代曜伊，劉敏，鄭炯,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

竹筍不溶性膳食纖維對草莓果醬流變及質(zhì)構(gòu)特性的影響

代曜伊，劉敏1，鄭炯1,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

為考察竹筍不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)對果醬的流變及質(zhì)構(gòu)特性的影響，以草莓果醬為原料，加入不同比例的竹筍IDF，研究兩者復(fù)配后果醬的流變、質(zhì)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)的變化，并對其互作機理進行了初步探討。結(jié)果表明：竹筍膳食纖維/果醬復(fù)配體系是典型的屈服-假塑性流體，并且隨著竹筍IDF添加量的增加，稠度系數(shù)K增加，流體指數(shù)n減小。竹筍IDF的加入同時能夠增加體系的彈性與黏性，加強果醬體系的固體特征并提高穩(wěn)定性。隨著竹筍IDF添加量的增加，果醬復(fù)配體系的硬度、咀嚼性、黏著性均增強。同時掃描電鏡觀察到，竹筍IDF的添加使果醬內(nèi)部顆粒結(jié)合得更加緊密，凝膠性增強，當(dāng)添加量達到3%時開始形成網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)。

竹筍不溶性膳食纖維；果醬；流變特性；質(zhì)構(gòu)特性；微觀結(jié)構(gòu)

膳食纖維作為調(diào)節(jié)機體功能的“第七類營養(yǎng)素”已引起世界各國營養(yǎng)學(xué)家的廣泛關(guān)注和普遍重視。研究發(fā)現(xiàn)，竹筍膳食纖維中大多數(shù)為不溶性膳食纖維[1]，具有較好的持水性、溶脹性、吸附性等理化特性[2]，以及促消化、降膽固醇、改善腸道健康等生理活性功能[3-5]，是一種極具開發(fā)潛力的膳食纖維資源。竹筍不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)和其他膳食纖維一樣，有利于凝膠的形成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免脫水收縮作用，脫水收縮或析水常發(fā)生在具有凝膠結(jié)構(gòu)的食品中，如果醬和酸奶[6]等。果醬雖然營養(yǎng)豐富，但市場上的果醬多選用羧甲基纖維素鈉、變性淀粉等增稠，這些膠體在增稠的同時黏度也增加的比較明顯，且穩(wěn)定性較差。利用竹筍IDF與果醬復(fù)配不僅能夠增強果醬凝膠體系的穩(wěn)定性，同時能增加果醬中膳食纖維含量，達到營養(yǎng)強化的目的。

隨著時代的發(fā)展人們的消費習(xí)慣也有了很大的改變，人們越發(fā)重視飲食的健康，市面上高膳食纖維食品也應(yīng)運而生，膳食纖維強化食品也越來越多。目前，國內(nèi)外較多文獻報道了將膳食纖維與流體食品進行復(fù)配的研究，司俊玲[7]等利用燕麥膳食纖維與凝固型酸奶進行復(fù)配，王日思[8]等將大豆膳食纖維與糊化大米淀粉進行復(fù)配，李明[9]等將膳食纖維與冰淇淋進行復(fù)配。果醬是一種復(fù)雜的弱凝膠體系，添加多糖類物質(zhì)后其穩(wěn)定性、流變性和質(zhì)構(gòu)等各方面均將會發(fā)生改變[10]，但目前對于將膳食纖維加入果醬的研究報道還較少。因此，本實驗以草莓果醬為原料，探究加入不同含量的竹筍IDF對果醬流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)特性及微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大葉麻竹筍，購于重慶市北碚區(qū)天生路農(nóng)貿(mào)市場；果醬，中國(廣州)味好美食品有限公司；α-淀粉酶(4 000 U/g)、木瓜蛋白酶(10 000 U/g)、纖維素酶(6 000 U/g) ，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A電子分析天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS-3C酸度計，成都世紀方舟科技有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司；FW135中草藥粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；DHR-1 旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA公司；CT3物性測定儀，美國Brookfield公司；JSM-6510LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社(JEOL)。

