• Niskopolowymagnetyczny • Spektroskopia wysokiej zdolności NMR

(1)

NMR

• Obrazowanie

• Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej

• Niskopolowy magnetyczny

rezonans jądrowy - relaksometria

Hanna Maria Baranowska KATEDRA FIZYKI WNoŻiŻ UP Poznań

(2)

Obrazowanie

Magnetyzacja

w wybranej objętości (wokselu):

-gęstość spinów -czas relaksacji

-przesunięcie chemiczne

(3)

Struktura wewnętrzna obserwowana w

rzodkiewce pomidorze

(4)

Obraz rozkładu wody w szynce

(5)

Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej

Przesunięcie chemiczne grup funkcyjnych oraz stosunki powierzchni sygnałów

To podstawa identyfikacji grup funkcyjnych w molekułach

(6)

Jednowymiarowe widmo protonowe ester sigmasterolu 18:1 400 MHz

(7)

(8)

Widmo etanolu 60 MHz

(9)

Widmo wody 60 MHz

(10)

Widmo 40% wodnego roztworu etanolu

(11)

Wykorzystanie metody niskopolowego NMR w badaniach składników

żywności.

(12)

Makroskopowe parametry czasy relaksacji Mikroskopowy parametr czas korelacji

Szybkość relaksacji spin-sieć

Szybkość relaksacji spin-spin 𝑅 ₁ = 1

𝑇 ₁ = 6 20

𝜇 ₀ ² 16𝜋 ²

𝛾 ⁴ ℏ ² 𝑟 ₀ ⁶

𝜏 _𝑐

1 + 𝜛𝜏 _𝑐 ² + 4𝜏 _𝑐

1 + 2𝜛𝜏 _𝑐 ²

𝑅 ₂ = 1

𝑇 ₂ = 3 20

𝜇 ₀ ² 16𝜋 ²

𝛾 ⁴ ℏ ²

𝑟 ₀ ⁶ 3𝜏 _𝑐 + 5𝜏 _𝑐

1 + 𝜛𝜏 _𝑐 ² + 2𝜏 _𝑐

1 + 2𝜛𝜏 _𝑐 ²

(13)

Prod. mięsne, żele, jogurty, miody, dżemy

(14)

Ciecze badane metodą niskopolowego NMR

𝜏 _𝑐 = 𝜂 4𝜋𝑟 ³ 3𝑘𝑇

𝑇 ₁

𝑇 ₂ = 3

4 𝜛 ² 𝜏 _𝑐 ²

(15)

Pomiary temperaturowe dla wody

1000/T (K^-1)

2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4

ln (_c)

-20,0 -19,8 -19,6 -19,4 -19,2 -19,0 -18,8

𝝉 _𝒄 = 𝝉 _𝟎 𝒆 ^𝑹𝑻 ^𝑬 ^𝑨

(16)

Zmiany czasu relaksacji spin-sieć w hydratowanych chrupkach

mw/ms (g/g)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

T

₁

(ms)

0 20 40 60 80 100

16_135_16 16_175_16 Hanna Maria Baranowska KATEDRA FIZYKI WNoŻiŻ UP Poznań

(17)

mw/ms (g/g)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

T₁ (ms)

0 20 40 60 80

20_135_20 20_175_20

(18)

Ciałostałowe układy spożywcze

T = 10

^o

C

T = 40

^o

C

Tłuszcz

(19)

aw

= 0,0895

aw

= 0,8796

Chrupki

(20)

Kleikowanie żeli skrobiowych 5%

ziemniaczana owsiana

T (oC)

20 40 60 80 100

T_{1 (}ms) T₂ (ms)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

T (oC)

20 40 60 80 100

T1 (ms) T2 (ms)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

(21)

Zmiany dynamiki molekularnej wody w żelach białek miofibrylarnych z dodatkiem preparatu transglutaminazy

(22)

Czasy relaksacji w produktach mięsnych

wariant

S M P U K

T1 (ms)

500 520 540 560 580 600

wariant

S M P U K

T21 (ms)

20 25 30 35 40 45 50

wariant

S M P U K

T22 (ms)

40 60 80 100 120

Zmiany wiązania wody w mięśniach w zależności od zastosowanej

techniki rozmrażania

(23)

Zmiany długiej składowej czasu relaksacji spin-spin w funkcji zawartości wody wolnej w mięśniach po nastrzyku

(24)

Zmiany wartości czasów relaksacji spin-sieć w zależności od ogólnej zawartości wody w mięśniach po nastrzyku

Wo (%)

76 78 80 82 84 86 88 90 92

T1 (ms)

400 600 800 1000 1200 1400 1600

(25)

Zależność czasów relaksacji od stosunku zawartości wody do białka w farszach wędlin drobno rozdrobnionych

W/P

6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9

T1 (ms)

T21 (ms)

0 50 100 200 250 300

(26)

PODSUMOWANIE

• Niskopolowy NMR jest alternatywną metodą

pozwalającą na analizę parametrów determinujących wiązanie wody w produktach spożywczych i

składnikach żywności.

