李立華，周文化,*，鄧 航

（1.糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)食品學(xué)院，湖南 長沙 410004）

鮮濕面在貨架期內(nèi)水分含量和分布會發(fā)生變化，嚴重影響鮮濕面的表面外觀和質(zhì)地，對鮮濕面貨架期也有重要影響。水分對淀粉體系中由支鏈淀粉重結(jié)晶所引起的淀粉老化也有著重要的影響，支鏈淀粉的重結(jié)晶對水的依賴性較強，在重結(jié)晶的過程中涉及到水分子的遷移[1]，研究鮮濕面貨架期內(nèi)水分遷移和淀粉老化是很有必要的。多糖[2-3]、乳化劑、抗壞血酸鈉等添加劑可改善水分分布和遷移對淀粉老化的影響，其中乳化劑是一種較常用的添加劑，其可以提高面團的持水性，延緩淀粉老化。淀粉老化檢測技術(shù)主要有流變儀和差示掃描量熱（differential scanning calorimeter，DSC）儀[4]、掃描電子顯微鏡[5]等，其中DSC技術(shù)能夠快速地得到淀粉的老化焓，掃描電子顯微鏡可以清晰地觀察分子微觀結(jié)構(gòu)，而低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）儀是研究水分遷移的快速方法，并且具有準確、無損的優(yōu)點[6-7]。國內(nèi)外的相關(guān)研究頗多，劉銳等[8]用LF-NMR和DSC儀分析面團中的水分狀態(tài)，結(jié)果表明在低水分面條面團中，水分主要以弱結(jié)合水形態(tài)存在。吳酉芝等[9]利用LF-NMR研究34 種面團常用添加劑的持水特性，得出乳化劑能夠提高面團深層結(jié)合水的比例。但是目前很少有乳化劑對鮮濕面體系水分分布、遷移影響的研究報道，離子型乳化劑和非離子型乳化劑的抗老化差異也沒有進行深入地研究。本研究利用LF-NMR、掃描電子顯微鏡和DSC儀對硬脂酰乳酸鈉（sodium stearyl lactate，SSL）（離子型乳化劑）添加組、β-環(huán)糊精（betacyelodextrin，β-CD）（非離子型乳化劑）添加組和空白（control check，CK）組鮮濕面進行掃描，探討鮮濕面的水分分布、遷移、微觀結(jié)構(gòu)和淀粉熱力學(xué)情況，以期對鮮濕面抗老化作用進行初步研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮濕面由中南林業(yè)科技大學(xué)稻谷及副產(chǎn)物國家工程實驗室自制。

β-CD（純度99%）、SSL（純度99%） 無錫市百端多化工有限公司；自封袋（聚乙烯（polyethylene，PE）樹脂，厚度0.12 mm） 河源市華豐塑料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

NMI20核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；TA Q2000 DSC儀 美國TA儀器公司；SEM Quanta-200掃描電子顯微鏡 荷蘭FEI公司；FD5-4冷凍干燥機 美國金西盟國際集團中國分公司；DHH-180A小型電動壓面機 永康市海鷗電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 CK組鮮濕面的制作

稱取100 g小麥粉，配制鹽水和面液（2 g鹽、31 g水），將其緩慢加到面粉中，和面5 min，使面粉吸水均勻。再在30～35 ℃恒溫培養(yǎng)箱熟化30 min。取出用壓面機壓片，壓延6 次，使得面片均勻，表面光滑，面片厚度1 mm，最后切成寬為3 mm的面條。然后在沸水中蒸煮3 min，立刻撈出冷水淋洗1 min，再將面條瀝干水，逐根挑出，裝入7號自封袋，4 ℃密封保存。

1.3.2 添加乳化劑的鮮濕面的制作

稱取100 g小麥粉，配制鹽水和面液（2 g鹽、31 g水），將0.2%（相對于面粉質(zhì)量）配比的SSL及0.10%的β-CD分別加入和面液中（本課題組前期已經(jīng)做了鮮濕面的全質(zhì)構(gòu)實驗，得出了SSL和β-CD的最適添加量），緩慢加入面粉中，經(jīng)和面、熟化、壓面、切面、蒸煮水洗、瀝干后裝入7號自封袋，4 ℃密封保存。

