麦麸水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维对面条性状指标的影响及其扫描电镜的观察*

周玉瑾，李梦琴，李超然，刘燕琪

(河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州，450002)

我国年加工小麦1亿多吨，年加工出的麸皮量达2 000万t以上，小麦麸皮中含有35% ～50%的膳食纤维，是制备膳食纤维的理想原料。将膳食纤维添加到面制品中，一方面可以使我国小麦粉品质普遍低于国际水平的现状得到改善，另一方面也使深受北方人喜爱的面制品成为推动人们均衡膳食的有力载体［1］。

根据膳食纤维在水中的状态，可将其分为可溶性膳食纤维(soluable dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纤维(insoluable dietary fiber，IDF)，它能和水、碳水化合物、脂类、蛋白质等其他营养素产生相互作用，在不同消化部位有不同功效，有效调整膳食平衡，促进人体健康，被称为第七大营养素［2］。可溶性膳食纤维易溶于水形成胶状物，能提供较好的黏性，凝胶性，甚至发挥乳化剂的作用，使食品黏度增高［3］，不溶性膳食纤维密度低，组织呈多空状，能有效增大粪便体积，减少排泄物在大肠中转运时间。

将麦麸SDF和IDF添加于面条中，研究其对面条感官评分、色泽、质构指标的影响，采用核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)技术研究面条中水分的弛豫现象，通过水分子流动性的氢核的自旋-晶格弛豫时间T1和自旋-自旋弛豫时间T2［4］，研究麦麸SDF和IDF对面条中水分的迁移行为的影响。通过扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)观察面条内部大分子物质之间的相互作用。

1 材料与方法

1.1 实验材料

特一粉:郑州金苑面粉厂提供;膳食纤维:由郑州金苑面粉厂提供小麦麸皮，采用酶-化学法于实验室自制。

1.2 主要仪器与设备

B5D双功能搅拌机，广东省番禺市华粤电器厂;RQH-250型程控人工气候箱，上海新诺仪器设备有限公司;DMT-5电动家用面条机，龙口市复兴机械有限公司;SC-80C全自动色差仪，北京康光仪器有限公司;TA-XA PLUS物性测试仪，英国Stable micro systems公司;低场NMR成像仪，上海纽迈电子科技有限公司;JSM-6490LV扫描电子显微镜，日本电子株式会社。

1.3 实验方法

1.3.1 面条制作

将麦麸SDF和IDF(粒度＜50 μm)分别按0%，1%，2%，3%，4%和5%加入面粉中，配制成混合粉，按照面条制作工艺制作膳食纤维面条。考虑到SDF与IDF的吸水量不同，确定面条加水量分别为:SDF为35%，IDF为38%。面条制作关键为:100 g混合粉中按一定比例加入30℃、2%的食盐水，在和面机上搅拌15 min;将搅拌好的面絮转移入自封袋中，25℃条件下密闭熟化30 min;压片过程参考SB/Tl0137-1993，每辊合片2次，共压过5道辊后切条，控制面条最终厚度为1.0 ～1.2 mm，宽2.0 mm，长约22 cm，制作好的鲜面条置于自封袋内，采用三段式干燥［5］将鲜面条制成挂面。

1.3.2 面条色泽测定

面条色泽测定中L*值表示黑－白(亮)度，值越大则越白(亮);a*值表示绿-红色，值越大越红;b*值表示蓝-黄色，值越大越黄，色度仪CIE颜色系统中的高亮度L*值和低黄度b*值已被证实为消费者所喜爱的面条特性［6］，且由于a*较小，变异系数大，故本文选取L*和b*值为测定指标。用色差计测定经复合压片后鲜面片的色泽［7］。

1.3.3 感官评定

取500 mL蒸馏水放入2 000 mL烧杯中煮沸后，保持微沸状态，取一定量面条进行煮制，计时至面条中白芯消失即最佳煮制时间，迅速捞出，放入500 mL 20℃左右冷水中浸冷2 min，捞出，分放在托盘中待评定。

