麥麩水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維對面條性狀指標的影響及其掃描電鏡的觀察*

周玉瑾，李夢琴，李超然，劉燕琪

(河南農業大學食品科學技術學院，河南鄭州，450002)

我國年加工小麥1億多噸，年加工出的麩皮量達2 000萬t以上，小麥麩皮中含有35% ～50%的膳食纖維，是制備膳食纖維的理想原料。將膳食纖維添加到面制品中，一方面可以使我國小麥粉品質普遍低于國際水平的現狀得到改善，另一方面也使深受北方人喜愛的面制品成為推動人們均衡膳食的有力載體［1］。

根據膳食纖維在水中的狀態，可將其分為可溶性膳食纖維(soluable dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纖維(insoluable dietary fiber，IDF)，它能和水、碳水化合物、脂類、蛋白質等其他營養素產生相互作用，在不同消化部位有不同功效，有效調整膳食平衡，促進人體健康，被稱為第七大營養素［2］。可溶性膳食纖維易溶于水形成膠狀物，能提供較好的黏性，凝膠性，甚至發揮乳化劑的作用，使食品黏度增高［3］，不溶性膳食纖維密度低，組織呈多空狀，能有效增大糞便體積，減少排泄物在大腸中轉運時間。

將麥麩SDF和IDF添加于面條中，研究其對面條感官評分、色澤、質構指標的影響，采用核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)技術研究面條中水分的弛豫現象，通過水分子流動性的氫核的自旋-晶格弛豫時間T1和自旋-自旋弛豫時間T2［4］，研究麥麩SDF和IDF對面條中水分的遷移行為的影響。通過掃描電鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察面條內部大分子物質之間的相互作用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

特一粉:鄭州金苑面粉廠提供;膳食纖維:由鄭州金苑面粉廠提供小麥麩皮，采用酶-化學法于實驗室自制。

1.2 主要儀器與設備

B5D雙功能攪拌機，廣東省番禺市華粵電器廠;RQH-250型程控人工氣候箱，上海新諾儀器設備有限公司;DMT-5電動家用面條機，龍口市復興機械有限公司;SC-80C全自動色差儀，北京康光儀器有限公司;TA-XA PLUS物性測試儀，英國Stable micro systems公司;低場NMR成像儀，上海紐邁電子科技有限公司;JSM-6490LV掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社。

1.3 實驗方法

1.3.1 面條制作

將麥麩SDF和IDF(粒度＜50 μm)分別按0%，1%，2%，3%，4%和5%加入面粉中，配制成混合粉，按照面條制作工藝制作膳食纖維面條?？紤]到SDF與IDF的吸水量不同，確定面條加水量分別為:SDF為35%，IDF為38%。面條制作關鍵為:100 g混合粉中按一定比例加入30℃、2%的食鹽水，在和面機上攪拌15 min;將攪拌好的面絮轉移入自封袋中，25℃條件下密閉熟化30 min;壓片過程參考SB/Tl0137-1993，每輥合片2次，共壓過5道輥后切條，控制面條最終厚度為1.0 ～1.2 mm，寬2.0 mm，長約22 cm，制作好的鮮面條置于自封袋內，采用三段式干燥［5］將鮮面條制成掛面。

1.3.2 面條色澤測定

面條色澤測定中L*值表示黑－白(亮)度，值越大則越白(亮);a*值表示綠-紅色，值越大越紅;b*值表示藍-黃色，值越大越黃，色度儀CIE顏色系統中的高亮度L*值和低黃度b*值已被證實為消費者所喜愛的面條特性［6］，且由于a*較小，變異系數大，故本文選取L*和b*值為測定指標。用色差計測定經復合壓片后鮮面片的色澤［7］。

1.3.3 感官評定

取500 mL蒸餾水放入2 000 mL燒杯中煮沸后，保持微沸狀態，取一定量面條進行煮制，計時至面條中白芯消失即最佳煮制時間，迅速撈出，放入500 mL 20℃左右冷水中浸冷2 min，撈出，分放在托盤中待評定。

評定過程由7名經過培訓的感官評價人員按規定的評分標準對產品的感官質量進行評價。感官評價標準參考王曉慧等［8］的方法。

1.3.4 面條質構的測定

取500 mL蒸餾水放入2 000 mL燒杯中煮沸后，保持微沸狀態，取25根面條進行煮制，計時至面條中白芯消失即最佳煮制時間，迅速撈出，放入500 mL 20℃左右冷水中浸冷2 min，參考孫彩玲［9］的方法，進行質構實驗。