• Jako nieinwazyjna i nieniszcząca metoda pozwala na obserwację tej samej próby w długim czasie.

• Zaletą stosowania tej metody jest niski koszt oraz niewymagające specjalnego wyposażenia

laboratorium.

(27)

• Niskopolowymagnetyczny • Spektroskopia wysokiej zdolności NMR

NMR

• Obrazowanie

• Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej

• Niskopolowy magnetyczny

rezonans jądrowy - relaksometria

Obrazowanie

Magnetyzacja

w wybranej objętości (wokselu):

-gęstość spinów -czas relaksacji

-przesunięcie chemiczne

Struktura wewnętrzna obserwowana w

rzodkiewce pomidorze

Obraz rozkładu wody w szynce

Spektroskopia wysokiej zdolności rozdzielczej

Przesunięcie chemiczne grup funkcyjnych oraz stosunki powierzchni sygnałów

To podstawa identyfikacji grup funkcyjnych w molekułach

Jednowymiarowe widmo protonowe ester sigmasterolu 18:1 400 MHz

Widmo etanolu 60 MHz

Widmo wody 60 MHz

Widmo 40% wodnego roztworu etanolu

Wykorzystanie metody niskopolowego NMR w badaniach składników

żywności.

Makroskopowe parametry czasy relaksacji Mikroskopowy parametr czas korelacji

Szybkość relaksacji spin-sieć

Szybkość relaksacji spin-spin 𝑅 1 = 1

𝑇 1 = 6 20

𝜇 0 2 16𝜋 2

𝛾 4 ℏ 2 𝑟 0 6

𝜏 𝑐

1 + 𝜛𝜏 𝑐 2 + 4𝜏 𝑐

1 + 2𝜛𝜏 𝑐 2

𝑅 2 = 1

𝑇 2 = 3 20

𝜇 0 2 16𝜋 2

𝛾 4 ℏ 2

𝑟 0 6 3𝜏 𝑐 + 5𝜏 𝑐

1 + 𝜛𝜏 𝑐 2 + 2𝜏 𝑐

1 + 2𝜛𝜏 𝑐 2

Prod. mięsne, żele, jogurty, miody, dżemy

Ciecze badane metodą niskopolowego NMR

𝜏 𝑐 = 𝜂 4𝜋𝑟 3 3𝑘𝑇

𝑇 1

𝑇 2 = 3

4 𝜛 2 𝜏 𝑐 2

Pomiary temperaturowe dla wody

𝝉 𝒄 = 𝝉 𝟎 𝒆 𝑹𝑻 𝑬 𝑨

Zmiany czasu relaksacji spin-sieć w hydratowanych chrupkach

mw/ms (g/g)

T

(ms)

Ciałostałowe układy spożywcze

T = 10

C

T = 40

C

Tłuszcz

= 0,0895

= 0,8796

Chrupki

Kleikowanie żeli skrobiowych 5%

ziemniaczana owsiana

T (oC)

20 40 60 80 100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Zmiany dynamiki molekularnej wody w żelach białek miofibrylarnych z dodatkiem preparatu transglutaminazy

Czasy relaksacji w produktach mięsnych

Zmiany wiązania wody w mięśniach w zależności od zastosowanej

techniki rozmrażania

Zmiany długiej składowej czasu relaksacji spin-spin w funkcji zawartości wody wolnej w mięśniach po nastrzyku

Zmiany wartości czasów relaksacji spin-sieć w zależności od ogólnej zawartości wody w mięśniach po nastrzyku

Zależność czasów relaksacji od stosunku zawartości wody do białka w farszach wędlin drobno rozdrobnionych

W/P

T1 (ms)

T21 (ms)

PODSUMOWANIE

• Niskopolowy NMR jest alternatywną metodą

pozwalającą na analizę parametrów determinujących wiązanie wody w produktach spożywczych i

składnikach żywności.

• Jako nieinwazyjna i nieniszcząca metoda pozwala na obserwację tej samej próby w długim czasie.

Szybkość relaksacji spin-spin 𝑅 ₁ = 1

𝑇 ₁ = 6 20

𝜇 ₀ ² 16𝜋 ²

𝛾 ⁴ ℏ ² 𝑟 ₀ ⁶

𝜏 _𝑐

1 + 𝜛𝜏 _𝑐 ² + 4𝜏 _𝑐

1 + 2𝜛𝜏 _𝑐 ²

𝑅 ₂ = 1

𝑇 ₂ = 3 20

𝜇 ₀ ² 16𝜋 ²

𝛾 ⁴ ℏ ²

𝑟 ₀ ⁶ 3𝜏 _𝑐 + 5𝜏 _𝑐

1 + 𝜛𝜏 _𝑐 ² + 2𝜏 _𝑐

1 + 2𝜛𝜏 _𝑐 ²

𝜏 _𝑐 = 𝜂 4𝜋𝑟 ³ 3𝑘𝑇

𝑇 ₁

𝑇 ₂ = 3

4 𝜛 ² 𝜏 _𝑐 ²

𝝉 _𝒄 = 𝝉 _𝟎 𝒆 ^𝑹𝑻 ^𝑬 ^𝑨