核磁共振技術(shù)－在食品和生物體系中的應(yīng)用

前言

影響食品質(zhì)量、貨架期的因素有很多，其中水分是主要的影響因素之一。食品中的很多化學(xué)變化都與水有關(guān)系，如蛋白質(zhì)變性、酶反應(yīng)活性的變化等。水也是食品流變學(xué)特性的重要決定因素之一。在一些食品的化學(xué)、物理變化過程中水也起了無可替代的作用，而這些化學(xué)、物理變化對(duì)于食品品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)及風(fēng)味等都會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)，水是食品易腐敗的原因之一。很久以來人們就意識(shí)到食品中水分含量和它的易腐敗性之間存在關(guān)系，通過濃縮和脫水過程可以有效地延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。然而，一些不同類型的食品即使水分含量相同，它們的易腐敗性也是有所不同的。導(dǎo)致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于水和各種非水成分締合強(qiáng)度上的差別引起的。這種差別影響了生物的生長(zhǎng)和水解反應(yīng)的速度。在食品加工、儲(chǔ)藏過程中，其內(nèi)部水分含量和分布狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，這也是造成食品產(chǎn)品品質(zhì)降低的原因之一。如果能夠采取有效的方法控制食品中的水分遷移，將對(duì)提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、貨架期具有積極意義。因此，對(duì)于食品中水的作用，水分遷移行為的研究顯然是有必要的，這對(duì)于食品加工與保藏機(jī)理的研究亦將具有重要指導(dǎo)意義。目前，傳統(tǒng)的研究水分的方法，無法對(duì)水分的流動(dòng)性以及在食品中的分布狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。而核磁共振及其成像技術(shù)是一種有效的研究分子擴(kuò)散的方法，可用于食品體系中的水、脂肪或糖等分子的研究，這些分子在各類食品中又往往攜帶了重要的信息：結(jié)構(gòu)信息，分子所處環(huán)境信息以及在加工、貯藏中內(nèi)部變化的信息等。核磁共振技術(shù)的無損檢測(cè)特點(diǎn)使其應(yīng)用于食品科學(xué)的研究具有明顯的優(yōu)勢(shì)。核磁共振及其成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但在其他領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)來說還未得到普及。隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。本書的出版有助于相關(guān)領(lǐng)域的研究人員了解核磁共振技術(shù)及其成像技術(shù)在食品科學(xué)中的應(yīng)用，同時(shí)推動(dòng)我國(guó)相關(guān)技術(shù)的研究與發(fā)展。

內(nèi)容概要

核磁共振及其成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，在其他領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)來說還未得到普及。隨著磁共振技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備造價(jià)的降低，在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物科學(xué)等方面的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。本書以核磁共振及其成像技術(shù)在食品和生物體系中的應(yīng)用為重點(diǎn)，在介紹了核磁共振及其成像技術(shù)的基本理論后，重點(diǎn)介紹了磁共振成像技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與方法。如：應(yīng)用該技術(shù)研究食品及生物質(zhì)材料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，NMR技術(shù)在歐姆加熱食品系統(tǒng)中的運(yùn)用等。    本書可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材，也適合于從事食品保藏等相關(guān)專業(yè)讀者學(xué)習(xí)參考。

作者簡(jiǎn)介

阮榕生，男。1963年生，福建仙游人，漢族。1983年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)，后赴美國(guó)攻讀博士學(xué)位，1991年獲伊利諾伊大學(xué)博士學(xué)位，1991年后在明尼蘇達(dá)大學(xué)做助理教授、教授等?，F(xiàn)兼為南昌大學(xué)食品科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授。系美國(guó)農(nóng)業(yè)部食品工程專業(yè)委員會(huì)委員：美

書籍目錄

第1章　核磁共振及其成像技術(shù)　1.1　核磁共振的基本原理　  1.1.1　磁矩和磁共振  　1.1.2　磁化強(qiáng)度的矢量圖　  1.1.3　弛豫過程　  1.1.4　弛豫時(shí)間測(cè)定法  　1.1.5　核磁共振波譜儀的裝置　1.2　磁共振成像    1.2.1　傳統(tǒng)的顯微鏡與核磁共振成像技術(shù)    1.2.2　磁共振成像的基本原理    1.2.3　弛豫時(shí)間，化學(xué)位移以及流速的成像    1.2.4　MRI裝置簡(jiǎn)介    1.2.5　與磁共振成像儀器配套的實(shí)驗(yàn)裝置　參考文獻(xiàn)第2章　食物和生物體系中的水分　2.1　引言　2.2　水的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)　2.3　水分子中的化學(xué)鍵　2.4　生物體系中水分的遷移　2.5　利用核磁共振技術(shù)研究生物材料中水的重要性    2.5.1　水分含量對(duì)水分遷移的影響    2.5.2　水分遷移    2.5.3　玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變    2.5.4　化學(xué)反應(yīng)和生物化學(xué)反應(yīng)    2.5.5　生物質(zhì)的生理狀態(tài)　參考文獻(xiàn)第3章　核磁共振在快速水分檢測(cè)中的應(yīng)用研究　3.1　緒論　3.2　基本原理　3.3　磁共振實(shí)用技術(shù)　  3.3.1　水－固比率法  　3.3.2　比例法　  3.3.3　模型擬合法（Model Fitting）  　3.3.4　自旋－回波法  　3.3.5　高分辨率法　  3.3.6　混合脈沖序列法　參考文獻(xiàn)第4章　核磁共振成像研究水分的遷移運(yùn)動(dòng)　4.1　前言　4.2　低、中等含水量的食品和生物材料中的水分分布　4.3　食物中水分和油脂的圖像　  4.3.1　化學(xué)位移選擇性預(yù)飽和  　4.3.2　頻率選擇性激勵(lì)　  4.3.3　Dixon方法  　4.3.4　弛豫抑制技術(shù)　  4.3.5　混合技術(shù)　4.4　實(shí)時(shí)監(jiān)控食品加工過程    4.4.1　在模型體系中的水分?jǐn)U散    4.4.2　完全浸泡    4.4.3　大豆的浸泡    4.4.4　兩種不同品種大麥的吸水形式    4.4.5　大豆的干燥    4.4.6　奶酪冷卻    4.4.7　冷凍貯藏過程中的冷凍一解凍循環(huán)　4.5　應(yīng)用梯度脈沖場(chǎng)NMR來研究擴(kuò)散的特性　4.6　應(yīng)用MRI技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)模擬奶酪受熱時(shí)的水分轉(zhuǎn)移    4.6.1　熱傳遞和水分遷移的數(shù)學(xué)模型    4.6.2　數(shù)字圖解    4.6.3　結(jié)果　參考文獻(xiàn)第5章　核磁共振研究食品和生物系統(tǒng)中水的流動(dòng)性　5.1　水分活度和水的流動(dòng)性  　5.1.1　水分活度　  5.1.2　用NMR測(cè)定水流動(dòng)性  　5.1.3　核弛豫的物理化學(xué)原理　5.2　測(cè)定水分狀態(tài)的方法　  5.2.1　單指數(shù)衰減　……第6章　植物生理學(xué)及水分第7章　NMR和MRI研究食品及其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變第8章　核磁共振波譜技術(shù)的應(yīng)用　第9章　NRM技術(shù)在歐姆加熱食品系統(tǒng)中的運(yùn)用第10章　國(guó)產(chǎn)小型MRI設(shè)備在食品科學(xué)研究中的應(yīng)用　第11章　采用Delphi語言編輯計(jì)算NMRT2分布圖后記