1.3.4.1 TPA 試驗

每次把3根煮熟的面條按一定間隔平行放置于載物臺上，對每組樣品做5次平行實驗，去掉最大值與最小值。試驗選用 P50探頭，測定速度(test speed)為 0.80 mm/sec，壓縮量(strain)為 70.00%。

1.3.4.2 剪切試驗

每次把3根煮熟的面條按一定間隔平行放置于載物臺上，對每組樣品做5次平行實驗，去掉最大值與最小值。試驗選用A/LKB探頭，測定速度(test speed)為 0.80 mm/s，壓縮量(strain)為 90.00%。

1.3.4.3 拉伸試驗

每次將一根面條纏繞固定在兩個平行的摩擦輪之間，上面的輪子勻速地向上拉伸面條，直至面條斷裂，對每組樣品做次平行實驗，去掉最大值與最小值。試驗選用A/SPR探頭，測定速度(test speed)為2.00 mm/s，測試距離為100 mm。

1.3.5 面條中水分分布測定

以FID試驗調節共振中心頻率，利用CPMG序列測定樣品的橫向弛豫時間(T2)，取樣量為(1.00±0.01)g，樣品放入核磁小試管中，置于磁場中心位置的射頻線圈中心，進行CPMG脈沖序列掃描。

CPMG實驗參數:重復采樣間隔時間TR=2 000 ms，半回波時間 τ=200 μs，回波個數 EchoCount=2 000個，重復掃描次數 NS=8，采樣點數 TD=80 140，采樣頻率 SW=100 kHz。

掃描結束后用T2Star反演軟件擬合反演出T2。

1.3.6 面條微觀結構的觀察

將提取的麥麩SDF微粒，麥麩IDF微粒和麥麩膳食纖維掛面，用戊二醛固定，采用濺射鍍膜法對樣品進行表面鍍金并置于掃描電鏡下觀察拍照。

2 結果與討論

2.1 麥麩SDF和IDF對面條色澤及感官評價的影響

將不同比例的麥麩SDF和IDF添加于面粉中制作面條，其對色度、感官評分的影響見表1、表2。

表1 麥麩SDF對面條色度和感官評價的影響Table 1 Effects of SDF content on noodle color and taste

表2 麥麩IDF對面條色度和感官評價的影響Table 2 Effects of IDF content on noodle color and taste

由表1、表2可知，不論哪種膳食纖維，隨著添加量的增大，面條的L*值均會逐漸降低，b*值呈現逐漸增大的趨勢。由于可溶性膳食纖維顆粒呈淺褐色，不可溶性膳食纖維顆粒呈淺黃色，所以隨著添加量的增大，面條的顏色逐漸加深。而可溶性膳食纖維顆粒的顏色明顯比不可溶性膳食纖維顆粒的顏色要暗，因此當添加量相同時，SDF面條的L*值低于IDF面條?？紤]到長期以來中國人有喜食高白度面食的習慣，所以消費者喜愛的面條特性為高亮度L*值和低黃度b*值，較大的添加量會使面條變暗、變黃，對面條品質造成不利影響。再結合表1和表2中感官評分，麥麩膳食纖維面條的膳食纖維添加量為3%較為理想。

2.2 膳食纖維對面條質構的影響

王曉慧等［8］研究表明TPA測試中硬度、膠著性和咀嚼性的極差大，能較好表征面條煮后質地特征。王靈昭等［10］也認為用TPA實驗參數中的硬度(hardness)、膠著性(gumminess)和咀嚼性(chewiness)，剪切試驗中最大剪切力(firmness)和拉伸試驗中的拉斷力(tensile strength)這5個參數評價面條的筋道、硬度和彈性，具有較強可行性。膳食纖維面條的質構測試結果見表3。