1.3 實驗方法

1.3.1 竹筍不溶性膳食纖維的提取

參考白瑞華等[11]的方法。以新鮮麻竹筍為原料，洗凈，去殼，切片，60 ℃烘干后粉碎，然后過80目篩，備用。 料水比1∶40(g∶mL)，α-淀粉酶1 600 U/g底物，木瓜蛋白酶3 000 U/g底物，纖維素酶4 000 U/g底物，pH值5.0，酶解溫度55 ℃，酶解時間1.5 h。然后于95 ℃滅酶20 min，將滅酶后的樣品抽濾至干，濾渣用15%的H2O2溶液脫色，過濾，用去離子水將濾渣洗凈，最后用乙醇漂洗濾渣，抽濾，濾渣經(jīng)冷凍干燥后得竹筍不溶性膳食纖維，備用。

1.3.2 樣品制備

在果醬中分別加入0% IDF(作為對照)、1% IDF、2.0% IDF，3% IDF，攪拌均勻后，制備成4組不同配比的竹筍IDF/果醬混合體系，4 ℃靜止24 h備用。

1.3.3 流變特性的測定

用一次性滴管吸取適量樣品置于平板上，采用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑40 mm，設(shè)置間隙1 mm， 測量前樣品先靜置平衡5 min，去除傳感器邊緣的多余樣品。

靜態(tài)剪切流變特性的測定：溫度設(shè)定為 25 ℃，使剪切速率從0～300 s-1遞增，再從300 s-1～0記錄測試過程中樣品的黏度和剪切應(yīng)力變化情況。參考于甜[12]和張雅媛[13]的方法，采用Herschel-Bulkley 模型對數(shù)據(jù)點進行回歸擬合，擬合系數(shù)R2表示方程擬合精度。Herschel-Bulkley方程：

σ=K(γ)n+σ0

其中：σ，表示剪切應(yīng)力，Pa；K，為稠度系數(shù)，Pa·sn；γ，代表剪切速率，s-1；n指流體指數(shù)；σ0，是屈服應(yīng)力，Pa。

動態(tài)黏彈性測定：用一次性吸管吸取一定量的樣品置于流變儀平臺上，溫度設(shè)為25 ℃，掃描應(yīng)變值為1%，振蕩頻率設(shè)為0.1～10 Hz，測定樣品的貯能模量G’、損耗模量G’’和損耗正切角tanδ隨頻率變化的情況。

動態(tài)時間掃描測定：溫度設(shè)定為25 ℃，掃描應(yīng)變1%，頻率設(shè)定為0.5 Hz，測定1 h樣品彈性模量(G’)和tanδ的變化。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)測定

參考賈魯彥[14]的方法。采用質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis，TPA)，使用CT3物性測試儀，設(shè)定如下：探頭型號為TA5(直徑0.5英寸的圓柱狀平頭探頭)。測試前速度：1.0 mm/s；測試速度：1.0 mm/s；測試后速度：1.0 mm/s；壓縮程度：40%；觸發(fā)類型：Auto-5g。每組樣品平行測定6次。

1.3.5 微觀結(jié)構(gòu)的觀察

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對4組IDF/果醬樣品進行微觀結(jié)構(gòu)的觀察。在進行掃描電鏡觀察之前，要先對樣品進行處理。將待測樣品先在低溫下冷凍 24 h，然后進行冷凍干燥，將冷凍干燥后得到的樣品用掃描電鏡進行觀察[15]。將處理好的樣品安裝在雙面導(dǎo)電的鋁片上，并涂上一薄層鈀金合金，使用離子濺渡機使樣品具有導(dǎo)電性。樣品在 15 kV 的加速電壓和 100～1 500×的放大率下進行觀察和拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microcal Origin8.0，Microsoft Excel軟件進行圖表的繪制和相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)剪切流變特性的測定

圖1為不同添加量的IDF與果醬復(fù)配后剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系圖。由圖1可知，隨著竹筍IDF添加量不斷增加，體系的剪切應(yīng)力也逐步增加，當(dāng)竹筍IDF添加量為 3%時剪切力增加最明顯?？赡苁请S著IDF添加量增大，體系的流動阻力增大[16]，從而使得體系剪切的難度增大。

