玉米種皮膳食纖維對(duì)水餃皮內(nèi)部水分分布及其流動(dòng)性的影響

李秀玲　　姜小苓　　茹振鋼　　王岸娜

1.河南科技學(xué)院小麥中心　河南新鄉(xiāng)　4530002.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院　鄭州　450001

玉米種皮膳食纖維對(duì)水餃皮內(nèi)部水分分布及其流動(dòng)性的影響

李秀玲1，2姜小苓1茹振鋼1王岸娜2

1.河南科技學(xué)院小麥中心河南新鄉(xiāng)453000
2.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院鄭州450001

本文采用擠壓處理前后的玉米種皮膳食纖維（cornbrandietaryfiber，CDF）為添加劑，制作成水餃皮，利用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）及其成像技術(shù)（Magnetic Resonance Imaging，MRI）研究CDF對(duì)水餃皮內(nèi)部水分存在狀態(tài)和遷移分布的影響。同時(shí)，按照面粉中的比例，用面筋蛋白和淀粉制作成水餃皮，深入研究擠壓處理前后的CDF對(duì)蛋白質(zhì)-淀粉凝膠體系中水分分布及其流動(dòng)性的影響。利用核磁共振成像技術(shù)進(jìn)行無(wú)損切層成像，可以直觀地觀察到水餃皮中水分的分布和遷移變化，對(duì)提高面制品的品質(zhì)具有重要的意義，為水餃皮的工業(yè)化生產(chǎn)及其保藏提供理論支持和指導(dǎo)依據(jù)。

玉米種皮膳食纖維水餃皮水分分布流動(dòng)性

1　實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1）實(shí)驗(yàn)材料

玉米皮膳食纖維CDF1：實(shí)驗(yàn)室自制；

面粉：鄭州金苑面業(yè)有限公司。

2）主要儀器與設(shè)備

BS-30KA電子天平：上海友聲衡器有限公司；RRH-250型萬(wàn)能高速粉碎機(jī)：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；核磁共振成像系統(tǒng)：上海紐邁電子科技有限公司。

DS32型雙螺桿擠壓機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；B10三功能攪拌機(jī)：上海寶珠機(jī)械科技發(fā)展有限公司；DMT-5型壓面機(jī)：山東龍口復(fù)興機(jī)械制造廠；高級(jí)發(fā)酵箱：廣州市美天廚具電器廠。

2　實(shí)驗(yàn)方法

1）玉米種皮膳食纖維的擠壓處理

參考祝威［1］和王大為［2］等人的方法。將制得的粉多方面的，根據(jù)潤(rùn)滑劑密封性、潤(rùn)滑成本、使用壽命及更換、維護(hù)保養(yǎng)難易程度等性能，來(lái)選擇適合的潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式，可大大減小軸承提前失效的比例，從而提高糧食機(jī)械的生產(chǎn)效率。

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2）面筋蛋白及淀粉的提取

參考李永強(qiáng)等［3］和MacRitchie［4］的方法，從基礎(chǔ)面粉中分離面筋蛋白和淀粉，并測(cè)定其含量，計(jì)算面粉中面筋蛋白與淀粉的比例。

3）水餃皮的制作

水餃皮的制作參考SB/T 10138—1993。制作面粉、面筋蛋白-淀粉（按上述測(cè)定中算得的比例取量）中分別添加2%、5%、8%、10%和12%CDF1和CDF2的水餃皮。

4）IR實(shí)驗(yàn) CPMG實(shí)驗(yàn)和MRI成像實(shí)驗(yàn)

利用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列（Inversion recovery，IR）測(cè)定自旋-晶格弛豫時(shí)間Tl；

利用CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脈沖序列測(cè)定自旋-自旋弛豫時(shí)間T2；

