竹筍膳食纖維對冷凍面團流變學特性、水分分布和微觀結構的影響

張 華，李銀麗，李佳樂，趙學偉，白艷紅，張艷艷*

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南省食品生產與安全協同創新中心，河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450002）

竹筍膳食纖維對冷凍面團流變學特性、水分分布和微觀結構的影響

張 華，李銀麗，李佳樂，趙學偉，白艷紅，張艷艷*

（鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南省食品生產與安全協同創新中心，河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450002）

本實驗比較竹筍膳食纖維、米糠膳食纖維和大豆膳食纖維的功能和理化特性，結果顯示竹筍膳食纖維的持水性、持油性、膨脹性、對NO2-和膽固醇的吸附能力分別為17.85 g/g、10.14 g/g、9.63 mL/g、4.82 μmol/g和6.88 mg/g，均遠高于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維。研究不同竹筍膳食纖維添加量對冷凍面團流變學特性、水分分布以及微觀結構的影響，結果發現竹筍膳食纖維的添加使得冷凍面團的彈性模量和黏性模量得到提高；竹筍膳食纖維改變了冷凍面團的水分分布，顯著縮短冷凍面團峰T22的弛豫時間，增強了面團的持水能力；掃描電子顯微鏡觀察發現，竹筍膳食纖維改變了冷凍面團的微觀結構，使其淀粉顆粒與面筋網絡排列更加均勻。本研究將為竹筍膳食纖維對冷凍面團的改良提供理論依據。

竹筍膳食纖維；冷凍面團；流變特性；水分分布；微觀結構

冷凍面團工藝是針對面包、蛋糕、西點或中點的生產制作，對已進行拌粉、和面、加工成型后的面團進行冷凍的工藝，待用時將冷凍后面團解凍處理，進入后續加工工序，直至制成成品為止。近幾年，我國對冷凍面團的需求量逐漸增大，但是冷凍面團或面制品存在的不足之處也日益凸顯，如目前市售速凍面制品普遍存在開裂、口感不好、結構粗糙等缺陷，嚴重地影響了產品的品質[1]。

研究發現，膳食纖維的添加可以改善面團品質。錢海峰等[2]綜述了高膳食纖維面制主食的研究進展，介紹了添加膳食纖維對面制品的粉質、拉伸等流變特性的影響及其作用機理。Aravind[3]和李丹丹[4]等研究了菊粉在意大利面和饅頭中的應用，得出了不影響意大利面和饅頭感官的菊粉最大添加量。王岸娜等[5]研究了玉米種皮膳食纖維在餃子皮中的應用，其適宜的添加量范圍為5%～8%。Sabanis等[6]研究發現添加玉米和燕麥膳食纖維到無谷蛋白面包中，可以顯著增加面包體積、提高面包心柔軟度、改善產品的可接受度。

竹筍是禾本科竹亞科植物，含有大量膳食纖維，占竹筍鮮質量的2.23%～4.20%，其膳食纖維含量高于大部分蔬菜，是膳食纖維良好的來源[7-8]。竹筍膳食纖維具有優良的理化特性：良好的持水性、持油性、溶脹性；能夠吸附膽固醇和NO2-；對重金屬具有束縛作用[9-10]。現有關于竹筍膳食纖維的研究主要集中在制備、改性和功能性質方面[11-13]。

本研究將竹筍膳食纖維添加到面粉中，研究其對冷凍面團流變學特性的影響，從冷凍面團水分分布和微觀結構變化的角度揭示竹筍膳食纖維改善冷凍面團加工性能的原因，以期為改良冷凍面制品品質、開發富含膳食纖維的功能性食品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹筍膳食纖維、米糠膳食纖維和大豆膳食纖維由浙江耕盛堂生態農業有限公司提供，原料真空冷凍干燥24 h，超微粉碎后，過100 目篩備用。面粉（蛋白質含量9.0%、脂肪含量1.5%、水含量12.8%），由中糧（鄭州）糧油工業有限公司提供。

