田靖 王玲
摘要:核磁共振技術(shù)是一種新型的無損檢測技術(shù),本文介紹了核磁共振技術(shù)的基本原理和分類,綜述了國內(nèi)外有關(guān)核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況,并展望了該技術(shù)在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:核磁共振;農(nóng)業(yè);應(yīng)用;無損檢測;研究進(jìn)展
中圖分類號: S129文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號:1002-1302(2015)01-0012-04
收稿日期:2014-09-27
作者簡介:田靖(1990—),女,江蘇南京人,碩士,主要從事有機(jī)化學(xué)及儀器分析研究。E-mail:Tjtj3025@qq.com。
通信作者:王玲,副教授。E-mail:354035358@qq.com。核磁共振(NMR)是指在恒定磁場與交變磁場的作用下,具有固定磁矩的原子核(如1H、13C等)與交變磁場發(fā)生相互作用的基本物理現(xiàn)象,其本質(zhì)是一種能級間躍遷的量子效應(yīng)。荷蘭物理學(xué)家Goveter在20世紀(jì)中期最先發(fā)現(xiàn)了核磁共振效應(yīng);隨后,美國物理學(xué)家Purcell和Bloch分別領(lǐng)導(dǎo)2個小組對該方法加以完善,觀察到一般狀態(tài)下物質(zhì)的核磁共振現(xiàn)象,并因此獲得了1952年諾貝爾物理學(xué)獎[1]。1973年Lauterbur通過試驗首次得到了NMR圖像,并由此產(chǎn)生了核磁共振技術(shù)的另一個分支——核磁共振成像技術(shù)(MRI)。
近年來,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的變化,農(nóng)業(yè)檢測技術(shù)也得到了快速發(fā)展,其中常規(guī)分析及色譜分析技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用,核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注。20世紀(jì)70年代初,核磁共振技術(shù)開始在農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域運用,相對于傳統(tǒng)的檢測方式,核磁共振技術(shù)具有以下優(yōu)點:可以快速定量分析檢測樣品,無須添加標(biāo)樣,能夠保持樣品的完整性;操作簡單快速,測量準(zhǔn)確,可重復(fù)性高;測試結(jié)果受材料樣本影響較小,且不受測試人員的技術(shù)與判斷所影響[2];屬于一種非破壞性的檢測手段。本文介紹了核磁共振技術(shù)的基本原理及分類,綜述了國內(nèi)外有關(guān)核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用情況,并展望了其在未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景,以期為更好地在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用核磁共振技術(shù)提供支撐。
1核磁共振技術(shù)的分類
核磁共振技術(shù)是通過化學(xué)位移理論發(fā)展起來的,根據(jù)射頻場頻率的高低,可分為低分辨率核磁共振法和高分辨率核磁共振法。低分辨率核磁共振法是通過核磁共振譜信號來分析食品理化性質(zhì),信號最初強(qiáng)度與樣品中原子核數(shù)量直接相關(guān)。由于價格相對低廉、儀器體積較小等優(yōu)點,低分辨率核磁共振法已成為食品工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。高分辨率核磁共振法用于研究化合物的分子結(jié)構(gòu),目前應(yīng)用最廣泛的是氫核核磁共振法(1H-NMR)和碳核核磁共振法(13C-NMR)。由于相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,該技術(shù)還只限于非常簡單的食品模型[3]。核磁共振成像技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,在得到病人內(nèi)部影像的同時,不對病人身體造成傷害。隨著技術(shù)進(jìn)步,核磁共振成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也得到了發(fā)展。
1.1低分辨率核磁共振法
低分辨率核磁共振是指磁場強(qiáng)度在0.5 T以下的核磁共振,其波譜信號的最初強(qiáng)度與樣品中的原子核數(shù)量直接相關(guān)。在最低干擾狀態(tài)下,研究人員無須對樣品進(jìn)行物理處理便能觀察到樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀況[4]。該技術(shù)一般被用于測定農(nóng)產(chǎn)品中水分、脂肪、蛋白質(zhì)含量。
