潘紅艷 楊紅梅 郭啟雷

（國家食品質量安全監(jiān)督檢驗中心，北京 100094）

核磁共振（Nuclear magnetic resonance, NMR）是基于原子核磁性的一種波譜技術，其作為一種現代儀器分析方法在化學動力學研究和有機化合物結構鑒定等領域得到廣泛應用[1]。低場核磁共 振（Low-f i eld nuclear magnetic resonance, LFNMR）一般指恒定磁場強度低于0.5T的核磁共振[2]。核磁共振技術于上世紀70年代初期開始應用于食品科學領域，主要用來研究食品中水的狀態(tài)。NMR技術具有定性測定無破壞性，定量測定無需標樣等其他方法難以比擬的優(yōu)點，因此在食品中的應用越來越廣泛[3]。

食用油脂因其營養(yǎng)、生理、風味功能以及廣泛的工業(yè)用途而被高度重視。在油脂質量評價中，NMR方法代替了固體脂肪指數（SRI）法，成為唯一可行的、具有潛在用途的儀器分析方法[4]。LF-NMR分析儀設備體積小，可在不破壞、不侵入樣品的前提下，對樣品進行實時、快速、全方位的定量測定分析，在油脂檢測中應用廣泛[5]。本文就目前LF-NMR在食用油質量評價中的研究及應用進行總結，為LF-NMR在食用油研究中的進一步發(fā)展提供參考。

1 LF-NMR的基本原理

LF-NMR是指磁場強度在0.5T以下的核磁共振，檢測針對的一般是樣品的物理性質[6]。1H LFNMR的基本原理是通過施加射頻脈沖給予處于恒定磁場中的樣品，使氫質子發(fā)生共振，質子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態(tài)，此過程被稱為弛豫過程。又可分為橫向弛豫（自旋一自旋弛豫）和縱向弛豫（自旋一晶格弛豫），可分別用T1和T2表示其弛豫時間，樣品內部氫質子所處物理化學環(huán)境及存在狀態(tài)決定了弛豫時間的長短[7]。在油脂檢測研究中，油脂質量變化常利用T1和T2的弛豫圖譜特征來判定[8,9]。

LF-NMR儀器體積相對較小、價格相對低廉，目前已成為食品工業(yè)中較為廣泛的應用技術。為滿足食品研究的需要，許多小型、簡便的NMR儀不斷研發(fā)問世。目前較為常用的是用NMR儀來測定含脂食品中固體脂肪的含量。LF-NMR在食品理論研究中起著非常重要的作用，由于NMR譜信號對分子的可流動性具有較高的敏感性，因此常被用來進行食品結構的微動力學分析。例如通過LF-NMR儀計算乳濁液的擴散系數，測量乳濁液“油滴”或“水滴”的大小，還可用于測定冰淇淋、雪糕等在凍結過程中油水和水油之間的相變化，以及凍結速度對這種變化的影響，也可用于測定配方不同造成的食品品質變化等，通過實驗數據，有針對性地提升食品質量[4]。

2 LF-NMR儀器參數

儀器檢測參數包括系統(tǒng)參數和采集參數。參數的確定以能夠保證樣品LF-NMR信號完整、有效為前提，合適的參數能提高實驗效率[2]。

2.1 系統(tǒng)參數

系統(tǒng)參數是由儀器特性、儀器環(huán)境及相應脈沖順序所決定的，中心頻率、90°脈沖寬度和180°脈沖寬度由儀器自動調整。對系統(tǒng)參數進行設置需在硬脈沖FID（Free induction decay）序列下進行。

中心頻率的設置：射頻信號頻率主值（Spectrometer frequency，SF）和射頻信號頻率偏移量（Frequency offset 1，O1）共同組成了射頻脈沖的中心頻率。SF是由儀器的磁體系統(tǒng)決定的，為固定值（23MHz），O1為可調值，調整范圍為0~999.999kHz，磁體溫度的微小變化都會引起磁體頻率的相應變化，因此每次實驗前需由儀器自動調整O1值，保持射頻的中心頻率與磁體頻率的一致。