1.2 儀器與設備

Discovery流變儀 美國TA儀器公司；NM120低場核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；JSM-6490LV掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司；DZM-140型電動壓面機 永康市海鷗電器有限公司；XLF-30C氣流粉碎機 廣州旭朗機械設備有限公司；LGJ-10冷凍干燥機 河南兄弟儀器設備有限公司；HWS-080型恒溫醒發箱 上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維功能性質的測定

膳食纖維的持水性、持油性、膨脹性、陽離子交換能力、對NO2-及膽固醇的吸附作用（pH 2）的測定參照文獻[14]的方法進行。

1.3.2 冷凍面團的制備

稱取1.0 kg面粉，分別加入0.0%、1.0%、1.5%、2.0%竹筍膳食纖維（以面粉質量計），混合均勻，然后加入面粉質量1%的食鹽及42%的水，使其形成干濕均勻的松散顆粒面團，和面5 min，在恒溫醒發箱內醒發30 min（溫度30 ℃、相對濕度85%）后，分別制備成直徑約40 mm的面團，用保鮮膜包裹后置于速凍機至面團中心溫度為-18 ℃時，停止冷凍，將冷凍面團貯藏在-18 ℃的冰箱內。

1.3.3 冷凍面團流變學特性的測定

將冷凍面團置于30 ℃、相對濕度85%的培養箱中解凍1 h后，參照王雨生等[15]的方法對冷凍面團進行拉伸特性的測定。

1.3.4 冷凍面團水分分布的測定

采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間（T2）。將冷凍面團樣品置于永久磁場中心位置的射頻線圈的中心，進行CPMG脈沖序列實驗。CPMG序列采用的參數：采樣點數TD為24 112、回波個數C0為1 200、重復掃描次數NS為8、半回波時間TE為0.201 ms。利用T2_FitFrm軟件調用CPMG序列反演得到各樣品的波譜圖和T2值。

1.3.5 冷凍面團的微觀結構分析

參照劉國琴等[17]的研究方法，將冷凍面團冷凍干燥后，切成0.5 cm×0.5 cm×0.2 cm的方塊后，噴金固定于載物臺上，用掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面結構。

1.4 數據統計分析

采用Origin 8.5軟件整理數據和作圖。采用SPSS 16.0軟件對得到的數據進行單因素方差分析和皮爾森相關性分析。

2 結果與分析

2.1 竹筍膳食纖維功能特性

表1 膳食纖維的功能特性Table 1 Functional properties of three kinds of dietary fi ber

持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、對NO2-及膽固醇的吸附能力是膳食纖維重要的理化特性。從表1可以看出，竹筍膳食纖維的持水力和持油力遠大于大豆膳食纖維和米糠膳食纖維（P＜0.05），對NO2-和膽固醇的吸附能力也優于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維（P＜0.05）。這是因為竹筍膳食纖維具有超精細的納米級網狀結構，內部有大量的親水性基團，使竹筍膳食纖維的持水力遠大于普通膳食纖維[18]。但是，竹筍膳食纖維的陽離子交換能力與米糠膳食纖維和竹筍膳食纖維相比并沒有顯著的優勢（P＞0.05）。

綜上所述，竹筍膳食纖維與常用的米糠膳食纖維和大豆膳食纖維相比具有更強的持水力、持油力、膨脹力、NO2-和膽固醇吸附能力，在面制品中具有更加廣闊的應用前景。

2.2 竹筍膳食纖維對冷凍面團流變學特性的影響

圖1 竹筍膳食纖維添加量對冷凍面團流變學特性的影響Fig. 1 Effect of BSDF on rheological properties of frozen dough

