zhuǎn)化為細(xì)菌細(xì)胞體內(nèi)的結(jié)合水，結(jié)合水含量增加。

為了進(jìn)一步觀測(cè)總含水量的變化趨勢(shì)，對(duì)每組對(duì)應(yīng)的自由水與結(jié)合水反演信號(hào)疊加后得到總水分的反演信號(hào)值，并通過(guò)對(duì)總水分反演信號(hào)值進(jìn)行擬合，得到鮮乳中水分隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。由圖2中擬合得到的總水量關(guān)于時(shí)間變化的曲線，可以觀察到含水量的反演信號(hào)值從4 000 ms左右起始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且在0～48 h時(shí)間段內(nèi)下降趨勢(shì)明顯，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，下降速度變得平緩，在72 h之后總水分反演信號(hào)值出現(xiàn)小幅回升，但96 h的反演信號(hào)值遠(yuǎn)小于0 h的初始值?？梢?jiàn)，鮮乳中總水量隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)直至鮮乳變質(zhì)的過(guò)程中呈現(xiàn)先快速減少后小幅增加的趨勢(shì)。總體而 言，鮮乳腐敗變質(zhì)時(shí)的總水量較其新鮮時(shí)明顯減少。

采集鮮乳樣品及其存放96 h后的橫向弛豫時(shí)間T2數(shù)據(jù)并反演得到結(jié)合水質(zhì)子信號(hào)T21、自由水質(zhì)子信號(hào)T22，測(cè)得3 份樣品信號(hào)幅值的均值，分析對(duì)比新鮮牛乳與變質(zhì)牛乳的結(jié)合水與自由水信號(hào)比例變化如圖3所示。

圖3 樣品自由水與結(jié)合水比例對(duì)比（0 h和96 h）Fig.3 Comparison of bound water and free water proportion (0 and 96 h)

表3 樣品自由水與結(jié)合水反演信號(hào)及比值(0 h和96 h)TTaabbllee 33 SSiiggnnaall rraattiioo ooff bboouunndd wwaatteerr ttoo ffrreeee wwaatteerr ((00 aanndd 9966 hh))

由圖3中的數(shù)據(jù)并結(jié)合前文弛豫時(shí)間T1、T2檢測(cè)法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析可得結(jié)合水在牛乳含水量中的比例增大，自由水在牛乳含水量中的比例減小。根據(jù)表3對(duì)比可知，變質(zhì)腐敗的牛乳較新鮮牛乳而言，結(jié)合水與自由水反演信號(hào)幅值的比值較大。所以，結(jié)合水與自由水的比值可以作為牛乳品質(zhì)監(jiān)測(cè)及快速檢測(cè)牛乳腐敗的依據(jù)。

3 結(jié) 論

鮮乳是天然的培養(yǎng)基，在貯藏過(guò)程中受微生物的影響極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，且內(nèi)部物質(zhì)成分變化復(fù)雜，從而引發(fā)鮮乳水分結(jié)構(gòu)和流動(dòng)性的不斷變化。本研究主要利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)檢測(cè)鮮乳水分隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)的變化情況，和傳統(tǒng)的乳制品水分檢測(cè)方法相比，低場(chǎng)核磁共振檢測(cè)方法具有以下優(yōu)勢(shì)：快速無(wú)損的檢測(cè)手段，在檢測(cè)過(guò)程中不會(huì)對(duì)食品的品質(zhì)、風(fēng)味等各方面因素造成任何的影響；實(shí)驗(yàn)操作方便，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性比較高且精確度高；受樣本大小和外觀色澤的影響較小，只需少量樣本便可測(cè)定該食品的品質(zhì)狀況；通過(guò)宏觀檢測(cè)提供分子和質(zhì)子水平的信息，可更方便快捷地研究樣品分子環(huán)境。結(jié)果表明：鮮乳在變質(zhì)過(guò)程中的總水分先減少后增加，其中自由水減少，結(jié)合水先減少后增加。該研究有助于鮮乳在貯藏過(guò)程中快速檢測(cè)和品質(zhì)監(jiān)控，為乳制品行業(yè)及相關(guān)監(jiān)管部門(mén)監(jiān)測(cè)、控制和評(píng)價(jià)鮮乳的品質(zhì)提供了新的研究思路和有效手段，并為進(jìn)一步研究牛乳摻水、鮮乳的貨架期、運(yùn)輸過(guò)程中鮮乳的驗(yàn)收及質(zhì)量評(píng)價(jià)等問(wèn)題提供了理論依據(jù)。

[1] 孫濤, 尹京苑, 韓奕奕, 等. 生鮮乳質(zhì)量變化規(guī)律及其影響因素研究[J].食品科學(xué), 2013, 34(11): 94-99.

[2] CHALAND B, MARIETTE F, MARCHAL P, et al. H nuclear magnetic resonance relaxometric characterization of fat and water states in soft and hard cheese[J]. Journal of Dairy Research, 2000, 67(4): 609-618.

[3] LINDON J C, TRANTER G E, KOPPENAAL D. Encyclopedia of spectroscopy and spectrometry[M]. 2th ed. United Kingdom: Academic Press, 2010: 212-287.

[4] HANNE C B, IDA K S, JENS A J, et al. Relationship between water mobility and distribution and sensory attributes in pork slaughtered at an age between 90 and 180 days[J]. Me at Science, 2007, 77(2): 190-195.

