Magnetic Resonance in Food Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Gudjonsdottir, Maria (EDT)/ Belton, Peter (EDT)/ Webb, Graham (EDT)

出品人:

页数:280

译者:

出版时间:2009-4

价格:$ 180.80

装帧:

isbn号码:9780854041176

丛书系列:

图书标签:

• 磁共振
• 食品科学
• 食品分析
• 食品化学
• 食品物理
• NMR
• 食品质量
• 食品安全
• 食品加工
• 光谱学

《食品科学中的磁共振技术：探索物质结构与化学变化的非侵入性洞察》 引言 食品，作为人类赖以生存的物质基础，其内在的奥秘远不止于我们感官所能直接触及的层面。从微观的分子结构到宏观的质地形态，再到复杂的化学反应过程，每一个细节都深刻地影响着食品的品质、安全、营养价值以及最终的感官体验。长期以来，食品科学家们孜孜不倦地寻求更深入、更精确、更直观的手段来解析这些复杂的食品体系。磁共振（Magnetic Resonance, MR）技术，以其独特的非破坏性、高分辨率以及强大的原子核环境敏感性，为食品科学研究提供了一个前所未有的强大工具。 本书《食品科学中的磁共振技术》旨在系统、深入地探讨磁共振技术在食品科学各个领域中的应用。它并非仅仅是介绍一项技术，而是将其视为一把解锁食品奥秘的金钥匙，通过阐述磁共振原理如何与食品的物理化学特性相互作用，来揭示食品体系的内在规律。本书的核心目标是赋予读者理解和运用磁共振技术分析食品的能力，从而在食品的研发、生产、质量控制和安全评估等方面取得突破。 第一部分：磁共振技术的基础原理与在食品科学中的适配性 在深入探讨具体应用之前，本书首先将构建坚实的理论基础。我们会从原子核的磁性质出发，详尽地介绍核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）的基本原理。这包括： 原子核的磁矩与外加磁场： 解释为何某些原子核（如¹H, ¹³C, ¹⁵N, ³¹P等）具有磁矩，以及它们在外加静磁场中的行为，如能级分裂和塞曼效应。 射频脉冲与核磁共振信号： 阐述如何通过施加射频脉冲来激发这些原子核，使其跃迁到高能级，并最终在弛豫过程中发出特征性的射频信号。 化学位移与电子环境： 详细讲解化学位移的概念，即同一类原子核在不同化学环境下的共振频率差异，这是NMR能够区分不同分子的关键。 自旋-自旋耦合与分子结构解析： 解释自旋-自旋耦合现象，以及它如何提供相邻原子核之间的连接信息，从而帮助解析分子的结构。 弛豫时间（T1和T2）与分子动力学： 深入探讨纵向弛豫（T1）和横向弛豫（T2）的机制，以及它们如何反映分子的运动性、相互作用以及在食品基质中的扩散行为。 磁共振成像（MRI）原理： 介绍如何通过梯度磁场和射频脉冲的组合，实现空间信息的编码，从而在宏观层面获取食品的三维图像。重点会放在不同加权成像（如T1加权、T2加权、质子密度加权）所能揭示的食品结构信息。 在理解了基本原理后，本书将重点讨论为何磁共振技术特别适合食品科学的研究。我们将强调其非破坏性的特性，这意味着样品在测量过程中不会受到损伤，可以进行后续的分析或用于感官评价。同时，磁共振技术的高灵敏度和高特异性，使其能够检测到痕量的化合物，并区分具有相似物理性质但化学结构不同的物质。此外，NMR强大的化学信息提取能力，可以提供分子层面的结构和动力学信息，而MRI则能够提供宏观的结构和分布信息，两者互补，为食品科学提供了多尺度的洞察。 