加工工藝對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）的影響

于曉磊 王振華 張影全 武 亮 魏益民

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室 北京 100193）

水在食品體系中對原料特性、產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)以及儲藏時間的影響占支配地位[1]。含水率是影響食品原料特性、產(chǎn)品品質(zhì)、儲藏特性的關(guān)鍵因素[2-4]。水分的存在狀態(tài)和含量也會對食品特性產(chǎn)生較大的影響[5]。掛面干燥是水分遷移和脫除過程。研究掛面干燥過程中不同狀態(tài)水的變化規(guī)律，有助于了解掛面干燥過程，以及加工工藝對干燥過程的影響。和面加水量、干燥溫度、真空度是影響掛面干燥過程的重要工藝參數(shù)[4，6-7]。低場核磁共振技術(shù)（LF-NMR）可用于測定物料的水分含量、狀態(tài)、分布，是檢測食品體系中水分狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)之一[8-9]。采用低場核磁共振技術(shù)中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列可以獲得食品中不同狀態(tài)水的含量。一般根據(jù)樣品核磁共振反演曲線獲得3個峰，根據(jù)峰頂點時間即橫向弛豫時間 （Spinspin relaxation time，T2）將食品中的質(zhì)子群分成3類，不同的質(zhì)子群可以代表不同種類的水[10-11]。根據(jù)T2從小到大依次為強結(jié)合水、弱結(jié)合水、自由水，不同狀態(tài)水分比例A2（Peak integral areas ratio）由它們的峰面積所占比例計算得出，依次可表示為A21、A22、A23。利用低場核磁技術(shù)研究食品中的水分狀態(tài)的變化具有快速、精確、重復(fù)性高等優(yōu)點，已用于分析面團制作、儲藏，面包制作、老化，以及日本面條烹飪過程中的水分狀態(tài)[11-14]。

Geertruim M.Bosmans等[9]利用CPMG脈沖序列研究表明，在含水率47%的淀粉-水和面粉-水體系中存在3種質(zhì)子群，根據(jù)T2值從小到大依次記為C、D、E，其中E所占比例最大，其次是D、C所占比例最小。加熱對淀粉-水、面粉-水體系中3種水的比例有較大影響，對面筋-水體系的影響較小。在新鮮面團中存在兩種質(zhì)子群，其中T2較高的質(zhì)子群所占比例較大，儲藏和烹煮對質(zhì)子群比例有較大影響[15]。而A.Assifaoui等[11]采用CPMG序列將餅干面團中的水根據(jù) T2（1.9，12.4，104.7 ms）依次分為3個質(zhì)子峰，所占比例依次為28.0%，54.9%，17.1%。加水量對第1、第3個質(zhì)子峰沒有顯著影響，對第2個質(zhì)子峰有顯著影響。Elena Curti在 2011年[16]和 2014年[17]的研究表明新鮮的面包和添加谷朊粉面包中存在3個質(zhì)子峰，根據(jù) T2從小到大依次記為 T2A、T2B、T2C，在普通面包中對應(yīng)水分所占比例（A2）為28%，68%，3%～4%；添加5%谷朊粉的面包的A2與普通面包類似。添加15%谷朊粉的面包中3種狀態(tài)水所占比例分別為31.2%，64.1%，4%；儲藏過程對A2A、A2B影響較大，對A2C沒有顯著影響。T L Kojima等[8]利用低場核磁技術(shù)研究了日本面條在烹飪過程及煮后的水分分布及變化，表明低場核磁技術(shù)可用于研究日本面條的水分分布。李妍等[18]利用低場核磁共振技術(shù)監(jiān)測常溫、4℃和-18℃貯藏條件下海帶濕面樣品弛豫特性的變化，結(jié)果表明面條中存在 3個質(zhì)子峰。 根據(jù) T2依次記為 M21、M22、M23，M21所占比例最大。儲藏過程中M22、M23有顯著變化。

前人的研究表明低場核磁技術(shù)可用于研究掛面中的水分狀態(tài)和分布。掛面干燥過程的含水率變化較大，與上述研究對象有差別。目前還未見到對掛面干燥過程水分狀態(tài)及其不同狀態(tài)水分比例的系統(tǒng)研究。本研究以小麥粉掛面為對象，設(shè)計和面加水量、和面真空度、干燥溫度三因素不等水平全排列掛面干燥試驗；采用自主開發(fā)的實驗室食品水分分析技術(shù)平臺[19]，在相對濕度75%條件下，定時（300 min）干燥；采用低場核磁技術(shù)測定掛面干燥過程中水分狀態(tài)，分析和面加水量、和面真空度、干燥溫度對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