90°脈沖寬度和180°脈沖寬度（P90、P180，單位：μs）：射頻功放的功率和射頻線圈的尺寸共同決定P90和P180，其大小與樣品本身性質無關，可由儀器自動調整，但脈沖寬度大小關系到激發(fā)樣品時所產生的脈沖能量的大小。

2.2 采集參數

采集參數由研究目的及儀器特性決定，主要包括：重復采樣等待時間（TR）、采樣頻率（SW）、重復掃描次數（NS）、回波個數（EchoCount）、半回波時間（τ）。TR、NS及SW在硬脈沖FID序列中設置，保存以上設置后進入CPMG序列設置τ及EchoCount。

重復采樣等待時間（TR，單位：ms）：即兩次采樣中間間隔的一段時間，TR值會影響到樣品信號幅值的恢復情況。

采樣頻率（SW，單位：kHz）：SW是在采集樣品信號時，信號接收端以中心頻率為中心接收信號的頻率范圍，可調范圍在1~333kHz。其大小可根據樣品信號衰減的程度來設置，樣品信號衰減程度越快，SW值需設置的越大。

重復掃描次數（NS，單位：次）：NS是儀器進行獨立采樣的次數，可調范圍為0~1024次，NS大小影響樣品的信號強度及采樣信號的總時間，其大小應該根據樣品信號強弱作出判斷。

回波個數（EchoCount，單位：個）：指信號采集樣品所得到的回波數量。其數值也會影響到CPMG回波曲線的衰減完整性。從理論上來說，EchoCount應該是可以使樣品弛豫信號衰減到0的最小回波數。

半回波時間（τ，單位：μs）：指相鄰的90°脈沖與180°脈沖之間的時間間隔，τ值決定了CPMG回波曲線的衰減完整性。τ大多數情況下要大于6倍90°脈沖寬度的設定值，可將τ分別設定為80、100、150、200、250μs，采集累計信號，得到不同τ 值下的CPMG回波數據串，從這些值中獲得相應的T2信號衰減幅值及分布區(qū)間并進行進一步分析。

采樣點數（TD，單位：個）：當SW、τ、EchoCount三者確定后，此值可自動確定。

3 LF-NMR在食用油質量評價中的應用

在人類膳食中油脂起到了不可替代的作用，它給予食品獨特的風味和色澤。食用油的質量問題也是關系到我國甚至全世界消費者飲食健康的大問題，食用油在使用過程中經過高溫烹炒和煎炸可發(fā)生一系列的物理、化學變化，這些變化可對食品的風味和質量產生較大的影響，而且還可能危害到消費者的身體健康。因此，評價食用油在使用和貯藏過程中的品質變化具有深刻的意義。傳統(tǒng)的油脂評價方法主要有感官評價、化學指標評價和物理指標評價[10]。

感官評定主要是通過觀察煎炸過程中油脂的色澤變化、冒煙程度、泡沫情況、流動性等特征[11]。

煎炸油檢測的化學指標主要有酸值、碘值、過氧化值、羰基值、活性氧（AOM）值等。在油脂劣變程度加深的過程中，油脂可發(fā)生水解、氧化、聚合等反應，大多數情況下，油脂隨著加工時間的增長其酸值逐漸升高，碘值升高，過氧化值先升高后降低，羰基值升高，活性氧（AOM）值的變化會相對比較復雜。對于不同的油脂種類，給予不同的煎炸體系，其測定結果相差甚遠，不具有可比性[12]。

物理評價的指標主要包括黏度、折光指數、比重、透光率等。研究結果表明，隨著食用油煎炸時間的延長，煎炸油中的聚合物含量急速升高，黏度增大，并伴隨有少量甘二酯的生成，不飽和脂肪酸含量也相應下降[13]。

使用傳統(tǒng)理化方法評價食用油質量費時費力且誤差大，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，NMR法是一種非破壞性的，能夠保持樣品的完整性的檢測手段。其操作方法簡單快速，重復性高，測量精確；樣品不需要添加溶劑，定量測定也不需要標樣；測量結果受外界因素如材料樣本大小及樣本外觀色澤的影響不大，而且不因操作員的技術和判斷而受到影響。因此，NMR技術在食用油研究中的應用越來越受到青睞。