1.3.3 鮮濕面LF-NMR測定

取3 g面條樣品，用保鮮膜將其包裹放入檢測管，置于核磁共振檢測室進行檢測。檢測參數(shù)：采樣點數(shù)為2 048，重復(fù)掃描次為8，弛豫衰減時間為1 000 ms。利用CPMG脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間T2。每個樣品進行3 次重復(fù)LF-NMR測試，數(shù)據(jù)取平均值。

1.3.4 鮮濕面熱力學(xué)特征測定

用專用的鑷子取適量待測的鮮濕面樣品（＜10 mg）放進DSC坩堝中，壓平，使之均勻地平鋪于坩堝中，壓蓋密封，4 ℃貯藏1 周，于25 ℃條件下進行DSC測定。設(shè)定升溫程序如下：掃描溫度范圍為從30～95 ℃，升溫速率均為10 ℃/min。測定時以空坩堝作為參照，載氣為氮氣，流速50 mL/min。每組樣品重復(fù)測試2 次，取平均值。測得重結(jié)晶融化起始溫度（T0）、重結(jié)晶融化頂點溫度（Tp）、重結(jié)晶融化終止溫度（Tc）、老化焓（Δ H）。

1.3.5 鮮濕面微觀結(jié)構(gòu)分析

將貯藏7 d的鮮濕面切成3～4 mm3的小塊，先用3%的戊二醛溶液4 ℃浸泡過夜進行固定，之后0.1 mol/L磷酸緩沖液清洗3 次，再依次用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液梯度脫水，最后采用臨界點干燥法進行干燥，用濺射鍍膜法對樣品進行表面鍍金，并置于掃描電子顯微鏡下觀察拍照。

1.4 數(shù)據(jù)采集與處理分析

利用T2-FitFrm軟件調(diào)用CPMG序列反演得到各樣品的波譜圖，再利用17.0版SPSS和2010 Excel對實驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化劑對鮮濕面水分遷移的影響

2.1.1 兩種類型乳化劑對鮮濕面中水分分布的影響

圖1 4 ℃貯藏3 h鮮濕面LF-NMR圖譜Fig.1 LF-NMR map of fresh noodles after storage for 3 hours at 4 ℃

如圖1所示，鮮濕面LF-NMR圖譜有3 個不同高度的峰，每個峰和橫坐標之間的面積不一樣，且對應(yīng)的弛豫時間也不一樣。并且與CK組對比，加乳化劑的另外兩種曲線峰的強度有不同程度的變強，且對應(yīng)的弛豫時間都有不同程度的右移。

從表1可以看出，隨著貯藏時間的延長，CK組鮮濕面結(jié)合水A21和不易流動水A22逐漸下降，自由水A23逐漸上升，添加SSL和β-CD降低了鮮濕面3 種水分的變化速率（P＜0.05），使得A21：β-CD＞SSL＞CK（P＜0.05），A22：SSL＞β-CD＞CK（P＜0.05），A23：SSL＜β-CD＜CK（P＜0.05）。

添加了SSL的鮮濕面貯藏3 d，結(jié)合水A21呈下降趨勢，貯藏3～5 d，A21上升，貯藏5～7 d，A21又下降；相比較CK組，這兩種乳化劑均能使得體系的結(jié)合水含量有所上升（P＜0.05），SSL使得結(jié)合水質(zhì)量分數(shù)從（2.16±0.34）%增大到（3.14±0.19）%；貯藏1 d，A22上升，貯藏3～5 d，A22下降，貯藏5～7 d，A22又上升，相比CK組，SSL使得A22從（3.10±0.05）%增大到（4.32±0.41）%（P＜0.05）；貯藏1～7 d，自由水A23一直逐漸上升，相比C K組，S S L使得A23從（94.73±0.38）%減少到（92.43±0.22）%（P＜0.05）。添加了β-CD的鮮濕面貯藏1～7 d，A21和A22的變化趨勢與SSL類似，只是變化的程度不同，β-CD使得A22增大到（4.01±0.47）%（P＜0.05），β-CD使得結(jié)合水質(zhì)量分數(shù)增大到（3.06±0.53）%；A23呈上升趨勢，且β-CD使得A23從（94.73±0.38）%減少到（92.85±0.68）%（P＜0.05）。

