低場核磁共振（LF-NMR）技術原理概述：

NMR是交變磁場與靜止強磁場中物質相互作用的一種物理現象。低能態的原子核磁矩在恒定場強和交變場強的相互作用下吸收了由交變場強提供的能量后，不斷躍遷至高能態，從而產生核磁共振信號。目前研究應用比較廣泛的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有較大的發展。由于NMR技術快速、高效、準確、有效、無損、無污染、樣品制備簡單和對操作人員的健康無影響等優點，NMR技術不斷替代傳統檢測方法，應用在多個領域。目前核磁共振已形成液體核磁共振、固體核磁共振、核磁共振成像三足鼎立的應用局面。

根據場強可以將核磁共振分為3類：恒定場強大于1.0T的為高場核磁共振；恒定場強在0.5~1.0T之間的為中場核磁共振；恒定場強低于0.5T的為低場核磁共振。低場核磁共振又稱低分辨率核磁共振，常用于物質的物理性質測定，在食品科學領域主要用于食品中脂質含量、水分含量及其存在狀態的檢測。

低場核磁共振（LF-NMR）技術在食品加工中的應用：

1、在食品焙烤中的應用 

焙烤，又稱為烘烤、烘焙，是指在物料燃點之下通過干熱的方式使物料脫水變干變硬的過程。焙烤食品品種多樣，按生產工藝特點可分為面包類、餅干類、糕點類和松餅類。隨著我國經濟的進一步發展和人民消費水平日益提高，消費者對烘焙食品的需求呈現出高品位化、高質量化的趨勢。焙烤食品中水分含量、水分的分布狀態以及水分活度是確定焙烤工藝的重要因素，對產品的口感、色澤以及保質期有較大的影響，是焙烤食品品質的重要評判指標。在焙烤過程中，食品中的水分會發生流動遷移及流失，利用LF-NMR可以研究食品焙烤前后水分的分布狀態、遷移特性以及水與內部分子間相互作用，分析影響產品烘焙品質的原因。

目前LF-NMR在焙烤食品加工中的應用相對較少。李東森等利用不同裹粉制備油炸平菇產品，應用LF-NMR研究了其在烘烤復熱過程中水分分布、遷移情況及產品的保水性能。李娟利用LF-NMR技術對添加有不同水平內切木聚糖酶和阿拉伯膠的全麥面團進行了研究，探索導致全谷產品烘焙品質差的內在原因。相反，LF-NMR在煙草烘烤加工中的應用研究較多。魏碩等和梁國海等利用LF-NMR和烘箱法兩種方法檢測了煙葉在烘烤過程中的含水率，結果表明LF-NMR技術的重復性、精密度和穩定性更好。目前LF-NMR在焙烤加工過程中的應用有待進一步的探索。可利用LF-NMR無損傷、無侵入以及可重復測試的特點，進行在線監測設備的開發，在產品焙烤過程中實現動態可視化的監測。

2、在食品油炸中的應用 

油炸是食品熟制和干制的一種加工方法，即將食品置于較高溫度的油脂中，使其加熱快速熟化的過程。油炸可以殺滅食品中的微生物，延長食品的貨架期，改善食品風味，提高食品營養價值，賦予食品特有的金黃色澤以及香酥脆嫩的特點。食品經過油炸后會發生較大的品質改變，對食品的色澤、硬度、口感和貯藏品質等都有一定影響。因此，通過一定的方法探尋較優的工藝參數至關重要。利用LF-NMR可對食品油炸過程中的相關理化性質進行檢測，可研究不同油炸溫度對產品品質的影響。丁援園等利用LF-NMR對油炸糯米糕進行了檢測，并發現糯米糕油炸后各部位自由水及油脂呈規律性變化，得到了油炸糯米糕最佳食用的油炸溫度。Chen等利用LF-NMR研究了普魯蘭多糖對油炸過程中淀粉顆粒吸油性能的影響，并說明了LF-NMR分析法能準確地測定油炸淀粉體系的含油量。