采用MSE成像序列對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)子密度成像。

3　結(jié)果與分析

1）面筋蛋白和淀粉含量測(cè)定結(jié)果

測(cè)得面粉中面筋蛋白的含量為10.78%，淀粉的含量為65.37%，面筋蛋白與淀粉的比值為1：6.06。

2）CDF對(duì)水餃皮質(zhì)子信號(hào)幅度的影響

在面團(tuán)體系中，水分與大分子結(jié)合程度不同，其存在狀態(tài)有所不同［5］。CPMG脈沖序列可以通過(guò)水分與大分子物質(zhì)的結(jié)合程度檢測(cè)到自由度不同的水分的弛豫特性。體系中水分子與大分子結(jié)合弱、流動(dòng)性強(qiáng)，T2值相對(duì)較大；與大分子結(jié)合緊密、流動(dòng)性弱，T2值相對(duì)較小，水分子流動(dòng)性的強(qiáng)弱與弛豫時(shí)間T2值成正比［6，7］。

圖1　CDF1對(duì)水餃皮的質(zhì)子信號(hào)幅度的影響

圖1為添加不同量超聲波提取玉米皮膳食纖維（CDF1）的水餃皮的質(zhì)子信號(hào)幅度。圖中出現(xiàn)三個(gè)峰，表示水餃皮體系中表現(xiàn)出三個(gè)不同的自旋-自旋弛豫時(shí)間T2，分別為T21=0.07～0.87 ms，T22=1.32～9.33 ms，T23=10.72～75.65 ms，說(shuō)明體系中存在狀態(tài)不同的水分。T21和T22只有幾毫秒，說(shuō)明這部分水流動(dòng)性較差，屬于與體系中蛋白質(zhì)、淀粉以及CDF1等大分子結(jié)合較緊密的結(jié)合水；T23屬于流動(dòng)性較大的水分即“自由水”。

CDF1添加量在8%～12%范圍時(shí)，水餃皮中自由水的流動(dòng)性呈減弱趨勢(shì)，CDF1的親水作用使體系中自由水分子的數(shù)量有所減少，且添加量越大，水分子被結(jié)合的能力越強(qiáng)、相對(duì)自由的水分會(huì)越少。此時(shí)，理論上說(shuō)因與CDF1結(jié)合而流動(dòng)受束縛的水分的T22應(yīng)該是增加的，但實(shí)際上在添加量為8%和12%時(shí)，T22有減小的趨勢(shì)，減小的幅度很小。CDF1添加量為10%時(shí)，水餃皮的T22值最大，說(shuō)明添加10%CDF1有利于面筋的充分形成，水餃皮的持水性達(dá)到較好的狀態(tài)。

圖2　CDF2對(duì)水餃皮質(zhì)子信號(hào)幅度的影響

圖2為添加不同量擠壓處理超聲波提取玉米皮膳食纖維（CDF2）的水餃皮的質(zhì)子信號(hào)幅度。圖中出現(xiàn)三個(gè)峰，表示水餃皮體系中表現(xiàn)出不相同的自旋-自旋弛豫時(shí)間T2，說(shuō)明體系中存在狀態(tài)不同的水分，三個(gè)不同的T2值分別為T21=0.09～1.15 ms，T22=1.32～9.33 ms，T23=10.72～57.22 ms。T21和T22表示與體系中大分子物質(zhì)相結(jié)合緊密、流動(dòng)性弱的水分-“結(jié)合水”的自旋-自旋弛豫時(shí)間；T23表示體系中流動(dòng)性強(qiáng)的水分-“自由水”的自旋-自旋弛豫時(shí)間。

隨CDF2添加量的增加，水餃皮中自由水的流動(dòng)性呈減弱趨勢(shì)，說(shuō)明具有親水作用的CDF2使得自由水分子的數(shù)量減少，且添加量越大，水分子被結(jié)合的能力越強(qiáng)，體系中相對(duì)自由的水分會(huì)越少。此時(shí)，反映體系中因與CDF2結(jié)合而流動(dòng)受到束縛的水分的T22相應(yīng)的有所增加。CDF2添加量為12%時(shí)，水餃皮的T23值最小，T22值最大，即體系中水分的自由度較其余添加量最低，說(shuō)明添加12%CDF2有利于面筋的充分形成，水餃皮的持水性達(dá)到較好的狀態(tài)。