以上數(shù)據(jù)說明兩種乳化劑都增大了結(jié)合水和不易流動水水含量，減少了自由水在面條貯藏過程中緩慢漏出而流失[10]；并且可以看出SSL效果更好，原因可能是它們自身結(jié)構(gòu)不同[11]，SSL是陰離子型乳化劑，它因電性差異固定水分，且能與麥谷蛋白及麥膠蛋白分別以疏水鍵及親水鍵結(jié)合，對游離的蛋白質(zhì)起吸附、交聯(lián)作用，促使面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成，能更好地束縛自由水；而β-CD是非離子型乳化劑，其與水分子之間形成氫鍵而固定水分子，并只能通過氫鍵和范德華力與蛋白質(zhì)結(jié)合，作用不及交聯(lián)作用[12-15]；這與樊海濤等[12]利用LF-NMR研究乳化劑對面團中水分狀態(tài)的影響結(jié)果類似。這兩種乳化劑降低鮮濕面體系水分的變化速率，也可能是在貯藏過程中，SSL和β-CD能通過疏水鍵與直鏈淀粉形成絡(luò)合物產(chǎn)生凝聚[16-18]，這種復(fù)合物不溶于水，阻止了面筋和淀粉之間的水分遷移[19]。說明乳化劑能夠影響鮮濕面貯藏期內(nèi)3 種水分的含量變化。

2.1.2 兩種類型乳化劑對鮮濕面水分流動性的影響

3 種狀態(tài)水的弛豫時間分別標記為T21、T22、T23，弛豫時間越短，表明水與底物結(jié)合越緊密，水的自由度越低；越自由的水分子由于越小，運動頻率遠高于氫質(zhì)子的共振頻率，故弛豫時間T2越長[20-22]。

表1 兩種類型乳化劑對鮮濕面中3 種水分狀態(tài)含量的影響Table1 Effects of two kinds of emulsi fi ers on the contents of three kinds of water in fresh noodles%

圖2 鮮濕面T21隨時間變化曲線Fig.2 T21 curves of fresh noodles as a function of storage time

由圖2可以看出，T21的范圍在0.05～1 ms之間，時間很短，說明這部分水分流動性很差，屬于結(jié)合水。貯藏1 d，3 組鮮濕面的T21都呈上升趨勢，添加SSL和β-CD的鮮濕面T21均比CK組大，且SSL＞β-CD＞CK（P＜0.05），說明貯藏前期兩種乳化劑使得結(jié)合水的流動性增強，且SSL的效果更好；貯藏3～7 d，3 組鮮濕面T21均呈下降趨勢，添加了SSL和β-CD的鮮濕面最終的T21均比CK組?。≒＜0.05）；且貯藏3～5 d，SSL＜β-CD（P＜0.05），貯藏7 d時SSL和β-CD無顯著性差異（P＞0.05）。

圖3 鮮濕面T22隨時間變化曲線Fig.3 T22 curves of fresh noodles as a function of storage time

由圖3可知，不易流動水T22的范圍在1～10 ms之間。貯藏1 d時，SSL＞β-CD＞CK（P＜0.05），說明貯藏前期兩種乳化劑使得不易流動水的流動性增強，且SSL的效果更好；貯藏1～7 d內(nèi)，3 組鮮濕面T22都呈下降趨勢，添加了SSL和β-CD的鮮濕面變化更顯著，T22均比CK組?。≒＜0.05）；說明SSL和β-CD可以抑制不易流動水的活動性，使得鮮濕面的持水性進一步提高。

圖4 鮮濕面T23隨時間變化曲線Fig.4 T23 curves of fresh noodles as a function of storage time

從圖4可知，自由水T23的范圍在50～100 ms之間。3 組鮮濕面T23都呈持續(xù)下降趨勢，貯藏1 d，添加兩種乳化劑的鮮濕面T23均比CK組大（P＜0.05），說明SSL和β-CD均能增大貯藏前期鮮濕面體系內(nèi)水分的活性；貯藏7 d，相比CK組，添加了SSL和β-CD的鮮濕面T23均有一定程度的減小，且SSL＜β-CD＜CK（P＜0.05），說明長期回生過程中添加劑使得鮮濕面體系自由水的活動性起到了一定抑制作用，原因可能是乳化劑的親水作用使體系中自由水分子的數(shù)量有所減少，這與表1中兩種乳化劑使得鮮濕面體系自由水含量得到減少的結(jié)果相對應(yīng)。