3.1 LF-NMR檢測煎炸油品質

油脂在煎炸過程，會發(fā)生一系列聚合、氧化、分解和水解反應，顏色逐漸變深，黏度不斷增大而且風味劣化，伴隨著產生大量對人體有害的物質[14]的產生。隨著食品安全意識的普及，油脂在煎炸過程中發(fā)生的品質變化成為消費者廣泛關注的食品安全問題，也是國內外相關領域科研工作者競相研究的熱點[15]。

王永巍等[14]應用LF-NMR技術對無對象煎炸大豆油油樣進行檢測，通過對多組分T2弛豫圖譜以及單組份弛豫時間T2W和峰面積比例S21分析，發(fā)現在油脂煎炸4h后圖譜中10ms左右有一明顯的特征小峰，且S21和T2W與煎炸時間、黏度、酸價、吸光度和極性組分的含量變化呈現良好的規(guī)律性，結果說明可以利用LF-NMR測定的S21和T2W較好地判斷煎炸油的品質變化，但此結果與過氧化值之間并無明顯的規(guī)律性。此外，大豆油經過煎炸后，隨煎炸時間的延長其單組份馳豫時間T2W呈現減小趨勢，可通過油樣T2W的變化簡單判斷出大豆油是否被用來高溫煎炸以及煎炸時間的長短。

樊之雄等[16]利用LF-NMR分析煎炸油品質結果表明，弛豫時間T21、T22可以用來辨別棕櫚油是否被用于高溫煎炸處理。在150、180℃下，弛豫峰面積比例之比（S21/S22）與對應的油酸和棕櫚酸比值（O/P）在不同時間下的具有相似的變化趨勢，呈顯著的相關性，此方法可以用于檢驗這兩個溫度下煎炸棕櫚油劣變程度。

3.2 LF-NMR鑒別食用油摻偽

油脂摻偽通常是指將低價劣質食用油或非油脂類物質摻入高品質食用油中以從中牟取暴利[17]。食用植物油的摻假通常有兩種情況：一種是將低級油摻入到高級食用植物油中，如在芝麻油、橄欖油中摻入菜籽油、大豆油等；另一種是將非食用油摻入到食用油中，如在植物油中摻入桐油、蓖麻油、大麻籽油、礦物油，甚至地溝油等[18]。油脂摻偽的檢測手段一般為濃酸反應、冷凍試驗、光譜分析以及一些常規(guī)指標檢測，但是這些方法只能粗略的定性分析，并不適合目前不僅需要定性又要定量的食品監(jiān)管要求[19]。

王永巍等[20]應用LF-NMR法檢測了煎炸油摻入到3種食用植物油（橄欖油、花生油、芝麻油）油樣，并得到橫向弛豫時間T2的弛豫圖譜，研究結果發(fā)現，煎炸油在10ms時產生了一個特征峰，這個特征峰在其他三種純品油中并沒有檢出。隨著煎炸油摻偽量的提高，此峰的峰面積比例隨著增加，而峰開始的時間卻逐漸縮短。

周凝等[21]也利用LF-NMR方法分別測定了米糠毛油和3種食用植物油（花生油、橄欖油和葵花籽油）的弛豫圖譜，通過得到的弛豫圖譜，對比分析弛豫時間T2以及各組分的分布情況可快速準確的判斷合格食用油與米糠毛油之間的差別。只需要得到樣品中的摻偽特征峰T21及其面積所占的比例，便可從擬合曲線中判斷出米糠毛油的摻偽比例。此方法可以進一步推廣應用到其他油脂的定量摻偽研究中，以用于初步判定食用油摻偽。

4 展望

鑒定食用油變質及摻偽的方法通常為傳統(tǒng)理化方法，這些方法費時費力且誤差大，常用的儀器鑒定方法，如色譜法、光譜法等，費用昂貴且需要對樣品進行前處理。相比之下，LF-NMR分析儀具有設備體積小，價格低廉，檢測樣品快速、無損，且無需任何化學試劑等優(yōu)點。目前，國內關于LF-NMR在油脂檢測中的應用研究并不多，隨著儀器分析在實際生產檢測中的普及，在未來食用油質量評價中，LF-NMR技術還將進一步發(fā)展和完善。

[1] 周凝, 劉寶林, 王欣,等.米糠毛油摻偽食用植物油的低場核磁共振檢測[J]. 分析與檢測, 2011, 37(3): 177-181.