圖1 不同IDF添加量對果醬剪切力的影響Fig.1 Effect of IDF addition on the shear force of ketchup

從圖2可看出，體系的黏度隨剪切速率的增加而降低，直到漸漸接近給定剪切頻率下可能的最低值為止。同時，隨著竹筍IDF添加量的增加，樣品剪切變稀的程度也不斷減弱。這主要是由于竹筍IDF通過強吸附力跟水結(jié)合，該結(jié)合力不易被剪切力破壞，導(dǎo)致了黏度的上升。另外，竹筍IDF的添加減少了體系水分的相對含量，而水分含量又是影響果醬黏度的重要因素。BASU等[17]在對芒果果醬的流變性研究中發(fā)現(xiàn)，果醬是觸變性的，它存在著與時間相關(guān)的顆粒間的相互作用。這種特性導(dǎo)致鍵合產(chǎn)生三維網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)。黏度隨著剪切速率的增大而減小，這是觸變結(jié)構(gòu)和顆粒取向被破壞所造成的綜合結(jié)果[18]。在整個剪切速率范圍內(nèi)所有的果醬樣品均呈現(xiàn)出觸變性，觸變性流體的特征在于：只要讓物料靜置足夠的時間，該流體就能夠重建凝膠結(jié)構(gòu)。觸變性越小，對應(yīng)其停止應(yīng)力作用后重建粒子間破壞的構(gòu)造越快，流變學(xué)穩(wěn)定性越高，在生產(chǎn)應(yīng)用中，意味著其能夠阻止沉淀、垂掛等。所有樣品中觸變性大?。?%IDF>2%IDF>1%IDF>0%IDF，說明3%IDF添加量時，復(fù)配體系具有最高的流變學(xué)穩(wěn)定性。這一結(jié)果與趙娜[15]對交聯(lián)乙酰化淀粉與低糖果醬復(fù)配體系的研究結(jié)果類似。

圖2 不同IDF添加量樣品黏度隨剪切速率變化Fig.2 Change of IDF addition on the viscosity with shear rate

采用Herschel-Bulkley對曲線數(shù)據(jù)點進行擬合，擬合情況見表1。所有流體指數(shù)n<1，屈服應(yīng)力σ0>0，說明竹筍IDF/果醬復(fù)配體系為屈服-假塑性流體，具有剪切變稀的性質(zhì)。如表1所示，稠度系數(shù)K和流體指數(shù)n是經(jīng)驗常數(shù)，與液體的性質(zhì)有關(guān)。K往往與液體濃度有關(guān)，K值越大，液體越黏稠。n是流體假塑性程度的指標(biāo)，n值小于1，表示為假塑性流體，發(fā)生了剪切變稀，n值偏離1的程度越大，表示剪切越易變稀，即意味著假塑性程度越大[19]。由表1可知,隨著IDF的添加量不斷增加，n值不斷減小，稠度系數(shù)K不斷增加，屈服應(yīng)力也不斷增加，這表明加入IDF后的果醬復(fù)配體系具有更強的假塑性，更易剪切稀化。這可能是因為竹筍IDF分子與果醬凝膠分子間相互纏結(jié)，增加了流體中分子鏈節(jié)的順向性，因此流體流動變得更加困難，但穩(wěn)定性提高。

表1 竹筍膳食纖維/果醬復(fù)配體系 Herschel-Bulkley方程擬合參數(shù)

2.2 動態(tài)黏彈性的測定

圖3 復(fù)配體系動態(tài)模量隨角頻率變化曲線Fig.3 Curves of dynamicmodylus with angular frequency of mixed system

通過對果醬樣品進行動態(tài)流變學(xué)掃描可以依據(jù)樣品的貯能模量(G’)、損耗模量(G’’)以及損耗正切值(tanδ)的大小來評判樣品的總體強度[20]，黏彈性比例，這些數(shù)據(jù)可有效地反映果醬的結(jié)構(gòu)和加工性能。圖3是G’與G’’隨著角頻率變化的關(guān)系圖。G’是能量貯存而可恢復(fù)的彈性性質(zhì)，G’’是代表能量消耗的黏性性質(zhì)。由圖 3可知，果醬樣品的G’都大于相應(yīng)的G’’，這表明果醬樣品全部都表現(xiàn)出膠體行為。并且在一定的變化頻率內(nèi)(0～10 Hz)，隨著頻率的增加，所有樣品的G’與G’’也緩慢且穩(wěn)定的增加，貯能模量始終大于相應(yīng)的損耗模量，表現(xiàn)出以彈性為主的黏彈性性質(zhì)。隨著竹筍IDF添加量的增大，G’與G’’均呈規(guī)律性的逐漸增加，類固體的性質(zhì)和類液體的性質(zhì)均增強。說明一定量的竹筍IDF能同時增加果醬的彈性成分和黏性成分，增強果醬體系的強度，這主要是由于膳食纖維通過強吸附力和水結(jié)合，強化醬體的固體性質(zhì)，同時，由于膳食纖維的強吸水性，果醬中的黏性物質(zhì)得到了濃縮，黏性增強。這一結(jié)果與胡燃[21]的麥麩水不溶性膳食纖維與番茄醬復(fù)配體系的研究結(jié)果類似。