第二部分：磁共振技术在食品成分分析中的应用 食品的成分构成是决定其品质和功能的基础。磁共振技术，尤其是NMR，在精确、全面地鉴定和定量食品中的各种成分方面展现出卓越的能力。 小分子成分分析： 糖类与有机酸： 详细介绍如何利用NMR的化学位移和耦合常数来鉴定和定量食品中的葡萄糖、果糖、蔗糖、苹果酸、柠檬酸等关键糖类和有机酸。特别会关注如何通过NMR谱图的解析，区分同分异构体，如α-和β-葡萄糖。 氨基酸与蛋白质： 探讨NMR在分析游离氨基酸和蛋白质组成方面的应用。通过¹H NMR和¹³C NMR，可以识别单个氨基酸的特征信号，而多维NMR技术（如COSY, HSQC, HMBC）则能够用于解析蛋白质的序列和三维结构，为理解蛋白质的功能和相互作用提供基础。 脂类与脂肪酸： 阐述NMR如何用于分析食用油和脂肪的组成，包括饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸的比例，以及特定脂肪酸的识别。我们会讨论如何利用NMR的弛豫时间和化学位移来评估脂肪的熔点和晶体结构。 维生素、多酚类化合物与香气成分： 介绍NMR在检测和鉴定食品中复杂的微量成分，如各类维生素、抗氧化剂（如黄酮类、酚酸类）以及影响食品风味的挥发性有机化合物。 大分子与聚合物分析： 多糖与淀粉： 重点探讨NMR在研究淀粉的支链和直链比例、淀粉的糊化和老化过程、以及膳食纤维结构方面的应用。 蛋白质变性与降解： 介绍NMR如何监测蛋白质在加工过程中发生的变性、聚集或降解，从而评估食品的加工稳定性和货架期。 同位素标记与代谢组学： 阐述如何利用同位素标记（如¹³C, ¹⁵N）结合NMR技术，追踪食品在加工或消化过程中的代谢途径，构建食品的代谢谱，揭示食品的营养转化和生物活性。 第三部分：磁共振技术在食品结构与质地表征中的应用 食品的感官属性，如质地、口感、外观，很大程度上取决于其微观和宏观的结构。磁共振技术，特别是MRI，能够以前所未有的细节描绘这些结构特征。 食品内部结构成像： 多孔结构与孔隙率： 介绍MRI如何可视化食品内部的气孔、细胞结构以及液体的分布，从而评估食品的疏松度、咀嚼感和保水性。例如，面包的蜂窝结构、肉类的肌纤维排列、水果的细胞组织等。 相态与水分分布： 详细讨论MRI如何区分食品中的不同相态（固相、液相、气相），并精确描绘水分在食品内部的分布情况。这对于理解食品的冷冻、干燥、烹饪过程以及水分迁移至关重要。 固体颗粒与聚集体： 介绍MRI在追踪和表征食品中固体颗粒（如脂肪球、淀粉颗粒、蛋白质聚集体）的大小、形状和空间分布方面的能力。 动态过程的监测： 加工过程的实时监测： 重点介绍MRI如何实现食品在加工过程中的实时、原位成像，例如： 烘烤： 监测水分迁移、淀粉糊化、蛋白质变性以及气泡形成过程。 烹饪： 观察油的吸收、水分的流失、以及细胞结构的改变。 冷冻与解冻： 跟踪冰晶的形成和生长，以及水分的重分布。 挤压与膨化： 观察物料在挤压过程中的形变和内部结构变化。 质地演变与老化： 介绍如何利用MRI追踪食品在储存过程中发生的质地变化，如淀粉的老化、脂肪的重结晶、以及水分的流失，从而预测食品的货架期。 结构-性能关系研究： 强调MRI提供的详细结构信息如何与食品的物理性能（如硬度、弹性、脆性）以及感官评价相关联，从而帮助科学家理解结构如何决定功能。 第四部分：磁共振技术在食品质量控制与安全评估中的应用 确保食品的质量和安全是食品科学的核心任务。磁共振技术以其精确、快速、非破坏性的特点，在这些方面展现出巨大的潜力。 