從圖2～4可以看出，貯藏7 d，鮮濕面弛豫時間T21、T22、T23總的趨勢均有不同程度的下降，這與Ottenhof等[23]研究的小麥淀粉在貯藏后T2下降的結(jié)果類似，說明貯藏期間，支鏈淀粉老化伴隨著水分流動性下降[23]；最終SSL和β-CD均能降低T2（P＜0.05），這與Roca等[24]采用預(yù)測數(shù)學(xué)模型對兩種復(fù)合食品系統(tǒng)中的水分進行了模擬，研究脂含量對蛋糕中的水分遷移影響，得出脂能夠降低水分擴散系數(shù)，阻礙水分遷移的結(jié)果類似。

2.2 兩種類型乳化劑對鮮濕面熱力學(xué)特征的影響

煮熟的鮮濕面發(fā)生了淀粉的糊化，在4 ℃貯藏后，糊化的淀粉迅速重結(jié)晶發(fā)生老化[25]，DSC老化焓反應(yīng)的就是該晶體的融化。直鏈淀粉的老化發(fā)生在140 ℃以上，所以所測得的重結(jié)晶是由支鏈淀粉引起的[26]。從圖5可直觀地看出，隨著溫度的升高曲線上出現(xiàn)了一個峰頂點，這就是淀粉老化形成的重結(jié)晶的融化頂點溫度Tp；對比CK組，添加SSL和β-CD的鮮濕面的Tp更低；也可以直觀地看出添加乳化劑的鮮濕面產(chǎn)生的老化熱焓比CK組低（CK＜SSL＜β-CD）。說明乳化劑對鮮濕面的熱力學(xué)特征有一定的影響，并且兩種乳化劑影響的程度不同。

圖5 鮮濕面貯藏3 h DSC變化曲線Fig.5 DSC curves of fresh noodle stored for 3 h

4 ℃貯藏1 周的鮮濕面熱力學(xué)參數(shù)變化具體情況如表2所示，T0為淀粉顆粒內(nèi)穩(wěn)定性最低的微晶的解體溫度。隨著貯藏時間的延長，鮮濕面重結(jié)晶融化起始溫度T0和老化焓ΔH都越來越大。其中CK組鮮濕面的T0從46.33 ℃增大到52.59 ℃；ΔH從0.62 J/g增大到1.81 J/g；說明鮮濕面在貯藏期間發(fā)生了老化，支鏈淀粉重結(jié)晶程度越來越大，并且越來越難解體。而添加SSL和β-CD的鮮濕面的T0和ΔH都明顯比CK組?。≒＜0.05），SSL使得鮮濕面的ΔH從（1.81±0.05）J/g減小到（1.37±0.12）J/g（P＜0.05），β-CD使得鮮濕面的ΔH減小到（1.31±0.04）J/g（P＜0.05）。這與Xu Jin等[27]利用DSC研究彈性糊精對糊化淀粉老化得出彈性糊精能降低淀粉老化焓的影響結(jié)果相類似，說明這2 種乳化劑都能減緩老化焓ΔH增大的速率，抑制鮮濕面的老化。原因可能是乳化劑和直鏈淀粉形成了復(fù)合物，降低了淀粉重結(jié)晶速率k和增加了Avrami指數(shù)n，改變成核模式[28]，使得成核不斷趨近于自發(fā)成核（1≤n≤2），從而降低老化的速度[29-30]，使淀粉結(jié)晶程度降低[31]，肖東等[32]利用Hyperchem軟件模擬動力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)SSL和β-CD能打開并插入直鏈淀粉形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，抑制直鏈淀粉螺旋結(jié)構(gòu)的形成，從而抑制淀粉的老化。

表2 在4 ℃貯藏1 周的鮮濕面熱力學(xué)參數(shù)Table2 Thermodynamic parameters of fresh noodles during storage for 7 days at 4 ℃

