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核磁共振技术在模拟油炸食品体系油水含量快速测定中的应用

核磁共振技术在模拟油炸食品体系油水含量快速测定中的应用

食品中存在很多油水共存的复杂体系,油水两种成分的含量和分布决定着最终食品的食用质量和储藏稳定性。近些年来人群中肥胖症、心脑血管疾病等发病率的快速增长,也促使人们日益重视降低食品含油率、控制和减少油脂摄入等方面的研究。上述背景凸显了复杂食品体系中油水含量测定和分析技术的重要性。但是常规的方法,即索氏抽提测定脂肪和烘箱干燥测定水分,存在耗时长、稳定性差、易受干扰等缺陷,显然满足不了要求。考虑到低场核磁对小分子上氢质子的敏感性(水油分子上的氢质子),本实验引入低场核磁技术,建立模拟淀粉基油炸食品中水分、油脂含量同时高效测定的新方法,并尝试将LF-NMR法应用于油炸参数对油炸食品水油含量影响的研究中。

核磁共振技术在模拟油炸食品体系油水含量快速测定中的应用

图1. 油水共存复杂体系水油分析方法比较

实验结果:

LF-NMR探知模拟淀粉基油炸体系中主要存在油脂信号峰和结合水信号峰,结合水信号峰分为弱结合水和强结合水,其中弱结合水可以在105oC高温下烘干除去,而强结合水则始终保留在样品中(图2)。针对样品中水信号的特征,实验中利用锰离子降低游离水的弛豫行为,使水信号峰出峰位置尽量与样品中结合水信号峰位置匹配。

核磁共振技术在模拟油炸食品体系油水含量快速测定中的应用

图2. 淀粉基油炸模拟体系的CPMG质子横向弛豫图谱。
(A) 20%水分条件下油炸处理;(B) 50%水分条件下油炸处理

利用LF-NMR技术测定了系列油、水标准样品的弛豫信号,以标准品的信号峰面积为纵坐标、标准品的质量作为横坐标制作水油的标准工作曲线(图3),所得曲线的R2均大于0.99,说明低场核磁技术能够很好地应用于油炸食品中水油含量的分析测定中。通过与传统方法的比较(图3E,F),可以发现LF-NMR法能够很好地测定油炸样品中的水油含量。

核磁共振波谱

图3. 油水系列标准样品的横向弛豫谱图及对应的油水标准曲线
(A) 系列水标准样品横向弛豫谱;(B) 水标准曲线;
(C) 系列油标准样品横向弛豫谱;(D) 油标准曲线;
(E) 模拟油炸样品横向弛豫谱;(F) 模拟油炸样品水油含量

将LF-NMR法应用于油炸参数对油炸样品中水油含量影响的分析中。
样品的初始水分含量显著影响着油炸过程中淀粉对油脂的吸收。对于普通玉米淀粉,30%水分含量下的吸油量几乎是10%水分含量下吸油量的2倍。水分的增加将会促进淀粉颗粒的膨胀及结晶区双螺旋结构的破坏,使得淀粉颗粒变得更加疏松,因而更有利于淀粉颗粒吸收油脂。
油炸温度也影响淀粉吸油特性,但影响比较复杂,需要进一步深入研究。对于普通玉米淀粉,180oC下的吸油量最低。
有趣的是,三种淀粉对油脂的吸收均随着油炸时间的延长而显著降低,这可能是由于油炸时间的延长造成部分吸附态淀粉颗粒的膨胀破碎,使得吸附状态的油脂重新释放出来。

时域核磁_台式核磁_小核磁

图4. LF-NMR分析不同油炸条件对样品水油含量的影响。
(A) (B) 水分含量对样品水油含量的影响;(C) (D) 油炸温度对样品水油含量的影响;(E) (F) 油炸时间对样品水油含量的影响

实验结论:

LF-NMR可以用于油炸食品体系中油水含量的同时分析测定
结合烘箱干燥实验操作,确定了油炸食品体系低场核磁横向弛豫谱中油水信号的归属,发现油水信号没有发生重叠,这为利用LF-NMR同时测定水油含量方法的建立奠定了基础。
LF-NMR法测出的含油量较之索氏抽提法更为准确,测试过程快速高效,且无需对样品进行预处理。

参考文献:Long Chen, Yaoqi Tian, Binghua Sun, Jinpeng Wang, Qunyi Tong, Zhengyu Jin*. Rapid, accurate, and simultaneous measurement of water and oil contents in the fried starchy system using low-field NMR, 2017, 233: 525-529 (Food Chemistry, SCI, IF=4.529, 食品科技一区,TOP期刊)

使用仪器:
核磁共振成像分析仪NMI20-060H-I

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