脉冲式低解析度核磁共振仪

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1、脈衝式低解析度核磁共振儀對水果糖度量測之應用國立台灣大學生物產業機電工程學系郭彥甫林達德目錄一.前言二.實驗材料與方法三.結果與討論四.結論一、前言果汁口感為水果分級之重要指標水果果汁中可溶固形物(SolubleSolidsContent,SSC)的主要成分為糖、酸、礦物質、果膠、蛋白質等。對大部分的水果而言，最主要的成份為糖。食物名稱熱量Kcal水分g粗蛋白g粗脂肪g醣類g粗纖維g膳食纖維g柳橙43880.80.210.60.52.3葡萄57840.70.214.70.30.6資料來源：行政院衛生署台灣地區食品營養成份資料庫每百克柳橙、葡萄中主要成份含量柳

2、橙、葡萄中果糖、蔗糖、葡萄糖含量食物名稱全糖量g果糖g蔗糖g葡萄糖g柳丁12.143.704.663.42葡萄15.157.8607.29資料來源：台大農化系劉慧瑛老師果汁中可溶固形物的量越多表示糖的含量越多果汁中可溶固形物越多則果汁中水分子的擴散速率越低，即其自我擴散系數(Self-DiffusionCoefficient,Dw)越小利用量測果汁的自我擴散係數預測果汁中糖的含量二、實驗材料1.糖類水溶液：果糖、蔗糖、葡萄糖以化學藥品取適當重量百分濃度配成2.市售果汁：葡萄汁、柳橙汁先經過離心(2000rpm,10min)與過濾(1號濾紙,10μm)利用冷凍將

3、果汁濃縮，再加入蒸餾水取適當濃度間隔配成3.新鮮水果：葡萄、柳橙以單粒為單位，經離心過濾步驟而得實驗方法實驗儀器脈衝式核磁共振儀(PulsedNMR)20MHz,0.47Tesla,Magnet40℃脈衝梯度單元(PulsedGradientUnit)0~2Tesla/m水浴循環機(WaterBath)溫度控制–10~80℃熱電偶(ThermalCouple)PCPulsedGradientUnitE-BoxTemperatureControlledWaterBathThermalCoupleProbePFG-NMR系統架構圖脈衝梯度磁場核磁共振技術其中A(2

4、τ)＝脈衝梯度磁場在2τ時的迴響強度A0(2τ)＝自旋迴響在2τ時的迴響強度γ＝迴轉磁率(gyromagneticratio)Ｇ＝脈衝梯度磁場大小(T/m)δ＝脈衝梯度磁場時間長度(s)Δ＝兩脈衝梯度磁場間的時間間隔(s)Ｄ＝自我擴散係數(m2/s)Stejskal,1965自旋迴響脈衝序列(Spin-Echo)90oRFPulse180oRFPulseEchoTimeτ2τA0(2τ)脈衝梯度磁場脈衝序列δΔτ90oRFPulse180oRFPulseEchoTimeGGδA(2τ)三、結果與討論50℃40℃30℃20℃10℃0℃果糖水溶液50℃40℃30℃

5、20℃10℃0℃柳橙果汁樣本柳橙汁葡萄汁果糖水溶液葡萄糖水溶液蔗糖水溶液溫度(℃)DW/oBrix(10-11m2/soBrix)DW/oBrix(10-11m2/soBrix)DW/oBrix(10-11m2/soBrix)DW/oBrix(10-11m2/soBrix)DW/oBrix(10-11m2/soBrix)50-7.81-8.12-7.18-7.46-7.4640-6.07-6.81-6.02-6.23-6.2030-5.25-5.40-4.95-5.03-4.9420-4.00-4.32-3.93-3.98-3.8110-2.98-3.21-3

6、.00-3.03-2.930-2.24-2.44-2.13-2.24-2.13假設溶液的糖度Ｂ(oBrix)為溫度Ｔ(℃)及自我擴散係數Ｄ(×109㎡/s)之函數。由於糖度與擴散係數成線性關係可假設：糖度經驗方程式其中α(T)、β(T)分別為線性回歸之斜率與截距。再利用兩次非線性回歸求出α、β與溫度Ｔ之關係，因此可得：或γ、δ、ε、ζ、η、θ為常數利用TableCurve3D進行非線性曲面迴歸，並以下列原則選取方程式：1.方程式要有廣泛性，對五種樣本皆適用2.對五種樣本的R2均要大於0.993.方程式係數越少越好糖度迴歸曲面方程式其中α、β、γ、δ、ε、ζ為常

7、數糖度迴歸曲面方程式立體圖兩種糖度方程式平均誤差之比較樣本柳橙汁葡萄汁果糖水溶液葡萄糖水溶液蔗糖水溶液預測方式(oBrix)(oBrix)(oBrix)(oBrix)(oBrix)糖度經驗方程式0.4430.3740.5820.5670.644糖度迴歸曲面方程式0.4380.3870.3710.2680.330三種預測水果糖度方式之比較樣本糖度範圍(oBrix)預測方式(oBrix)(oBrix)單粒柳橙8~14單一溫度線性迴歸0.7690.881糖度經驗方程式0.7700.881糖度迴歸曲面方程式0.7300.858單粒葡萄15~19單一溫度線性迴歸0.28

8、20.534糖度經驗方程式0.2430