核磁共振波谱的应用

食物是由几种化合物和不同组织级别的物理结构。用于食品分析和表征，不仅重要的是化学成分的研究会定义营养成分的含量，也会定义不同的物理分布定义食品物理特性的隔间和结构。食品的物理特性将决定食品的适口性和质地从而获得消费者的认可。当谈到核磁共振时共振（NMR）光谱学是指研究电磁辐射与物质的相互作用。核磁光谱是利用核磁共振现象研究物理、化学和生物特性从微观到宏观。核磁共振波谱是一种非常成功的多用途技术，非常适合与化学计量学，用于食品分析[1]。在本章中，我们将回顾与化学和物理表征相关的几种核磁共振技术。这些技术是1H高分辨率魔术角旋转（1H HR-MAS）提供高分辨率化学光谱，无需提取成分[2]，弛豫测量法，提供有关水的划分、结构和完整性[3]、磁共振成像（MRI）和化学位移成像（CSI），这是水果和蔬菜生理分析的有效工具[4]。这个下一章将首先讨论食物需要衡量什么作为几种用于食品分析的核磁共振技术。这些技术包括1H高分辨率魔术角旋转（1H HR-MAS）、MRI、1D以及二维弛豫、弛豫映射和化学位移成像。我们进一步关注多成分分析的解释，最后给出一些备注关于该领域的前景。

在食用油和其他含脂食品的储存和使用过程中，脂质和氧气发生反应，导致脂质氧化异味和异味的后续开发。准确及时地评估油脂氧化是有效控制食品质量的关键。核磁共振包括1H、13C和31P NMR在内的光谱技术已被用于测定脂质的氧化阶段和质量，以阐明氧化的化学结构产品，并验证氧化机理。核磁共振波谱方法成功用于识别氧化产物，包括初级氧化氢过氧化物和共轭二烯烃等产品以及二次产品，如醛、醇、环氧化合物及其衍生物。1H NMR也可用于通过监测油炸和储存过程中油脂氧化的程度位于油分子反应位点的质子峰面积减少，包括烯烃、双烯丙基和烯丙基质子。13C NMR已用于识别氧化产品以及1H NMR、气相色谱-质谱（GC-MS）和其他方法。31P NMR也被用于评估食用油的氧化以及1H和13C核磁共振波谱。这些方法与传统方法，提供高度可靠、无损、快速的脂质分析氧化。本章将对这些分析方法进行总结。

花色苷是一类重要的天然色素，分布广泛遍及植物王国和食品。它们是相当活泼的化合物参与了水溶液中的几种平衡，并产生了新的类别花青素衍生色素。这种反应性会使所展示的颜色发生变化这在食品和饮料方面尤其有趣。在花青素衍生色素，吡喃花青素最近受到关注20年来，由于其较高的稳定性，主要是通过与前体相比，改变pH值或添加亚硫酸氢盐后花青素。关于吡喃花色苷的第一个挑战是结构解释，由于发现了几个新的化学结构亚类，从第一个发现的亚类开始，相对简单，葡萄素型吡喃红素和其他更多类似黄烷基乙烯基吡喃花色苷或吡喃花色苷的复杂结构二聚体。多维质谱（MSn）和核磁共振（NMR）谱学已经成为解释吡喃花色苷。此外，核磁共振波谱有助于获得有关吡喃花青素水溶液平衡的知识从而有助于解释更高水平背后的分子基础这种花青素衍生色素的稳定性。本文介绍了吡喃花色苷通过描述花青素的反应性和食品和饮料中的花青素衍生色素。审查继续进行吡喃花色苷不同结构的当前知识概述，它们的主要特性与所展示的颜色有关，尤其是它们对改变pH值和亚硫酸氢盐漂白，其反应性，以及食品和饮料中的吡喃花青素。最后，本审查涉及核磁共振波谱在吡喃花青素相关问题中的应用化学，即对不同类别的吡喃-花青素，这些化合物在水平衡中的行为水合和质子转移以及新的吡喃花色苷相关物的形成化合物。

