低场核磁共振波谱法在食品增稠剂动物源性验证中的应用研究：以明胶为例

《Food Analytical Methods》：Verification of Animal Origin of Thickeners in Food Products Using Low-Field NMR Spectroscopy: Case Study of Gelatin

本研究针对素食/纯素食品中动物源性增稠剂明胶的检测难题，开发了一种基于80 MHz低场核磁共振(NMR)光谱的快速检测方法。通过识别δ6.0-9.0 ppm区间的芳香环和NHx特征信号，实现了乳制品和糖果中明胶的定性与定量分析（线性范围5-25 mg/mL，R2=0.985）。该方法成功应用于52种商业样品检测，结果与标签标识完全一致，为食品真实性认证提供了经济高效的技术方案。

　　

随着健康意识、宗教信仰和动物福利观念的提升，全球素食主义人群持续扩大。然而，食品中动物源性成分的隐匿添加已成为行业监管的痛点，特别是明胶这类从猪牛等动物副产品中提取的增稠剂，其存在可能违背素食者饮食原则，甚至引发宗教和伦理争议。欧盟虽于2018年推行"强制素食/非素食标签"倡议，但实际生产中因明胶与植物源多糖增稠剂功能相似、混合使用普遍，传统检测方法面临灵敏度低、前处理复杂等挑战。更棘手的是，明胶在终产品中浓度常低于3%，且受脂肪、糖类等基质干扰，亟需开发快速、精准的现场检测技术。

为此，德国亚琛应用技术大学与萨拉托夫国立大学的研究团队在《Food Analytical Methods》发表论文，首次将80 MHz低场NMR光谱应用于食品明胶检测。研究人员通过优化样品前处理方案（水/氘代氯仿/氘代甲醇三相萃取结合pH调控），利用明胶分子中苯丙氨酸芳香环信号（δ7.4 ppm）和酸性条件下稳定的NH_x交换质子信号（δ6.5-9.0 ppm）作为双指纹标识，建立了动物源与植物源增稠剂的判别体系。该方法仅需600 μL提取液，在15分钟离心后即可上机检测，实现了从样品处理到数据分析的全流程简化。

关键技术方法包括：1）采用三相溶剂体系（H₂O/CDCl₃/MeOD）提取并分离不同基质组分；2）通过pH=4.0-4.5的酸性条件稳定明胶的NH_x信号；3）基于δ9.5-6.5 ppm区间积分值进行外部校准定量；4）以信噪比（SNR）为基准确定方法检测限（LOD=0.14 mg/g）和定量限（LOQ=0.42 mg/g）。研究共分析52种市售产品（酸奶、布丁、慕斯、糖果等），所有样品均购自德国北莱茵-威斯特法伦州本地商店。

方法开发与优化

通过对比明胶标准品与多种植物源增稠剂（卡拉胶、果胶等）的NMR谱图，发现明胶在δ6.0-9.0 ppm区间具有独特信号群，而多糖类增稠剂仅显示δ3.0-6.0 ppm的宽泛糖环信号。pH调控实验表明，酸性条件能显著增强明胶NH_x质子信号的可见度（图3）。三种前处理方法对比中，方法A（三相萃取）具有最佳相分离效果，适用于各类乳制品基质。

特异性验证

针对明胶与植物增稠剂复配的复杂体系（如样品G23同时含明胶和刺槐豆胶），NMR谱图仍能清晰识别明胶特征峰（图6）。而纯素样品（如G32含果胶和瓜尔胶）的谱图在该区间无干扰信号（图7），证明方法具有良好的特异性。

实际样品检测

在10款酸奶样品中均检测到明胶（中位值2.2 mg/g），其添加主要为了改善质地和防止乳清析出；7款慕斯样品中6款含明胶（中位值3.3 mg/g），用于稳定泡沫结构；布丁样品明胶含量较低（中位值1.0 mg/g），因常与卡拉胶等协效使用。非乳制品糖果（G5-G10）明胶含量高达17-96 mg/g，与标签宣称一致。所有纯素标签产品均未检出明胶信号，结果与标签标识100%吻合。

定量性能评估

以外标法建立的校准曲线在5-25 mg/mL范围内线性良好（R²=0.985）。以酸奶基质为背景的加标实验确定LOD和LOQ分别为0.14 mg/g和0.42 mg/g，虽略高于基于羟脯氨酸测定的传统方法，但足以满足实际监管需求（典型违规添加量>0.3%）。

本研究证实低场NMR技术可通过明胶特征指纹区实现动物源性增稠剂的可靠鉴别，无需复杂水解或衍生化步骤即可完成定量分析。该方法显著降低了设备成本（无需液氦冷却）和操作门槛，为食品生产企业现场质控和监管机构快速筛查提供了实用工具。然而，当前方法尚不能区分猪/牛等不同动物来源的明胶，这对清真和犹太认证场景仍存局限。未来研究可探索将技术拓展至药品胶囊壳、化妆品等更广泛领域的明胶检测，并尝试结合高场NMR解决植物源多糖的精准分析难题。