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臺式核磁共振概述
臺式核磁應(yīng)用
臺式高分辨核磁
臺式核磁SFC原理方法
臺式核磁技術(shù)討論

為什么要測定固體脂肪含量?

固體脂肪含量（SFC）是可可油、人造黃油、黃油等常規(guī)測量指標(biāo)，是脂肪在不同溫度下的熔融以及硬度性能指標(biāo)。熔融和硬度性能對口感、香味以及涂抹性能有很大影響。熔融性能可以通過直接加溫直至完全熔融得到，但是SFC值與脂肪的晶體類型有強(qiáng)烈關(guān)系，對溫度變化是很敏感的，對結(jié)晶速率或者預(yù)熱過程有很大關(guān)系。
SFC是新型脂肪的重要指標(biāo)，是食品制造商質(zhì)量控制更重要的指標(biāo)。

測量固體脂肪含量的技術(shù)
固體脂肪含量的測定開始是采用膨脹計(jì)測試的（AOCS cd10-57），這個(gè)按照經(jīng)驗(yàn)公式得到的是固體脂肪指數(shù)（SFI），但是操作過程很復(fù)雜而且需要很高的技術(shù)。
自20世紀(jì)60年代以來，核磁共NMR）作為一種更可靠的手段來測定固體脂肪含量，由于它能測定液體中流體的數(shù)量，即所謂的間接NMR方法（AOCS cd16-81）可以間接地測定固體脂肪含量，雖然間接方法精度高，而且只需要一個(gè)標(biāo)樣（100%油參考樣），但是測試仍然是相當(dāng)麻煩的，要4次測試才能產(chǎn)生一個(gè)固體脂肪含量結(jié)果。
與連續(xù)波NMR譜儀執(zhí)行間接NMR方法相比，脈沖NMR譜儀能同時(shí)得到固體脂肪和液體脂肪的含量，即后來發(fā)展的直接NMR方法（AOCS cd16b-93）。雖然直接NMR方法需要三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品（0% SFC，30%低SFC，70%高SFC），但是常規(guī)測試只需測試一次而不是測試4次，與間接NMR方法相比，測試結(jié)果更準(zhǔn)確，而且直接NMR方法減少了操作者出錯(cuò)的可能性。
盡管SFC測試簡化了，但是樣品的預(yù)熱簡化限制了分析的速度，預(yù)熱過程必須一定時(shí)間才能保證測試結(jié)果。

 

脂肪類型的影響

有兩類不同的脂肪需要不同的測試參數(shù)以及不同的預(yù)熱條件。
              Stabilising fats(穩(wěn)定脂肪):   即可可油，有幾種結(jié)晶形態(tài)，以及需要很長的加熱和冷卻過程，得到非常穩(wěn)定的脂肪形態(tài)，整個(gè)樣品的制備和預(yù)熱過程要耗費(fèi)2天時(shí)間，對于穩(wěn)定脂肪，采用直接方法掃描1次，循環(huán)時(shí)間為6秒。
              Non-stabilising fats(非穩(wěn)定脂肪):  即人造黃油、黃油等，由于脂肪晶體種類比較少，脂肪的預(yù)熱過程要比穩(wěn)定脂肪的預(yù)熱過程要快、要簡單，非穩(wěn)定脂肪的整個(gè)預(yù)熱過程大概要耗費(fèi)2個(gè)小時(shí)。對于非穩(wěn)定脂肪，直接NMR方法掃描4次，每次掃描的循環(huán)時(shí)間為2秒。

 

平行法或連續(xù)法分析
由于樣品的制備以及預(yù)熱過程非常耗時(shí)間，因此必須組織提高工作效率，因此必須有多個(gè)預(yù)熱水浴，以在不同的溫度下預(yù)熱。 
              平行法分析，同一個(gè)樣品必須準(zhǔn)備一組，這一組樣品中的每一個(gè)樣品在不同溫度水浴中預(yù)熱。
              連續(xù)法分析，所有的樣品均在同一個(gè)水浴中預(yù)熱，然后將樣品轉(zhuǎn)移到下一個(gè)溫度的水浴中。
 

 官方公布方法
目前公布的官方方法有：
              SFI，固體脂肪指數(shù)，膨脹計(jì)法（AOCS cd-10-57），由于直接NMR方法的出現(xiàn)，該方法正在逐漸被廢棄。
              SFC，間接NMR方法（AOCS cd 16-81），由于該方法只需要一個(gè)100%油參考樣品（即甘油三油酸酯），該方法作為新脂肪配方而使用。
              SFC，直接NMR方法（AOCS cd 16b-93），適用于質(zhì)量控制，由于該方法簡單，測試的精度高。注意牛津公司提供的SFC Direct軟件完全符合AOCS的標(biāo)準(zhǔn)方法Cd 16b-93。目前常使用的是該方法。

 
SFC直接測試法
NMR直接法測定樣品中的固體信號和液體信號得到固體脂肪含量。無論如何，由于探頭有一個(gè)死時(shí)間，需要標(biāo)準(zhǔn)樣品才能保證正確的測量。直接方法固體脂肪含量（SFC）的測量請使用SFC Direct軟件包。
 

理論

圖1  固體脂肪含量測試實(shí)驗(yàn)，射頻脈沖后得到的NMR信號；信號衰減有兩個(gè)組份，固體脂肪為快速衰減、液體脂肪為慢衰減。脈沖結(jié)束后，我們測試得到的信號來自于固體和液體脂肪、經(jīng)過一段時(shí)間后，測試得到的NMR信號由于固體已經(jīng)衰減完后只反應(yīng)液體脂肪的信號，上述這兩個(gè)NMR信號強(qiáng)度值可以計(jì)算固體脂肪含量值。

