李秀玲　　姜小苓　　茹振钢　　王岸娜

1.河南科技学院小麦中心　河南新乡　4530002.河南工业大学粮油食品学院　郑州　450001

玉米种皮膳食纤维对水饺皮内部水分分布及其流动性的影响

李秀玲1，2姜小苓1茹振钢1王岸娜2

1.河南科技学院小麦中心河南新乡453000
2.河南工业大学粮油食品学院郑州450001

本文采用挤压处理前后的玉米种皮膳食纤维（cornbrandietaryfiber，CDF）为添加剂，制作成水饺皮，利用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）及其成像技术（Magnetic Resonance Imaging，MRI）研究CDF对水饺皮内部水分存在状态和迁移分布的影响。同时，按照面粉中的比例，用面筋蛋白和淀粉制作成水饺皮，深入研究挤压处理前后的CDF对蛋白质-淀粉凝胶体系中水分分布及其流动性的影响。利用核磁共振成像技术进行无损切层成像，可以直观地观察到水饺皮中水分的分布和迁移变化，对提高面制品的品质具有重要的意义，为水饺皮的工业化生产及其保藏提供理论支持和指导依据。

玉米种皮膳食纤维水饺皮水分分布流动性

1　实验材料及仪器

1）实验材料

玉米皮膳食纤维CDF1：实验室自制；

面粉：郑州金苑面业有限公司。

2）主要仪器与设备

BS-30KA电子天平：上海友声衡器有限公司；RRH-250型万能高速粉碎机：北京中兴伟业仪器有限公司；核磁共振成像系统：上海纽迈电子科技有限公司。

DS32型双螺杆挤压机：济南赛信膨化机械有限公司；B10三功能搅拌机：上海宝珠机械科技发展有限公司；DMT-5型压面机：山东龙口复兴机械制造厂；高级发酵箱：广州市美天厨具电器厂。

2　实验方法

1）玉米种皮膳食纤维的挤压处理

参考祝威［1］和王大为［2］等人的方法。将制得的粉多方面的，根据润滑剂密封性、润滑成本、使用寿命及更换、维护保养难易程度等性能，来选择适合的润滑剂和润滑方式，可大大减小轴承提前失效的比例，从而提高粮食机械的生产效率。

［1］雷海生.高方平筛传动轴轴承提前失效原因分析［J］.粮食与饲料工业，2005（2）：12-13

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2）面筋蛋白及淀粉的提取

参考李永强等［3］和MacRitchie［4］的方法，从基础面粉中分离面筋蛋白和淀粉，并测定其含量，计算面粉中面筋蛋白与淀粉的比例。

3）水饺皮的制作

水饺皮的制作参考SB/T 10138—1993。制作面粉、面筋蛋白-淀粉（按上述测定中算得的比例取量）中分别添加2%、5%、8%、10%和12%CDF1和CDF2的水饺皮。

4）IR实验 CPMG实验和MRI成像实验

利用反转恢复脉冲序列（Inversion recovery，IR）测定自旋-晶格弛豫时间Tl；

利用CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列测定自旋-自旋弛豫时间T2；

采用MSE成像序列对样品进行质子密度成像。

3　结果与分析

1）面筋蛋白和淀粉含量测定结果

测得面粉中面筋蛋白的含量为10.78%，淀粉的含量为65.37%，面筋蛋白与淀粉的比值为1：6.06。

2）CDF对水饺皮质子信号幅度的影响

在面团体系中，水分与大分子结合程度不同，其存在状态有所不同［5］。CPMG脉冲序列可以通过水分与大分子物质的结合程度检测到自由度不同的水分的弛豫特性。体系中水分子与大分子结合弱、流动性强，T2值相对较大；与大分子结合紧密、流动性弱，T2值相对较小，水分子流动性的强弱与弛豫时间T2值成正比［6，7］。

图1　CDF1对水饺皮的质子信号幅度的影响

图1为添加不同量超声波提取玉米皮膳食纤维（CDF1）的水饺皮的质子信号幅度。图中出现三个峰，表示水饺皮体系中表现出三个不同的自旋-自旋弛豫时间T2，分别为T21=0.07～0.87 ms，T22=1.32～9.33 ms，T23=10.72～75.65 ms，说明体系中存在状态不同的水分。T21和T22只有几毫秒，说明这部分水流动性较差，属于与体系中蛋白质、淀粉以及CDF1等大分子结合较紧密的结合水；T23属于流动性较大的水分即“自由水”。

CDF1添加量在8%～12%范围时，水饺皮中自由水的流动性呈减弱趋势，CDF1的亲水作用使体系中自由水分子的数量有所减少，且添加量越大，水分子被结合的能力越强、相对自由的水分会越少。此时，理论上说因与CDF1结合而流动受束缚的水分的T22应该是增加的，但实际上在添加量为8%和12%时，T22有减小的趋势，减小的幅度很小。CDF1添加量为10%时，水饺皮的T22值最大，说明添加10%CDF1有利于面筋的充分形成，水饺皮的持水性达到较好的状态。