评定过程由7名经过培训的感官评价人员按规定的评分标准对产品的感官质量进行评价。感官评价标准参考王晓慧等［8］的方法。

1.3.4 面条质构的测定

取500 mL蒸馏水放入2 000 mL烧杯中煮沸后，保持微沸状态，取25根面条进行煮制，计时至面条中白芯消失即最佳煮制时间，迅速捞出，放入500 mL 20℃左右冷水中浸冷2 min，参考孙彩玲［9］的方法，进行质构实验。

1.3.4.1 TPA 试验

每次把3根煮熟的面条按一定间隔平行放置于载物台上，对每组样品做5次平行实验，去掉最大值与最小值。试验选用 P50探头，测定速度(test speed)为 0.80 mm/sec，压缩量(strain)为 70.00%。

1.3.4.2 剪切试验

每次把3根煮熟的面条按一定间隔平行放置于载物台上，对每组样品做5次平行实验，去掉最大值与最小值。试验选用A/LKB探头，测定速度(test speed)为 0.80 mm/s，压缩量(strain)为 90.00%。

1.3.4.3 拉伸试验

每次将一根面条缠绕固定在两个平行的摩擦轮之间，上面的轮子匀速地向上拉伸面条，直至面条断裂，对每组样品做次平行实验，去掉最大值与最小值。试验选用A/SPR探头，测定速度(test speed)为2.00 mm/s，测试距离为100 mm。

1.3.5 面条中水分分布测定

以FID试验调节共振中心频率，利用CPMG序列测定样品的横向弛豫时间(T2)，取样量为(1.00±0.01)g，样品放入核磁小试管中，置于磁场中心位置的射频线圈中心，进行CPMG脉冲序列扫描。

CPMG实验参数:重复采样间隔时间TR=2 000 ms，半回波时间 τ=200 μs，回波个数 EchoCount=2 000个，重复扫描次数 NS=8，采样点数 TD=80 140，采样频率 SW=100 kHz。

扫描结束后用T2Star反演软件拟合反演出T2。

1.3.6 面条微观结构的观察

将提取的麦麸SDF微粒，麦麸IDF微粒和麦麸膳食纤维挂面，用戊二醛固定，采用溅射镀膜法对样品进行表面镀金并置于扫描电镜下观察拍照。

2 结果与讨论

2.1 麦麸SDF和IDF对面条色泽及感官评价的影响

将不同比例的麦麸SDF和IDF添加于面粉中制作面条，其对色度、感官评分的影响见表1、表2。

表1 麦麸SDF对面条色度和感官评价的影响Table 1 Effects of SDF content on noodle color and taste

表2 麦麸IDF对面条色度和感官评价的影响Table 2 Effects of IDF content on noodle color and taste

由表1、表2可知，不论哪种膳食纤维，随着添加量的增大，面条的L*值均会逐渐降低，b*值呈现逐渐增大的趋势。由于可溶性膳食纤维颗粒呈浅褐色，不可溶性膳食纤维颗粒呈浅黄色，所以随着添加量的增大，面条的颜色逐渐加深。而可溶性膳食纤维颗粒的颜色明显比不可溶性膳食纤维颗粒的颜色要暗，因此当添加量相同时，SDF面条的L*值低于IDF面条。考虑到长期以来中国人有喜食高白度面食的习惯，所以消费者喜爱的面条特性为高亮度L*值和低黄度b*值，较大的添加量会使面条变暗、变黄，对面条品质造成不利影响。再结合表1和表2中感官评分，麦麸膳食纤维面条的膳食纤维添加量为3%较为理想。

2.2 膳食纤维对面条质构的影响

王晓慧等［8］研究表明TPA测试中硬度、胶着性和咀嚼性的极差大，能较好表征面条煮后质地特征。王灵昭等［10］也认为用TPA实验参数中的硬度(hardness)、胶着性(gumminess)和咀嚼性(chewiness)，剪切试验中最大剪切力(firmness)和拉伸试验中的拉断力(tensile strength)这5个参数评价面条的筋道、硬度和弹性，具有较强可行性。膳食纤维面条的质构测试结果见表3。