低分辨率核磁共振法具有價格低廉、快速無損、測定精準(zhǔn)等特點,許多小型、操作簡單的低分辨率核磁共振儀不斷被研發(fā)出來,以滿足對農(nóng)產(chǎn)品檢測等方面的實際研究需要。
1.2高分辨率核磁共振法
高分辨率核磁共振主要被應(yīng)用于化合物分子結(jié)構(gòu)分析,目前應(yīng)用最廣泛的高分辨率核磁共振法是1H-NMR和 13C-NMR。此外,通過對 11B、17O、19F、31P等原子核的研究可以確定大分子高聚物的結(jié)構(gòu),這也有助于農(nóng)藥等化學(xué)品的成分分析研究。但是由于農(nóng)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品和食品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,高分辨率核磁共振法還只能限于簡單的分析模型等,該方法在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用還須進(jìn)一步研究。
1.3核磁共振成像法
核磁共振成像是通過所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中的衰減,依據(jù)外加梯度磁場檢測所發(fā)射出電磁波的不同,來分析構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類。
核磁共振成像技術(shù)利用信號波在樣品中的定位,為農(nóng)產(chǎn)品和食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的直觀透視研究提供了強(qiáng)有力的手段,能夠有效研究水果和蔬菜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水分分布及果實成熟度。將核磁共振成像技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品檢測上,不用破壞樣品,可以對完整的樣品進(jìn)行掃描,掃描以后樣品仍然可以食用。
隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅速發(fā)展,核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)食品、物理化學(xué)、石油化工、考古等其他領(lǐng)域開辟了許多新的研究途徑。目前,生產(chǎn)核磁共振檢測儀器的知名公司有德國布魯克公司、美國培安公司、英國牛津儀器公司、日本電子株式會社等,各種型號的核磁共振波譜儀已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
2核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
2.1核磁共振技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品檢測中的應(yīng)用
2.1.1農(nóng)產(chǎn)品水分測定核磁共振技術(shù)能通過測定H原子核在磁場中的縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間T2來分析樣品含水量、水分分布、遷移及與之相關(guān)的其他性質(zhì)[5]。將核磁共振技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品水分的測試,可以分析水分在農(nóng)產(chǎn)品中的含量、分布及存在狀態(tài),從而研究其對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、加工特性和穩(wěn)定性的影響。邵曉龍等利用低場核磁及其成像技術(shù)研究甜玉米粒中水的分布和狀態(tài),探討了燙漂后甜玉米失重與熱特性參數(shù)變化的原因;通過加權(quán)成像技術(shù),觀察發(fā)現(xiàn)燙漂后的甜玉米粒中新出現(xiàn)的水信號分布區(qū);通過對燙漂時間和溫度對甜玉米粒橫向弛豫信號影響的研究,發(fā)現(xiàn)弛豫時間為450~750 ms和 50~70 ms 的結(jié)合水的比例發(fā)生了明顯變化[6]。Bertram等利用低場的核磁共振技術(shù)研究了豬肉中的水分分布與流動,發(fā)現(xiàn)與額外的肌原纖維蛋白水分子數(shù)量相關(guān)的核磁共振數(shù)據(jù)和膜完整性的阻抗特性具有聯(lián)系,且縱肌的收縮與橫肌縮水是肌原纖維蛋白中水分逸出的主要動力[7]。李資玲等利用核磁共振技術(shù)測定了3種不同配方的面包在和面、發(fā)酵、醒發(fā)、焙烤過程中質(zhì)子的自旋-自旋弛豫時間(T2),結(jié)果表明在面包制作過程中,束縛相和自由相的遷移行為不同,T21部分即“束縛水”部分流動性一直呈下降趨勢,其含量在前3個階段稍有上升,而在焙烤階段開始下降,且趨勢非常明顯;T22部分即“自由水”部分的流動性在前3個階段呈下降趨勢,在焙烤階段回升[8]。馬斌利用核磁共振技術(shù)技術(shù)對-40~-20 ℃儲藏的牛肉、橘汁、面團(tuán)等樣品進(jìn)行非凍結(jié)水分含量分析,結(jié)果表明溫度降低時,產(chǎn)品中水分會發(fā)生凍結(jié),非凍結(jié)水分含量也會顯著減少,并可以利用單點斜面圖像描繪出產(chǎn)品水分分布的一維、二維圖像,從而為如何保證凍藏過程中樣品品質(zhì)提供了依據(jù)[9]。