图2　CDF2对水饺皮质子信号幅度的影响

图2为添加不同量挤压处理超声波提取玉米皮膳食纤维（CDF2）的水饺皮的质子信号幅度。图中出现三个峰，表示水饺皮体系中表现出不相同的自旋-自旋弛豫时间T2，说明体系中存在状态不同的水分，三个不同的T2值分别为T21=0.09～1.15 ms，T22=1.32～9.33 ms，T23=10.72～57.22 ms。T21和T22表示与体系中大分子物质相结合紧密、流动性弱的水分-“结合水”的自旋-自旋弛豫时间；T23表示体系中流动性强的水分-“自由水”的自旋-自旋弛豫时间。

随CDF2添加量的增加，水饺皮中自由水的流动性呈减弱趋势，说明具有亲水作用的CDF2使得自由水分子的数量减少，且添加量越大，水分子被结合的能力越强，体系中相对自由的水分会越少。此时，反映体系中因与CDF2结合而流动受到束缚的水分的T22相应的有所增加。CDF2添加量为12%时，水饺皮的T23值最小，T22值最大，即体系中水分的自由度较其余添加量最低，说明添加12%CDF2有利于面筋的充分形成，水饺皮的持水性达到较好的状态。

综上可知，挤压处理的膳食纤维更有利于面团面筋网状结构的形成及增强水饺皮的持水能力。

3）CDF对自旋-晶格弛豫时间（T1）的影响

自旋-晶格弛豫时间是指自旋质子受到激发后与周围晶格发生能量交换，最后达到动态平衡所需的时间，简称T1，所处环境的物理化学特性不同，水质子表现出的弛豫时间也不同［8］，食品体系T1的变化从分子的角度揭示了质子所处环境的变化。

图3为不同CDF1和CDF2的水饺皮的弛豫时间T1的变化情况。由图3中a可知，添加量为2%～8%时，CDF1和CDF2对水饺皮T1的影响趋势相似，T1缓慢减小，CDF1的持水能力较CDF2的弱，固体系中水分流动性较强。CDF1和CDF2对面筋蛋白-淀粉凝胶体系的T1影响趋势一致，变化波动较大。

图3　CDF1和CDF2添加量对水饺皮T1的影响

4）CDF对自旋-自旋弛豫时间（T2）的影响

在面团这个复杂的体系中，其中一部分水分子与蛋白质、淀粉等大分子物质结合；另一大部分水分子以“自由”状态存在。自旋-自旋驰豫时间是指自旋核在外加磁场射频脉冲的激发下，自旋系统内部达到横向热平衡的过程所需要的时间，称为T2。

图4中不同CDF1、CDF2添加量的水饺皮的弛豫时间T2的变化情况。体系中含水量越高，游离的水分就多，水分子的流动性就强，表现出来的T2就越大。添加一定量的CDF能够提高体系的平均T2，随添加量的增加，T2呈下降的趋势，水分的流动性下降，说明膳食纤维虽与面筋蛋白和淀粉分子竞争结合水分子，但一定量的膳食纤维能够促进质子的流动性，提高面团中水分的可利用率，增强水饺皮的持水性。添加量为10%时，面筋蛋白-淀粉体系中的T2有所升高，可能是膳食纤维的添加量过大时，一方面会阻碍面筋蛋白网络结构的形成和维持；另一方面由于没有其他小分子物质的填充膳食纤维、面筋蛋白和淀粉形成的网络结构孔径较大，导致水分流动性增强。

图4　CDF1和CDF2添加量对水饺皮T2的影响

当CDF1和CDF2添加量相同时，在纯面团体系和面筋蛋白-淀粉凝胶体系中表现出来的自旋-自旋弛豫特性不同。在纯面团体系中，添加CDF1后水饺皮的T2值比添加CDF2的T2值大，说明添加CDF1的水饺皮中自由水的含量相对较高，这可能与CDF2具有较强的结合、保持水分的能力有关［9］。

5）水饺皮MRI图像

食品中的水分与其他组分相结合的性质会直接影响食品的品质。利用NMR/MRI对面团进行无破坏切层成像，研究CDF添加量对水饺皮中水分的分布和质子流动性的影响。不同体系的水的氢质子所处物理化学环境不同，导致其弛豫时间不同。成像中单位体积质子密度大，信号强，反之质子密度小，信号弱［8］。通过氢质子密度图像可以直观地看到自旋质子的分布情况以及自旋质子数量的多少。

从图5可以看出，水饺皮样品切层中质子的分布不均匀，随着CDF1添加量的增加，图像信号强度逐渐增强。空白样（不添加CDF1）中检测到的质子的信号强度较弱。说明添加吸水性和持水力较强的CDF1后，体系中质子的数量增加，质子的流动性和水饺皮的持水性增强，体系中质子产生的弛豫信号增强。CDF1添加量为10%时，水饺皮切层MRI图像的弛豫信号较强，说明膳食纤维的过多加入，导致面团面筋网络的形成不完全，一些水分游离于面筋网络之间，自由度较大，弛豫信号比与淀粉、蛋白质等大分子物质结合的水分的弛豫信号强［10］。随着CDF1的继续添加，膳食纤维吸水的过多水分会破坏面筋网状结构，导致整体信号幅度的下降。

