کاربرد NMR در صنایع غذایی

NMR از جمله تکنیکهای جدید مورد استفاده در صنایع غذایی است این تکنیک بطور کلی درسال 1946 کشف شد و اولین کاربرد آن درصنایع غذایی که مربوط به تشخیص ترکیبات موجود در مواد غذایی است درسال 1970 گزارش شده است NMR قادر است درسطح مولکولی خواص فیزیکی وشیمیایی سیستمهای مختلف را تجزیه و تحلیل نماید. اساس کار NMR تجزیه و تحلیل هسته اتم هایی است که به صورت ذاتی دارای خاصیت مغناطیسی هستند و می توانند همانند آهن رباهای بسیار کوچکی عمل نمایند خواص فیزیکی مواد غذایی مانندنقطه ذوب , بیاتی نان, میزان اتصال و تحرک آب, تعیین نوع آب, تعیین درجه رسیدگی میوه ها و ... توسط NMR می تواند مورد بررسی قرارگیرد همچنین NMR تحت شرایط مطلوب می تواند اثر میکروب کشی داشته باشد و درفرایندهای مختلف به کارگرفته می شود.

NMR  ساده شده عبارت Nuclear Magnetic Resonance است. برای اولین بار در سال۶۴۹۱ به طور مستقل توسط فلیکس بلوخ ازدانشگاه استانفورد و ادوارد پارسل از دانشگاه هاروارد کشف شد. آنها توانستند جذب تابش الکترومغناطیسی را که درنتیجه انتقال تراز انرژی هسته در یک میدان مغناطیسی قوی صورت میگیرد را نشان دهند . ذراتی مثلH+ که دارای خاصیت مغناطیسی میباشند مانند آهنرباهای کوچکی عمل میکنند. این ذرات وقتی در میدان مغناطیسی قرار میگیرند. در جهت میدان قرار میگیرند، هم چنین این ذرات تحت تاثیر امواج رادیویی تغییر جهت می دهند، با قطع منبع جریان رادیویی این امواج شروع به حرکت به جای اولیه خود می کنند. سرعت حرکت به جای اولیه، بستگی به پیوند این ذره به سایر عناصر دارد. اگر این ذره پیوند محکمی با سایر عناصر داشته باشد سرعت برگشت به حالت اولیه سریع و اگر پیوند محکمی با سایر عناصر نداشته باشد سرعت برگشت به حالت اولیه کند خواهد بود. در واقع در این سیستم از روی سرعت برگشت ذره به حالت اولیه، میتوان به خصوصیات فیزیکوشیمیایی ماده پی برد.

چون عناصر H و C قسمت اعظم موادغذایی را تشکیل می دهند. در صنایع غذایی بیشتر از H NMR و C NMR استفاده میشود، در H NMR تجزیه و تحلیل بر اساس نحوه ی برگشت H به جای اولیه ی خود است. اگر H با ماده ی غذایی محکم باند شده باشد، با سرعت بیشتری بعد از قطع منبع امواج رادیویی به جای اولیه ی خود برمی گردد. اما اگر با سایر عناصر پیوند ضعیفتری داشته باشد، با سرعت کمتری به جای اولیه ی خود برمی گردد. با قطع شدن منبع امواج رادیویی سیگنال در محور عمودی به مرور زمان کاهش می یابد تا به صفر برسد به همین دلیل به این نمودارها (Free Induction Decay) FID میگویند .

اثر نابود کنندگی NMR بر روی میکروارگانیسمها

در سال 1946 این خاصیت NMR توسط Hoffman کشف گردید  هافمن  به این خاصیت پی برد که اگر ماده ی غذایی در مرکز مگنت قرار داده شود، میکروارگانیسمهای آن نابود می شوند. برای این کاربرد NMR از میدان oscilating (شدت میدان به صورت سینوسی) استفاده می کنند. با استفاده از دستگاهی که میدان مغناطیسی ۱ تا ۶۱۱ تسلا ایجاد می کند. در این شرایط از فرکانس ۱۱۱-۱ کیلوهرتز استفاده میشود با یک پالس حدود ۱ سیکل لگاریتمی از جمعیت میکروارگانیسمها را کم میکند. چون در این سیستم تغییر دمای کمی داریم (حدود ۱ – ۱ درجهی سانتی گراد) پس مکانیسم نابودی میکروارگانیسمها گرمایی نیست. مکانیسم این عمل هنوز نامشخص است. اما دو مکانیسم اصلی برای اثر نابود کنندگی NMR بر روی میکروارگانیسمها پیشنهاد شده که عبارتند از

1-انرژی وارد شده توسط امواج مغناطیسی به اجزای که خاصیت مغناطیسی دارند وارد میشود، یعنی اتمهایی که خاصیت مغناطیسی دارند و میتوانند به حالت رزونانس درآیند (مثل DNA، پروتئینها، میکروارگانیسمها و …) به عنوان مثال باعث تغییر یک باند پپتیدی میشود و آن قسمت دیگر نمیتواند و ظیفه ی اصلی خود را انجام دهد.

2- ممکن است تحرک یونها در سلولها را تحت تاثیر قرار دهد، و ورود و خروج یونهای مختلف را تغییر دهد.

برخی از آنزیمها برای فعالیت به یونها نیاز دارند (کوفاکتور) اگر اتصال این یونها با آنزیم تغییر کند فعالیت آنزیم کاهش مییابد و از بین میرود.

"NMRچیست؟" "کاربرد NMR" "حلالNMR" "حلال دوتره" "کاربرد NMRدر صنایع غذایی"