[2] 史然, 王欣, 劉寶林, 等. 油脂低場核磁（LF-NMR）檢測參數的優(yōu)化試驗[J]. 分析測試學報, 2012, 31(11): 1365-1372.

[3] 顧小紅, 任璐, 陳尚衛(wèi), 等. 核磁共振技術在食品研究中的應用[J]. 食品工業(yè)科技, 2005, 26(9): 189-194.

[4] 萬娟, 陳中, 楊曉泉. 核磁共振技術及其在食品加工中的應用[J]. 食品與藥品, 2006, 8(11): 17-19.

[5] 王樂, 黎勇, 胡建華. 核磁共振法鑒別食用植物油摻偽餐飲業(yè)廢油脂[J]. 中國油脂, 2008, 38(10): 75-77.

[6] HILLS B P, WRIGHT K M, GILLIES D G. A low-f i eld.low-cost Halbach magnet array for open-access NMR[J].Journal of magnetic resonance, 2005, 175(2): 336-339.

[7] 楊赫鴻, 李沛軍, 孔保華, 等. 低場核磁共振技術在肉品科學研究中的應用[J]. 食品工業(yè)科技, 2012, (13): 400-405.

[8] MIQUEL M E, CALI S, COUZENS P J, et al. Kinetics of the migration of lipids in composite chocolatemeasured by magnetic resonance imaging[J]. Food research international,2001, 34(9): 773-781.

[9] MARTINA H, HARIETTE H, HEINZ-DIETER I, et al.Determination of total polar parts with new methods for the quality survey of frying fats and oils[J]. Talanta, 1998,47(2): 447-454.

[10] 姚曉敏, 孫向軍, 徐建強. 煎炸油質變檢驗探討[J]. 食品科技, 2000, (4): 56-57.

[11] 吳時敏. 煎炸過程中油脂質量評定[J]. 糧食與油脂,2000, (5): 33-35.

[12] 肖新生, 畢艷蘭, 彭元懷, 等. 煎炸油檢測方法的比較[J].中國油脂, 2006, 31(5): 35-38.

[13] 李東銳, 畢艷蘭, 肖新生, 等. 食用油煎炸過程中的品質變化研究[J]. 中國油脂, 2006, 31(6): 34-36.

[14] 王永巍, 王欣, 劉寶林, 等. 低場核磁共振技術檢測煎炸油品質[J]. 食品科學, 2012, 33(06): 171-175.

[15] 李陽, 鐘海雁, 李曉燕, 等. 煎炸用油品質變化及測定方法研究進展[J]. 食品機械, 2008, 24(6): 148-151.

[16] 樊之雄, 范柳萍. 基于介電常數和低場核磁共振技術的煎炸油品質分析[J]. 食品工業(yè)科技, 2012, 33(15): 74-78.[17] 錢向明, 李桂華, 李明奇, 等.食用油脂摻偽鑒別模式的研究[J].中國油脂, 2005, 30(8): 50-53.

[18] 唐佳妮, 劉東紅. 食用植物油摻假鑒別方法研究進展[J].中國糧油學報, 2009, 24(11): 158-162.

[19] 魏明, 曹志新, 廖成華.常見植物油鑒別及摻偽的氣相色譜新檢測法[J].食品科學, 2003, 24(12): 103-106.

[20] 王永巍, 王欣, 劉寶林, 等. 煎炸油摻偽食用植物油的低場核磁共振檢測[J]. 科學儀器服務民生學術大會論文集, 2011, 8: 17-162.

[21] 周凝, 劉寶林, 王欣, 等. 米糠毛油摻偽食用植物油的低場核磁共振檢測[J]. 分析與檢測, 2011, 37(3): 177-181.