表3 最佳麥麩DF添加量對面條質構的影響Table 3 Effects of DF best content on noodle texture

TPA測試中硬度、膠著性和咀嚼性與面條的筋道性呈高度正相關(P ＜0.01)［10］，剪切試驗中最大剪切力反映面條的堅實度，而拉伸試驗中拉斷力是拉斷面條所需要的破斷力，即面條的彈性。如表3所示，達到最佳添加量(即3%)時，膳食纖維面條相比于空白組，質構試驗中的5個參數均有所增大，這證明添加膳食纖維對面條的品質具有改善作用。比較2組空白試驗，加水量較高的IDF0%組在5個指標上都明顯低于加水量較低的SDF0%組。Hatcher等［11］認為，隨著加水量的增加，鹽白面條的質地和最大剪切力顯著降低，這與本文中質構試驗結果相符。

對于SDF面條，這可能是因為SDF中的果膠類物質結構中主鏈間的氫鍵等非共價作用力，可以形成一種具有黏彈性的連續的三維凝膠網絡結構，在和面過程中這種凝膠網絡結構起著類似面筋網絡結構的作用，也可能是因為在面條煮熟過程中，SDF微粒吸水溶脹，多聚糖能與面條中的面筋蛋白形成更大的網絡結構，加固了面條的網絡結構，使面條的TPA指標和剪切拉伸指標均有所提升。

對于IDF面條，一方面可能是因為多聚糖鏈上的一些親水基團吸水膨脹，一些官能團與直鏈淀粉交聯或與蛋白質肽鏈上的親水基團相互作用，都使得面筋網絡結構的結合更緊密，淀粉顆粒與面筋網絡結構間的結合范圍更大;另一方面小顆粒IDF(粒度＜50 μm)可能填充于大分子或網絡結構的空隙中［12］，使面條筋道性和堅實度提高，TPA指標、最大剪切力和拉斷力增大。

2.3 膳食纖維對面條中水分分布的影響

NMR測定樣品T2多以氫核為研究對象，食品中大多數氫質子來源于水，當水和底物緊密結合時，運動受限，弛豫過程加快，因而T2較短;而游離水流動性好，達到平衡所需時間長，T2較大。因此，通過分析比較樣品中T2時間的大小變化可知樣品中水分的分布狀態的變化，并能部分反映結構特征改變。

對膳食纖維面條進行NMR測定，圖1為最佳添加量膳食纖維面條的弛豫時間反演圖。

圖1 最佳添加量麥麩DF面條的T2反演圖Fig.1 Integral area illustration of T2of noodles with best DF content

觀察圖1可知，2種膳食纖維面條的弛豫時間均小于100 ms，均出現了2個組分的峰，這說明面條中存在2部分流動性不同的水分。根據水分結合狀態不同可認為，一部分水與大分子物質如蛋白質、淀粉等相互作用相對更緊密(如以氫鍵形式結合)，流動性較差，這部分水組分的馳豫時間為T21;而另一部分水被面筋網絡結構包裹或存在于淀粉等大分子顆粒間隙，流動性相對較大，這部分水組分的馳豫時間為T22。用T2Star反演軟件分析2種膳食纖維面條的T2時間，結果如表4所示。

由表4可知，2種膳食纖維面條相比于空白對照組，T21和 T22均減小，這有利于面條的保藏。Li等［13］研究認為小麥面筋蛋白與水分的結合比淀粉與水分的結合更緊密。Bock［14］比較面筋蛋白與麩皮的吸水曲線，發現各個水分活度范圍內麩皮吸水均高于面筋蛋白。膳食纖維的分子結構中含有很多親水基團，賦予其較強的吸水能力和良好的持水性。膳食纖維中的多糖類物質，糖鏈上的羥基與水分子以氫鍵結合，在加水量一定的前提下，本應與大分子物質相結合的部分“束縛水”被膳食纖維分子奪走，面條的“束縛水”含量減少，T21時間減小。林向陽等［15］研究發現大豆纖維雖然能提高水分的吸水量，但其水分是以高活度方式存在，無法形成更大、更穩定的網絡結構狀態的結合水。因此在面條烘干的過程中，膳食纖維面條相對空白組流失的水分會更多，面條中剩余的“自由水”含量減少，T22時間減小。對于最佳添加量(即3%)的膳食纖維面條，不論是T21還是T22，SDF面條的變化量均比IDF面條要大，這可能是因為可溶性膳食纖維比不可溶性膳食纖維有更大的吸水能力，所以添加SDF更有利于面條的保藏。

