竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性、水分分布和微觀結(jié)構(gòu)的影響

張 華，李銀麗，李佳樂，趙學(xué)偉，白艷紅，張艷艷*

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南省食品生產(chǎn)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002）

竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性、水分分布和微觀結(jié)構(gòu)的影響

張 華，李銀麗，李佳樂，趙學(xué)偉，白艷紅，張艷艷*

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南省食品生產(chǎn)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002）

本實(shí)驗(yàn)比較竹筍膳食纖維、米糠膳食纖維和大豆膳食纖維的功能和理化特性，結(jié)果顯示竹筍膳食纖維的持水性、持油性、膨脹性、對(duì)NO2-和膽固醇的吸附能力分別為17.85 g/g、10.14 g/g、9.63 mL/g、4.82 μmol/g和6.88 mg/g，均遠(yuǎn)高于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維。研究不同竹筍膳食纖維添加量對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性、水分分布以及微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)竹筍膳食纖維的添加使得冷凍面團(tuán)的彈性模量和黏性模量得到提高；竹筍膳食纖維改變了冷凍面團(tuán)的水分分布，顯著縮短冷凍面團(tuán)峰T22的弛豫時(shí)間，增強(qiáng)了面團(tuán)的持水能力；掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，竹筍膳食纖維改變了冷凍面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)，使其淀粉顆粒與面筋網(wǎng)絡(luò)排列更加均勻。本研究將為竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)的改良提供理論依據(jù)。

竹筍膳食纖維；冷凍面團(tuán)；流變特性；水分分布；微觀結(jié)構(gòu)

冷凍面團(tuán)工藝是針對(duì)面包、蛋糕、西點(diǎn)或中點(diǎn)的生產(chǎn)制作，對(duì)已進(jìn)行拌粉、和面、加工成型后的面團(tuán)進(jìn)行冷凍的工藝，待用時(shí)將冷凍后面團(tuán)解凍處理，進(jìn)入后續(xù)加工工序，直至制成成品為止。近幾年，我國(guó)對(duì)冷凍面團(tuán)的需求量逐漸增大，但是冷凍面團(tuán)或面制品存在的不足之處也日益凸顯，如目前市售速凍面制品普遍存在開裂、口感不好、結(jié)構(gòu)粗糙等缺陷，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品的品質(zhì)[1]。

研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維的添加可以改善面團(tuán)品質(zhì)。錢海峰等[2]綜述了高膳食纖維面制主食的研究進(jìn)展，介紹了添加膳食纖維對(duì)面制品的粉質(zhì)、拉伸等流變特性的影響及其作用機(jī)理。Aravind[3]和李丹丹[4]等研究了菊粉在意大利面和饅頭中的應(yīng)用，得出了不影響意大利面和饅頭感官的菊粉最大添加量。王岸娜等[5]研究了玉米種皮膳食纖維在餃子皮中的應(yīng)用，其適宜的添加量范圍為5%～8%。Sabanis等[6]研究發(fā)現(xiàn)添加玉米和燕麥膳食纖維到無(wú)谷蛋白面包中，可以顯著增加面包體積、提高面包心柔軟度、改善產(chǎn)品的可接受度。

竹筍是禾本科竹亞科植物，含有大量膳食纖維，占竹筍鮮質(zhì)量的2.23%～4.20%，其膳食纖維含量高于大部分蔬菜，是膳食纖維良好的來(lái)源[7-8]。竹筍膳食纖維具有優(yōu)良的理化特性：良好的持水性、持油性、溶脹性；能夠吸附膽固醇和NO2-；對(duì)重金屬具有束縛作用[9-10]?，F(xiàn)有關(guān)于竹筍膳食纖維的研究主要集中在制備、改性和功能性質(zhì)方面[11-13]。

本研究將竹筍膳食纖維添加到面粉中，研究其對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性的影響，從冷凍面團(tuán)水分分布和微觀結(jié)構(gòu)變化的角度揭示竹筍膳食纖維改善冷凍面團(tuán)加工性能的原因，以期為改良冷凍面制品品質(zhì)、開發(fā)富含膳食纖維的功能性食品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹筍膳食纖維、米糠膳食纖維和大豆膳食纖維由浙江耕盛堂生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司提供，原料真空冷凍干燥24 h，超微粉碎后，過(guò)100 目篩備用。面粉（蛋白質(zhì)含量9.0%、脂肪含量1.5%、水含量12.8%），由中糧（鄭州）糧油工業(yè)有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