綜上可知，擠壓處理的膳食纖維更有利于面團(tuán)面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成及增強(qiáng)水餃皮的持水能力。

3）CDF對(duì)自旋-晶格弛豫時(shí)間（T1）的影響

自旋-晶格弛豫時(shí)間是指自旋質(zhì)子受到激發(fā)后與周圍晶格發(fā)生能量交換，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡所需的時(shí)間，簡(jiǎn)稱T1，所處環(huán)境的物理化學(xué)特性不同，水質(zhì)子表現(xiàn)出的弛豫時(shí)間也不同［8］，食品體系T1的變化從分子的角度揭示了質(zhì)子所處環(huán)境的變化。

圖3為不同CDF1和CDF2的水餃皮的弛豫時(shí)間T1的變化情況。由圖3中a可知，添加量為2%～8%時(shí)，CDF1和CDF2對(duì)水餃皮T1的影響趨勢(shì)相似，T1緩慢減小，CDF1的持水能力較CDF2的弱，固體系中水分流動(dòng)性較強(qiáng)。CDF1和CDF2對(duì)面筋蛋白-淀粉凝膠體系的T1影響趨勢(shì)一致，變化波動(dòng)較大。

圖3　CDF1和CDF2添加量對(duì)水餃皮T1的影響

4）CDF對(duì)自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）的影響

在面團(tuán)這個(gè)復(fù)雜的體系中，其中一部分水分子與蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)結(jié)合；另一大部分水分子以“自由”狀態(tài)存在。自旋-自旋馳豫時(shí)間是指自旋核在外加磁場(chǎng)射頻脈沖的激發(fā)下，自旋系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到橫向熱平衡的過(guò)程所需要的時(shí)間，稱為T2。

圖4中不同CDF1、CDF2添加量的水餃皮的弛豫時(shí)間T2的變化情況。體系中含水量越高，游離的水分就多，水分子的流動(dòng)性就強(qiáng)，表現(xiàn)出來(lái)的T2就越大。添加一定量的CDF能夠提高體系的平均T2，隨添加量的增加，T2呈下降的趨勢(shì)，水分的流動(dòng)性下降，說(shuō)明膳食纖維雖與面筋蛋白和淀粉分子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合水分子，但一定量的膳食纖維能夠促進(jìn)質(zhì)子的流動(dòng)性，提高面團(tuán)中水分的可利用率，增強(qiáng)水餃皮的持水性。添加量為10%時(shí)，面筋蛋白-淀粉體系中的T2有所升高，可能是膳食纖維的添加量過(guò)大時(shí)，一方面會(huì)阻礙面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成和維持；另一方面由于沒(méi)有其他小分子物質(zhì)的填充膳食纖維、面筋蛋白和淀粉形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)孔徑較大，導(dǎo)致水分流動(dòng)性增強(qiáng)。

圖4　CDF1和CDF2添加量對(duì)水餃皮T2的影響

當(dāng)CDF1和CDF2添加量相同時(shí)，在純面團(tuán)體系和面筋蛋白-淀粉凝膠體系中表現(xiàn)出來(lái)的自旋-自旋弛豫特性不同。在純面團(tuán)體系中，添加CDF1后水餃皮的T2值比添加CDF2的T2值大，說(shuō)明添加CDF1的水餃皮中自由水的含量相對(duì)較高，這可能與CDF2具有較強(qiáng)的結(jié)合、保持水分的能力有關(guān)［9］。