3、在食品蒸煮中的應用 

蒸煮食品是指通過蒸、煮等較低溫度（100~200 ℃）的烹飪方式烹制的食品。在蒸煮過程中，不同的蒸煮溫度和蒸煮方式會在不同程度上造成食品汁液的流失以及質地的改變，利用LF-NMR可對食品蒸煮過程的理化性質進行檢測。Ling等利用LF-NMR研究了同一小麥品種的鮮面條和干面條在沸煮過程中的水分遷移率，通過沸煮時間與弛豫峰面積比例以及橫向弛豫時間的相關性分析發現面條水分遷移率與面條淀粉的糊化密切相關。Wan等利用LF-NMR研究了不同蒸煮方式下大口黑鱸水分的遷移和分布，結果表明真空蒸煮（Vacuum steaming，VS和Sous-vide cooking，SV）可以更好地保持魚的品質。

4、在食品干燥中的應用 

干燥是從濕物料中除去水分或其他濕分的各種操作，其目的是使物料在貯存、運輸和使用過程中更為便利。在食品加工中，干燥是水分氣化流失的過程，是生產果脯、肉干等干果制品的重要加工環節，是延長保質期的最常用方法。而熱敏性較高的食品在干燥過程中易出現水分分布不均勻，導致食品表面硬化，影響食品品質。因此利用LF-NMR無損分析食品干燥過程中水分的分布及遷移，對食品中水分的變化規律進行監測，對于提高食品品質以及改善食品干制工藝具有重要意義。目前，LF-NMR技術在食品的干燥工藝中的應用相對較多，是食品領域一個重要的研究方向。

在食品的水分檢測中，LF-NMR是更為簡便、準確的檢測方法。Li等在干燥蘋果的加工中，對比了LF-NMR和差示掃描量熱（Differential scanning calorimetry，DSC）法兩種方法區分結合水和自由水的能力，結果表明LF-NMR能更清楚地區分這兩種水。

食品干制過程中水分的遷移會對產品品質產生影響，LF-NMR參數可以作為評價干制食品品質的依據。Chen等在采用不同干燥方法對大蒜片進行干燥，探索最佳干燥方法的研究中，采用統計學方法對LF-NMR參數進行了預測，分析結果表明LF-NMR參數與質量特性有較高的相關性。 

此外，還可以為食品干燥的動態控制提供依據，為干燥產業化生產工藝提供技術支持。渠琛玲等在研究微波干燥對小麥籽粒水分遷移的影響中，應用LF-NMR對小麥籽粒的微觀水分變化進行檢測。柯亞婕等利用LF-NMR研究了玉米粒在不同干燥溫度下的水分分布及遷移，監測其變化規律，為玉米粒干燥的動態控制提供依據。此外，通過LF-NMR的分析結果與干燥過程中其他特性的數據結合可以構建相應模型。Li等利用建立了介電特性與LF-NMR分析結果之間的關系，并表明LF-NMR能夠預測山藥片介電性能。

5、在食品冷凍中的應用 

食品加工及貯藏過程中常通過冷凍處理延長食品的保質期。食品冷藏期間技術參數的控制與品質息息相關，凍藏溫度波動會對凍藏品品質產生兩個方面的影響，一是反復凍融循環中造成的冰晶長大，二是水蒸氣壓力差作用下產生的干耗。利用LF-NMR可以研究溫度波動、凍藏時間及蒸汽壓差等對冷凍食品的品質影響，以探索最佳冷凍工藝參數。目前研究主要應用在冷凍肉類、水產品和果蔬等品質變化的研究。朱迎春等應用LF-NMR研究不同包裝方式及貯藏溫度下牛肉的保水性，探索最佳貯藏方式，研究表明LF-NMR可以表征牛肉的保水性。梁鉆好等采用液浸速凍方式凍結牡蠣，以-18 ℃靜置冷凍、氣流速凍、超低溫冷凍作對照，通過LF-NMR測定凍結后解凍的牡蠣水分含量和分布，表征冷凍方式對牡蠣品質的影響。Chen等應用LF-NMR技術對煮熟馬鈴薯在時間-溫度循環過程中水分的分布變化進行測定，為馬鈴薯產品在工業冷鏈中的處理方法提供參考。此外，也用在水果保鮮活性膜的性能評價中。李洋洋等在制備保鮮櫻桃的活性抗菌膜的研究中，應用LF-NMR考察櫻桃內部水分狀態的變化及其對品質的影響。Jiang等在開發桃保鮮活性膜的研究中，應用LF-NMR研究桃在冷藏保鮮過程中水分的狀態，該方法為開發活性食品包裝提供了有效參考。

