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多變數NMR分析食用油、調味粉

        核磁共振(NMR,Nuclear Magnetic Resonance)是基於原子尺度的量子磁物理性質。具有奇數質子或中子的核子,具有內在的性質:核自旋,自旋角動量,核自旋產生磁矩。NMR測試方法,是將樣品置於外加強大的磁場下,常採用低溫超導磁鐵當作外加磁場。大多數核旋會處於低能態,在外加磁場下重新排列,核自旋由低能態轉向高能態,再回到平衡態便會釋放出射頻,這就是NMR訊號。利用這樣的過程,我們可以進行分子科學的研究,如分子結構,動態等。

 

多變數核磁共振分析

圖一 多變數核磁共振分析

        最近這幾年NMR被廣泛應用於多種混合物分析,使用核磁共振儀NMR有一個很大的優點就是直接分析完整的樣品,這是因為NMR可直接分析參有多種化合物的樣品,無須經過繁瑣的前處理與層析步驟,所以用核磁共振NMR是很有效率的。此篇文章中,我們將核磁共振NMR的光譜圖搭配多變數分析方式(PCA),對混合物的成份統計分析歸類,建立起混合物的圖形識別圖(指紋圖譜)。

 


        利用核磁共振與多變數分析是一項很重要的分析方式,這樣的分析方式之前只有醫藥、藥理學領域在使用,最近已逐漸應用在其他領域,如最近的食用油也可用此方式來控管油品是否被違法添加!


範例一:食用油成份解析 
        用NMR進行橄欖油、菜仔油、芝麻油、米油、紫蘇油、亞麻子油的氫譜(1H-NMR)與碳譜(13C-NMR)實驗,依氫譜結果統計分析歸類,可將樣品分為六大類(圖二);同樣的,也將碳譜進行PCA分析歸類(圖三)。圖二中的六大類又可歸為三大族群,族群A是屬於含油酸比較高的族群:橄欖油中油酸占70~80%、菜籽油的油酸含量占60~70%;B族群的主要成份為含亞油酸占40%、油酸40%,米油與芝麻油乃屬此族群。C族群含豐富的亞麻酸:亞麻酸含量約占60%,亞麻油與紫蘇油就是屬於含豐富亞麻酸的油品。

 

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圖二 食用油氫譜分析

圖三 食用油碳譜分析

 

        利用此方式可以將食用油含脂肪酸含量分類,可做為未來食用油成份的品質管制,而此方法不需要太多的樣品前處理與冗長的數據分析。


範例二:市售湯品成份解析 
        分析市售多種湯品成份:魚乾粉x1、日式清湯粉x4、香味調味料x5、法式清湯粉x2、鮮味調味粉x1,希望透過分析胺基酸成份,判斷湯品成分為純天然或是含有人工添加物,依據分析氫譜的數據結果,用PCA統計方式將這幾種湯品分析歸納(圖四),可看出幾款不同日式清湯粉的成分很相似,相同情形也可在香味調味料與法式清湯粉看到;再針對這幾種湯品是否含有人工添加物分析判斷,魚乾粉與日式清湯粉可歸為同一類,屬於無人工添加類;香味調味料、法式清湯粉、鮮味調味粉都有人工添加物,可歸為同一類。透過此一多變數核磁共振方法,可透過建立湯品物種的指紋圖譜,了解其成分是否有外來添加物。

 

湯汁氫譜分析統計圖

圖四 湯汁氫譜分析統計圖

 


        根據上述兩個範例可知,核磁共振分析再結合統計學分析歸類,針對食品成份建立指紋圖譜,作為食品成分的資料庫,之後透過比對資料庫即可容易判斷食品是否有違法添加,為未來食品成份鑑識的一大利器。

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