前沿應用|低場核磁二維指紋譜技術快速檢測肉松種類

發布時間：2025-09-03 17:20

背景

中國是肉類生產和消費大國，肉制品產量占比逐年提升，肉松作為傳統肉干制品具有強市場活力。但肉松行業存在兩類核心質量問題，一是向高價肉松中摻入低價肉質原料或植物蛋白，二是將低等級肉松宣稱高等級，需可靠技術進行監管與把控。

當前肉松檢測常用分子生物學技術（如 PCR）、光譜技術（紅外、拉曼）等，這些技術存在明顯不足 ——PCR 檢測成本高、定量有局限且可能漏判；光譜技術存在信號重疊，需結合統計學分析；同時傳統方法普遍步驟繁瑣、檢測周期長且會破壞樣品，難以滿足日益增長的快速檢測需求。

低場核磁共振（LF-NMR）指紋譜技術近年興起，核心優勢是能監測并放大樣品的整體弛豫特征，且已在食用油、白酒、生獸肉等食品檢測中發揮作用。該應用案例中，使用了紐邁分析儀器股份有限公司生產的VTMR20-010V-I儀器，FPS20 弛豫指紋譜系統(用于肉制品 T1、T2 弛豫測量以及弛豫指紋譜數據采集)，開發了可以快速檢測分辨豬肉松、雞肉松、牛肉松、魚肉松的的方法。

原理

肉松的主要成分（如蛋白質、脂肪、水分）中含有大量氫質子，不同種類肉松（豬肉松、雞肉松等）的成分比例（如蛋白質氨基酸組成、脂肪鏈長度）存在差異，會導致氫質子所處的微觀環境不同（如結合態/自由態、分子間作用力強度）。

低場核磁共振儀通過特定脈沖序列（如反轉恢復 IR 序列、CPMG 序列），同步測量氫質子的縱向弛豫時間（T₁）和橫向弛豫時間（T₂）：T₁ 反映氫質子與周圍環境的能量交換速度，T₂ 反映氫質子間的相互作用速度，二者共同構成樣品的 “弛豫特征指紋”，且不同種類肉松的 T₁、T₂ 信號存在顯著差異，這是技術鑒別肉松的基礎。

二維指紋譜的構建和差異識別

1、脈沖序列設計與信號采集：

研發專用的 “核磁共振弛豫指紋譜脈沖序列”，固定關鍵參數（弛豫時間τ2=100μs，頻率偏置 1260Hz、采樣點數 1024、累加次數 40 次、90° 脈沖脈寬 2.8μs、180° 脈沖脈寬 5.2μs、譜寬 100kHz、等待時間 2s），同時采集不同弛豫時間τ1（100-500μs）、不同重復次數 n（1-2500 選取 18 個值）下的二維弛豫信號，生成二維弛豫曲面f(τ1,n)。

2、參考曲面和差異計算：

以 4 類純肉松（豬、雞、牛、魚）的二維弛豫數據平均強度為基準，構建 “參考曲面f_{_ref}(τ1,n)”（曲面函數含多階多項式項，可精準表征純肉松的弛豫特征）；將待測樣品的二維弛豫曲面與參考曲面相減，得到反映樣品與純肉松差異的 “τ2分布指紋譜”。

3、顏色差異區分：

指紋譜通過顏色直觀呈現差異 —— 不同種類肉松的指紋譜顏色不同（如雞肉松呈淺綠色、豬肉松呈紅色、魚肉松呈淺藍色、牛肉松呈深藍色），且顏色會隨肉松混合比例變化（如豬肉松摻雞肉松時，顏色從紅色逐漸過渡為黃色、綠色），通過色度差異可快速區分肉松種類及摻假情況。

圖1：四種肉松的指紋譜

4、精準驗證：三維坐標系與置信區間輔助

為提升準確性，將二維指紋譜數據整合到三維坐標系（X、Y、Z 分別代表指紋譜的 3 個特征區域），并構建置信度 60% 的 “置信橢球”：不同種類肉松的數據點在三維坐標系中呈特定分布（如豬肉松集中于上部左側、雞肉松集中于下部右側），且混合肉松的數據點會沿 “純肉松 – 純肉松” 的線性路徑分布（如豬雞混合肉松的線性擬合決定系數（R²=0.97186），可通過數據點位置進一步驗證種類及摻假比例，確保檢測精確性。