 

根據(jù)AOCS cd 16b-93中的規(guī)定，對于SFC直接方法，在自由感應(yīng)衰減曲線上，取兩組數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中一組在射頻脈沖后中心點(diǎn)在11us處（固體信號S＋液體信號L，E11），另一組在射頻脈沖后中心點(diǎn)在70us處（只有液體信號L，E70）。 
固體脂肪含量SFC）由下式得到：

這里，S是固體脂肪部分的信號強(qiáng)L是液體脂肪部分的信號強(qiáng)度。

f-因子
在射頻脈沖后，在11us的時(shí)間段內(nèi)固體信號衰減非常快，總信號E11=S’＋L是原始信號（S+L）衰減后的信號，因此任何直接方法SFC測試得到的SFC值低于實(shí)際值，產(chǎn)生一個(gè)人為誤差，要解決這個(gè)問題，采用一個(gè)f-因子，即S＝fS’，使得S信號強(qiáng)度恢復(fù)到射頻脈沖后的信號強(qiáng)度，f-因子由預(yù)先合成得到的標(biāo)準(zhǔn)樣品0%，30%和70%SFC樣品校正得到。f-因子由牛津公司提供的軟件直接得到，f-因子由下列公式得到：
這里：SFCstd.是標(biāo)準(zhǔn)樣品的固體脂肪含量，f是f-因子（該值通常為1.5左右）。

K = k-因子，是根據(jù)0% SFC標(biāo)準(zhǔn)樣品得到的校正因子（E11/E70），k-因子是由于磁場的不均勻?qū)е碌男盘柕乃p，對于0% SFC標(biāo)準(zhǔn)樣品來說，E70比E11小一些，一般來說，k-因子應(yīng)該接近于1.0。
D = 早期脈NMR譜儀的二極管檢測器的偏置補(bǔ)償因子，用于補(bǔ)償模擬接收器儀器上D應(yīng)該接近于0.0。

固體脂肪含量校正計(jì)算

一旦得到儀器的f-因子SFC直接方法計(jì)算得SFC由下式得到：

用直接方法使用的校正標(biāo)準(zhǔn)樣品

牛津公司為用戶提供了國際上認(rèn)可的r校正標(biāo)準(zhǔn)樣品一組三個(gè)，固體脂肪含量分別為0%、30%和70%。
 

直接方法準(zhǔn)備的樣品管

10mm樣品管（用于SFC直接方法，裝樣的高度至少45mm。操作方法按照AOCS官方頒布的方法Cd 16b-93――Solid Fat Content （SFC）by Low Resolution Nuclear Magnetic Resonance－The Direct Method for additional information on standard sample preparation and tempering techniques.
AOCS Cd 16b-93對樣品的預(yù)熱條件作了如下規(guī)定：
1.  100°C下預(yù)熱15分鐘；
2.  60°C下預(yù)熱5分鐘；
3.  0°C下預(yù)熱60分鐘；
4.  在測試溫度下分別預(yù)熱30分鐘 。

在不同溫度下的測試

在進(jìn)行SFC測試之前，每一個(gè)樣品針對不同的脂肪類型都必須有一個(gè)預(yù)熱過程（即穩(wěn)定脂肪或非穩(wěn)定脂肪，參閱AOCS cd 16b-93）。然后樣品放置在預(yù)先設(shè)定的溫度下的一個(gè)或多個(gè)水浴中預(yù)熱。

 

幾個(gè)水浴，采用平行法測試:
這個(gè)方法就是為每一個(gè)測試溫度準(zhǔn)備一個(gè)水浴，然后準(zhǔn)備不同批的樣品放置在不同的溫度的水浴中，即每一個(gè)樣品針對幾個(gè)不同的溫度必須準(zhǔn)備幾個(gè)相同的樣品放置在不同的水浴中，第一個(gè)樣品的第一個(gè)溫度測定后、立即測定第一個(gè)樣品的第二個(gè)溫度、然后測定第一個(gè)樣品的第三個(gè)溫度，待第一個(gè)樣品測試結(jié)束后，再開始測定第二個(gè)樣品的第一個(gè)溫度……依此類推（圖3）。
平行法測試遇到的問題是一個(gè)樣品的一批樣品有不同的熱歷史，不像連續(xù)法是一個(gè)樣品經(jīng)歷一系列的溫度；雖然要比采用一個(gè)水浴的連續(xù)法速度要快，但是平行法需要許多更多的樣品管以及更多的水浴。 
 

使用一個(gè)水浴的連續(xù)法分析:
使用一個(gè)水浴的連續(xù)法，即一個(gè)水浴用于所有的測試溫度。所有的樣品在改變水浴溫度之前處于相同的溫度；盡管水浴數(shù)量減少了，在不同溫度下測試必須先保證水浴溫度達(dá)到平衡，雖然所有的樣品用于所有的溫度，但是兩個(gè)溫度之間的平衡的差異會顯示某些測量上的誤差，整個(gè)測試過程需要更長的時(shí)間。

使用幾個(gè)不同的水浴的連續(xù)法分析:
就像平行法那樣采用不同的水浴溫度，連續(xù)法需要與平行法一樣多的水浴，這里所有的批樣品在轉(zhuǎn)移到下一個(gè)水浴中預(yù)熱之前在相同的溫度下預(yù)熱。耗費(fèi)的時(shí)間比平行法要長（圖3）。