損失正切值(tanδ)為損耗模量與貯能模量的比值。體系黏彈性由 tanδ來表征，tanδ值越大，體系中黏性成分比重較大，體系表現(xiàn)流體的特征；相反，tanδ值越小，體系中彈性成分越多，體系表現(xiàn)固體的特征[22]。由圖4可知，隨著竹筍IDF的添加，tanδ值先增大后減小，在竹筍IDF添加量為1%時果醬的流體性質(zhì)表現(xiàn)明顯，當(dāng)添加量上升后，果醬復(fù)配體系的固體特征又開始逐漸顯現(xiàn)。這可能是因為在竹筍IDF添加量為1%時，竹筍IDF使果醬的結(jié)構(gòu)變的松散，而添加量增加后，由于竹筍IDF的強溶脹與吸水作用使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加緊密，逐漸表現(xiàn)固體特征。而加入了竹筍IDF的樣品的tanδ均大于未添加的樣品，這表明竹筍IDF能夠有效增強果醬復(fù)配體系的黏性和流體性質(zhì)。這一性質(zhì)可使其更好的運用在果醬、番茄醬等涂抹型調(diào)味產(chǎn)品中。

圖4 竹筍膳食纖維/果醬復(fù)配體系tanδ隨頻率變化曲線Fig.4 Curves of tanδ with frequency of fiber/jam mixed system

2.3 動態(tài)時間掃描的測定

圖5為不同配比的竹筍IDF/果醬復(fù)配體系在1 h 內(nèi)貯能模量(G’)與 tanδ隨時間變化曲線。由圖可知，隨著竹筍IDF的添加量逐漸增加，果醬復(fù)配體系的G’值逐漸增加，且始終大于未添加IDF的果醬凝膠體系的G’，這亦與動態(tài)黏彈性的測定結(jié)果一致。隨著時間變化G’值均逐漸增加，同時伴隨著 tanδ的逐漸降低。與復(fù)配體系相比，未添加IDF的果醬凝膠體系G’增長速度延緩，處于較穩(wěn)定階段。復(fù)配體系G’增長速度隨著竹筍IDF比例的增加而延緩，最終，復(fù)配凝膠體系的G’高于單獨果醬凝膠體系的G’。這一結(jié)果表明，復(fù)配體系具有更好的穩(wěn)定性，其應(yīng)用于食品中時可更好地改善因果醬等含糖量較高的產(chǎn)品析水而產(chǎn)生的品質(zhì)變化[23]。

圖5 竹筍膳食纖維/果醬復(fù)配體系貯能模量(a)及tanδ(b)隨保留時間變化曲線Fig.5 Curves of storage modulus and tanδ with time of fiber/jam mixed system

2.4 復(fù)配體系的質(zhì)構(gòu)分析

由表2可知，復(fù)配體系的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性以

及黏著性都呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。其中硬度、咀嚼性、黏著性均隨著竹筍IDF的添加量的增加而逐漸增強，而內(nèi)聚性則逐漸減弱。當(dāng)竹筍IDF添加量為3%時，復(fù)配體系的性質(zhì)最接近固體的穩(wěn)定性，這主要是由于膳食纖維吸水膨脹，提高了醬體的穩(wěn)定性，起到了持水劑的作用[22]，這與動態(tài)流變的測定結(jié)果一致。

當(dāng)添加量達到3%時，樣品的硬度達到了最大值0.311 N， 這有助于提高果醬凝膠體系的硬度及穩(wěn)定性，并改善相應(yīng)的咀嚼性。胡燃[21]和張慧霞[23]等也分別通過研究發(fā)現(xiàn)麥麩膳食纖維和大豆膳食纖維在番茄醬的質(zhì)構(gòu)改善方面具有相同的作用。因此，在實際生產(chǎn)中將竹筍膳食纖維添加到果醬等醬體產(chǎn)品中，在一定程度上可以改善其質(zhì)構(gòu)性質(zhì)，增強其硬度及穩(wěn)定性，并使口感達到最佳。

表2 竹筍膳食纖維/果醬凝膠復(fù)配體系質(zhì)構(gòu)參數(shù)