章節(jié)摘錄

插圖：第1章核磁共振及其成像技術(shù)1.1核磁共振的基本原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，簡(jiǎn)稱NMR）是指具有固定磁矩的原子核，如1H、13C、31P、19F、15N、129Xe等，在恒定磁場(chǎng)與交變磁場(chǎng)的作用下，與交變磁場(chǎng)發(fā)生能量交換的現(xiàn)象。目前應(yīng)用比較廣泛的還是以氫核為研究對(duì)象的核磁共振技術(shù)。核磁共振技術(shù)產(chǎn)生兩個(gè)重要的應(yīng)用學(xué)科——核磁共振波譜學(xué)和核磁共振成像學(xué)。最早觀察到NMR信號(hào)的是美國(guó)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室，他們?cè)谕粫r(shí)期內(nèi)、用不同的方法各自獨(dú)立地觀察到了NMR吸收現(xiàn)象：一個(gè)是斯坦福大學(xué)的F.Blochet領(lǐng)導(dǎo)的科研小組，用交叉線圈探頭在7.765MHz處，用感應(yīng)法觀察到了水中質(zhì)子的信號(hào)；另一個(gè)是哈佛大學(xué)的E.M，Purcell領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，用單線圈在30MHz處，用吸收法觀察到了石蠟中質(zhì)子的磁共振吸收信號(hào)。Bloch和Purcell兩人因此分享了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。從這兩個(gè)經(jīng)典核磁共振實(shí)驗(yàn)開始，核磁共振技術(shù)很快就受到了人們的重視，并隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展而發(fā)展。核磁共振波譜學(xué)就是在此之后迅速形成和發(fā)展起來的一門邊緣學(xué)科，它以物理原理為基礎(chǔ)，利用無線電電子學(xué)的技術(shù)為手段，研究和分析各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

后記

NMR技術(shù)應(yīng)用于食品科學(xué)領(lǐng)域的研究在國(guó)內(nèi)開展的還非常少，這主要是NMR設(shè)備高昂的價(jià)格所致。隨著核磁共振設(shè)備制造技術(shù)的快速發(fā)展，其價(jià)格也在不斷降低，使得這種價(jià)格昂貴的設(shè)備應(yīng)用于其他領(lǐng)域的研究成為可能。國(guó)外已有科研人員開展核磁共振技術(shù)在食品科學(xué)、農(nóng)業(yè)等學(xué)科方面的應(yīng)用研究。相比之下，NMR技術(shù)在食品科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)還處于初始階段。我國(guó)應(yīng)及時(shí)緊跟世界的研究動(dòng)態(tài)，開展NMR在食品科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。從核磁共振以及核磁共振成像中獲取信息，探索NMR弛豫參數(shù)在食品保藏過程的變化規(guī)律，理解配方設(shè)計(jì)與貯藏過程中的NMR弛豫參數(shù)變化的規(guī)律和食品質(zhì)構(gòu)之間的相關(guān)性，從而最終應(yīng)用核磁共振及其成像技術(shù)來指導(dǎo)食品研究、生產(chǎn)和開發(fā)。這是將核磁共振技術(shù)引入食品科學(xué)研究的初衷。將這種無損檢測(cè)技術(shù)引入到食品科學(xué)應(yīng)用的研究中來進(jìn)行一個(gè)探索性的研究，可以為更好的理解食品貯藏機(jī)理、食品貨架期的穩(wěn)定性提供更多的途徑。從目前的研究看，NMlR在食品科學(xué)領(lǐng)域的研究還有很多事情要做，而且是大有可為的。希望本書能對(duì)核磁共振技術(shù)在國(guó)內(nèi)食品科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用起到一定的啟發(fā)作用，促使核磁共振技術(shù)成為一種指導(dǎo)食品研究開發(fā)的新手段。

編輯推薦

《核磁共振技術(shù):在食品和生物體系中的應(yīng)用》由中國(guó)輕工業(yè)出版社出版。

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