同文獻(xiàn)[20]中1.1節(jié)。

1.2 試驗設(shè)計

同文獻(xiàn)[20]中1.2節(jié)。

1.3 儀器與設(shè)備

同文獻(xiàn)[20]中1.3節(jié)。

1.4 掛面干燥過程水分狀態(tài)分析

利用CPMG脈沖序列對掛面進(jìn)行自旋-自旋弛豫時間T2的測定。序列參數(shù)設(shè)置為：主頻SF1=21MHz，偏移頻率O1=40.18971kHz，采樣點數(shù)TD=10104，采樣頻率SW=100.00kHz，采樣間隔時間TW=1 000.000ms，回波個數(shù) Echo Count=1 000，回波時間Echo Time=0.101 ms，累加次數(shù)NS=64[20]。每次取樣測定重復(fù)3次，檢測完成后保存數(shù)據(jù)。對得到的弛豫時間曲線圖譜進(jìn)行反演，得到橫向弛豫時間T2和對應(yīng)狀態(tài)水的峰比例A2。T2表征水分的流動性大小，而A2表征對應(yīng)狀態(tài)的水所占比例。

1.5 統(tǒng)計分析方法

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的方法表示。采用Origin8.0進(jìn)行圖表繪制。采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行多元方差分析，采用單因素方差分析 （one-way ANOVA）對不同條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 掛面干燥過程水分狀態(tài)及其變化

圖1顯示在相對濕度75%、干燥溫度40℃、和面加水量30%和35%掛面強結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水峰比例變化圖。在干燥過程中，水分主要以 弱 結(jié) 合 水 （T22：0.96～6.75ms；A22：77.10%～94.23%）形式存在，其次是強結(jié)合水（T21：0.03～0.60 ms；A21：4.07%～22.62%），自由水（T23：57.22～354.54 ms；A23：0.33%～1.51%）占比較小。隨著干燥過程的進(jìn)行，A21有下降的趨勢，A22有增大的趨勢，自由水所占比例變化較小。

圖1 掛面干燥過程（40℃，RH75%，300 min）強結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水比例Fig.1 The proportion（%） of peak integral areas of tightly bound water，less tightly bound water and free water in CDN during drying stage（40 ℃，RH75%，300 min）

2.2 加工工藝對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例影響的方差分析

利用多元方差分析解析加工工藝因素及其交互作用對掛面干燥過程中A21和A22的影響。由表1、2可知，掛面干燥過程中，和面加水量是影響A21的主要因素，對A21的方差貢獻(xiàn)率先下降后升高，然后又下降；在干燥90 min時方差貢獻(xiàn)率最低。干燥溫度、和面真空度僅在個別取樣點對A21影響顯著，且方差貢獻(xiàn)率較低。因素互作對A21影響較大。在干燥過程中，干燥溫度與和面真空度的互作對A21顯著影響，和面加水量、干燥溫度、和面真空度三者的互作在干燥中、后期 （135～270 min）對A21有顯著影響。

表1 加工工藝對掛面干燥強結(jié)合水比例（A21）影響的方差分析Table1 Variance analysis of the effects of processing technology on A21of Chinese dried noodles during drying process

表2 加工工藝對掛面干燥強結(jié)合水比例（A21）F值的方差貢獻(xiàn)率（%）Table2 The contribution of processing technology to the F values of A21of Chinese dried noodles during drying process（%）

由表3、4可知，在掛面干燥過程中，影響A22的主要因素是和面加水量、和面真空度、干燥溫度。除干燥45 min和90 min外的其余時間，和面加水量對A22的方差貢獻(xiàn)率均在45%以上。和面真空度對A22的方差貢獻(xiàn)率在15%左右，且在45 min時方差貢獻(xiàn)率最高。加水量與干燥溫度的互作及加水量與真空度的互作在干燥0～90 min時對A22有顯著影響。和面加水量、干燥溫度、和面真空度三者互作在干燥過程中對A22有顯著影響，F(xiàn)值貢獻(xiàn)率在16.7左右。

