利用时域NMR测定产品的保质期

全球消费者每年在快餐食品上花费3740亿美元，预计这一数字还将继续攀升。因为制造商纷纷致力于争夺市场份额，因而该行业竞争十分激烈。

高效且有效的生产与质量控制流程至关重要，而含油量和含水量测量已成为行业中最重要的概念之一。有许多可用的分析技术，但TD-NMR已被证明是一种快速、可靠且成本效益高的方法，并且可以很容易地实现。

为什么含水量十分重要？

测量和了解食物材料的含水量非常重要，原因有很多。

• 产品质量：食品的质地、风味、外观和稳定性取决于含水量。
• 腐坏变质：水分直接影响微生物生长的趋势，因此食物必须干燥至特定含水量水平之下，使腐败变质的可能性最小化。
• 产品生产：在食品加工和包装过程中了解含水量是十分重要的，它能使成品的保质期、质量水平和一致性最大化。
• 标签要求：有关法规要求某些类型的食品必须表明最高或最低含水量。
• 防止造假：因为许多原材料的成本是以重量为基础计价的，某些制造商可能会尝试将廉价的水混入其产品中。这会造成重量增加，客户付费更高而得到的实际产品却更少。

由于分子数量庞大，因此不可能直接测量样本中存在的水分子的数量。许多常用的分析技术，都是基于确定已知质量的样本中存在的水的质量，来确定食品的含水量的。然而，水分子能够与相邻的水分子形成强的氢键，并且这些键的力量会使水具备许多独特的理化性质。要想通过分析技术准确测定含水量，还要看能否区分出来自食物中其它成分中的水。此外，水分子可以存在于不同的分子环境中，具有不同的物理化学性质，这也可能会对准确确定含水量的努力造成困难。NMR能够测量不同分子环境中的含水量，从而使之成为一种被广泛运用的技术。

案例研究：食品工业

TD-NMR方法已被广泛应用于食品工业中。下面介绍了TD-NMR在快餐食品中测定含油量和含水量的应用。根据油、水分、蛋白质和碳水化合物的不同弛豫性质，可对样本中的各种成分进行单独定量（图1）。

样本的含油量和含水量是通过自旋回波脉冲法进行测量的（图2）。FID和回波强度的差异与含水量有关。而回波强度则与含油量有关。

了解含油量和含水量可以使快餐食品的烹调时间得到优化（图3）。含水量小于1.5%、含油量不超过25-35%时，食物最宜烹调。

当含水量与含油量分别低于1.5%和25%时，烹调食物最宜。如果含水量大于1.5%、含油量小于25%，则会延长烹调时间；而如果含水量大于1.5%、含油量超过25-35%，温度将会升高而烹调时间缩短。

TD-NMR可在30s内测定15至20g样本中的水分；Karl-Fischer滴定法完成对0.5g样本的测定则需30至60min，而烘箱干燥测定不定样本质量需耗费数小时。Minispec能在几秒内引导这一过程，从而使缺陷产品和浪费最小化。

休闲食品的保质期

保质期研究是为了确定某种产品在其特性、安全性和质量不发生任何显著变化的前提下可以储存的时间。用于快餐食品保质期测试的典型参数包括人类对其外观、风味、脂肪氧化、质地和含水量的感觉（图9）。油炸零食的“保质期限”（EoSL）参数取决于其含水量和质地。保质期测定的另一项关键因素是水活度（aw），它会由于溶质、冷冻、干燥和包装等因素而降低。

EoSL参数可以使用直接方法进行最精确的测定。Minispec甚至可以透过包装（探针设置为40或50毫米直径）直接测定零食中的含水量。快餐食品含水量的增加会导致质地特性的损失。例如，当薯片的含水量超过2.5%时，味道就会变得不新鲜，且不易嚼碎了。

快餐食品的保质期受到包装材料渗透性的高度影响。TD-NMR可以通过测量含水量来直接确定与包装相关的保质期。使用可变温度探针，还可以在-100℃到+200℃温度范围进行加速的保质期研究。

*2013-2014，依据尼尔森零售调查数据，已根据通货膨胀率进行调整。