2.3 兩種類型乳化劑對鮮濕面微觀結(jié)構(gòu)的影響

在1 500 倍放大鏡下觀察到的在4 ℃貯藏7 d的鮮濕面的微觀結(jié)構(gòu)如圖6所示，CK組鮮濕面微觀結(jié)構(gòu)表面并不光滑，有很多斷裂和塌陷；而添加SSL的鮮濕面結(jié)構(gòu)表面光滑，沒有斷裂和塌陷；可以看到橢圓形的淀粉顆粒，分子間連接緊密，水分分布均勻，面筋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；添加β-CD的鮮濕面表面也光滑，水分分布均勻；但是結(jié)構(gòu)和SSL組不同，可以看到分子之間有包裹性的連接，且分子間有小的間隙，原因可能是β-CD不能像SSL起交聯(lián)作用，但可以因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疏水性和外部的親水性起到連接作用。

圖6 鮮濕面在4 ℃貯藏7 d的掃描電子顯微鏡圖Fig.6 SEM photographs of fresh noodle stored 7 days at 4 ℃

3 結(jié)論與討論

兩種類型乳化劑均能影響鮮濕面的水分分布和遷移，最終都減緩了結(jié)合水和不易流動水下降趨勢，減緩了自由水上升趨勢，使得鮮濕面在貨架期內(nèi)的自由水含量減少（P＜0.05），結(jié)合水和不易流動水含量增大（P＜0.05）；且SSL和β-CD均使得鮮濕面體系T2的下降得到抑制（P＜0.05），使鮮濕面在貯藏前期的結(jié)合水T21增大，使貯藏7 d的鮮濕面T2減小，降低水分遷移，并且SSL和β-CD的影響效果存在顯著差異（P＜0.05）；通過掃描電子顯微鏡觀察到鮮濕面微觀結(jié)構(gòu)不光滑，面筋結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，有很多斷裂和塌陷的結(jié)構(gòu)；而添加乳化劑的結(jié)構(gòu)光滑，可見橢圓形的淀粉顆粒，沒有斷裂的結(jié)構(gòu)，水分分布均勻，分子間鏈接緊密，面筋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；SSL和β-CD均能減緩老化焓ΔH增大的速率，使得鮮濕面在貨架期內(nèi)的老化焓減?。≒＜0.05），抑制淀粉重結(jié)晶，從而抑制鮮濕面老化；也說明了支鏈淀粉老化過程中伴隨著水分的遷移。

兩種乳化劑雖都能增加鮮濕面結(jié)合水含量，減小自由水含量，增大貯藏前期T21和減小T23，但是二者的影響效果卻不一樣（P＜0.05）；二者的結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致作用機制不同，SSL作為陰離子型乳化劑，能夠產(chǎn)生負離子的親水基團，通過電性差異和與水分子作用而能固定水分，并且能夠?qū)τ坞x蛋白起吸附、交聯(lián)作用，增強面筋結(jié)構(gòu)，提高持水性；而β-CD作為非離子型乳化劑，通過與水分子形成氫鍵作用來固定水分，并且通過自身特殊的結(jié)構(gòu)在分子內(nèi)或分子間與水發(fā)生連接作用。本研究中乳化劑減小自由水含量的結(jié)果和樊海濤等[12]的研究結(jié)果一致，但是T2分布卻有很大差異，樊海濤研究得出的3 個峰中沒有不易流動水的峰，并且弛豫時間比本研究大很多，原因可能是其采用冷凍面團，且面團中添加的水分比本研究多，在緩慢冷凍過程中面團內(nèi)部的結(jié)構(gòu)被破壞，不易流動水含量減少，自由水的流動性變大，弛豫時間變大。林向陽等[33]利用了核磁共振及成像技術(shù)研究水分遷移和觀察面團面筋網(wǎng)絡(luò)的形成和破壞過程，通過NMR曲線和圖像的黑點區(qū)域確定面團的攪拌時間，本研究的進一步實驗也可以利用成像技術(shù)補充乳化劑對鮮濕面水分遷移的研究。同時，需要進一步對乳化劑和淀粉形成的復(fù)合物進行驗證，并且得出復(fù)合物的組成。

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