2.1.2農(nóng)產(chǎn)品油脂含量測定油脂因其營養(yǎng)、風(fēng)味越來越受到美食家的重視。在實驗室中油脂質(zhì)量控制采用固體脂肪指數(shù)(SFI)分析農(nóng)產(chǎn)品中油脂的含量[10],而目前核磁共振技術(shù)成為取代該方法的唯一可行、有潛在用途的儀器分析方法。早期核磁共振技術(shù)主要被用于油料種子含油量的測定[11],現(xiàn)在已經(jīng)形成了國際標(biāo)準(zhǔn)分析的方法[12]。Toussaint等用帶單油參照試管自校準(zhǔn)體系的核磁共振技術(shù),測定了鮭魚肉中的脂質(zhì)含量[13]。與傳統(tǒng)的化學(xué)提取法相比,核磁共振技術(shù)分析時間短,不需溶劑,操作簡單。研究人員利用核磁共振技術(shù)圖像法測定了牛肉中脂肪含量,通過對比肉中不同質(zhì)構(gòu)(脂肪、瘦肉、連接組織)的差異,易于觀察分析肉的切面,測得準(zhǔn)確的脂肪含量;也能通過梯度場核磁共振技術(shù),抑制水的信號,產(chǎn)生多變量的數(shù)據(jù),精確測定肉中的脂肪含量。Vanlent等利用核磁共振技術(shù)和共焦激光掃描顯微鏡檢測法(CSLM)測定了6種工藝制作的黃油中小水滴的尺寸及分布,來確定黃油中微生物穩(wěn)定性和感官品質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)各種工藝所制黃油的小水滴性狀表現(xiàn)出明顯不同[14]。朱旭東等研究了利用核磁共振技術(shù)測定油腳殘油率的理論,得到了測試方法,并將其與標(biāo)準(zhǔn)法即質(zhì)量法進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)核磁共振法測定油腳殘油率具有準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)適用等特點[15]。
2.1.3農(nóng)產(chǎn)品糖分測定核磁共振技術(shù)對糖分測定的研究主要集中在化學(xué)結(jié)構(gòu)方面。利用紅外光譜或一些其他分析手段無法區(qū)分類似的糖分化學(xué)結(jié)構(gòu),而利用13C-NHR等核磁共振技術(shù)可以將糖殘基數(shù)目、單糖種類、端基構(gòu)型、糖基連接方式和序列以及取代基團(tuán)的連接位置等推測出來[16]。祝耀初等報道了利用核磁共振技術(shù)測定食品中糖分的研究,有關(guān)分析中常用氘水或氘代二甲亞砜作為溶劑,其測定結(jié)果代表了結(jié)晶態(tài)時糖的構(gòu)型和純度[17]。此外,糖的各羥基都與同碳質(zhì)子相偶合而產(chǎn)生裂分的雙峰也能被檢測到。Blundell等利用900 MHz超高場核磁共振技術(shù)研究了由高度重復(fù)單元構(gòu)成的糖氨聚糖透明質(zhì)酸六糖的結(jié)構(gòu),通過核磁共振技術(shù)測試發(fā)現(xiàn),糖氨聚糖透明質(zhì)酸六糖是由N-乙酰-D-葡萄糖胺和D-葡萄糖醛酸組成的重復(fù)雙糖單位所構(gòu)成的,大部分由β連接構(gòu)成,且不含有能提高分離度的硫酸基等取代基團(tuán)[18]。
2.1.4農(nóng)產(chǎn)品蛋白質(zhì)與氨基酸含量測定核磁共振技術(shù)是能夠在原子分辨率下測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的唯一方法[19],是研究蛋白質(zhì)與氨基酸結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型及動力學(xué)的重要研究手段。Niccolai等在研究MNEI(一種含96種氨基酸的甜蛋白)時,利用帶順磁探頭的梯度核磁共振圖譜儀研究其表面結(jié)構(gòu),確定了該甜蛋白可能的絡(luò)合部位及與水的絡(luò)合情況[20]。Alberti 等研究發(fā)現(xiàn),面團(tuán)的黏彈性主要受水合狀態(tài)下麥谷蛋白中高相對分子質(zhì)量亞基的二級結(jié)構(gòu)影響;并利用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)的1H NMR測試,得到了谷氨酸殘基不僅位于β-轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)上,也有位于β-折疊等更有流動性的結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果[21]。劉興前等通過核磁共振技術(shù)檢測農(nóng)產(chǎn)品,獲得了19種氨基酸的1H-NMR譜圖,與《Handbook of Proton-NMR Spectra and Data》中相應(yīng)的氨基酸圖譜進(jìn)行比較,其中L-Ala、D-Ala、L-Leu、L-Pro等6種氨基酸完全一致,其余13種非常類似;并首次獲得了L-絲氨酸和 L-色氨酸的1H-NMR譜[22]。
