低场核磁共振（LF-NMR）技术作为一种无损、快速的检测手段，在食品干燥领域得到了广泛应用。

食品干燥是食品加工中的重要环节，其目的是通过去除水分来延长食品的保质期和改善其贮藏性能。传统的干燥方法如热风干燥、滚筒干燥等虽然应用广泛，但在干燥过程中容易导致食品品质下降，如营养成分流失、色泽变化等。低场核磁共振技术通过检测食品中水分的弛豫时间，能够实时监测干燥过程中水分的状态变化，为优化干燥工艺和提高产品质量提供了重要依据。

低场核磁共振技术原理

LF-NMR技术基于氢质子的弛豫时间来分析水分的流动状态和分布状态。在干燥过程中，水分与食品中的大分子物质结合程度不同，其弛豫时间也会有所不同。通过测量样品的横向弛豫时间（T2），可以区分自由水、不易流动水和结合水等不同状态的水分。LF-NMR技术具有无损、快速、无需样品制备等优点，能够提供食品内部水分的详细信息。

在食品干燥中的应用

1、水分状态分析

（1）自由水与结合水的区分：LF-NMR能够有效区分食品中的自由水和结合水。自由水在干燥过程中容易被去除，而结合水则较为稳定。通过LF-NMR检测，可以了解不同干燥阶段水分的状态变化，从而优化干燥条件。

（2）水分迁移监测：在干燥过程中，水分会从食品内部向外迁移。LF-NMR可以通过成像技术直观地显示水分的迁移路径和速度，帮助研究者了解水分在食品内部的分布规律。

2、干燥效率优化

（1）干燥条件优化：通过LF-NMR监测不同干燥条件下的水分变化，可以确定最佳的干燥温度、时间和功率等参数，以提高干燥效率和产品质量。例如，在调味山药片的真空微波干燥研究中，LF-NMR显示微波功率越高，自由水和不易流动水的去除速度越快，但过高的功率会导致物料焦化，因此需要合理控制微波功率。

（2）干燥终点判断：LF-NMR可以实时监测食品的水分含量，当水分含量达到设定的干燥终点时，可以及时停止干燥，避免过度干燥导致的品质下降。

图1 微波功率1．0 kW条件下T2反演谱随干燥时间的变化

图2 微波功率1．5 kW条件下T2反演谱随干燥时间的变化

图3 微波功率2．0 kW条件下T2反演谱随干燥时间的变化

a．峰面积：b．自由水峰面积占总峰面积比例

图4 微波功率对自由水迁移变化的影响曲线

图5 微波功率对与淀粉相结合的结合水迁移变化的影响曲线

图6 微波功率对与淀粉相结合的结合水迁移变化的影响曲线

图7 微波功率为1.0kW条件下调味山药片随干燥时间变化的氢质子成像图

图8 微波功率为1.5kW条件下调味山药片随干燥时间变化的氢质子成像图

图9 微波功率为2.0kW条件下调味山药片随干燥时间变化的氢质子成像图

3、品质控制

（1）色泽与风味保持：在干燥过程中，水分的去除会影响食品的色泽和风味。LF-NMR通过监测水分状态的变化，可以帮助控制干燥过程中的水分去除速度，从而保持食品的色泽和风味。例如，在热风干燥花生仁的研究中，LF-NMR显示在适当的干燥温度下，可以有效去除自由水和弱结合水，而对结合水的影响较小，从而保持花生仁的品质。

（2）微观结构分析：LF-NMR结合扫描电镜等技术，可以观察干燥过程中食品的微观结构变化。微观结构的变化会影响食品的质地和口感，通过LF-NMR的监测，可以优化干燥工艺，保持食品的优良质地。

图1 花生仁热风干燥曲线

图2 花生仁不同温度下热风干燥速率曲线

图3 不同温度下花生仁横向弛豫时间反演图

图4 干燥温度对自由水迁移变化的影响曲线

图5 不同温度条件花生仁核磁成像

低场核磁共振技术在食品干燥领域具有重要的应用价值。通过实时监测水分状态的变化，可以优化干燥工艺，提高干燥效率和产品质量。随着技术的不断发展和完善，LF-NMR有望在食品干燥领域发挥更大的作用，为食品工业的发展提供有力支持。

END

参考文献：

[1]谭宏渊, 凌玉钊, 黄丽琪, 等. 不同预处理对热风干燥山药片品质特性及微观结构的影响[J]. 食品工业科技, 2023, 44(20): 43-52. DOI: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110328.

[2]吕为乔, 宋凯, 赵丹, 赵东林. 低场核磁共振分析在果蔬干燥中的应用进展[J]. 包装与食品机械, 2019, 37(3): 47-52. DOI: 10.3969/j.issn.1005-1295.2019.03.011.

[3]曲文娟, 凡威, 熊婷, 等. 核桃干燥过程的低场核磁共振横向驰豫分析[J]. 现代食品科技, 2021, 37(9): 145-154. DOI: 10.13982/j.mfst.1673-9078.2021.9.0377.

[4]吉琳琳, 夏阿林. 基于低场核磁共振技术的大米水分含量及活度快速预测[J]. 食品与机械, 2018, 34(11): 7-10. DOI: 10.13652/j.issn.1003-5788.2018.11.015.

[5]卫志娇, 朱文学, 白喜婷, 等. 基于低场核磁和电镜扫描法对热风干燥花生仁的水分状态研究[J]. 中国粮油学报, 2022, 37(11): 213-220.

[6]李定金, 段振华, 刘艳, 等. 利用低场核磁共振技术研究调味山药片真空微波干燥过程中水分的变化规律[J]. 食品科学, 2019, 40(5):116-123.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20171123-289.