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前沿应用|低场核磁共振技术在食品饮料稳定性评价中的应用

来源：苏州纽迈分析仪器股份有限公司分类：前瞻 2024-01-25 16:45:06 89阅读次数

增稠剂是一种用于增加食品或饮料的黏度和浓稠度的物质。在果汁、酸奶或谷物饮料中，增稠剂的作用是改善产品的稳定性，防止分离和沉淀，并提供更好的口感和质地。商业化的食品饮料通常使用特定含量的增稠剂来提高产品的稳定性。

例如，β-葡聚糖是一种常用的增稠剂，它作为一种亲水胶体，除上述功能外，还具有提高免疫力的健康效果，在市场上广受欢迎。

在食品饮料产品质量控制中，增稠剂的选择和使用方法可能因产品类型和所需的特定性质而有所不同，所以有必要对增稠剂进行定量分析，接上文例子，通过分析β-葡聚糖的含量来描述理化稳定性。加入β-葡聚糖酶对β-葡聚糖进行水解，水解反应会改变结合水和游离水的含量，通过水分的改变评价β-葡聚糖的水平。

一、稳定性评估方法

传统方法对食品饮料稳定性的表征往往费时费力，且需要破坏样品，比如激光粒度分析、ZETA电位分析等，而使用快速原位测量的光谱法和核磁法更利于质量控制中的常规检查。下面对几种厂家方法进行介绍：

傅立叶红外光谱（FTIR）法：

红外光谱作为“分子指纹”广泛用于分子结构和物质化学组成的研究。根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型，也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。

然而，FTIR无法提供关于重要的物理因素的信息。此外，FTIR需要对样品进行冷冻处理，可能会导致一些偏差问题。

近红外光谱（NIR）法：

NIR波长比FTIR更深入样品，但生成的峰值重叠，无法将峰值分配给特定成分。不过，NIR光谱也包含一些物理信息，如粒径、硬度和保水能力等。所以，NIR可以很好地补充FTIR的不足。

但是，NIR的校准模型性能可能会因产品变化、仪器和环境因素而下降，无法保证长期稳定性。

荧光标记法：

荧光光谱研究荧光物质所表现出的荧光现象。在食物中，色氨酸是一种疏水性氨基酸，可作为内在荧光探针。荧光信号对环境敏感，可用于研究蛋白质结构。

然而，如果遇到一种不透明的饮料，可能会受到内部滤光效应的影响，需要稀释和改进荧光信号。除此之外，还会有发生荧光淬灭的风险。

低场核磁共振法：

低场核磁共振法基于对氢元素优秀的捕捉能力，已经广泛应用于食品饮料中精准检测水信号以描述水分的分布及含量等。

与其他方法相比，核磁共振法具有以下优点：1. 高灵敏度：核磁共振法可以检测到非常低浓度的样品，具有很高的灵敏度。2. 非破坏性：核磁共振法不需要对样品进行破坏性处理，可以保持样品的完整性。

加入增稠剂的饮品

二、低场核磁共振技术

在饮料稳定性评价中的应用

β-葡聚糖呈交联网状结构，在食品饮料产品中以胶体形式存在，因其结构特性，胶体中存储大量结合水，当加入β-葡聚糖酶时，β-葡聚糖裂解导致结构破坏，结合水被释放出来成为游离水。

采用低场核磁共振技术，对水分含量进行分析。

尽管使用CPMG序列最常见的应用是油和水含量的检测，但是在饮料中油（脂肪）的含量通常在1%以下，可以忽略不计。那么影响T2横向弛豫时间的就主要是游离水和结合水。[1]

根据T2横向弛豫时间的不同，结合水的弛豫时间<100ms，而游离水的弛豫时间>100ms[2]，测得加入β-葡聚糖酶前后结合水的质子浓度，即可推算β-葡聚糖酶含量，从而验证符合稳定性的增稠剂含量。

低场核磁共振法可快速检测食品饮料中水、油含量，以及水分变化、分布。用于现代食品工业生产的研发和质量控制，优选迭代合适的生产工艺与配方，检测不同批次样品的稳定性指标，提高产品稳定性。

【参考资料】

[1] Tiffany Patra, Karsten Olsen, ?smund Rinnan. A multivariate perspective on the stability of oat-based drinks assessed by spectroscopy. Food Hydrocolloids 131 (2022) 107831.

[2] Wu, Zhao, Li, Jin, and Wu, et al. Characterization of Oat (Avena nuda L.) β-Glucan Cryogelation Process by Low-Field NMR. J. Agric. Food Chem. 2016, 64, 1, 310–319.

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