实验室分析仪器--NMR对食品中水分的分析介绍

食品中水分含量的高低以及结合状态直接对食品的品质、加工特性、稳定性等有重要影响。NMR 的一个重要应用就是研究食品中水分的动力学和物理结构,它可以测定能反映水分子流动性的氢核的纵向弛豫时间 T₁ 和横向弛豫时间T₂。当水和底物紧密结合时,T₂ 会降低,而游离水的流动性好,有较大的 T₂。这样就可以推测食品的相关特性。

(1)水分分布

Engelsen 等的试验结果表明,在焙烤过程中T2曲线显示了多相性,并可分为3种变化(轻度结合水上升,牢固结合水下降,水相饱和),还观察到淀粉糊化的主要转变过程。Margit 等利用低频率NMR法研究冻藏肉时发现:冷冻温度越低、冻藏时间越长,肉在解冻、烹饪时的水分损失越多;高 pH 的新鲜肉比正常 pH 值的肌原纤维中水分分布更均匀(如下图1-1、图1-2)。

图1-1 不同冷冻温度、不同烹饪速率下新鲜肉的弛豫时间T2分布

图1-2 正常pH和高pH下新鲜肉的弛豫时间T2分布

(2)水分含量

在-40～-20℃下贮藏的牛肉、橘汁和面团等样品,利用NMR技术进行非冻结水分含量分析时发现:随着温度的降低,产品中水分不断冻结,导致非冻结水分含量显著减少,由单点斜面图像可以描绘出产品水分分布的一维、二维图像,从而为样品在冻藏过程中如何保证品质提供了依据。利用3种方法即(FID)曲线法、自旋-回波(spin-echo)法、高分辨率 NMR 波谱法对食品含水量进行了对比分析。

(3)水分性质

范明辉等利用 NMR 技术分析研究了与食品品质密切相关的水分子的流动性、持水力、水结合、水化等性质。Esselink 等通过流变学、NMR、电子显微镜发现生面团被挤成片状后其中的麸质网状结构形成并被打断,同时水分子的流动性增加,生面团成型之后网状结构恢复,水分子的流动性下降。Ruth 等利用 NMR 技术对经不同处理的新鲜奶酪进行快速检测,得出处理方式不同,产品的黏性、硬度以及脱水收缩的能力也不一样的结论。施高压、加辅料等处理也可能改变样品中水的结构和分子性质。