2.5 微觀結(jié)構(gòu)的測定

圖6分別為4種不同竹筍膳食纖維添加量的復(fù)配果醬樣品在1 000倍下的電鏡掃描圖片。由圖6-(A)可以看出，不添加竹筍膳食纖維的樣品，其表面看起來很平滑，僅有輕微的凹陷。由圖6-(B)可知，加入1%竹筍膳食纖維后，有膳食纖維顆粒與凝膠結(jié)構(gòu)相結(jié)合，樣品表面開始形成小的突起，總體結(jié)構(gòu)變化不大。當(dāng)竹筍膳食纖維的添加量逐漸增加，如圖6-(C)和圖6-(D)所示，樣品的凝膠結(jié)構(gòu)的粗糙程度逐漸加強，表面附著的顆粒減少，膳食纖維顆粒與果醬凝膠體系的結(jié)合度增加，完全與果醬凝膠相結(jié)合。當(dāng)竹筍膳食纖維添加量達到3%時，樣品表面開始形成新的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這可能是因為竹筍膳食纖維中含有大量的羥基和羧基等極性基團，帶有很強的吸水性[24]和空間穩(wěn)定性[15]，使它可以很好地與原有體系中的某些成分相結(jié)合，形成了新的網(wǎng)狀物。而且這種網(wǎng)狀物的形成，使果醬內(nèi)部顆粒的鍵和力增強，凝膠性增強，從而使樣品的增稠作用變強，且持水性也得到改善。這與之前的流變性及凝膠質(zhì)構(gòu)分析得到的結(jié)果一致。

A-0%IDF；B-1%IDF；C-2%IDF；D-3%IDF的果醬復(fù)配體系

3 結(jié)論

竹筍膳食纖維/果醬復(fù)配體系是典型的屈服-假塑性流體，并且隨著竹筍IDF添加量的增加，稠度系數(shù)K增加，流體指數(shù)n減小。竹筍IDF的加入同時能夠增加體系的彈性與黏性，加強果醬體系的固體特征并提高其穩(wěn)定性。隨著竹筍IDF添加量的增加，果醬復(fù)配體系的硬度，咀嚼性，黏著性均增強，同時從微觀結(jié)構(gòu)可以看出，竹筍IDF使果醬內(nèi)部顆粒結(jié)合的更加緊密，凝膠性增強，從而使樣品的增稠作用變強，且持水性也得到改善。因此，綜合考慮果醬的復(fù)配效果，在實際應(yīng)用中選擇竹筍膳食纖維添加量在3%以內(nèi)均能夠較好地改善果醬流變及質(zhì)構(gòu)特性。但對于果醬的色澤、口感等影響還需進行進一步的研究，以便于更好的應(yīng)用于食品工業(yè)中竹筍膳食纖維與果醬復(fù)配產(chǎn)品的生產(chǎn)及控制。

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Effect of the bamboo shoots insoluble dietary fiber on physical properties of strawberry jam

DAI Yao-yi1，LIU Min1，ZHENG Jiong1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China) 2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400715, China)

In order to investigate the influence of dietary fiber on the rheological, quality and structure of the jam, strawberry jam was mixed with different proportions of dietary fiber of bamboo shoots to study the changes of the rheological, quality and structure and microstructure, and then discussed the preliminarily mechanism. The results show that the bamboo shoot dietary fiber/jam mixed system is a typical yield pseudoplastic fluid. Adding bamboo shoots insoluble dietary fiber, the consistency coefficient K increases and the fluid index n decreases. At the same time, adding the bamboo shoots insoluble dietary fiber can increase the elastic and viscous system, strengthen the solid feature and improve the stability of jam. With the increase of the bamboo shoots insoluble dietary fiber in jam, the hardness, chewiness, adhesion of jam mixed system are enhanced. At the same time, scanning electron microscopy (SEM) observed, the bamboo shoots IDF make jam internal particles more closely, gel enhancements increased. And it began to form a mesh structure when the fiber amount was 3%.

bamboo shoots insoluble dietary fiber; jam; rheological;quality and structure;microstructure

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201703015

本科生(鄭炯副教授為通訊作者,E-mail：zhengjiong_swu@126.com)。

重慶市社會事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項一般項目(cstc2015shmszx80007)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費重點項目(XDJK2016B035)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費學(xué)生“雙創(chuàng)”項目(XDJK2016E114)

2016-06-15，改回日期：2016-08-27