低場時域核磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）用于植物種子/油料作物含油率檢測 -大豆含油率檢測

目前我國現(xiàn)行的油料作物檢測標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14488.1-2008 《植物油料含油量測定》，其方法為萃取抽提法-索氏提取法，都需要使用有機溶劑和超臨界流體，且過程復(fù)雜、耗時長。其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高，同時使用各種實際對人體和環(huán)境造成傷害。低場時域核磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）通過測量樣品中的氫原子核（H）的弛豫時間信息，通過弛豫時間的信號幅值大小可有效測量植物種子/油料作物的含油量，具有快速（單個樣品測量時間約10-30s）、精度高、樣品直接測量、無損傷、不需其他耗材、環(huán)保、安全等特點。

2023-05-31 13:59:01晉帥

低場時域核磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）用于植物種子/油料作物含油率檢測 -大豆含油率檢測

隨著人民生活水平的不斷提高，我國在糧油方面的需求日益增加，食用油等油料的含油率檢測日漸成為企業(yè)以及相關(guān)學(xué)者的研究重點。含油率既是作為油脂材料的重要指標(biāo)，也是判斷其在糧油領(lǐng)域重要性的標(biāo)志。

目前我國現(xiàn)行的油料作物檢測標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14488.1-2008 《植物油料含油量測定》，其方法為萃取抽提法-索氏提取法，都需要使用有機溶劑和超臨界流體，且過程復(fù)雜、耗時長。其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高，同時使用各種實際對人體和環(huán)境造成傷害。其他標(biāo)準(zhǔn)還包括GB/T 15690-2008 《植物油料含油量測定連續(xù)波低分辨率核磁共振測定法（快速法）》，其主要原理為使用掃頻的方式獲得樣品的吸收譜線，根據(jù)樣品對射頻信號的吸收程度計算其含油率。該方法檢測耗時很長，多次掃描過程中容易出現(xiàn)信號漂移，從而導(dǎo)致檢測精度較差，難以達(dá)到GB/T 14488.1-2008中的精度要求，其重復(fù)性誤差要求要低50%。（0.6% vs 0.4%）。

低場時域核磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）通過測量樣品中的氫原子核（H）的弛豫時間信息，通過弛豫時間的信號幅值大小可有效測量植物種子/油料作物的含油量，具有快速（單個樣品測量時間約10-30s）、精度高、樣品直接測量、無損傷、不需其他耗材、環(huán)保、安全等特點。

實驗方法：

采用純大豆油作為標(biāo)樣，建立8點、5點含油量與弛豫時間信號幅值的數(shù)據(jù)模型，開展大豆含油率檢測，與GB/T14488.1-2008、GB/T 14488.1-2008中要求的數(shù)據(jù)精度作比較。

弛豫時間測量（脈沖核磁共振）：

MAGMED-LFTDNMR-2230磁共振分析儀（MAGMED-Cores HP20L）

CPMG脈沖，回波間隔TE=0.5ms，掃描次數(shù)8次，間隔時間4s。

模型建立：

1. 標(biāo)樣大豆油CPMG信號幅值：

序號	重量	CPMG信號幅值	模型采用
1	1.49	25.0889	8點、5點模型
2	2.02	34.1179	8點模型
3	2.51	42.7586	8點、5點模型
4	3	51.64	8點模型
5	3.5	61.2224	8點、5點模型
6	4	69.6667	8點模型
7	4.51	79.1189	8點、5點模型
8	5.01	88.5318	8點、5點模型

2. 8點模型：

圖片1.png

3. 5點模型

圖片2.png

4. 標(biāo)樣大豆油質(zhì)量模型驗證

表1：8點模型驗證

8點模型驗證
實際油質(zhì)量/g	檢測幅值	檢測油含量/g	誤差/g	誤差/%
2.87	49.23	2.85	-0.02	-0.649%
3.79	66.73	3.80	0.01	0.264%
4.79	83.96	4.77	-0.02	-0.316%

表2：5點模型驗證

實際油含量/g	檢測幅值	檢測油含量/g	誤差/g	誤差
2.02	34.1179	2.01	-0.01	-0.687%
3.00	51.64	2.98	-0.02	-0.764%
4.00	69.6667	3.98	-0.02	-0.600%

大豆含油率測定結(jié)果：

表3：大豆含油率8點模型測試結(jié)果

烘干樣品
樣品重/g	檢測幅值	檢測油含量/g	含油率	重復(fù)性誤差
8.12	31.8847	1.89	23.28%	0.06%
10.02	39.761	2.33	23.22%	0.06%
未烘干樣品
10.83	43.2464	2.52	23.27%	0.50%
12.32	50.0669	2.90	23.52%
15.07	61.2335	3.52	23.33%
20.11	81.3245	4.63	23.02%

表4：大豆含油率5點模型測試結(jié)果

烘干樣品
樣品重/g	檢測幅值	檢測油含量/g	含油率	重復(fù)性誤差
8.12	31.8847	1.88	23.18%	0.04%
10.02	39.761	2.32	23.14%	0.04%
未烘干樣品
10.83	43.2464	2.51	23.19%	0.30%
12.32	50.0669	2.89	23.16%
15.07	61.2335	3.51	23.28%
20.11	81.3245	4.62	22.98%

數(shù)據(jù)分析：

1.8點模型和5點模型，標(biāo)樣大豆油的質(zhì)量與弛豫時間信號幅值具有優(yōu)異的線性擬合關(guān)系，擬合度＞0.999；

2.通過測量已知質(zhì)量的標(biāo)樣大豆油樣品，驗證8點模型和5點模型能夠精確測量樣品含油量；

3.通過大豆樣品含油率的測定，其平均含油率約為23%，符合大豆含油量15%-25%的實際情況；

4.低場時域磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）測量大豆含油率的精度滿足相關(guān)國標(biāo)要求：

實驗結(jié)果要求			是否合格
實驗結(jié)果要求			8點建模	5點建模
油含量絕對誤差	GB/T 15690-2008	重復(fù)性<0.6%	是，烘干樣品0.06%，未烘干樣品0.50%	是，烘干樣品0.04%，未烘干樣品0.48%
油含量絕對誤差	GB/T 14488.1-2008	重復(fù)性大豆<0.4%	否，未烘干樣品0.50%	是，烘干樣品0.04%，未烘干樣品0.30%

5.對于未烘干樣品，由于其中含有一定量的水，其弛豫時間信號，對測量結(jié)果引入誤差。

綜上，考慮到低場時域磁共振技術(shù)（脈沖核磁共振）測量的快速性、便捷性、安全性，結(jié)合模型精度，其可成為植物種子/油料作物含油率測定的全新替代技術(shù)，結(jié)合本實驗，考慮到精度要求，可選擇5點建模，樣品烘干，測量含油率；考慮到工業(yè)或批量應(yīng)用，8點模型、樣品未烘干，亦可。