食品掺假与真实性鉴定： 成分分析的精确性： NMR能够提供食品的“指纹”谱图，通过与已知标准谱图的比对，可以快速、准确地鉴定食品的真实成分，从而有效检测掺假行为，如植物油掺假、蜂蜜掺假、乳制品掺假等。 地理来源与品种鉴定： 食品的微量成分与其生长环境和品种密切相关。NMR分析能够捕捉到这些细微的化学特征差异，为食品的地理来源鉴定和品种溯源提供科学依据。 品质参数的快速检测： 水分活度与持水能力： NMR的弛豫时间（T2）对水分子的运动状态高度敏感，可以用于快速测定食品的水分活度，评估其微生物稳定性和货架期。 脂肪含量与组成： NMR能够直接测量食品中的总脂肪含量和脂肪酸组成，为营养标签的准确性提供保障。 成熟度评估： 对于某些水果和蔬菜，NMR可以分析其内部糖分、有机酸等成分的变化，用于精确评估其成熟度，指导采摘和上市。 加工过程的质量监控： 均一性与混合度： MRI可以直观地评估食品混合物的均一性，如混合酱料、冰淇淋等，确保产品质量的一致性。 热处理效果评估： NMR可以监测热处理过程中蛋白质、碳水化合物等成分的化学变化，从而评估杀菌或烹饪效果是否达到预期。 异物检测与污染评估： 微观异物成像： MRI可以在食品基质中检测到宏观或亚宏观尺寸的异物，如金属屑、玻璃碎片等，为保障食品安全提供额外的检测手段。 农药残留与过敏原检测（结合先进技术）： 虽然NMR本身不直接检测低分子量的农药或过敏原，但结合前处理技术或先进的NMR技术（如高场NMR，微波辅助NMR），可以在复杂基质中检测和鉴定这些污染物。 第五部分：先进磁共振技术与未来发展方向 本书还将展望磁共振技术在食品科学领域的未来发展。 高场NMR与超高场NMR： 讨论更高磁场强度带来的灵敏度和分辨率的提升，以及其在解析复杂分子结构和复杂体系方面的优势。 多核NMR与动态核极化（DNP）NMR： 介绍如何利用不同原子核（如¹³C, ¹⁵N, ³¹P, ¹⁹F）的信息，以及DNP技术在极大地提升NMR信号灵敏度方面的应用，这对于检测痕量物质和研究非活体样本具有重要意义。 液体NMR与固态NMR的结合： 探讨在研究复杂食品体系时，如何根据分析对象的特性，选择和结合液体NMR（适用于溶液状态的样品）和固态NMR（适用于固态或半固态样品）的技术。 计算化学与NMR数据解释： 介绍如何利用量子化学计算来辅助NMR谱图的解析，预测化学位移和偶合常数，从而更准确地鉴定和表征化合物。 与其它分析技术的联用： 探讨NMR与色谱（GC-NMR, LC-NMR）、质谱（LC-NMR-MS）等联用所能带来的协同效应，实现更全面、更深入的食品成分分析。 人工智能与大数据在NMR数据分析中的应用： 展望如何利用机器学习和人工智能技术，处理海量的NMR数据，从中提取有价值的信息，加速食品科学的研究进程。 新兴应用领域： 探讨磁共振技术在模拟食品加工过程、研究食品消化吸收、以及开发新型功能性食品等方面的潜力。 结论 《食品科学中的磁共振技术》并非仅仅是一本技术手册，它更像是一扇窗户，带领读者进入食品科学的微观世界，去理解那些肉眼看不见的物质构成、化学变化以及结构演变。通过对磁共振技术原理的深入剖析，以及对其在食品成分分析、结构表征、质量控制和安全评估等各个领域的广泛应用展示，本书旨在激发食品科学研究人员、工程师、学生以及相关行业从业者的兴趣与应用热情。掌握磁共振技术，意味着掌握了一把强大的科学工具，能够更深入地理解食品，更精准地控制品质，更有效地保障安全，最终推动食品科学的不断进步，为人类的健康与福祉贡献力量。这本书将成为所有致力于探索食品科学奥秘的读者不可或缺的参考。

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