表3 最佳麦麸DF添加量对面条质构的影响Table 3 Effects of DF best content on noodle texture

TPA测试中硬度、胶着性和咀嚼性与面条的筋道性呈高度正相关(P ＜0.01)［10］，剪切试验中最大剪切力反映面条的坚实度，而拉伸试验中拉断力是拉断面条所需要的破断力，即面条的弹性。如表3所示，达到最佳添加量(即3%)时，膳食纤维面条相比于空白组，质构试验中的5个参数均有所增大，这证明添加膳食纤维对面条的品质具有改善作用。比较2组空白试验，加水量较高的IDF0%组在5个指标上都明显低于加水量较低的SDF0%组。Hatcher等［11］认为，随着加水量的增加，盐白面条的质地和最大剪切力显著降低，这与本文中质构试验结果相符。

对于SDF面条，这可能是因为SDF中的果胶类物质结构中主链间的氢键等非共价作用力，可以形成一种具有黏弹性的连续的三维凝胶网络结构，在和面过程中这种凝胶网络结构起着类似面筋网络结构的作用，也可能是因为在面条煮熟过程中，SDF微粒吸水溶胀，多聚糖能与面条中的面筋蛋白形成更大的网络结构，加固了面条的网络结构，使面条的TPA指标和剪切拉伸指标均有所提升。

对于IDF面条，一方面可能是因为多聚糖链上的一些亲水基团吸水膨胀，一些官能团与直链淀粉交联或与蛋白质肽链上的亲水基团相互作用，都使得面筋网络结构的结合更紧密，淀粉颗粒与面筋网络结构间的结合范围更大;另一方面小颗粒IDF(粒度＜50 μm)可能填充于大分子或网络结构的空隙中［12］，使面条筋道性和坚实度提高，TPA指标、最大剪切力和拉断力增大。

2.3 膳食纤维对面条中水分分布的影响

NMR测定样品T2多以氢核为研究对象，食品中大多数氢质子来源于水，当水和底物紧密结合时，运动受限，弛豫过程加快，因而T2较短;而游离水流动性好，达到平衡所需时间长，T2较大。因此，通过分析比较样品中T2时间的大小变化可知样品中水分的分布状态的变化，并能部分反映结构特征改变。

对膳食纤维面条进行NMR测定，图1为最佳添加量膳食纤维面条的弛豫时间反演图。

图1 最佳添加量麦麸DF面条的T2反演图Fig.1 Integral area illustration of T2of noodles with best DF content

观察图1可知，2种膳食纤维面条的弛豫时间均小于100 ms，均出现了2个组分的峰，这说明面条中存在2部分流动性不同的水分。根据水分结合状态不同可认为，一部分水与大分子物质如蛋白质、淀粉等相互作用相对更紧密(如以氢键形式结合)，流动性较差，这部分水组分的驰豫时间为T21;而另一部分水被面筋网络结构包裹或存在于淀粉等大分子颗粒间隙，流动性相对较大，这部分水组分的驰豫时间为T22。用T2Star反演软件分析2种膳食纤维面条的T2时间，结果如表4所示。

由表4可知，2种膳食纤维面条相比于空白对照组，T21和 T22均减小，这有利于面条的保藏。Li等［13］研究认为小麦面筋蛋白与水分的结合比淀粉与水分的结合更紧密。Bock［14］比较面筋蛋白与麸皮的吸水曲线，发现各个水分活度范围内麸皮吸水均高于面筋蛋白。膳食纤维的分子结构中含有很多亲水基团，赋予其较强的吸水能力和良好的持水性。膳食纤维中的多糖类物质，糖链上的羟基与水分子以氢键结合，在加水量一定的前提下，本应与大分子物质相结合的部分“束缚水”被膳食纤维分子夺走，面条的“束缚水”含量减少，T21时间减小。林向阳等［15］研究发现大豆纤维虽然能提高水分的吸水量，但其水分是以高活度方式存在，无法形成更大、更稳定的网络结构状态的结合水。因此在面条烘干的过程中，膳食纤维面条相对空白组流失的水分会更多，面条中剩余的“自由水”含量减少，T22时间减小。对于最佳添加量(即3%)的膳食纤维面条，不论是T21还是T22，SDF面条的变化量均比IDF面条要大，这可能是因为可溶性膳食纤维比不可溶性膳食纤维有更大的吸水能力，所以添加SDF更有利于面条的保藏。