Discovery流變儀 美國(guó)TA儀器公司；NM120低場(chǎng)核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；JSM-6490LV掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司；DZM-140型電動(dòng)壓面機(jī) 永康市海鷗電器有限公司；XLF-30C氣流粉碎機(jī) 廣州旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；LGJ-10冷凍干燥機(jī) 河南兄弟儀器設(shè)備有限公司；HWS-080型恒溫醒發(fā)箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維功能性質(zhì)的測(cè)定

膳食纖維的持水性、持油性、膨脹性、陽(yáng)離子交換能力、對(duì)NO2-及膽固醇的吸附作用（pH 2）的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]的方法進(jìn)行。

1.3.2 冷凍面團(tuán)的制備

稱取1.0 kg面粉，分別加入0.0%、1.0%、1.5%、2.0%竹筍膳食纖維（以面粉質(zhì)量計(jì)），混合均勻，然后加入面粉質(zhì)量1%的食鹽及42%的水，使其形成干濕均勻的松散顆粒面團(tuán)，和面5 min，在恒溫醒發(fā)箱內(nèi)醒發(fā)30 min（溫度30 ℃、相對(duì)濕度85%）后，分別制備成直徑約40 mm的面團(tuán)，用保鮮膜包裹后置于速凍機(jī)至面團(tuán)中心溫度為-18 ℃時(shí)，停止冷凍，將冷凍面團(tuán)貯藏在-18 ℃的冰箱內(nèi)。

1.3.3 冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性的測(cè)定

將冷凍面團(tuán)置于30 ℃、相對(duì)濕度85%的培養(yǎng)箱中解凍1 h后，參照王雨生等[15]的方法對(duì)冷凍面團(tuán)進(jìn)行拉伸特性的測(cè)定。

1.3.4 冷凍面團(tuán)水分分布的測(cè)定

采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列測(cè)定樣品的橫向弛豫時(shí)間（T2）。將冷凍面團(tuán)樣品置于永久磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈的中心，進(jìn)行CPMG脈沖序列實(shí)驗(yàn)。CPMG序列采用的參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)TD為24 112、回波個(gè)數(shù)C0為1 200、重復(fù)掃描次數(shù)NS為8、半回波時(shí)間TE為0.201 ms。利用T2_FitFrm軟件調(diào)用CPMG序列反演得到各樣品的波譜圖和T2值。

1.3.5 冷凍面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)分析

參照劉國(guó)琴等[17]的研究方法，將冷凍面團(tuán)冷凍干燥后，切成0.5 cm×0.5 cm×0.2 cm的方塊后，噴金固定于載物臺(tái)上，用掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin 8.5軟件整理數(shù)據(jù)和作圖。采用SPSS 16.0軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和皮爾森相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹筍膳食纖維功能特性

表1 膳食纖維的功能特性Table 1 Functional properties of three kinds of dietary fi ber

持水力、持油力、膨脹力、陽(yáng)離子交換能力、對(duì)NO2-及膽固醇的吸附能力是膳食纖維重要的理化特性。從表1可以看出，竹筍膳食纖維的持水力和持油力遠(yuǎn)大于大豆膳食纖維和米糠膳食纖維（P＜0.05），對(duì)NO2-和膽固醇的吸附能力也優(yōu)于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維（P＜0.05）。這是因?yàn)橹窆S膳食纖維具有超精細(xì)的納米級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有大量的親水性基團(tuán)，使竹筍膳食纖維的持水力遠(yuǎn)大于普通膳食纖維[18]。但是，竹筍膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力與米糠膳食纖維和竹筍膳食纖維相比并沒有顯著的優(yōu)勢(shì)（P＞0.05）。

綜上所述，竹筍膳食纖維與常用的米糠膳食纖維和大豆膳食纖維相比具有更強(qiáng)的持水力、持油力、膨脹力、NO2-和膽固醇吸附能力，在面制品中具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

圖1 竹筍膳食纖維添加量對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性的影響Fig. 1 Effect of BSDF on rheological properties of frozen dough