用于酿造红葡萄酒的葡萄皮和种子中的单宁是负责两种主要的涩味和苦味的感觉。收敛是一种触觉，会导致干燥、粗糙和皱缩的口感，而苦味会引起令人不快的苦味。虽然这些味道都是相关的单宁的作用机制大不相同。收敛是由单宁和唾液蛋白质之间的相互作用，而苦味是其结果单宁和舌头上的味觉感受器之间的相互作用。在过去十年，利用核磁共振波谱的各种研究揭示了在分子水平上对涩味感知的理解。我们现在知道单宁的三维结构和胶体状态是单宁与唾液蛋白相互作用机制的关键因素。虽然后者无可否认关于收敛性，直到最近我们才了解到空腔膜和脂肪食物提供的营养素也可能在这方面发挥作用复杂的感官现象。的确，单宁和膜脂在流化技术支持下的最新研究中备受关注对膜的影响取决于单宁的结构。这些发现表明脂质干扰丹宁唾液蛋白和丹宁酸受体的相互作用分别有涩味和苦味。除了在味道上的作用外，单宁抗氧化分子和在更大程度上由人们强烈怀疑食物在许多疾病中起积极作用。鉴于他们抗氧化性能已被广泛证明，其对核磁共振首次显示了抗脂质氧化的膜调查。对单宁在膜中的位置有了新的见解被提议解释其对自由基的抑制作用。此外，a协同作用已被证明是食物多酚的有益作用流行病学研究表明。

定量核磁共振（qNMR）是一种在没有需要一个相同的标准，这被认为是一种主要的比率方法。在特别地，1H NMR的应用已被广泛应用于药用植物提取物中的药物、饮料成分和天然产品因为它的高灵敏度和有机物中广泛存在的氢原子核分子。我们小组此前报道了一种新的1H qNMR技术，该技术能够通过计量溯源性测定分析物的定量值以经认证的参考材料作为内部标准的国际单位制（IS）；这称为AQARI（具有内部参考的精确定量核磁共振物质）。

使用1H进行qNMR还有其他优点，例如样品制备简单、样品消耗，以及快速、无损测量。此外，它是由于高磁场磁体的发展，被广泛认为是一种可靠的技术，以及探针技术和梯度填隙技术的改进以提高灵敏度、分辨率和精度。在日本，使用1H的qNMR核磁共振已被设定为评估参考物纯度的官方方法药品和食品添加剂的物质。

在这篇综述中，我们描述了我们最近关于qNMR适用性的研究使用1H NMR评估有机化合物的纯度和分析复杂混合物。综述的前半部分介绍了使用1H NMR和IS，而下半部分描述了我们最近对商业食品分析试剂和加工过程中几种防腐剂的定量qNMR测定的食物。

与细胞表达系统相比，无细胞蛋白表达系统具有许多优点核磁共振分析中蛋白质的表达和同位素标记方法。无细胞的系统允许快速单日生产毫克的靶蛋白低成本同位素浓缩的生产水平。这些的开放性系统还允许添加有助于折叠和稳定的分子靶蛋白的表达。在本章中，我们简要讨论了可用的无细胞表达系统以及它们是否可以用于靶蛋白的同位素标记，以及新的PCR导向的无细胞表达方法如何帮助快速鉴定表达构建物的产率和溶解度提高。然后我们关注最近大分子核磁共振结构分析中蛋白质的无细胞生产研究进展蛋白质和大分子复合物（包括膜蛋白）。核磁共振这类分子的光谱由于其数量众多，通常难以确定交叉峰和谱线展宽导致信号分辨率和强度损失。一个选择性、组合和分段同位素标记策略的范围无细胞蛋白质合成现在可用于实现残留物特异性和序列特异性核磁共振谱的赋值。靶蛋白的无细胞氘化可以减少谱线展宽问题和立体阵列同位素标记（SAIL）氨基酸可以合并以提供结构确定的NOE约束。无细胞蛋白质合成还允许加入非天然氨基酸，这些氨基酸可以充当核磁共振提供远程信息的探测器。