图5　　面粉制作的水饺皮中添加不同量CDF1的MRI图像

从图6可以看出，水饺皮样品切层中质子分布均匀，随着CDF2添加量的增加，图像的信号强度逐渐增强。空白样（不添加CDF2）中检测到的质子的信号强度较弱。说明添加了水合作用较强的CDF2后，体系中质子的数量增加，质子的流动性和水饺皮的持水性增强，体系中质子产生的弛豫信号增强。CDF2添加量为12%时，水饺皮切层MRI图像表现出很强的弛豫信号。

CDF1和CDF2添加量相同时，CDF2的水饺皮样品的MRI图像的信号强度更强，说明CDF2对体系中质子流动性和水饺皮持水性的增强作用更加显著。可能是CDF2的强亲水性减弱了水分与蛋白质、淀粉等大分子的结合，使环境中的质子数增多的缘故。

图6　　面粉制作的水饺皮中添加不同量CDF2的MRI图像

从图7可以看出，水饺皮样品切层中质子的分布比较均匀，CDF1添加量在2%～5%时，体系中质子数增加，图像的信号强度逐渐增强；添加量为8% ～10%时，图像信号强度呈减弱趋势。空白样（不添加CDF1）中检测到的质子的信号强度较弱。这说明，水饺皮中添加一定量CDF1后，吸水性强的膳食纤维有助于面筋蛋白网状结构的形成和维持，吸水溶胀的淀粉颗粒 较均匀地分布在面筋网络上，体系中质子的数量增加，体系中质子的流动性和水饺皮的持水能力增强，体系中质子产生的弛豫信号增强。当CDF1添加过多时，膳食纤维对面团的网状结构产生恶化作用，网状结构持水力下降，整个体系中自由水含量增加，水分在蒸制的过程中容易蒸发散失，这与T2得到的结果一致。

图7　　面筋蛋白和淀粉制作的水饺皮中添加不同量CDF1的MRI图像

从图8可以看出，水饺皮样品切层中质子的分布比较均匀，CDF2添加量在2%～8%时，体系中质子数增加，图像的信号强度逐渐增强；添加量为10%时，图像信号强度减弱。空白样（不添加CDF2）中检测到的质子的信号强度较弱。这说明，水饺皮中添加一定量CDF2后，吸水性强的CDF2有助于面筋蛋白网状结构的形成和维持，并且可包裹淀粉颗粒等小分子，同样增加了体系中质子的数量，且改善了质子的可流动性，增强了水饺皮的持水性，使得质子产生的弛豫信号增强。当CDF2添加量过多时，膳食纤维对的恶化作用使面团网状结构持水力下降，整个体系中自由水含量增加，水分在蒸制的过程中容易蒸发散失，这与T2得到的结果一致。

图8　　面筋蛋白和淀粉制作的水饺皮中添加不同量CDF2的MRI图像

比较图7和图8，在面筋蛋白和淀粉中添加CDF2的水饺皮样品的切层中质子的分布比添加CDF1的水饺皮样品的切层中质子的分布更加均匀。而且在添加量相同时，添加了CDF2的水饺皮样品的MRI图像的信号强度更强，说明CDF2对体系中质子流动性和水饺皮持水性的增强作用更加显著。这可能与挤压处理过的膳食纤维其持水能力更强有关系。

4　结论

水饺皮中存在流动性不同的水分，其中一部分是与体系中蛋白质、淀粉等大分子结合比较紧密、流动性较弱的水分，结合水；另一部分是流动性较大的水，自由水。

在水饺皮中添加8%～12%CDF1，2%～12% CDF2后，膳食纤维的亲水作用使体系中自由水分子的数量有所减少，水饺皮中自由水的流动性减弱，且添加量越大，水分子被结合的能力越强，体系中相对自由的水分会越少。

当CDF1和CDF2添加量相同时，纯面团体系和面筋蛋白-淀粉凝胶体系表现出来的自旋-自旋弛豫特性不同。在纯面团体系中，添加CDF1后水饺皮的T2值比添加CDF2的T2值大。

空白样（不添加CDF1、CDF2）中检测到的质子的信号强度较弱。随着CDF1、CDF2添加量的增加，水饺皮切层MRI图像的信号强度逐渐增强。添加10%CDF1和12%CDF2的水饺皮切层MRI图像表现出很强的弛豫信号。添加CDF2的水饺皮样品切层中质子分布较添加CDF1的均匀。在CDF1和CDF2添加量相同时，添加了CDF2的样品的MRI图像的信号强度更强，对体系中质子流动性和样品持水性的增强作用更加显著。

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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，硕士研究生，河南科技学院小麦中心，研究方向：小麦及小麦粉品质检测及研究。