摘要：核磁共振技术是一种新型的无损检测技术，本文介绍了核磁共振技术的基本原理和分类，综述了国内外有关核磁共振技术在农业生产中的应用情况，并展望了该技术在未来农业生产中的应用前景。

关键词：核磁共振；农业；应用；无损检测；研究进展

中图分类号： S129文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0012-04

收稿日期：2014-09-27

作者简介：田靖（1990—），女，江苏南京人，硕士，主要从事有机化学及仪器分析研究。E-mail：Tjtj3025@qq.com。

通信作者：王玲，副教授。E-mail：354035358@qq.com。核磁共振（NMR）是指在恒定磁场与交变磁场的作用下，具有固定磁矩的原子核（如1H、13C等）与交变磁场发生相互作用的基本物理现象，其本质是一种能级间跃迁的量子效应。荷兰物理学家Goveter在20世纪中期最先发现了核磁共振效应；随后，美国物理学家Purcell和Bloch分别领导2个小组对该方法加以完善，观察到一般状态下物质的核磁共振现象，并因此获得了1952年诺贝尔物理学奖[1]。1973年Lauterbur通过试验首次得到了NMR图像，并由此产生了核磁共振技术的另一个分支——核磁共振成像技术（MRI）。

近年来，随着农业生产及农业发展方式的变化，农业检测技术也得到了快速发展，其中常规分析及色谱分析技术已得到广泛应用，核磁共振技术在农业中的应用也得到了广泛关注。20世纪70年代初，核磁共振技术开始在农业科学领域运用，相对于传统的检测方式，核磁共振技术具有以下优点：可以快速定量分析检测样品，无须添加标样，能够保持样品的完整性；操作简单快速，测量准确，可重复性高；测试结果受材料样本影响较小，且不受测试人员的技术与判断所影响[2]；属于一种非破坏性的检测手段。本文介绍了核磁共振技术的基本原理及分类，综述了国内外有关核磁共振技术在农业生产中的应用情况，并展望了其在未来农业生产中的应用前景，以期为更好地在农业领域应用核磁共振技术提供支撑。

1核磁共振技术的分类

核磁共振技术是通过化学位移理论发展起来的，根据射频场频率的高低，可分为低分辨率核磁共振法和高分辨率核磁共振法。低分辨率核磁共振法是通过核磁共振谱信号来分析食品理化性质，信号最初强度与样品中原子核数量直接相关。由于价格相对低廉、仪器体积较小等优点，低分辨率核磁共振法已成为食品工业中应用较为广泛的技术。高分辨率核磁共振法用于研究化合物的分子结构，目前应用最广泛的是氢核核磁共振法（1H-NMR）和碳核核磁共振法（13C-NMR）。由于相关产品结构复杂，该技术还只限于非常简单的食品模型[3]。核磁共振成像技术主要应用于医学领域，在得到病人内部影像的同时，不对病人身体造成伤害。随着技术进步，核磁共振成像技术在农业中的应用也得到了发展。

1.1低分辨率核磁共振法

低分辨率核磁共振是指磁场强度在0.5 T以下的核磁共振，其波谱信号的最初强度与样品中的原子核数量直接相关。在最低干扰状态下，研究人员无须对样品进行物理处理便能观察到样品内部结构的状况[4]。该技术一般被用于测定农产品中水分、脂肪、蛋白质含量。

低分辨率核磁共振法具有价格低廉、快速无损、测定精准等特点，许多小型、操作简单的低分辨率核磁共振仪不断被研发出来，以满足对农产品检测等方面的实际研究需要。

1.2高分辨率核磁共振法

高分辨率核磁共振主要被应用于化合物分子结构分析，目前应用最广泛的高分辨率核磁共振法是1H-NMR和 13C-NMR。此外，通过对 11B、17O、19F、31P等原子核的研究可以确定大分子高聚物的结构，这也有助于农药等化学品的成分分析研究。但是由于农业相关产品和食品的结构复杂，高分辨率核磁共振法还只能限于简单的分析模型等，该方法在农业中的应用还须进一步研究。

1.3核磁共振成像法

核磁共振成像是通过所释放的能量在物质内部不同结构环境中的衰减，依据外加梯度磁场检测所发射出电磁波的不同，来分析构成这一物体原子核的位置和种类。

核磁共振成像技术利用信号波在样品中的定位，为农产品和食品内部结构的直观透视研究提供了强有力的手段，能够有效研究水果和蔬菜的内部结构、水分分布及果实成熟度。将核磁共振成像技术应用在农产品检测上，不用破坏样品，可以对完整的样品进行扫描，扫描以后样品仍然可以食用。

随着经济技术迅速发展，核磁共振技术在农业食品、物理化学、石油化工、考古等其他领域开辟了许多新的研究途径。目前，生产核磁共振检测仪器的知名公司有德国布鲁克公司、美国培安公司、英国牛津仪器公司、日本电子株式会社等，各种型号的核磁共振波谱仪已被广泛应用于农业生产中。

2核磁共振技术在农业中的应用

2.1核磁共振技术在农产品检测中的应用

2.1.1农产品水分测定核磁共振技术能通过测定H原子核在磁场中的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2来分析样品含水量、水分分布、迁移及与之相关的其他性质[5]。将核磁共振技术用于农产品水分的测试，可以分析水分在农产品中的含量、分布及存在状态，从而研究其对农产品品质、加工特性和稳定性的影响。邵晓龙等利用低场核磁及其成像技术研究甜玉米粒中水的分布和状态，探讨了烫漂后甜玉米失重与热特性参数变化的原因；通过加权成像技术，观察发现烫漂后的甜玉米粒中新出现的水信号分布区；通过对烫漂时间和温度对甜玉米粒横向弛豫信号影响的研究，发现弛豫时间为450～750 ms和 50～70 ms 的结合水的比例发生了明显变化[6]。Bertram等利用低场的核磁共振技术研究了猪肉中的水分分布与流动，发现与额外的肌原纤维蛋白水分子数量相关的核磁共振数据和膜完整性的阻抗特性具有联系，且纵肌的收缩与横肌缩水是肌原纤维蛋白中水分逸出的主要动力[7]。李资玲等利用核磁共振技术测定了3种不同配方的面包在和面、发酵、醒发、焙烤过程中质子的自旋-自旋弛豫时间（T2），结果表明在面包制作过程中，束缚相和自由相的迁移行为不同，T21部分即“束缚水”部分流动性一直呈下降趋势，其含量在前3个阶段稍有上升，而在焙烤阶段开始下降，且趋势非常明显；T22部分即“自由水”部分的流动性在前3个阶段呈下降趋势，在焙烤阶段回升[8]。马斌利用核磁共振技术技术对-40～-20 ℃储藏的牛肉、橘汁、面团等样品进行非冻结水分含量分析，结果表明温度降低时，产品中水分会发生冻结，非冻结水分含量也会显著减少，并可以利用单点斜面图像描绘出产品水分分布的一维、二维图像，从而为如何保证冻藏过程中样品品质提供了依据[9]。