表4 麦麸DF最佳添加量对面条T2时间的影响Table 4 Effects of DF best content on T2of noodles

2.4 膳食纤维对面条微观结构的影响

对各组面条样品、面筋蛋白和麦麸SDF和IDF微粒分别进行扫描电镜观察，得到的SEM图如图2、图3所示。

图2 面条和面筋蛋白的SEM图(1 000×，3 000×)Fig.2 SEM graphs of noodles and wheat gluten(1 000 × ，3 000 × )

图2-B显示面筋蛋白为彼此黏连的片层状结构，趋向于整体定向排列且有部分孔洞。结合图2-A可知，面条经过压延和干燥，内部的蛋白质基质形成一种丝状的网络结构粘附于淀粉颗粒表面，淀粉粒呈圆形或椭圆形，游离或借助于蛋白质基质黏连在面筋蛋白网络上。整体而言，面条内部呈松散的干混凝土状，蛋白质像泥浆，淀粉颗粒像鹅卵石。

首先观察图2-A可知，空白组的面筋网络结构比较疏松，面条均匀性较差，淀粉颗粒与面筋网络之间的空隙较多。将图2-A、图2-C、图2-D对比可知，当膳食纤维达到最佳添加量(即3%)后，面条的均匀性良好，淀粉颗粒被紧密包裹在面筋网络结构之中，彼此之间结合紧密，空隙较少。因此，麦麸膳食纤维的添加对面条的内部结构起到了明显的改善作用。对于SDF面条，这可能是因为SDF微粒吸水后可形成胶体状态，表现出较强的黏性，会对淀粉颗粒与面筋蛋白之间的结合产生一定影响，起到类似于乳化剂的作用。而IDF微粒由于其优越的纤维长度和空间结构，在吸水的同时增大自身体积，与面筋蛋白结合形成更大分子的网络结构，使面筋网络结构更稳定，面条的均匀性得到提高，品质得到改善。

其次对比图2-A和图2-C可发现，SDF面条中的淀粉颗粒较之空白组明显变小。这是因为淀粉颗粒需要吸水膨胀，而膳食纤维夺走了一部分水，淀粉颗粒可利用的水分减少，所以膨胀的体积变小。再对比观察图2-A和图2-D，图2-D中出现了一些不规则形状的颗粒，有些被包裹在面筋蛋白之中，有些依附于淀粉颗粒周围。结合观察图3-B可以推断，处于淀粉颗粒与面筋蛋白之间，呈现方形或者不规则形状的块状颗粒即为IDF微粒。

图3 麦麸SDF和IDF微粒结构SEM图(3 000×)Fig.3 SEM graphs of particle structure of wheat bran SDF and IDF(3 000 × )

膳食纤维对面筋网络结构的作用具有两面性。一方面，SDF中所含的阿拉伯聚糖、酸性果胶和半乳糖甘露聚糖等，可依靠主链间氢键等非共价键形成连续的、具有一定黏弹性的三维凝胶网络结构，改良面制品品质;IDF中含有阿拉伯木聚糖，这种不溶性戊聚糖通过酚酸(如阿魏酸等)的活性双键可与蛋白质结合成更大分子的网络结构;此外膳食纤维的高持水性也有利于面筋网络结构的维持。另一方面，添加膳食纤维会稀释面筋蛋白，降低面团的强度和韧性，过量膳食纤维膨胀形成空间障碍也会限制面筋结构扩展，最终造成面团特性的恶化，面制品软塌。当添加量适宜时，膳食纤维的高持水性功效以及所含的凝胶体面制品的改良作用能掩盖由面筋的稀释所带来的恶化作用。

3 结论

从麦麸中提取的SDF和IDF有较明显的颜色，SDF粉末呈浅褐色，IDF粉末呈浅黄色，若过量添加会使面条色泽变暗，感官评分也会下降，结合色泽试验与感官评定，麦麸膳食纤维面条的理想添加量为3%。

最佳添加量(即3%)时，膳食纤维面条的品质有明显改善，质构特性均有所提高;利用NMR测定发现，麦麸SDF和IDF面条其T21和T22相对于不添加都有所降低，说明水分更多的被束缚，有利于挂面的保藏;扫描电镜结果显示理想添加量的面条均匀性良好，质地紧密。

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