2.1.5農(nóng)產(chǎn)品淀粉含量測定利用核磁共振技術(shù)檢測淀粉含量,主要是利用體系中不同質(zhì)子的弛豫時間,研究淀粉顆粒結(jié)構(gòu)、糊化凝成、回生和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化等[23-24]。Vodovotz 等利用質(zhì)子交叉弛豫核磁共振技術(shù),研究了淀粉在發(fā)生玻璃化相變時的分子特性,通過光譜中譜線峰變寬可知淀粉分子結(jié)構(gòu)發(fā)生的相變化[25]。Tananuwong等利用脈沖質(zhì)子核磁共振技術(shù)研究了蠟質(zhì)玉米、普通玉米、馬鈴薯、豌豆淀粉的糊化性質(zhì),測試所得的T2顯示,糊化過程中淀粉顆粒內(nèi)外的水進(jìn)行了快速交換,加熱后產(chǎn)生相對均一的膠體,且結(jié)果出現(xiàn)2個不同的T2值,得到了淀粉糊化時水存在2種狀態(tài)的結(jié)論[26]。
Cornillon等利用低分辨率核磁共振技術(shù)研究了玉米片在牛奶中浸泡時T1和T2的變化,在玉米淀粉和水的混合體系中,隨著淀粉濃度上升,在30~60 ℃時T1和T2減少;大于 60 ℃ 后,馳豫時間隨之增加[27]。
2.1.6農(nóng)產(chǎn)品玻璃態(tài)及玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的測定研究發(fā)現(xiàn),測定食品聚合物的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg是指導(dǎo)控制食品產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一[28-29]。采用核磁共振技術(shù)測定玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度是近年來興起的一項新技術(shù),它能夠進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、實時、全方位地定量測定,且不對樣品具有破壞性,在測量食品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度方面具有廣闊應(yīng)用前景[30]。林向陽選擇具有代表性的聚合物食品,在不同溫度條件下進(jìn)行了弛豫時間T2與溫度T的核磁共振測試,得到二者相關(guān)性曲線圖,結(jié)果發(fā)現(xiàn),斜率KBT、KPT和轉(zhuǎn)折點溫度Ttran 是引起食品結(jié)塊現(xiàn)象的主要因素,KBT和KPT的值越大,結(jié)塊速率也越快[31]。Ronaldo等利用弛豫時間T2與溫度T的關(guān)系,研究了新鮮大西洋馬鮫魚的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,結(jié)果曲線上出現(xiàn)了 -6.3 ℃ 和-22.4 ℃ 2個轉(zhuǎn)折點,這2個溫度分別表示凍結(jié)自由水和結(jié)合水(冰)的融點[32]。
2.1.7農(nóng)產(chǎn)品成熟度與損傷程度的測定核磁共振技術(shù)能夠顯示出果實內(nèi)部組織的高清晰圖像。在果實中,壓傷或腐敗的組織會因水浸而產(chǎn)生較強(qiáng)的核磁共振信號,而空穴和發(fā)生絮狀變質(zhì)部位則信號減弱或沒有信號,因此可以判斷出果實的成熟及變質(zhì)情況[33]。1H-MRI技術(shù)因具有非侵入、無破壞性、提供高分辨率的空間信息等特點,成為監(jiān)控果蔬品質(zhì),分析果蔬組織結(jié)構(gòu)中水分的有效工具[34]。Chaughule 等用自由感應(yīng)衰減(FDI)譜測定了人心果中的可溶性碳水化合物,通過比較成熟與未成熟果實的13C-NMR 譜發(fā)現(xiàn):前者的葡萄糖和果糖各有1個峰,而未成熟果實只有1個蔗糖峰;該研究也利用1H-NMR檢測了人心果果實中的水分,結(jié)果表明:在果實生長的早期,波峰較寬,說明水分的活動性受到限制;而對于成熟果實,糖峰在水峰的右邊且稍低,峰形不對稱,推測水與可溶性碳水化合物之間具有相互作用[35]。因此,可從人心果的13C-NMR譜和1H-NMR譜的峰特點推測出人心果中水和碳水化合物的組成和狀態(tài)。Ishida等利用核磁共振成像技術(shù)研究西紅柿?xí)r發(fā)現(xiàn),未成熟西紅柿的弛豫時間較長,而成熟西紅柿的弛豫時間相對較短,果肉中含水量較多[36]。Chen等利用核磁共振成像技術(shù)獲得了不同水果、蔬菜的二維質(zhì)子密度成像圖,能夠直接觀察到與質(zhì)量有關(guān)的不良現(xiàn)象,如碰傷、蟲眼、干區(qū)等[37]。
