基于ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品中自由基的探究

□ 宋 禹 黑龍江省北大荒米業(yè)集團(tuán)有限公司

食物發(fā)生變質(zhì)的主要原因是脂質(zhì)氧化反應(yīng)，脂質(zhì)氧化反應(yīng)使食品的質(zhì)地發(fā)生變化，產(chǎn)生酸味，影響食品的質(zhì)量和保存，脂質(zhì)氧化反應(yīng)過程中，發(fā)生了自由基參與的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，自由基作為氧化反應(yīng)的中間體，使用ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品中的自由基用來判斷食品的氧化程度，預(yù)測(cè)食品的質(zhì)量。

1 基于ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品自由基的原理

1.1 自由基電子運(yùn)動(dòng)

ESR是電子磁共振的英文簡(jiǎn)稱，可使用ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品自由基中的未成對(duì)電子。在靜磁場(chǎng)中放入被檢測(cè)的食品物質(zhì)，通過磁場(chǎng)作用，控制自由基的未成對(duì)電子，使未成對(duì)電子在磁場(chǎng)力的作用下發(fā)生能級(jí)分裂。其原理是具有一定質(zhì)量的電子和一種帶負(fù)電的基本粒的運(yùn)動(dòng)方式有兩種：第一種是在原子核軌道上的運(yùn)動(dòng)；第二種運(yùn)動(dòng)是圍繞自身中心軸自旋。由于電子與粒子的運(yùn)動(dòng)，形成力矩，并在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生電流和磁矩，在靜磁場(chǎng)的作用下，電子自旋被磁場(chǎng)分裂。在磁場(chǎng)分裂過程中，在垂直外磁場(chǎng)的方向上，加一合適頻率的電磁波，使低能級(jí)的電子在自旋過程中，吸收電磁波的能量，躍遷到高能級(jí)，促使電子發(fā)生順磁共振吸收。順磁共振引發(fā)ESR線超精細(xì)分裂，促使自由基中的未成對(duì)電子之間相互作用，為ESR提供結(jié)構(gòu)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自由基的檢測(cè)。

1.2 ESR光譜儀器

現(xiàn)階段使用的ESR儀器，微波頻率為10 GHz，靈敏度較高，可用于液體和固體檢測(cè)，對(duì)透明度沒有要求，所以ESR光譜技術(shù)可用于食品中自由基的檢測(cè)。ESR光譜儀器可以對(duì)幾種食物中的自由基濃度進(jìn)行比較，在計(jì)算絕對(duì)濃度時(shí)，要使用穩(wěn)定、已知的自由基濃度作為檢測(cè)樣品的數(shù)據(jù)參考。

2 基于ESR光譜技術(shù)的食品自由基檢測(cè)

食物在氧化過程中所形成的基團(tuán)主要是高度反應(yīng)性物質(zhì)，所以自由基不易被捕獲。當(dāng)自由基在物質(zhì)基團(tuán)中濃度過低時(shí)，壽命被縮短，而在固體樣品中壽命較長(zhǎng)。例如，干燥和冷凍食品中的分子成分被物理捕獲，極大的減緩食物氧化，如果食品處于液態(tài)狀態(tài)，自由基穩(wěn)定性較差，不易被檢測(cè)。

2.1 ESR光譜技術(shù)檢測(cè)干燥食品的自由基

在室溫環(huán)境中，使用ESR光譜技術(shù)可以檢測(cè)干燥食品中的自由基濃度，自由基主要是在生產(chǎn)和儲(chǔ)存期間積累下來的。在光譜中可以看到G值為2的一條單線，總振幅寬度為4～12高斯。如果干燥食品中含有固體物質(zhì)，自由基壽命可以使用ESR光譜技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。干燥食品中有些穩(wěn)定自由基的來源已經(jīng)基本確定，例如，通過加熱和空氣，可以提高核桃的自由基水平；通過光照，也可提高花生的自由基水平；或者美拉德產(chǎn)物以及蛋白質(zhì)氧化等形成的產(chǎn)物。影響自由基氧化的因素有很多種，外部因素有光、熱、存儲(chǔ)等，內(nèi)部因素是脂質(zhì)氧化程度。

2.2 ESR光譜技術(shù)檢測(cè)冷凍食品的自由基

冷凍食品中的自由基處于穩(wěn)定狀態(tài)，直接使用ESR光譜技術(shù)就可以檢測(cè)。

2.2.1 光誘導(dǎo)冷凍甘油三脂試驗(yàn)

在77 K超導(dǎo)體臨界溫度下，光誘導(dǎo)冷凍甘油三脂可用來分析油脂自動(dòng)氧化中涉及的自由基，檢測(cè)自由基的穩(wěn)定性，在提高光照條件以及溫度后，形成一定數(shù)量的自由基，飽和脂質(zhì)氧化產(chǎn)生自由基時(shí)，會(huì)導(dǎo)致過氧自由基損失，而且飽和脂質(zhì)沒有產(chǎn)生新的自由基。在低溫狀態(tài)下，自由基的穩(wěn)定性比較好，溫度提高以后，氧化速度加快，自由基的濃度增加。

2.2.2 冰凍葡萄酒試驗(yàn)

Troup 等[1]通過冰凍葡萄酒實(shí)驗(yàn)，使用ESR光譜技術(shù)檢測(cè)冰凍樣品，可以直接檢測(cè)到樣品中的自由基，并給出結(jié)論，葡萄酒中的酚類化合物，會(huì)產(chǎn)生一定濃度的自由基，確定自由基是由于溫度降低變得比較穩(wěn)定。

3 ESR自旋捕獲技術(shù)檢測(cè)飲料自由基

食品中一般都含有水分，水分可以使食品中的成分發(fā)生擴(kuò)散，所以食品中的自由基壽命非常短，有些食品自由基濃度過低，并且濃度變化不大，不能使用ESR光譜技術(shù)直接進(jìn)行檢測(cè)。但是ESR自旋捕獲技術(shù)可以將反應(yīng)性自由基轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定性自由基，被稱之為自旋加合物，自旋加合物具有一定的穩(wěn)定性，可以使用ESR光譜技術(shù)檢測(cè)。自旋捕獲技術(shù)可以應(yīng)用于飲料、咖啡、啤酒的自由基檢測(cè)。

4 ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品氧化程度

通過ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品的老化狀態(tài)，預(yù)測(cè)食品的穩(wěn)定性。對(duì)第一次氧化產(chǎn)物以及第二次氧化產(chǎn)物檢測(cè)，使用數(shù)據(jù)對(duì)比方法，確定食品的氧化程度。使用ESR光譜技術(shù)直接檢測(cè)食品的自由基，確定自由基的氧化程度，在釀酒行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，主要用于啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性的測(cè)定。

5 結(jié)語

使用ESR光譜技術(shù)檢測(cè)食品中的自由基，是一項(xiàng)比較新的食品檢測(cè)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)取得了很好的檢測(cè)效果，可以檢測(cè)不同食品中的自由基，確定食品自由基氧化的穩(wěn)定性。將ESR光譜技術(shù)應(yīng)用在食品自由基檢測(cè)中，用來檢測(cè)促氧化物質(zhì)的構(gòu)成，改善食品中的抗氧化成分。