彈性模量（G’）是指儲存在物質中的或經過一個振動周期的正弦形變后所恢復的能量，它代表物質的彈性本質；黏性模量（G”）是指每個周期的正弦形變所消耗或損失的能量，它代表物質的黏性本質。面團是一種具有黏彈性的材料，既具有黏性流體的某些性質，也具有彈性固體的某些特性[19]。由圖1可知，隨著冷凍面團中竹筍膳食纖維添加量的增大，冷凍面團的彈性模量和黏性模量也逐步增大。而添加竹筍膳食纖維后，冷凍面團的損耗角正切（tan α）下降，且隨著頻率的增加，損耗角正切基本呈增加的趨勢。這說明竹筍膳食纖維的添加，更有利于面團中彈性模量的增加。

竹筍膳食纖維能夠通過自身的親水作用以及與面粉中淀粉相互作用形成復合物，改善面團的面筋網絡結構，阻礙面團中水分遷移，增強面團的持水性，從而提高面團的黏彈性，這可能是添加竹筍膳食纖維后冷凍面團流變學特性改變的原因。

2.3 竹筍膳食纖維對冷凍面團水分分布的影響

圖2 不同竹筍膳食纖維添加量對冷凍面團弛豫時間T2的影響Fig. 2 Effect of BSDF on water distribution of frozen dough determined by low fi eld nuclear magnetic resonance

表2 不同竹筍膳食纖維添加量對冷凍面團3 種狀態水相對百分含量的影響Table 2 Effect of BSDF addition on the contents of three forms of moisture in frozen dough

低場核磁共振作為一種新型的無損檢測方法被廣泛用于研究食品中的水分狀態、分布及組成和遷移規律等[20-24]；從冷凍面團的T2圖譜可以看出（圖2），冷凍面團的T2在1～90 ms內分布有3 個峰，其中第1個峰（T21）代表深層結合水，主要是與淀粉或面筋蛋白緊密結合的水；而第2個峰（T22）表示弱結合水，流動性介于深層結合水和自由水之間，此部分水結合于蛋白質、淀粉等大分子之間；第3個峰（T23）代表冷凍面團中的自由水[25-28]。各峰面積與總積分面積的比值（分別記為A21、A22、A23）為各組分水的相對百分含量（表2）。從圖2可以看出，T22為主峰，這表明冷凍面團的水分分布以弱結合水為主。添加了竹筍膳食纖維的冷凍面團的T22峰要弱于對照樣品（竹筍膳食纖維添加量為0.0%），這表明含竹筍膳食纖維的冷凍面團水分的流動性較弱，水分與其他組分的結合更為緊密，冷凍面團的持水力更強。由表2還可知，添加竹筍膳食纖維后冷凍面團的深層結合水含量下降、弱結合水含量上升、自由水含量上升，這可能是因為竹筍膳食纖維良好的親水性、較強的持水性，使其與面團中面筋蛋白和淀粉爭奪水分，從而改變了冷凍面團水分分布的狀態。冷凍面團水分分布狀態的改變直接影響了冷凍面團解凍后的彈性和黏性。

2.4 竹筍膳食纖維對冷凍面團微觀結構的影響

圖3 竹筍膳食纖維對冷凍面團微觀結構的影響Fig. 3 Effects of BSDF on the microstructure of frozen dough

面團是由淀粉與蛋白質網絡結構組成的體系，大小不同的圓形顆粒為面團中的淀粉顆粒，淀粉顆粒互相黏連，包裹于面筋網絡結構中，構成面筋網絡結構。由圖3可以看出，竹筍膳食纖維的添加改變了冷凍面團的微觀結構，且這種影響隨著竹筍膳食纖維添加量的變化而變化。由圖3a可以看到清晰的淀粉顆粒，且淀粉顆粒間孔隙較大；當竹筍膳食纖維添加量為1.0%時，淀粉顆粒與蛋白質網絡結構開始出現膠黏狀態，且淀粉顆粒間孔隙開始減小（圖3b）；添加1.5%竹筍膳食纖維，淀粉顆粒幾乎全部鑲嵌于面筋網絡結構中，且淀粉顆粒縫隙被填充（圖3c）；而添加2.0%竹筍膳食纖維的冷凍面團，淀粉顆粒則完全鑲嵌于面筋網絡結構中（圖3d）。

