核磁共振(NMR)是一種非常靈敏的分析方法。它能用來(lái)研究在冷凍糖類、蛋白質(zhì)水溶液及咖啡萃取物的過(guò)程中水的行為方式。用NMR有可能確定水是否與其他分子（例如：蛋白質(zhì)）結(jié)合和能否凍結(jié)，以及在從低于和高于Tg。的較低的溫度開(kāi)始的加熱過(guò)程，崩塌溫度是如何影響未凍結(jié)水和高度濃縮溶液的玻璃體的變化。
NMR分光鏡（圖4-34所示為一種商用裝置)利用了一些原子核具有非常不同于質(zhì)子、氫原子核，以及13C、31P、14N和33S中的磁矩這一事實(shí)。正如量子力學(xué)所描述的那樣，外部磁場(chǎng)分成不同的能級(jí)。其尺寸及寬度由公式(4-1)確定。
△E=μBgHeff (4-1)
式中，μB為核磁子；g為常數(shù)(與所給原子核磁性質(zhì)量的特性有關(guān))；Heff是原子所在位置磁場(chǎng)的有效強(qiáng)度。轉(zhuǎn)化能力可用電磁輻射的頻率描述:
△E=hf
式中，h為普朗克常數(shù)；f為輻射頻率。
或者
△E=hc/入
式中，c為光速；入為波長(zhǎng)。
不同能級(jí)間的能量的差異取決于外部磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。用60MHZ、10OMHz或270MHz的頻率利用NMF法測(cè)量質(zhì)子，磁場(chǎng)強(qiáng)度必須為
14.1X103Gs,23.5X103Gs,63.4X103Gs。最后一個(gè)值只有用超導(dǎo)磁體才有可能達(dá)到。雖然其他原子核的磁矩均小于質(zhì)子的，但仍需要更高的盛場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)電磁定律，原子核的磁矩是由旋轉(zhuǎn)電荷產(chǎn)生的。這種旋轉(zhuǎn)在量子力學(xué)中用原子核的自旋（S)描述。自旋只能是不連續(xù)的，定義的能級(jí)與磁場(chǎng)方向平行或垂直(S=土1/2)，如果S在躍遷時(shí)不改變（△S=0)且自旋的發(fā)射沿著磁場(chǎng)士1(△Sz=士1)方向變化，才有可能發(fā)生（其發(fā)生具有一定的偶然性)躍遷，例如到更高的能級(jí)（吸收）。如果帶有磁矩的樣品在外磁場(chǎng)中用超短波發(fā)射，只有規(guī)定波長(zhǎng)和能量的射線可被吸收。這個(gè)波被長(zhǎng)在給定的外磁場(chǎng)下表征獨(dú)立的原子核的特性。
在分子的中心部分（例如質(zhì)子），外部磁場(chǎng)的變化因數(shù)表征分子的特性。獨(dú)立的質(zhì)子的共振頻率的位移在某種程度上取決于質(zhì)子所在的化合物的特性。這種位移叫共振頻率的化學(xué)位移（在給定的外部磁場(chǎng)條件下）。
化學(xué)位移比較小，例如對(duì)于質(zhì)子為所用頻率的30×10-6，如果所用頻率為100MHz(108Hz),10×10-6就是103Hz。 這種位移通常情況是無(wú)法絕對(duì)地測(cè)量的，但是可與參考物質(zhì)的已知頻率相比，例如四甲基硅烷(TMS)質(zhì)子。共振面積與引起共振的原子核的數(shù)量成正比。
除了共振線的化學(xué)位移之外，在一定條件下，共振線有可能分為兩條或更多條。這反映了磁場(chǎng)中周圍原子核中兩個(gè)或多個(gè)相鄰原子自旋方向的影響。所分的大小叫耦合常數(shù)J，J表示原子核間影響的質(zhì)量，而分成的線的數(shù)量和強(qiáng)度表示受到影響的原子核的數(shù)量。由于原子核所處位置磁場(chǎng)雖然是常數(shù)，但有輕微的變化，所以，NMR頻譜的線不是無(wú)窮小的，而是有一定寬度的。在高頻脈沖停止以后，早期的平衡通過(guò)磁噪聲和系統(tǒng)的弛緩過(guò)程恢復(fù)。Bloch用兩個(gè)特性數(shù)：tSGR(自旋-晶格弛緩時(shí)間)和tSSR(自旋-自旋弛緩時(shí)間)將有可能的兩種弛緩過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。諧振譜線寬的一半是在頂峰值1/ tSSR的一半時(shí)測(cè)得的。如圖4-35所示，對(duì)于非常小的分子相關(guān)時(shí)間tc、tSGR和tSSR是相同的。相關(guān)時(shí)間為分子穿過(guò)與自身直徑相同的距離時(shí)所需的時(shí)間；這是對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。
Nagashima和Suzuki利用NMR說(shuō)明了UFW、TC、冷卻速率和冷凍之前的濃度之間的相互關(guān)系。測(cè)量了UFW的量gH20/g干燥物質(zhì))，例如含25%固體的咖啡萃取物(圖4-36)，在-20℃，UFW的含量～30%(0.3g/g)，但是在-50℃時(shí)降到0.1g/g。在-20℃以上UFW的量增加得相當(dāng)快。在-20℃以上凍干時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)崩塌。作者證明，甘露醇快速冷凍(3～5℃/min)后，在復(fù)溫過(guò)程中可看到甘露醇的結(jié)晶。UFW增加到50%，而后水結(jié)晶，UFW減少到只有百分之幾，測(cè)得的結(jié)晶溫度與利用DSC所測(cè)得的其他報(bào)告一致(例如，Hatley)。在慢速冷凍過(guò)程，甘露醇結(jié)品，且沒(méi)有滯后現(xiàn)象（圖4-37）。圖4-38表示了日本豆面醬油UFW的關(guān)系曲線。在-50℃，濃度為52.7%時(shí)，UFW大約為5個(gè)計(jì)量單位，然而濃度為26.4%時(shí)，普通產(chǎn)品中的UFW大約為2個(gè)計(jì)量單位，濃度為13.2%時(shí)，只有大約0.6個(gè)計(jì)量單位的UFW不凍結(jié)。
