时域核磁共振技术检测单甘酯的化学成分和品质特性的方法研究

Monoglyceride is one of the most commonly used food emulsifiers. Commercial monoglyceride is a mixture of different acylglycerols and fatty acids. The aim of this project is to investigate the NMR T2 relaxation properties of different constituents in monoglyceride and establish a Time-domain NMR based method to detect the chemical composition and quality attributes of monoglyceride. First,T2 distributions of different types of monoglycerides will be measured to identify the effect of fatty acid chain length and double bond on T2 relaxation properties of monoglycerides. Second, T2 relaxation measurement will be performed on monoglycerides, diglycerides, triglycerides, and fatty acids and the effect of the each constituent on the T2 relaxation time of the mixture will be studied. Based on knowledge of the T2 relaxation properties of different monoglycerides, a prediction model for determining the chemical composition of monoglycerides will be established using chemometrics method. In addition, this project will explore the relationship between T2 relaxation properties of monoglycerides and their quality attributes, such as acid value, odine value, and melting point.

单甘酯是食品行业最常用的乳化剂之一。单甘酯产品通常是不同甘油酯和脂肪酸的混合物，它的化学成分对其功能性质有着极大的影响。本项目旨在通过对单甘酯不同化学组分的核磁共振T2 弛豫时间的基础研究，来建立基于时域核磁共振技术的测量单甘酯化学成分和物化性质的方法。首先研究具有不同烃链长度和饱和度的单甘酯的T2 弛豫时间特性，阐明单甘酯的脂肪酸链长和饱和度对单甘酯T2 弛豫时间分布的影响，并且进一步研究单甘酯主要成分的T2 弛豫时间特性，揭示各成分的含量对单甘酯的T2 弛豫时间分布中的影响。在此基础上，利用化学计量法建立基于时域核磁共振数据的定量分析单甘酯中不同种类脂肪酸单甘酯含量，以及单甘酯、甘二酯、甘三酯、脂肪酸含量的化学计量学模型，从而达到分析单甘酯化学成分的目的。另一方面，本项目尝试探索单甘酯的T2 弛豫时间图谱和其品质特性（碘值、熔点酸值）的关系，建立测量单甘酯样品特性的化学计量学模型。

单甘酯作为最常用的乳化剂之一，在食品和制药行业中有着广泛的应用。单甘酯添加剂产品的化学成分较为复杂，通常是不同比例的单甘酯、甘二酯、甘三酯以及脂肪酸的混合物。单甘酯乳化剂的化学成分对其功能性质和应用有着极大的影响。本项目的主要目的是建立基于时域核磁共振技术的快速测量单甘酯化学成分和物化性质的方法。本项目首先研究了不同单甘酯对甘三酯物理特性的影响以建立测量体系；优化了用于测量不同单甘酯样品弛豫特性的检测参数；研究了不同饱和度和链长的单甘酯的T2弛豫时间特性以及酯化合成粗硬脂酸单甘酯的产物中各种成分的T2弛豫时间特性及分布；建立了不同脂肪酸甘油酯的酶法合成方法为核磁共振测量单甘酯物化特性提供原料；另外利用化学计量学建立了基于T2弛豫时间特性的定量分析单甘酯添加剂不同物化性质的模型。研究结果表明：单甘酯中的脂肪酸的烃链链长和饱和度对甘三酯中的不同晶型含量有显著的影响，为了避免引入不同晶型对单甘酯的T2弛豫时间特性的影响，T2弛豫时间的测量都在将样品熔化为液体后进行。不同单甘酯样品的T2弛豫时间随着其中脂肪酸基团的链长和饱和度有规律的发生变化。粗硬脂酸单甘酯混合物中的主产物单甘酯的T2弛豫特性与副产物甘二酯和甘三酯以及剩余反应原料甘油和硬脂酸的T2弛豫特性有着显著的差异，因此低场核磁共振技术可以有效地检测粗硬脂酸单甘酯中的硬脂酸单甘酯成分。在合成甘油酯的研究中，证明了在真空条件下利用酶法催化硬脂酸与甘油反应合成甘油酯的方法适用于多种中长碳链长度和不同饱和度脂肪酸的甘油酯的酯化合成。利用时域核磁共振技术监测酯化反应进度，基于反应混合物的T2弛豫分布参数的线性回归模型可以较为准确地预测合成产物的化学组分。基于T2弛豫时间分布图谱的化学计量学模型表现出了较好地定量分析食品单甘酯样品的物化性质的能力，尤其是食品单甘酯添加剂的熔点、酸价及其甘油酯组分。