5）水餃皮MRI圖像

食品中的水分與其他組分相結(jié)合的性質(zhì)會(huì)直接影響食品的品質(zhì)。利用NMR/MRI對(duì)面團(tuán)進(jìn)行無(wú)破壞切層成像，研究CDF添加量對(duì)水餃皮中水分的分布和質(zhì)子流動(dòng)性的影響。不同體系的水的氫質(zhì)子所處物理化學(xué)環(huán)境不同，導(dǎo)致其弛豫時(shí)間不同。成像中單位體積質(zhì)子密度大，信號(hào)強(qiáng)，反之質(zhì)子密度小，信號(hào)弱［8］。通過(guò)氫質(zhì)子密度圖像可以直觀地看到自旋質(zhì)子的分布情況以及自旋質(zhì)子數(shù)量的多少。

從圖5可以看出，水餃皮樣品切層中質(zhì)子的分布不均勻，隨著CDF1添加量的增加，圖像信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)?？瞻讟樱ú惶砑覥DF1）中檢測(cè)到的質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度較弱。說(shuō)明添加吸水性和持水力較強(qiáng)的CDF1后，體系中質(zhì)子的數(shù)量增加，質(zhì)子的流動(dòng)性和水餃皮的持水性增強(qiáng)，體系中質(zhì)子產(chǎn)生的弛豫信號(hào)增強(qiáng)。CDF1添加量為10%時(shí)，水餃皮切層MRI圖像的弛豫信號(hào)較強(qiáng)，說(shuō)明膳食纖維的過(guò)多加入，導(dǎo)致面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成不完全，一些水分游離于面筋網(wǎng)絡(luò)之間，自由度較大，弛豫信號(hào)比與淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合的水分的弛豫信號(hào)強(qiáng)［10］。隨著CDF1的繼續(xù)添加，膳食纖維吸水的過(guò)多水分會(huì)破壞面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致整體信號(hào)幅度的下降。

圖5　　面粉制作的水餃皮中添加不同量CDF1的MRI圖像

從圖6可以看出，水餃皮樣品切層中質(zhì)子分布均勻，隨著CDF2添加量的增加，圖像的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。空白樣（不添加CDF2）中檢測(cè)到的質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度較弱。說(shuō)明添加了水合作用較強(qiáng)的CDF2后，體系中質(zhì)子的數(shù)量增加，質(zhì)子的流動(dòng)性和水餃皮的持水性增強(qiáng)，體系中質(zhì)子產(chǎn)生的弛豫信號(hào)增強(qiáng)。CDF2添加量為12%時(shí)，水餃皮切層MRI圖像表現(xiàn)出很強(qiáng)的弛豫信號(hào)。

CDF1和CDF2添加量相同時(shí)，CDF2的水餃皮樣品的MRI圖像的信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，說(shuō)明CDF2對(duì)體系中質(zhì)子流動(dòng)性和水餃皮持水性的增強(qiáng)作用更加顯著。可能是CDF2的強(qiáng)親水性減弱了水分與蛋白質(zhì)、淀粉等大分子的結(jié)合，使環(huán)境中的質(zhì)子數(shù)增多的緣故。

圖6　　面粉制作的水餃皮中添加不同量CDF2的MRI圖像

從圖7可以看出，水餃皮樣品切層中質(zhì)子的分布比較均勻，CDF1添加量在2%～5%時(shí)，體系中質(zhì)子數(shù)增加，圖像的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；添加量為8% ～10%時(shí)，圖像信號(hào)強(qiáng)度呈減弱趨勢(shì)。空白樣（不添加CDF1）中檢測(cè)到的質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度較弱。這說(shuō)明，水餃皮中添加一定量CDF1后，吸水性強(qiáng)的膳食纖維有助于面筋蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和維持，吸水溶脹的淀粉顆粒 較均勻地分布在面筋網(wǎng)絡(luò)上，體系中質(zhì)子的數(shù)量增加，體系中質(zhì)子的流動(dòng)性和水餃皮的持水能力增強(qiáng)，體系中質(zhì)子產(chǎn)生的弛豫信號(hào)增強(qiáng)。當(dāng)CDF1添加過(guò)多時(shí)，膳食纖維對(duì)面團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生惡化作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)持水力下降，整個(gè)體系中自由水含量增加，水分在蒸制的過(guò)程中容易蒸發(fā)散失，這與T2得到的結(jié)果一致。

