核磁共振是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，近年来，脉冲核磁共振被广泛应用于生物体系中结合水的研究，应用于乳品、肉品质研究的核磁共振仪主要是低频氢质子核磁共振仪，利用乳液体系和肉中水分的分布、存在状态等信息来进行相关研究。

近日，一则关于快速检测出牛奶是否掺假的消息很快传播开来，大抵是讲科学家研制出一种低场核磁共振分析仪，运用这种方法检测牛乳，操作简单、成本低廉，可望有效解决牛乳掺假、掺杂不易检测的难题。

对于这条消息引起的广泛关注，记者并不吃惊，只是推测这样的高新技术，也许还会有很多用武之地，于是记者找到了技术发明人一问究竟。

焦点创新

掺假牛奶无处遁形

检测方法的发明者、浙江工商大学食品质量与安全系韩剑众教授告诉本报记者，掺水是最直接、最常用的牛乳掺假方法，掺水后造假者往往会加入食盐提高密度;为增加乳汁的稠度，造假者向牛乳中加入豆浆;奶源不足，他们则向牛乳中添加复原乳;有的还会为提高牛乳中的检测蛋白含量而掺入尿素。

对这些“假牛奶”，通常采用理化方法检测。“但理化检测有针对性，在不清楚添加物是什么的情况下，需要逐一进行检测排查，费时费力，而一旦添加的成分没有现成的检测方法，则检测难以进行。更难的是，这些方法并不适合实际生产中大批量的抽样检测。”韩剑众说。

目前国际市场上的多指标乳成分快速检测仪，都是利用傅里叶红外原理，不仅价格昂贵，而且也局限于已知的添加物，一般企业和牧场无法使用。相比之下，低场核磁共振结合主成分分析法简便快捷、成本低廉，可针对不特定的掺假物质进行检测，并可应用于大批量样品的抽检。

韩剑众说，这种检测方法不仅可以辨识纯牛乳和掺假牛乳，对常见掺假牛乳的不同掺假形式也有很好的区分效果。而且，由于不同掺假样品随掺假比例呈一定规律分布，所以该技术也可用于监测掺假物及其浓度造成的牛乳品质的变化。

核心原理

乳液体系在低场核磁共振中的表现不同

这掺了假的牛奶是怎么在低场核磁共振分析仪前现原形的?而低场核磁共振又是怎么一回事?

韩剑众介绍说，一定的乳液体系中，其水的存在状态和分布是相对恒定的，它们在低场核磁共振中的表现有固定的模式;如果在这个体系中加入了其他物质，由于这些物质与水分子的作用，在低场核磁共振中的表现可以很灵敏地得到反应，把它们与原先体系的差异用合适的方法进行解析，就可很容易地判定体系的真伪。

核磁共振是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，目前已经广泛应用于多个学科领域的研究，如化学、食品、石油工业以及生物医学、材料科学等领域，而且已成为这些领域研究不可或缺的分析与测量手段。核磁共振应用技术可分为核磁共振波谱技术(NMRS，基于化学位移测定物质的化学成分和分子结构)和核磁共振成像技术(MRI，获取多种物质的内部结构图像，如医学中的成像检验等)。MRI系统按照磁场强度的高低不同，一般分为低场、中场和高场系统。

核心关注

生物体系中结合水的研究

从韩剑众的介绍，记者清楚地感受到核磁共振分析的应用绝不会仅限于牛奶。关于这个话题，韩剑众从水分开始讲起。

“水分是许多食品的主要成分，每一种食品具有特定的水分含量，而且以适当的数量、定位、定向地存在于食品中。”韩剑众解释道，水分子结合能力和流动性对许多食品的流变性质、稳定及其食品的质构、外观以及对腐败的敏感性有很大的影响。食品原料和产品在加工、贮藏和运输等过程中，其内部的水分含量和分布状态经常会发生改变，这也是导致原料稳定性下降、产品品质降低的主要原因之一。

韩剑众强调，利用传统的方法测量出食品或生物的平均含水量，并不能反应样品中水分的空间分布信息，尤其是随时间变化的情形。而且现有的对食品及生物体系中水分的研究主要是测量其绝对的含水量，并不能测量不同存在状态的水，且极大部分方法对样品具有一定的破坏性，在测量的同时破坏了食品原有的结构和性质。

近年来，脉冲核磁共振被广泛应用于生物体系中结合水的研究，它可以测定能反映水分子流动性的氢核的纵向弛豫时间(原子核从激化的状态回复到平衡排列状态的过程叫弛豫过程，其所需的时间叫弛豫时间)T1和横向弛豫时间T2。当水和底物紧密结合时，它就高度地固定，T2会降低;而游离水流动性好，有较大的T2。“这样，我们就可以得知水分结合的力和程度。”韩剑众说。

应用于乳品、肉品质研究的核磁共振仪主要是低频氢质子核磁共振仪，利用乳液体系和肉中水分的分布、存在状态等信息来进行相关研究。

多种应用

探测宰后肌肉内水分的移动和分布

由此，除了检测牛奶掺假，韩剑众实验室所做的研究还包括很多方面，宰后肉品持水性能及其变化的研究就是其一。

肉与肉制品的系水力(持水力)即保水性，是指宰后肉品在自然状态下或在加工过程中，对肉本身的水分及外加水分的保持能力。系水力和含水量与肉和肉制品特别是宰后生鲜肉品的质量及食用价值密切相关。水是肉中最主要的成分，占到肉质量的75%左右，宰后肉品的系水性能不仅影响肉的感官和食用品质，而且严重导致经济损失。

韩剑众说：“目前研究肉持水力的传统方法主要有压力法和离心法。压力法是采用外加压力即在35kg压力下压5分钟，再通过称量、计算得出失水率和持水力的;离心法是将肉绞碎后放入离心管中离心，后经称重计算出失水率和持水力。这两种方法都通过对肉品施加外力，所得结果其实不能当然也不可能得出肉中水分存在状态的变化及机理。”

重新认识和控制宰后生鲜肉品品质的变化、新鲜度控制等是肉品科学相关研究的焦点。用低场核磁共振分析研究方法则可以成功地探测宰后肌肉内水分的移动和分布。

现代畜牧养殖业和饲料工业的发展，虽然为人们提供了大量肉类等动物性产品，但是，畜产品的风味与食用品质却大幅下降。对宰后生鲜肉品持水性能及其变化规律的研究，对于最终通过指导畜禽饲养和营养管理来控制滴水损失，保持呈味物质，从而改善生鲜肉品的食用品质提高经济效益无疑具有重要意义。

为研究米制食品的浸泡工艺提供理论基础

米制食品的生产一般都要先经过浸泡。在浸泡过程中，随着水分向米粒内部逐渐渗透，米粒组织结构和化学成分会发生变化，浸泡时间不够，吸水量不足;浸泡时间过长，部分营养成分会流失到浸泡水中，造成营养物质的流失，特别是水溶性B族维生素损失较大，而且影响大米的黏弹性以及淀粉的糊化等性质。

利用低场核磁共振技术可以通过测定氢质子的横向弛豫时间T2来表征水分的迁移变化情况。试验通过测定大米浸泡过程中水分状态的变化，为研究米制食品的浸泡工艺提供理论基础。

我国是传统米制食品的生产大国，但对影响其食用品质的相关基础研究一直落后于日本;而传统米制食品现代化的关键是制订合适的工艺和产品质量标准，低场核磁共振对浸泡过程中水行为的研究为此提供了有效途径。