综述：利用质子低频核磁共振（1H-LF-NMR）解析不同食品基质中的微观结构与水行为：聚焦LF-NMR结果解读

本综述系统阐述了质子低频核磁共振（1H-LF-NMR）技术在食品多相体系中的创新应用，通过横向弛豫时间（T2）解析技术精准捕获"结合水"、"血清自由水"及"相分离水"等动态分布特征，揭示了该技术在表征蛋白质-多糖相互作用、相分离行为及微观结构异质性方面的独特优势，为食品物性调控提供了非破坏性分析新范式。

　　

Introduction:

核磁共振（NMR）技术凭借其非破坏性检测特性，已成为解析食品基质质量和物理性质的重要手段。通过原子核磁性质的分析，该方法在掺假鉴别、成分分析、结晶监测、固体脂肪含量测定以及水分子迁移行为研究等领域展现广泛应用。目前主要区分高频NMR、低频NMR和磁共振成像（MRI）三类技术，其中质子低频核磁共振（¹H-LF-NMR）特别适用于长弛豫时间（>1ms）的水合体系研究。

Proton population identification after ¹H-LF-NMR signal decay decomposition: theory, concept and challenges

通过Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列测量的横向弛豫时间（T₂）分布可识别1-4种水分子群体。图1展示了含水量45-99wt%的非脂肪基质中四种典型的弛豫时间分布谱图，涉及发酵乳、多糖混合体系、蛋白-多糖复合体系及豆类泥等多种基质。尽管不同研究对峰值的解读存在细微差异，但普遍观察到"结合水"（T₂(1)）、"血清自由水"（T₂(2)）和"相分离水"（T₂(4)）等特征群体。值得注意的是，T₂(3)群体可能源于顺磁性离子或非水质子信号，需通过重水交换实验验证。

Some theory on multiphasic water population

当体系无相分离或 segregation 现象时，可能仅存在T₂(3)单一种群。但特定条件下，血清自由水与快速交换水质子可被区分（Oztop et al., 2010），这取决于水分子扩散速率和大分子空间密度分布。顺磁性物质（如铁、锰离子）会显著缩短弛豫时间，而相分离形成的界面则会产生独立弛豫组分。在蛋白质-多糖混合体系中，segregative相互作用会形成微观异质结构，导致T₂分布出现多峰现象。

Conclusion

水分子流动性强烈依赖于基质组成与微观结构。固体含量增加和扩散受限会降低水迁移率，而内部孔隙率、异质性、相分离等现象则会导致多质子群体的检测。尽管不同文献对峰值的具体解释存在差异，但整体认知趋于一致：T₂缩短反映水分子与基质相互作用增强，T₂延长则提示相分离或宏观渗流现象。该方法与显微镜、流变学等技术联用，可更全面揭示食品体系中水分子行为与大分子组织的内在关联。

CRediT authorship contribution statement

Audrey Gilbert：负责研究设计、数据采集与分析、论文撰写与修改；Sylvie L. Turgeon：负责项目指导、资金获取与论文审校。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知利益冲突，其中一位作者担任本刊编委但未参与本次稿件的评审决策。