2.1.8農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)鑒定近年來,核磁共振技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)鑒定中得到了廣泛應(yīng)用。Andreotti等利用13C-NMR分析了15個牛奶樣品,發(fā)現(xiàn)牛奶中脂肪酸含量可作為鑒別真?zhèn)蔚奶卣鞒煞?,并成功鑒別出奶牛奶和水牛奶的不同[38]。王樂等利用核磁共振技術(shù)分別測定了泔水油、地溝油和3種食用油(菜籽油、花生油、大豆油)在0、10 ℃下的固體脂肪含量,發(fā)現(xiàn)雜油的固體脂肪含量較高,而食用油的固體脂肪含量幾乎為0,可以利用這一特性鑒別食用植物油的摻偽現(xiàn)象,食用植物油中只要摻入1%以上的餐飲業(yè)廢油即可被檢測出來;隨著廢油摻入量的增加,食用油的固體脂肪含量也隨之增大,并且檢測出的固體脂肪含量還可定量測出廢油脂的摻入量[39]。
2.2核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
2.2.1核磁共振技術(shù)在探測水源中的應(yīng)用在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)尋找水源是研究熱點,掌握好勘測技術(shù)和擁有先進(jìn)勘測設(shè)備是解決該問題的根本方法。利用核磁共振原理探測地下水,是解決這些問題的有效、直接方法[40]。核磁共振系統(tǒng)的工作原理:如果探測深度范圍內(nèi)地層中存在自由水,就有核磁共振信號響應(yīng)(核磁響應(yīng)PMR),含水量越多,響應(yīng)越強(qiáng)[41]。研究人員利用核磁共振技術(shù)在前人認(rèn)為是非含水地區(qū)的湖北省永安地區(qū)找到了優(yōu)質(zhì)巖溶水[42],為農(nóng)牧業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)以及旅游業(yè)提供了充分水源。在花崗巖發(fā)育的河北省康保地區(qū),研究人員利用核磁共振技術(shù)在風(fēng)化的花崗巖中找到了地下水[43]。
2.2.2核磁共振技術(shù)在土壤腐殖質(zhì)研究中的應(yīng)用腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要部分,是土壤中特有的一類有機(jī)物。將核磁共振技術(shù)用來研究土壤腐殖質(zhì)及其腐殖化過程已有20多年,最初只能測定部分液體樣品且靈敏度較差;引入傅里葉變化技術(shù)應(yīng)用的核磁共振技術(shù)不但提高了測定土壤有機(jī)質(zhì)的靈敏度,消除了無機(jī)離子的干擾,且能直接測定固體樣品[44]。同時,固相13C-NMR方法更推動了土壤腐殖質(zhì)的研究進(jìn)展[45-47]。Schulten等通過13C-NMR數(shù)據(jù)和熱解方法提出一個胡敏酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型,發(fā)現(xiàn)胡敏酸分子的核心結(jié)構(gòu)是烷基芳香基[48]。Cook等通過參差極化魔角樣品自旋(CP-MAS) 13C-NMR技術(shù)分析了土壤中的腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,得到了富里酸分子結(jié)構(gòu)特征[49]。15N和1H核磁共振技術(shù)也在土壤腐殖質(zhì)研究中被采用,但受到限制,應(yīng)用并不廣泛[50]。
2.3核磁共振技術(shù)在農(nóng)用化學(xué)品中的應(yīng)用
核磁共振技術(shù)較早在我國農(nóng)用化學(xué)品的分析研究中得到應(yīng)用。最初該技術(shù)主要被用于分析化合物分子結(jié)構(gòu),為分析、研究、合成高效的化學(xué)農(nóng)藥發(fā)揮了巨大作用。在含磷、含氟農(nóng)藥殘留的分析中,采用 31P-NMR、19F-NMR可以觀察譜圖中的峰數(shù),來分辨不同含磷或含氟化合物組成的混合物[51]。有研究人員利用31P-NMR測定了谷物制品、面粉等食品[52]和蔬菜[53]中含磷農(nóng)藥的殘留物。在農(nóng)藥雜質(zhì)及其殘留毒性的研究中,核磁共振技術(shù)具有獨特的優(yōu)點。研究人員可以利用核磁共振譜圖的峰面積與相應(yīng)質(zhì)子數(shù)呈正比的關(guān)系,對化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測定,對定量分析也有重要意義[54]。在定量分析時,也不須要引進(jìn)任何校正因子或繪制工作曲線。在農(nóng)藥代謝物及其殘留毒性和農(nóng)藥降解歷程研究中,核磁共振技術(shù)也可以幫助得到產(chǎn)物信息[55-56]。
3研究展望
隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,人們對生活品質(zhì)的要求也日益提升,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及食品營養(yǎng)已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點,使得研究人員須要使用各種先進(jìn)的分析測試手段來監(jiān)測農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、消費的各個環(huán)節(jié)。聯(lián)用技術(shù)的建立,拓展了核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。其中液相色譜和核磁共振聯(lián)用技術(shù)(LC-NMR)及液相色譜質(zhì)譜與核磁共振聯(lián)用技術(shù)(LC-MS-NMR),可被成功用于鑒定植物中的化學(xué)成分[57],有利于在特色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與研究方面作出貢獻(xiàn),使特色農(nóng)產(chǎn)品特殊營養(yǎng)成分研究成為可能。
儀器制造水平不斷提高,為核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品分析檢測中的應(yīng)用前景提供了保證。目前商用的核磁共振儀比其他儀器更昂貴,在一定程度上限制了其推廣運用。通過完善和提高核磁共振技術(shù),不斷開發(fā)儀器的新功能,降低儀器成本,必將進(jìn)一步促進(jìn)核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。
拓展新型檢測領(lǐng)域,有利于不斷解決生產(chǎn)生活的需求。有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品和食品的研究,走過很多歷程,核磁共振技術(shù)因其特殊優(yōu)點,有利于在該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用,尤其是對于稀有動植物的研究鑒別等方面。
核磁共振技術(shù)擁有無損、無輻射、安全高效等優(yōu)點,完全有條件成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活及農(nóng)產(chǎn)品分析檢測中強(qiáng)有力的手段之一,有很好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn):
[1]Shelton B. Some principles of NMR spectroscopy and their novel application[J]. Concepts in Magnetic Resonance,1997(9): 83-93.
[2]周凝,劉寶林,王欣. 核磁共振技術(shù)在食品分析檢測中的應(yīng)用[J]. 食品工業(yè)科技,2011,32(1):325-329.
[3]萬娟,陳中,楊曉泉. 核磁共振技術(shù)及其在食品加工中的應(yīng)用[J]. 食品與藥品,2006,8(11):17-19.
[4]Hills B P,Wright K M,Gillies D G. A low-field, low-cost Halbach magnet array for open-access NMR[J]. Journal of Magnetic Resonance,2005,175(2):336-339.
[5]陳衛(wèi)江,林向陽,阮榕生,等. 核磁共振技術(shù)無損快速評價食品水分的研究[J]. 食品研究與開發(fā),2006,27(4):125-127.
[6]邵小龍,李云飛. 用低場核磁研究燙漂對甜玉米水分布和狀態(tài)影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(10):302-306.
[7]Bertram H C,Schafer A, Rosenvold K,et al. Physical changes of significance for early post mortem water distribution in porcine M. longissimus[J]. Meat Science,2004,66(4):915-924.
[8]李資玲,劉成梅,萬婕,等. 核磁共振研究膳食纖維面包制作過程中的水分遷移行為[J]. 食品科學(xué),2007,28(10):127-130.
[9]馬斌. 運用 NMR 技術(shù)對冷凍食品中非凍結(jié)水分布情況的研究[J]. 中外食品加工技術(shù),2003(2):36.
[10] 阿普爾懷特T H. 油脂化學(xué)與工藝學(xué)[M]. 4版. 秦洪萬,厲秋岳,錫怡,譯. 北京:輕工業(yè)出版社,1991.
[11]欽理力. 核磁共振儀在油脂及油料分析中的應(yīng)用[J]. 西部糧油科技,2000,25(1):44-45.