表4 麥麩DF最佳添加量對面條T2時間的影響Table 4 Effects of DF best content on T2of noodles

2.4 膳食纖維對面條微觀結構的影響

對各組面條樣品、面筋蛋白和麥麩SDF和IDF微粒分別進行掃描電鏡觀察，得到的SEM圖如圖2、圖3所示。

圖2 面條和面筋蛋白的SEM圖(1 000×，3 000×)Fig.2 SEM graphs of noodles and wheat gluten(1 000 × ，3 000 × )

圖2-B顯示面筋蛋白為彼此黏連的片層狀結構，趨向于整體定向排列且有部分孔洞。結合圖2-A可知，面條經過壓延和干燥，內部的蛋白質基質形成一種絲狀的網絡結構粘附于淀粉顆粒表面，淀粉粒呈圓形或橢圓形，游離或借助于蛋白質基質黏連在面筋蛋白網絡上。整體而言，面條內部呈松散的干混凝土狀，蛋白質像泥漿，淀粉顆粒像鵝卵石。

首先觀察圖2-A可知，空白組的面筋網絡結構比較疏松，面條均勻性較差，淀粉顆粒與面筋網絡之間的空隙較多。將圖2-A、圖2-C、圖2-D對比可知，當膳食纖維達到最佳添加量(即3%)后，面條的均勻性良好，淀粉顆粒被緊密包裹在面筋網絡結構之中，彼此之間結合緊密，空隙較少。因此，麥麩膳食纖維的添加對面條的內部結構起到了明顯的改善作用。對于SDF面條，這可能是因為SDF微粒吸水后可形成膠體狀態，表現出較強的黏性，會對淀粉顆粒與面筋蛋白之間的結合產生一定影響，起到類似于乳化劑的作用。而IDF微粒由于其優越的纖維長度和空間結構，在吸水的同時增大自身體積，與面筋蛋白結合形成更大分子的網絡結構，使面筋網絡結構更穩定，面條的均勻性得到提高，品質得到改善。

其次對比圖2-A和圖2-C可發現，SDF面條中的淀粉顆粒較之空白組明顯變小。這是因為淀粉顆粒需要吸水膨脹，而膳食纖維奪走了一部分水，淀粉顆?？衫玫乃譁p少，所以膨脹的體積變小。再對比觀察圖2-A和圖2-D，圖2-D中出現了一些不規則形狀的顆粒，有些被包裹在面筋蛋白之中，有些依附于淀粉顆粒周圍。結合觀察圖3-B可以推斷，處于淀粉顆粒與面筋蛋白之間，呈現方形或者不規則形狀的塊狀顆粒即為IDF微粒。

圖3 麥麩SDF和IDF微粒結構SEM圖(3 000×)Fig.3 SEM graphs of particle structure of wheat bran SDF and IDF(3 000 × )

膳食纖維對面筋網絡結構的作用具有兩面性。一方面，SDF中所含的阿拉伯聚糖、酸性果膠和半乳糖甘露聚糖等，可依靠主鏈間氫鍵等非共價鍵形成連續的、具有一定黏彈性的三維凝膠網絡結構，改良面制品品質;IDF中含有阿拉伯木聚糖，這種不溶性戊聚糖通過酚酸(如阿魏酸等)的活性雙鍵可與蛋白質結合成更大分子的網絡結構;此外膳食纖維的高持水性也有利于面筋網絡結構的維持。另一方面，添加膳食纖維會稀釋面筋蛋白，降低面團的強度和韌性，過量膳食纖維膨脹形成空間障礙也會限制面筋結構擴展，最終造成面團特性的惡化，面制品軟塌。當添加量適宜時，膳食纖維的高持水性功效以及所含的凝膠體面制品的改良作用能掩蓋由面筋的稀釋所帶來的惡化作用。

3 結論

從麥麩中提取的SDF和IDF有較明顯的顏色，SDF粉末呈淺褐色，IDF粉末呈淺黃色，若過量添加會使面條色澤變暗，感官評分也會下降，結合色澤試驗與感官評定，麥麩膳食纖維面條的理想添加量為3%。

最佳添加量(即3%)時，膳食纖維面條的品質有明顯改善，質構特性均有所提高;利用NMR測定發現，麥麩SDF和IDF面條其T21和T22相對于不添加都有所降低，說明水分更多的被束縛，有利于掛面的保藏;掃描電鏡結果顯示理想添加量的面條均勻性良好，質地緊密。

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