表3 加工工藝對掛面干燥弱結(jié)合水比例（A22）影響的方差分析Table3 Variance analysis of the effects of processing technology on A22of Chinese dried noodles during drying process

表4 加工工藝對掛面干燥弱結(jié)合水比例（A22）F值的方差貢獻(xiàn)率（%）Table4 The contribution of processing technology to the F values of A22of Chinese dried noodles during drying process（%）

2.3 單因素方差分析

2.3.1 和面加水量對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例的影響 從表5可知，在干燥前期，和面加水量為30%的掛面A21顯著高于和面加水量為35%的掛面。在干燥中后期（90～300 min），和面加水量為30%的掛面A21低于和面加水量35%的掛面；在 0 MPa，32 ℃，干燥 135，180，225，270，300 min，以及 0.06 MPa，40 ℃，干燥 90，135，180，225 min時，和面加水量為30%的掛面A21顯著低于和面加水量35%的掛面。這表明在鮮面條（干燥0 min）中，加水量低的面條強結(jié)合水比例較高。隨著干燥過程的進(jìn)行，和面加水量高的掛面強結(jié)合水比例較高。

由表6可知，在干燥前期，和面加水量為30%的掛面A22顯著低于和面加水量為35%的掛面。在干燥中后期（90～300 min），和面加水量為30%的掛面A22高于和面加水量35%的掛面。在0 MPa，32 ℃，干燥 135，180，225，270，300 min；0.06 MPa，40 ℃，干燥 90，135，180，225，300 min，以及0.06 MPa，48 ℃，干燥 90，135，180，225，270 min時，和面加水量為30%掛面的A22顯著高于和面加水量35%的掛面，表明在鮮面條 （干燥0 min）中，加水量低的面條弱結(jié)合水比例較低；而隨著干燥過程的進(jìn)行，和面加水量低的掛面強結(jié)合水比例較高。

2.3.2 干燥溫度對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例的影響 和面加水量30%、和面真空度0.06 MPa，干燥0 min和45 min時，干燥溫度48℃的掛面A21顯著低于干燥溫度為32℃和40℃的掛面。和面加水量35%、和面真空度0.06 MPa，干燥45，90，135，180，225，270 min 時，干燥溫度 32 ℃的掛面A21顯著低于干燥溫度為40℃和48℃的掛面。

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和面加水量30%、和面真空度0 MPa，干燥180，225，270 min 時，干燥溫度 32℃的掛面 A22顯著高于干燥溫度40℃和48℃的掛面。和面加水量30%、 和面真空度 0.06 MPa，干燥 0，45，90，135 min時干燥溫度48℃的掛面A22顯著高于干燥溫度32℃和40℃的掛面。和面加水量35%、和面真空度 0.06 MPa，干燥 45，90，135，180，225，270 min時，干燥溫度32℃的掛面A22顯著高于干燥溫度為40℃和48℃的掛面。

2.3.3 和面真空度對掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例的影響 在和面加水量30%、干燥溫度40℃，干燥270 min和300 min時，真空和面掛面的A21顯著低于非真空和面掛面。在30%、48℃，干燥0 min和45 min，真空和面掛面的A21顯著低于非真空和面掛面。在和面加水量30%，干燥溫度40℃時，干燥過程中真空和面掛面的A21顯著低于非真空和面掛面。

在和面加水量30%、干燥溫度40℃，干燥270 min和300 min時，真空和面掛面的A22顯著高于非真空和面掛面。在和面加水量30%、干燥溫度48℃，干燥過程中真空和面掛面的A22顯著高于非真空和面掛面。在和面加水量35%、干燥溫度32℃，干燥過程中真空和面掛面的A22顯著高于非真空和面掛面。

