低场核磁状态图在食品研究中的应用

发布时间：2024-03-22 16:06

食品玻璃态转变：

水是食品的重要组成部分，水的含量以及水的状态与食品的理化特性有关，并在其中扮演着重要角色。“食品玻璃态转化”的概念是在研究食品原料和产品理化特性的聚合物理论时提出的，食品玻璃态转化可以用来描述水分与食品理化特性的关系，能有效地反映不同温度和水分情况下的物质的理化特性。

玻璃态转化温度（Tg）是分子链段能运动的最低温度，玻璃态转化温度的高低与分子链的柔性有直接关系，分子链柔性越大，玻璃态转化温度就低；分子链刚性大，玻璃态转化温度就高。

玻璃态转变理论在食品中尤其是干制品和冷冻食品中的应用非常广泛。一方面，可以用玻璃态转变理论很好地解释食品加工与贮藏过程中的某些食品品质的变化。例如：某些方便食品的组织软化、面包老化、粉状时的风化和吸湿、冷冻食品的干缩等问题都可以用玻璃态转变来解释，食品贮藏过程中褐变、脂肪氧化、结晶等也和玻璃态转变有很大的关系。另一方面，用玻璃化转变温度（Tg）和水分活度(核磁弛豫时间)的关系，还可以预计食品的贮存期及贮藏条件。

结块的面粉

低场核磁共振状态图

核磁共振状态图是指核磁共振弛豫时间(T2)随温度变化的曲线图,它反映食品的核磁共振弛豫现象与食品的理化特性关系。研究发现核磁共振状态图与物质的许多理化特性有着良好的相关性。利用核磁共振状态图可以在以下方面得到应用：

(1)通过分析产品的成分,确定产品变化的规律;

(2)预测产品的理化性质的变化(质地、粘性、结块、水分和油脂的迁移等)的趋势，营养成分降解和微生物代谢与食品中水分活度之间的关系；

(3)结合核磁共振成像技术能很好地帮助理解水分(特别游离水分)对食品的质量与安全的影响；

玻璃态转变温度的测试方法：

差示扫描量热法DSC：当温度逐渐升高，通过高分子聚合物的玻璃化转变温度时，DSC曲线上的基线向吸热方向移动（如下图所示）。将转变前后的基线延长，两线之间的垂直距离为阶差ΔJ，在ΔJ/2 处作切线与前基线相交于B点，B点所对应的温度值即为玻璃化转变温度Tg。

DSC方法样品用量非常少，一般是3-10mg的量。由于食品的非均质特性，DSC测得的玻璃化转变温度很难反映食品的全貌，对于非均质食品不具有代表性。

动态力学性能分析（DMA）法：该方法通过在受测样品上施加正弦交变载荷获取材料的动态力学响应。被测样品需要有可塑形状，对于粉末类和无法成型的样品不适用，食品检测有很大的局限性。

低场核磁共振法：低场核磁共振法主要研究样品内部的分子运动状态，核磁共振特征参数T1、T2与样品内部分子运动相关。下图是弛豫时间与分子运动相关时间tc的变化关系。对于固体、粘流体、液体三种状态的样品，T2弛豫时间差异非常明显。当食品处于玻璃化转变温度以下时，对应Solids区域，T2弛豫时间非常短；当样品发生玻璃化转变时，T2弛豫发生明显变化，通过T2弛豫时间随温度的变化可以测到食品的玻璃化转变温度。