[12] 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織. ISO 10632—2000油料餅粕油和水分含量的同步測定脈沖核磁共振光譜法[S]. 2000.
[13]Toussaint C A,Medale F,Davenel A. Determination of the lipid content in fish muscle by a self-calibrated NMR relaxometry method:comparison with classical chemical extraction methods[J]. J Agric Food Sci,2002,82(2):173-178.
[14]Vanlent K,Vanlerberghe B,van Oostveldt P,et al. Determination of water droplet size distribution in butter:pulsed field gradient NMR in comparison with confocal scanning laser microscopy[J]. International Dairy Journal,2008,18(1): 12-22.
[15]朱旭東,尤海丹,趙海波. 核磁法測定油腳殘油率的研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2008(3):101-102.
[16]盧穹宇,姬勝利. 核磁共振技術(shù)在糖類結(jié)構(gòu)解析中的應(yīng)用[J]. 中國生化藥物雜志,2008,29(3):207-209.
[17]祝耀初,丁紹東,陶冠軍. 食品科學(xué)中核磁共振技術(shù)的應(yīng)用(續(xù))[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),1994(2):57-62.
[18]Blundell C D,Reed M A,Overduin M,et al. NMR spectra of oligosaccharides at ultra-high field (900 MHz) have better resolution than expected due to favourable molecular tumbling[J]. Carbohydrate Research,2006,341(12): 1985-1991.
[19]施蘊渝,吳季輝. 核磁共振波譜研究蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)及功能[J]. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2008,38(8):941-949.
[20]Niccolai N,Spadaccin R,Scarselli M,et al. Probing the surface of a sweet protein:NMR study of MNEI with a paramagnetic probe[J]. Protein Science, 2001, 10(8): 1498-1507.
[21]Alberti E,Humpfer E,Spraul M,et al. A high resolution 1H magic angle spinning NMR study of a high-Mr subunit of wheat glutenin[J]. Biopolymers, 2001, 58(1): 33-45.
[22]劉興前,胡娟,蘇甫,等. 1H-NMR技術(shù)在氨基酸分析和ATM降解產(chǎn)物檢測中的應(yīng)用[J]. 西南國防醫(yī)藥,2002,12(3):247-248.
[23]黃東雨,黃雪蓮,盧雪華,等. 核磁共振技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 食品研究與開發(fā),2010,31(11):220-223.
[24]吳磊,何小維,黃強(qiáng),等. 核磁共振(NMR)技術(shù)在淀粉研究中的應(yīng)用[J]. 食品工業(yè)科技,2008,29(4):317-320.
[25]Vodovotz Y,Dickinson L C,Chinachoti P. Molecular characterization around a glassy transition of starch using 1H cross-relaxation nuclear magnetic resonance[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(10):4948-4954.
[26]Tananuwong K,Reid D S. DSC and NMR relaxation studies of starch-water interactions during gelatinization[J]. Carbohydrate Polymers,2004,58(3):345-358.
[27]Cornillon P,Salim L C. Characterization of water mobility and distribution in low- and intermediate-moisture food systems[J]. Magnetic Resonance Imaging,2000,18(3):335-341.
[28]Roos Y H,Karel M,Kokini J L. Glass transitions in low moisture and frozen foods: effects on shelf life and quality[J]. Food Technology,1996,50(11):95-108.
[29]Chirife J,Buera M P. Water activity,glass transition and microbial stability in concentrated/semimoist food systems[J]. Journal of Food Science,1994,59(5):921-927.
[30]錢菲,張錦勝,金志強(qiáng),等. 核磁共振技術(shù)對食品玻璃化及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的研究[J]. 食品科學(xué),2008,29(8):666-669.
[31]林向陽. 核磁共振及成像技術(shù)在面包制品加工與儲藏過程中的研究[D]. 南昌:南昌大學(xué),2006.
[32]Ronaldo N P,Guilherme A M R. Nuclear magnetic resonance and water activity in measuring the water mobility in pintato fish(Pseudoplatystoma corruscans) [J]. Journal of Food Engineering,2003,58(1):59-66.
[33]齊銀霞,成堅,王琴. 核磁共振技術(shù)在食品檢測方面的應(yīng)用[J]. 食品與機(jī)械,2008,24(6):117-120.
[34] Clark C J,Macfall J S,Bieleskir R L,et al. Amelioration of water core in Fuji apple viewed by two-and three dimensional nuclear magnetic resonance imaging[C]. Taupo: Proc Postharvest96,1998:76.