圖7　　面筋蛋白和淀粉制作的水餃皮中添加不同量CDF1的MRI圖像

從圖8可以看出，水餃皮樣品切層中質(zhì)子的分布比較均勻，CDF2添加量在2%～8%時(shí)，體系中質(zhì)子數(shù)增加，圖像的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；添加量為10%時(shí)，圖像信號(hào)強(qiáng)度減弱?？瞻讟樱ú惶砑覥DF2）中檢測(cè)到的質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度較弱。這說(shuō)明，水餃皮中添加一定量CDF2后，吸水性強(qiáng)的CDF2有助于面筋蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和維持，并且可包裹淀粉顆粒等小分子，同樣增加了體系中質(zhì)子的數(shù)量，且改善了質(zhì)子的可流動(dòng)性，增強(qiáng)了水餃皮的持水性，使得質(zhì)子產(chǎn)生的弛豫信號(hào)增強(qiáng)。當(dāng)CDF2添加量過(guò)多時(shí)，膳食纖維對(duì)的惡化作用使面團(tuán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)持水力下降，整個(gè)體系中自由水含量增加，水分在蒸制的過(guò)程中容易蒸發(fā)散失，這與T2得到的結(jié)果一致。

圖8　　面筋蛋白和淀粉制作的水餃皮中添加不同量CDF2的MRI圖像

比較圖7和圖8，在面筋蛋白和淀粉中添加CDF2的水餃皮樣品的切層中質(zhì)子的分布比添加CDF1的水餃皮樣品的切層中質(zhì)子的分布更加均勻。而且在添加量相同時(shí)，添加了CDF2的水餃皮樣品的MRI圖像的信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，說(shuō)明CDF2對(duì)體系中質(zhì)子流動(dòng)性和水餃皮持水性的增強(qiáng)作用更加顯著。這可能與擠壓處理過(guò)的膳食纖維其持水能力更強(qiáng)有關(guān)系。

4　結(jié)論

水餃皮中存在流動(dòng)性不同的水分，其中一部分是與體系中蛋白質(zhì)、淀粉等大分子結(jié)合比較緊密、流動(dòng)性較弱的水分，結(jié)合水；另一部分是流動(dòng)性較大的水，自由水。

在水餃皮中添加8%～12%CDF1，2%～12% CDF2后，膳食纖維的親水作用使體系中自由水分子的數(shù)量有所減少，水餃皮中自由水的流動(dòng)性減弱，且添加量越大，水分子被結(jié)合的能力越強(qiáng)，體系中相對(duì)自由的水分會(huì)越少。

當(dāng)CDF1和CDF2添加量相同時(shí)，純面團(tuán)體系和面筋蛋白-淀粉凝膠體系表現(xiàn)出來(lái)的自旋-自旋弛豫特性不同。在純面團(tuán)體系中，添加CDF1后水餃皮的T2值比添加CDF2的T2值大。

空白樣（不添加CDF1、CDF2）中檢測(cè)到的質(zhì)子的信號(hào)強(qiáng)度較弱。隨著CDF1、CDF2添加量的增加，水餃皮切層MRI圖像的信號(hào)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。添加10%CDF1和12%CDF2的水餃皮切層MRI圖像表現(xiàn)出很強(qiáng)的弛豫信號(hào)。添加CDF2的水餃皮樣品切層中質(zhì)子分布較添加CDF1的均勻。在CDF1和CDF2添加量相同時(shí)，添加了CDF2的樣品的MRI圖像的信號(hào)強(qiáng)度更強(qiáng)，對(duì)體系中質(zhì)子流動(dòng)性和樣品持水性的增強(qiáng)作用更加顯著。

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TS 213.29，TS 211.4+3

B

1674-5280（2016）01-0011-05

2015-11-03

李秀玲（1984—），女，碩士研究生，河南科技學(xué)院小麥中心，研究方向：小麥及小麥粉品質(zhì)檢測(cè)及研究。