掃描電子顯微鏡觀察結果表明，竹筍膳食纖維的添加改變了冷凍面團的微觀結構，使其淀粉顆粒與面筋網絡排列更均勻，細膩而又均勻地排列組織將有助于提升產品質地和口感[29-30]，該結果與粉質拉伸的結果相一致，即竹筍膳食纖維可以作為面團品質的改良劑，改善冷凍面團和產品的品質。

3 結 論

膳食纖維具有良好的理化特性，其在開發高膳食纖維含量的功能性食品的應用方面，越來越受到人們的關注。本研究發現，竹筍膳食纖維的持水力、持油力、對NO2-和膽固醇的吸附作用都顯著優于米糠膳食纖維和大豆膳食纖維（P＜0.05）；將竹筍膳食纖維添加到面團中顯著提高了冷凍面團的彈性模量和黏性模量（P＜0.05）；改變了冷凍面團的水分分布，增強了面團的持水能力；掃描電子顯微鏡觀察結果表明，竹筍膳食纖維的添加，改變了冷凍面團的微觀結構，使其淀粉顆粒與面筋網絡排列更均勻。本研究為冷凍面團品質的改善和膳食纖維在冷凍面團中的應用提供了一定的理論依據。

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Effect of Bamboo Shoot Dietary Fiber on Rheological Properties, Moisture Distribution and Microstructure of Frozen Dough

ZHANG Hua, LI Yinli, LI Jiale, ZHAO Xuewei, BAI Yanhong, ZHANG Yanyan*
(Henan Key Laboratory of Cold Chain Food Quality and Safety Control, Collaborative Innovation Center for Food Production and Safety,School of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

In this paper, the functional and physiochemical properties of rice dietary fi ber (RDF), soybean dietary fi ber (SDF)and bamboo shoot dietary fi ber (BSDF) were compared. The water-holding, oil-binding, swelling and nitrite and cholesteroladsorbing capacities of BSDF were 17.85 g/g, 10.14 g/g, 9.63 mL/g, 4.82 μmol/g and 6.88 mg/g, respectively, which were signif i cantly better than those of RDF and SDF. The effect of adding different amounts of BSDF on the rheological properties, water distribution and microstructure of frozen dough were studied. The results showed that addition of BSDF improved the viscoelasticity of frozen dough, altered the moisture distribution as indicated by significantly decreased transverse relaxation time (T22), and increased the water-holding capacity. Scanning electron microscopy analysis revealed that BSDF changed the microstructure of frozen dough, leading to a more uniform arrangement of the starch granules and the gluten network. This study will hopefully provide a theoretical basis for the improvement of BSDF on frozen dough quality.

bamboo shoot dietary fi ber; frozen dough; rheological properties; moisture distribution; microstructure

10.7506/spkx1002-6630-201801008

TS201.1

A

1002-6630（2018）01-0053-05

張華, 李銀麗, 李佳樂, 等. 竹筍膳食纖維對冷凍面團流變學特性、水分分布和微觀結構的影響[J]. 食品科學, 2018,39(1): 53-57.

10.7506/spkx1002-6630-201801008. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Hua, LI Yinli, LI Jiale, et al. Effect of bamboo shoot dietary fi ber on rheological properties, moisture distribution and microstructure of frozen dough[J]. Food Science, 2018, 39(1): 53-57. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201801008. http://www.spkx.net.cn

2016-10-11

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD37B06-05）；河南省重大科技專項（141100110400）

張華（1975—），男，副教授，博士，研究方向為速凍食品加工與安全控制。E-mail：zhh7510@126.com

*通信作者簡介：張艷艷（1988—），女，講師，博士，研究方向為速凍食品加工與安全控制。E-mail：zhangyanyan@zzuli.edu.cn