[35]Chaughule R S,Mlal P C,Patti R S,et al. Magnetic resonance spectroscopy study of sapota fruits at various growth stages[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2002(3):185-190.
[36]Ishida N,Kobayashi T,Koizumi M,et al. 1HNMR imaging of tomato fruits[J]. Agricultural and Biological Chemistry,1989,53(9):2363-2367.
[37]Chen P,Mccarthy M J,Kauten R. NMR for internal quality evaluation of fruits and vegetables[J]. Trans of the ASAE,1989,32(5):1747-1753.
[38]Andreotti G,Trivellone E,Lamanna R,et al. Milk identification of different species:13C-NMR spectroscopy of triacylglycerols from cows and buffaloes milks[J]. Journal of Dairy Science,2000,83(11):2432-2437.
[39]王樂,黎勇,胡健華. 核磁共振法鑒別食用植物油摻偽餐飲業(yè)廢油脂[J]. 中國油脂,2008,33(10):75-77.
[40]劉海臣. 物探方法在遼西貧水農(nóng)村山區(qū)的應(yīng)用效果[J]. 黑龍江水利科技,2013,41(12):169-170.
[41]姬廣柱,周強(qiáng),侯國強(qiáng). 綜合多種物探方法在貧水山區(qū)找水的實踐[J]. 地下水,2001,23(4):208-210.
[42]萬樂,潘玉玲. 利用核磁共振方法探查巖溶水[J]. CT理論與應(yīng)用研究,1999,8(3):15-19.
[43]潘玉玲,張昌達(dá). 地面核磁共振找水理論和方法[M]. 武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2000:19-22.
[44]梁重山,劉叢強(qiáng),黨志. 現(xiàn)代分析技術(shù)在土壤腐殖質(zhì)研究中的應(yīng)用[J]. 土壤,2001,33(3):154-158.
[45]Gaffney J S,Marley N A,Clark S B. Humic and fukvic acids isolation,structure and environment role[M]. Washington:Paragons Press,1996:378-385.
[46]Beck A J,Hayes M B H,et al. Organic substances in soil and water: natural constituents and their influences on contaminant behavior[M]. Cambridge: The Royal Society of Chemistry,1993:462-465.
[47]Wilson M A. NMR techniques and allocations in geochemistry and chemistry[M]. Washington: Paragons Press,1987:1251-1265.
[48]Schulten H R,Schnitzer M. Temperature-resolved in-source pyrolysis-soft ionization mass spectrometry of soil humic acids[J]. Organic Geochemistry,1993,20(1):17-25.
[49]Cook R L,Langford C H. Environ the nuclear magnetic resonance spectrum analysis of the humus in the soil structure characteristic[J]. Sci Technol,1998,32:719-725.
[50]Lee G H,Wilson M A,Young B R. The application of the “WATERGATE” suppression technique for analyzing humic substances by nuclear magnetic resonance[J]. Organic Geochemistry,1998,28(9/10):549-559.
[51]楊曉云,費志平,徐漢虹. 核磁共振技術(shù)及其在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)藥,2009,48(3):163-166,171.
[52]Ian K O,Michael S,Mary T. Determination of phytate in foods by phosphorus-31 Fourier transform nuclear magnetic resonance spectrometry[J]. Analytical Chemistry,1980,52(8):1288-1291.
[53]Eugene P M,Brian Q P,Barbara F H,et al. Phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopic determination of phytate in foods[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1986,34(1): 60-62.
[54]史全水. 核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 洛陽師范學(xué)院學(xué)報,2006,25(2):82-84.
[55]Wimmer M J,Smith R R,Jones J P. Analysis of diflubenzuron by gas chromatography/mass spectrometry using deuterated diflubenzuron as internal standard[J]. Journal Agriculture Food Chemistry,1991,39(2): 280-286.
[56]程曉春. 核磁共振技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 四川化工,2005,8(3):29-32.
[57]萬近幅,楊新洲,袁經(jīng)權(quán). 液相核磁共振聯(lián)用技術(shù)(LC-NMR)的研究進(jìn)展[C].昆明:中國藥學(xué)大會論文集.2012:70-76.張瑞,雍曉雨,周俊,等. 分子生物學(xué)技術(shù)在產(chǎn)甲烷古菌多樣性研究中的應(yīng)用[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(1):16-20.