科研进展 | 利用新型时域核磁共振技术,研发出快速、无标记食用橄榄油分析方法

2023-01-06
195
正文字体:

橄榄油(OO)是人类历史上最古老、最重要的商业性食用油之一。依据其脂肪酸(FA)组成、游离脂肪酸(FFA)、酸值(AV)、酚类化合物的浓度等微量化合物含量及其他组分的不同,橄榄油通常分为特级初榨橄榄油(EVOOs)、中级初榨橄榄油(VOOs),或由初榨橄榄油与精炼橄榄油(refined OOs)混合而成的混合橄榄油。按饱和程度,脂肪酸可分为饱和脂肪酸(SAFA) ,单不饱和脂肪酸(MUFA)和多不饱和脂肪酸(PUFA)。初榨橄榄油因其丰富的营养价值及独特的感官风味,其市场需求和市值一路攀升,如今已沦为世界上最大的食品造假行业。特级初榨橄榄油,作为橄榄油中的精品,却常被以次充好或与劣质油混合推出市面销售,存在极大的食品安全隐患。

近日,松山湖材料实验室精密医学工程团队联合(欧盟)伊比利亚国际纳米技术实验室在npj. Science of Food发表题为Novel time-domain NMR-based traits for rapid, label-free Olive oils profiling的文章,介绍了一种利用新型时域核磁共振技术所研发的快速、无标记食用橄榄油分析方法。

​研究者的最新研究证明,利用二维时域核磁共振技术可以对食用油的理化成分进行分类,这比传统方法具有更高的准确性。这是一种低场核磁共振基于配对纵向弛豫时间(T1)与横向弛豫时间(T2)的及时检测分析法,该检测法能有效地提高检测的敏感性和特异性。其基本原理是量度并聚合一个特定标签的每一个维度的累积特征,这也类似于由放射学所发展而来的放射组学。

研究者们已证实,他们所研发的基于新型时域核磁共振技术的表型分析法可用于鉴别橄榄油。通过其自主研发的小型台式核磁共振波谱仪,仅需一微滴的橄榄油样品,即可实现橄榄油品质种类的快速鉴别,全过程无需对样品进行标记或预处理。研究发现,正是橄榄油中的物化成分及其分子微环境的细微差异引发了时域核磁共振谱中弛豫机制的实质性变化。利用机器学习算法可以分析出,使用T1弛豫和T2弛豫对样本进行检测的敏感度和特异度都非常高,AUC值为0.95;同时,利用近红外光谱技术检测的AUC值为0.84,而利用紫外-可见分光光度法检测的AUC值为0.73——新检测技术的AUC值远高于目前的金标准。与此同时,该检测技术在用于鉴别样品原产地的功能上也具有更加优异的表现。

 

基于新型时域核磁共振技术研发的食用油原产地鉴别法:A.基于自有NMR技术分析结果所描绘的进化树,为利用AUC模型分析所得——AUC算法结果显示出三种地区特异性(伊比利亚、希腊、意大利),并将两相邻国家:葡萄牙与西班牙归类为无差异性的一个地区(伊比利亚地区),证明地理位置对基因存在影响。B.利用ROC曲线所呈现的不同国家样本间的AUC指标分布状态。C.以热力图所呈现的各个品牌食用油通过自有NMR系统测量所得。层次聚类是依据样本平均值的欧氏距离(介乎T1、T2弛豫、A比例)所得。D.不同产地样本的T1-T2磁态。

这种新型的时域核磁共振检测法造价低廉,可用于即时检测,便利用户使用。该研究工作展示了固有技术与新兴技术结合的成功。这也是一种崭新的智能分析方法,为食品科学界研究提供了一套更新颖的解决方案。

松山湖材料实验室精密医学工程团队负责人PENG WENG KUNG(方永强)为通讯作者;其硕士研究生,来自(欧盟)伊比利亚国际纳米技术实验室的Vasco Rafael dos Santos为第一作者。上述工作得到了松山湖材料实验室启动经费的项目支持(Y1D111M511)。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41538-022-00173-z

撰稿:精密医学工程团队