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2015.Jan.13

核磁共振-NMR 变数核磁共振仪(NMR)分析食用油、调味粉


核磁共振(NMR,Nuclear Magnetic Resonance)是基于原子尺度的量子磁物理性质。具有奇数质子或中子的核子,具有内在的性质:核自旋,自旋角动量,核自旋产生磁矩。 NMR测试方法,是将样品置于外加强大的磁场下,常采用低温超导磁铁当作外加磁场。大多数核旋会处于低能态,在外加磁场下重新排列,核自旋由低能态转向高能态,再回到平衡态便会释放出射频,这就是NMR讯号。利用这样的过程,我们可以进行分子科学的研究,如分子结构,动态等。

这几年NMR被广泛应用于多种混合物分析,使用核磁共振仪NMR有一个很大的优点就是直接分析完整的样品,这是因为NMR可直接分析参有多种化合物的样品,无须经过繁琐的前处理与层析步骤,所以用核磁共振NMR是很有效率的。

此篇文章中,我们将核磁共振NMR的光谱图搭配多变数分析方式(PCA),对混合物的成份统计分析归类,建立起混合物的图形识别图(指纹图谱),利用核磁共振与多变数分析是一项很重要的分析方式,这样的分析方式之前只有医药、药理学领域在使用,已逐渐应用在其他领域,如食用油也可用此方式来控管油品是否被违法添加! 
 
多变数核磁共振分析
▲ 图一 多变数核磁共振分析

范例一:食用油成份解析 
用NMR进行橄榄油、菜仔油、芝麻油、米油、紫苏油、亚麻子油的氢谱(1H-NMR)与碳谱(13C-NMR)实验,依氢谱结果统计分析归类,可将样品分为六大类(图二);同样的,也将碳谱进行PCA分析归类(图三)。图二中的六大类又可归为三大族群,族群A是属于含油酸比较高的族群:橄榄油中油酸占70~80%、菜籽油的油酸含量占60~70%;B族群的主要成份为含亚油酸占40%、油酸40%,米油与芝麻油乃属此族群。C族群含丰富的亚麻酸:亚麻酸含量约占60%,亚麻油与紫苏油就是属于含丰富亚麻酸的油品。
 
食用油氢谱分析 食用油碳谱分析
▲ 图二 食用油氢谱分析 ▲ 图三 食用油碳谱分析
 
利用此方式可以将食用油含脂肪酸含量分类,可做为未来食用油成份的品质管制,而此方法不需要太多的样品前处理与冗长的数据分析。
范例二:市售汤品成份解析
分析市售多种汤品成份:鱼干粉x1、日式清汤粉x4、香味调味料x5、法式清汤粉x2、鲜味调味粉x1,希望透过分析胺基酸成份,判断汤品成分为纯天然或是含有人工添加物,依据分析氢谱的数据结果,用PCA统计方式将这几种汤品分析归纳(图四),可看出几款不同日式清汤粉的成分很相似,相同情形也可在香味调味料与法式清汤粉看到;再针对这几种汤品是否含有人工添加物分析判断,鱼干粉与日式清汤粉可归为同一类,属于无人工添加类;香味调味料、法式清汤粉、鲜味调味粉都有人工添加物,可归为同一类。透过此一多变数核磁共振方法,可透过建立汤品物种的指纹图谱,了解其成分是否有外来添加物。
 
汤汁氢谱分析统计图
▲图四 汤汁氢谱分析统计图

根据上述两个范例可知,核磁共振分析再结合统计学分析归类,针对食品成份建立指纹图谱,作为食品成分的资料库,之后透过比对资料库即可容易判断食品是否有违法添加,为未来食品成份鉴识的一大利器。
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