[5] ISHIDA N, TAKANO H, NAITO S, et al. Architecture of baked breads depicted by a magnetic resonance imaging[J]. Magnetic Resonance Imaging, 2001, 19(6): 867-874.

[6] 彭樹(shù)美, 林向陽(yáng), 阮榕生, 等. 核磁共振及成像技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 食品科學(xué), 2008, 29(11): 712-716.

[7] 陳臣, 郭本恒. 核磁共振技術(shù)在乳制品研究中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)乳品工業(yè), 2 007, 35(7): 32-35.

[8] TINA S, MARIE T S, NANNA V, et al. Water mobility in acidified milk drinks studied by low-field1H NMR[J]. International Dairy Journal, 2007, 17(4): 294-301.

[9] HENRIK T P, LARS M, SIREN B E. Low-f i eld1H nuclear magnetic resonance and chemometrics combined for simultaneous determination of water, oil, and protein contents in oilseeds[J]. Journal of American Oil Chemists’ Society, 2000, 77(10): 1069-1077.

[10] 趙喜平. 磁共振成像系統(tǒng)的原理及其應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2000: 12-35.

[11] 杜美紅, 孫永軍. 低分辨核磁共振技術(shù)在食品安全分析檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 食品工業(yè)科技, 2013, 34(21): 374-376.

[12] ISABEL S A, ICIAR M, JAVIER S V, et al. Estimation of freezing storage time and quality changes in hake (Merluccius merluccius L.) by low fi eld NMR[J]. Food Chemistry, 2012, 135(3): 1626-1634.

[13] AyLIN A, MECIT H O, KATHRyN L M, et al. Monitoring changes in feta cheese during brining by magnetic resonance imaging and NMR relaxometry[J]. Journal of Food Engineering, 2011, 107(2): 200-207.

[14] 李玫, 李苗云, 趙改名, 等. 凍融循環(huán)下雞肉品質(zhì)變化的低場(chǎng)核磁共振研究[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(1 1): 58-61.

[15] SHAO Xiaolong, LI yunfei. Application of low-f i eld NMR to analyze water characteristics and predict unfrozen water in blanched sweet corn[J]. Food and Bioprocess Technology, 2013, 6(6): 1593-1599.

[16] 阮榕生, 林向陽(yáng), 張錦勝, 等. 核磁共振技術(shù)在食品和生物體系中的應(yīng)用[ M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2009: 25-67.

[17] 陳衛(wèi)江, 林向陽(yáng), 阮榕生, 等. 核磁共振技術(shù)無(wú)損快速評(píng)價(jià)食品水分的研究[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2006, 27(4): 125-127.

[18] SHARIFUDIN M S, KEVIN P N, LAURANCE D H. Combination of NMR and MRI quantitation of moisture and structure changes for convection cooking of fresh chicken meat[J]. Meat Science, 2006, 72(3): 398-403.

[19] 范明輝, 范崇東, 王淼. 利用脈沖NMR研究食品體系中的水分性質(zhì)[J].食品與機(jī)械, 2004, 20(2): 45-48.

[20] 林婉瑜, 林晶晶, 林向陽(yáng), 等. 利用核磁共振技術(shù)研究食鹽對(duì)魚(yú)糜加工的影響[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(5): 105-109.

[21] BERTRAM H C, KARLSSON A H, ANDERSEN H J. The signif i cance of cooling rate on water dynamics in porcine muscle from heterozygote carriers and non-carriers of the halothane gene-a lowfield NMR relaxation study[J]. Meat Science, 2003, 65(4): 1281-1291.

[22] 周航, 李保國(guó), 汪紅志, 等. 利用1H-NMR技術(shù)建立植物蛋白飲料品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2011, 37(1): 133-136.

[23] 楊潔彬. 食品微生物學(xué)[M]. 2版. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 1995: 201-207.

Rapid Detection of Water Content in Fresh Milk by Low-Field Nuclear Magnetic Resonance

LIU Ying, CAO Jia-ji, ZHANG Hao-wei, HE Ya-jin, XU Xin-xin
(College of Medical Instrument and Food Sciences, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Low-f i eld nuclear magnetic resonance (LF-NMR) was used to study the change of water content in fresh milk during the deterioration process. IR pulse sequence and carr-purcell-meiboom-gill (CPMG) pulse sequence were selected to determine relaxation parameters of fresh milk sample at different storage times. According to the collected relaxation time T1and T2, the water content of milk samples could be observed. Furthermore, the changing trend s of free water and bound water were concluded by fi tting T2inversion data. This research showed that the total water content of fresh milk decreased fi rstly and then increased with the extension of storage time, among which the free water decreased continuously, and the bound water decreased initially and subsequently increased. The experimental results demonstrated that LF-NMR could be applied to determine the freshness of milk rapidly and eff i ciently, which will be benef i cial to monitor the quality of fresh milk in real time during transportation or storage.

low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR); relaxation time; free water; bound water; rapid detection

TS207

A

1002-6630（2014）14-0093-04

10.7506/spkx1002-6630-201414018

2014-03-12

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（61101174）；上海理工大學(xué)核心課程建設(shè)項(xiàng)目；教委卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（XJ2013250）

劉穎（1980—），女，副教授，博士，研究方向?yàn)楹舜殴舱窦夹g(shù)。E-mail：ling2431@163.com