3 討論

3.1 掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）的變化

掛面干燥過程中存在3種狀態(tài)的水，這與Geertrui M.Bosmans 等[9]，Elena Curti等[16-17]Engelsen等[21]對面包或面團的研究結(jié)果一致。3種水中，弱結(jié)合水所占比例（A22）最大，其次是強結(jié)合水（A21），自由水所占比例較小。與Zhanhui Lu等[15]對面團的研究，A.Assifaoui等[22]對餅干面團和E lena Curti等[17]對面包的研究結(jié)果一致。Elena Curti等[17]對面包的研究表明，儲藏7 d后，A21由28%降至22%，A22由68%增至73%。推測是水分從面筋區(qū)域轉(zhuǎn)移到淀粉區(qū)域。本研究中，A21、A22的變化與Elena Curti等[17]的研究類似。推測A21、A22的改變可能也是干燥過程中水分由面筋區(qū)域轉(zhuǎn)移至淀粉區(qū)域。干燥過程伴隨水分的較多脫除，與面包儲藏過程有差別。掛面干燥過程中水分狀態(tài)的變化還需進(jìn)一步研究。

3.2 影響掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）的因素

A.Assifaoui等[11，22]研究表明，加水量增加對弱結(jié)合水總量的影響較大，對強結(jié)合水和自由水量的影響較小，在16.3%～23.0%范圍內(nèi)增加加水量，弱結(jié)合水量增加，強結(jié)合水和自由水量不變。反映在3種水的比例（A2）上則是A21減小，A22增大，與本研究中掛面干燥前期（0～45 min）的水分狀態(tài)表現(xiàn)一致。掛面干燥后期（90～300 min）A21與A22的變化與前期相反，這是因為和面加水量高的掛面開始干燥時強結(jié)合水比例低于加水量低的掛面，然而由于水分含量高，水分與面粉中淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合程度較高，所以在干燥中較難脫除。雖然初始時和面加水量高的掛面A22高于加水量低的掛面，但這部分水與淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合的較為松散。在干燥過程中，高加水量掛面的強結(jié)合水散失較慢，弱結(jié)合水散失較快，最終導(dǎo)致干燥后期加水量高的掛面A21值顯著高于加水量低的掛面。A22值則顯著低于加水量低的掛面。

Li Man等[7]和劉銳等[23-24]研究表明，和面真空度對面團和鮮濕面的質(zhì)構(gòu)特性和產(chǎn)品特性有顯著影響。劉銳等[25]對濟麥20（高筋小麥粉）、寧春4號（中筋小麥粉）面粉面團的研究表明，真空度0.06 MPa的面團的A21比非真空和面面團的高，A22低。對濟麥22（中筋小麥粉）的研究表明，真空度對面團A21、A22沒有顯著影響。本研究中，和面真空度可以降低掛面干燥過程中強結(jié)合水比例 （A21），提高弱結(jié)合水比例（A22）。與劉銳[25]的研究不一致。劉銳[24]的研究表明，和面真空度對不同品質(zhì)的小麥粉制作的面團品質(zhì)的影響不同。過高的真空度（0.09 MPa）會造成中筋小麥粉制作的面團品質(zhì)劣變，部分結(jié)合狀態(tài)的水游離出來[24]。本研究與前人研究結(jié)果不一致的原因可能是因為選用的面粉偏向于弱筋小麥粉，0.06 MPa的真空度過高，且相對于面團掛面經(jīng)歷了壓延、切條、干燥等工序，改變了水分結(jié)合狀態(tài)。本研究表明選擇掛面生產(chǎn)中的真空度需考慮小麥粉的品質(zhì)。

干燥溫度對A2的影響較小。Geertrui M.Bosmans等[9]研究表明溫度對面筋-水體系無顯著影響，對淀粉-水體系有影響的原因是淀粉糊化造成的。本研究中最高干燥溫度48℃，淀粉在此溫度下難以糊化，因此干燥溫度對掛面干燥過程水分狀態(tài)的影響較小。由表3可知，干燥溫度在干燥前半階段（0～180 min）對A22有顯著影響。由表7、8可知，在不同的和面加水量和真空度下，干燥溫度對A21和A22的影響不同，表明和面加水量、干燥溫度、和面真空度這三者的互作對A21和A22的影響較大。與多因素分析結(jié)果一致。

影響掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）變化的因素主要是和面加水量，其次是和面真空度，干燥溫度影響較小。

4 結(jié)論

1）隨著干燥過程的進(jìn)行，掛面中強結(jié)合水比例（A21）有減小的趨勢，弱結(jié)合水比例（A22）有增大的趨勢。

2）影響掛面干燥過程不同狀態(tài)水分比例（A2）變化的因素主要是加水量，其次是和面真空度，而干燥溫度影響較小。