彈性模量（G’）是指儲(chǔ)存在物質(zhì)中的或經(jīng)過(guò)一個(gè)振動(dòng)周期的正弦形變后所恢復(fù)的能量，它代表物質(zhì)的彈性本質(zhì)；黏性模量（G”）是指每個(gè)周期的正弦形變所消耗或損失的能量，它代表物質(zhì)的黏性本質(zhì)。面團(tuán)是一種具有黏彈性的材料，既具有黏性流體的某些性質(zhì)，也具有彈性固體的某些特性[19]。由圖1可知，隨著冷凍面團(tuán)中竹筍膳食纖維添加量的增大，冷凍面團(tuán)的彈性模量和黏性模量也逐步增大。而添加竹筍膳食纖維后，冷凍面團(tuán)的損耗角正切（tan α）下降，且隨著頻率的增加，損耗角正切基本呈增加的趨勢(shì)。這說(shuō)明竹筍膳食纖維的添加，更有利于面團(tuán)中彈性模量的增加。

竹筍膳食纖維能夠通過(guò)自身的親水作用以及與面粉中淀粉相互作用形成復(fù)合物，改善面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙面團(tuán)中水分遷移，增強(qiáng)面團(tuán)的持水性，從而提高面團(tuán)的黏彈性，這可能是添加竹筍膳食纖維后冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性改變的原因。

2.3 竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)水分分布的影響

圖2 不同竹筍膳食纖維添加量對(duì)冷凍面團(tuán)弛豫時(shí)間T2的影響Fig. 2 Effect of BSDF on water distribution of frozen dough determined by low fi eld nuclear magnetic resonance

表2 不同竹筍膳食纖維添加量對(duì)冷凍面團(tuán)3 種狀態(tài)水相對(duì)百分含量的影響Table 2 Effect of BSDF addition on the contents of three forms of moisture in frozen dough

低場(chǎng)核磁共振作為一種新型的無(wú)損檢測(cè)方法被廣泛用于研究食品中的水分狀態(tài)、分布及組成和遷移規(guī)律等[20-24]；從冷凍面團(tuán)的T2圖譜可以看出（圖2），冷凍面團(tuán)的T2在1～90 ms內(nèi)分布有3 個(gè)峰，其中第1個(gè)峰（T21）代表深層結(jié)合水，主要是與淀粉或面筋蛋白緊密結(jié)合的水；而第2個(gè)峰（T22）表示弱結(jié)合水，流動(dòng)性介于深層結(jié)合水和自由水之間，此部分水結(jié)合于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子之間；第3個(gè)峰（T23）代表冷凍面團(tuán)中的自由水[25-28]。各峰面積與總積分面積的比值（分別記為A21、A22、A23）為各組分水的相對(duì)百分含量（表2）。從圖2可以看出，T22為主峰，這表明冷凍面團(tuán)的水分分布以弱結(jié)合水為主。添加了竹筍膳食纖維的冷凍面團(tuán)的T22峰要弱于對(duì)照樣品（竹筍膳食纖維添加量為0.0%），這表明含竹筍膳食纖維的冷凍面團(tuán)水分的流動(dòng)性較弱，水分與其他組分的結(jié)合更為緊密，冷凍面團(tuán)的持水力更強(qiáng)。由表2還可知，添加竹筍膳食纖維后冷凍面團(tuán)的深層結(jié)合水含量下降、弱結(jié)合水含量上升、自由水含量上升，這可能是因?yàn)橹窆S膳食纖維良好的親水性、較強(qiáng)的持水性，使其與面團(tuán)中面筋蛋白和淀粉爭(zhēng)奪水分，從而改變了冷凍面團(tuán)水分分布的狀態(tài)。冷凍面團(tuán)水分分布狀態(tài)的改變直接影響了冷凍面團(tuán)解凍后的彈性和黏性。

2.4 竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖3 竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig. 3 Effects of BSDF on the microstructure of frozen dough

面團(tuán)是由淀粉與蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成的體系，大小不同的圓形顆粒為面團(tuán)中的淀粉顆粒，淀粉顆粒互相黏連，包裹于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由圖3可以看出，竹筍膳食纖維的添加改變了冷凍面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)，且這種影響隨著竹筍膳食纖維添加量的變化而變化。由圖3a可以看到清晰的淀粉顆粒，且淀粉顆粒間孔隙較大；當(dāng)竹筍膳食纖維添加量為1.0%時(shí)，淀粉顆粒與蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)膠黏狀態(tài)，且淀粉顆粒間孔隙開始減?。▓D3b）；添加1.5%竹筍膳食纖維，淀粉顆粒幾乎全部鑲嵌于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，且淀粉顆?？p隙被填充（圖3c）；而添加2.0%竹筍膳食纖維的冷凍面團(tuán)，淀粉顆粒則完全鑲嵌于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中（圖3d）。

掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明，竹筍膳食纖維的添加改變了冷凍面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)，使其淀粉顆粒與面筋網(wǎng)絡(luò)排列更均勻，細(xì)膩而又均勻地排列組織將有助于提升產(chǎn)品質(zhì)地和口感[29-30]，該結(jié)果與粉質(zhì)拉伸的結(jié)果相一致，即竹筍膳食纖維可以作為面團(tuán)品質(zhì)的改良劑，改善冷凍面團(tuán)和產(chǎn)品的品質(zhì)。

3 結(jié) 論

膳食纖維具有良好的理化特性，其在開發(fā)高膳食纖維含量的功能性食品的應(yīng)用方面，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本研究發(fā)現(xiàn)，竹筍膳食纖維的持水力、持油力、對(duì)NO2-和膽固醇的吸附作用都顯著優(yōu)于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維（P＜0.05）；將竹筍膳食纖維添加到面團(tuán)中顯著提高了冷凍面團(tuán)的彈性模量和黏性模量（P＜0.05）；改變了冷凍面團(tuán)的水分分布，增強(qiáng)了面團(tuán)的持水能力；掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明，竹筍膳食纖維的添加，改變了冷凍面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)，使其淀粉顆粒與面筋網(wǎng)絡(luò)排列更均勻。本研究為冷凍面團(tuán)品質(zhì)的改善和膳食纖維在冷凍面團(tuán)中的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

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Effect of Bamboo Shoot Dietary Fiber on Rheological Properties, Moisture Distribution and Microstructure of Frozen Dough

ZHANG Hua, LI Yinli, LI Jiale, ZHAO Xuewei, BAI Yanhong, ZHANG Yanyan*
(Henan Key Laboratory of Cold Chain Food Quality and Safety Control, Collaborative Innovation Center for Food Production and Safety,School of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

In this paper, the functional and physiochemical properties of rice dietary fi ber (RDF), soybean dietary fi ber (SDF)and bamboo shoot dietary fi ber (BSDF) were compared. The water-holding, oil-binding, swelling and nitrite and cholesteroladsorbing capacities of BSDF were 17.85 g/g, 10.14 g/g, 9.63 mL/g, 4.82 μmol/g and 6.88 mg/g, respectively, which were signif i cantly better than those of RDF and SDF. The effect of adding different amounts of BSDF on the rheological properties, water distribution and microstructure of frozen dough were studied. The results showed that addition of BSDF improved the viscoelasticity of frozen dough, altered the moisture distribution as indicated by significantly decreased transverse relaxation time (T22), and increased the water-holding capacity. Scanning electron microscopy analysis revealed that BSDF changed the microstructure of frozen dough, leading to a more uniform arrangement of the starch granules and the gluten network. This study will hopefully provide a theoretical basis for the improvement of BSDF on frozen dough quality.

bamboo shoot dietary fi ber; frozen dough; rheological properties; moisture distribution; microstructure

10.7506/spkx1002-6630-201801008

TS201.1

A

1002-6630（2018）01-0053-05

張華, 李銀麗, 李佳樂, 等. 竹筍膳食纖維對(duì)冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性、水分分布和微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品科學(xué), 2018,39(1): 53-57.

10.7506/spkx1002-6630-201801008. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Hua, LI Yinli, LI Jiale, et al. Effect of bamboo shoot dietary fi ber on rheological properties, moisture distribution and microstructure of frozen dough[J]. Food Science, 2018, 39(1): 53-57. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201801008. http://www.spkx.net.cn

2016-10-11

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD37B06-05）；河南省重大科技專項(xiàng)（141100110400）

張華（1975—），男，副教授，博士，研究方向?yàn)樗賰鍪称芳庸づc安全控制。E-mail：zhh7510@126.com

*通信作者簡(jiǎn)介：張艷艷（1988—），女，講師，博士，研究方向?yàn)樗賰鍪称芳庸づc安全控制。E-mail：zhangyanyan@zzuli.edu.cn