為了滿足貯藏需要，常向凍藏食品中添加食品添加劑，利用LF-NMR可探索食品添加劑的種類和劑量對食品品質的影響。Carneiro等利用LF-NMR研究了三聚磷酸鈉（Na5P3O10）處理對冷凍蝦水分狀態的影響，并說明了利用LF-NMR信號來表征凍蝦品質的可行性。Tan等應用LF-NMR作為快速監測技術，對凍藏過程中使用聚丙烯酸鈉（SP）和異硅酸鈉（DSE）涂層的魷魚樣品質量變化過程進行了監測。

6、在微膠囊中的應用 

微膠囊是指一種具有聚合物或無機物壁的微型容器或包裝物。微膠囊造粒技術是一種將固體、液體或氣體包埋、封存在微型膠囊內成為一種固體微粒產品的技術，具有保護芯材不受降解、減緩芯材的汽化以及掩蓋芯材的味道等特點。目前，LF-NMR在微膠囊領域的應用仍處于探索階段。暴莎莎等利用LF-NMR檢測得到南極磷蝦微膠囊樣品的CPMG信號，并基于LF-NMR測得數據建立微膠囊產品包埋率的預測模型，實現了未知南極磷蝦微膠囊樣品包埋率的快速測定。

7、在3D打印中的應用 

食品3D打印是通過計算機圖形數據生成所需目標形狀的物體，運用3D食物打印機生產食品。凝膠的3D可印刷性與LF-NMR弛豫特性的相關性能夠有效地預測凝膠的三維打印能力。Xu等利用LF-NMR分析了熱誘導蛋黃糊中與蛋白質、水和脂肪有關的質子信號的分布和遷移率的變化，探索蛋黃適用于3D打印的熱處理方式。Phuhongsung等在采用大豆分離蛋白進行食品3D打印的研究中，運用 LF-NMR檢測打印凝膠，結果表明，LF-NMR主峰弛豫時間（T2(MP)）和峰面積（A22）與流變性能有很強的相關性，而流變性能又與印刷性能有關。因此，通過LF-NMR檢測研究T2(MP)和A22之間的相關性，可以預測材料的3D打印能力。

快速檢測

由于低場核磁共振技術在食用的品質鑒定上快速、準確并且無損傷，所以在食品的品質控制及評價方面具有很大的應用潛力。目前，利用LF-NMR在食品快速檢測方面的應用主要包括產品的固態發酵監測、摻假鑒別和油脂氧化監測等。

Li等利用LF-NMR研究了糯米浸泡、蒸煮和淀粉顆粒固態發酵（Solid-state fermentation，SSF）過程中的水動力學和微觀結構變化，研究表明LF-NMR可用于監測淀粉系統的SSF。Miaw等在葡萄花蜜摻假鑒別研究中，采用了LF-NMR和多元分類方法進行評價，結果表明兩種方法在鑒定葡萄花蜜時都是有效的，多元分類方法能夠提高額外的信息，而LF-NMR則更為簡便，在一些情況下可作為首選方法。王勝威等應用LF-NMR結合主成分分析法對正常羊肉及注水、注膠羊肉進行檢測辨別。董海勝等以月餅為分析對象，應用LF-NMR建立了月餅水分、過氧化值及酸價理化指標定量模型，以檢測月餅類產品理化品質。在食品的檢測中，LF-NMR技術所具有的優點使其在食品品質檢測、食品摻假與鑒別領域得以廣泛應用，其更進一步的發展和完善將會在食品檢測領域有更加長效持久的應用。

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本文轉載自微信公眾號【仲園食安益農創新興趣小組】，文章【食安知道 ll 什么是低場核磁共振？低場核磁共振技術的基本原理是什么？其在加工過程中的應用有哪些？】。