干制金针菜复水前后水分状态的变化

王毓宁　刘红锦　李鹏霞　胡花丽　李志强

摘要：采用低场核磁（NMR） 及其成像技术（MRI）研究热风干燥处理后的金针菜干制品在复水前后水分分布与状态变化，测量金针菜干制品复水前后的弛豫时间T2值和质子密度像，根据弛豫时间及其对应的信号分量，观察金针菜干制品复水前后自由水、不易流动水和结合水分布的变化情况。结果表明，金针菜干制品复水后，自由水含量增加，不易流动水和结合水含量也有所增加，但结合水变化不明显。低场核磁技术为金针菜复水加工过程中物性参数的研究提供了一种有效方法。

关键词：金针菜；干制品；低场核磁技术；复水；水分

中图分类号： TS255.3 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0343-05

金针菜别称黄花菜，与冬笋、香菇、木耳齐名，被誉为“山珍海味”中的山珍之一，具有极高的营养价值，历来是我国人们普遍喜爱的食品。中国医学科学院卫生研究所曾对其营养成分作出分析，每100 g含蛋白质14.1 g、各种维生素8 g、脂肪0.5 g、粗纤维6.7 g，此外还富含人体必需的糖、核黄素、胡萝卜素、尼克酸、铁、磷等物质。国内外研究结果表明，金针菜具有显著降低动物血清胆固醇的作用，是预防中老年人疾病、延缓机体和智力衰老的佳蔬[1-2]。然而，由于金针菜开花正值6—8月高温季节，采摘后的呼吸强度非常旺盛，在常温下一般3～4 d开始腐烂，不宜贮藏[3]，因此目前市场上金针菜制品以干金针菜为主，约有90%以上的鲜金针菜被加工成干制品，所以对金针菜干燥工艺以及如何提高干制品复水后的特性研究尤为必要。在复水过程中，随着水分向金针菜内部渗透，水分的分布和状态变化对金针菜物化特性的改变有重要作用。水分按与组织中底物的结合程度可分为结合水、不易流动水、自由水3种类型[4]，结合水主要是依靠氢键与蛋白质的极性基（羧基和氨基）相结合形成的水分子层，不易流动水可能表示存在于肌纤丝、肌原纤维及膜之间的不易流动的水分子，自由水表示存在于细胞外的间隙中能自由流动的水[5]。低场核磁及成像技术作为近年来兴起的研究方法，在直接测量水含量，间接测量冻结水比例、水分活度、玻璃化转变等很多重要物理指标和不同成分分布成像研究中显示出独特的优越性[6]。目前，核磁共振技术应用广泛，它被用于研究大米复水过程水分状态的变化，揭示水分进入糯米中心所需复水时间及不同品种大米复水过程中水分状态呈现明显差异等[7]。李然等应用低场核磁研究绿豆复水过程，了解绿豆吸水这一动态过程，观测到绿豆内部吸水状况[8]；张绪坤等利用低场核磁共振的横向驰豫时间分析胡萝卜切片在干燥过程中不同形态水分的变化[9]。目前，人们对金针菜干制品的大量研究主要集中于其干燥工艺和复水效果的分析方面，而关于水分分布和状态变化对金针菜物化特性影响的研究很少。本试验采用低场核磁（NMR） 及其成像技术（MRI）研究热风干燥处理后的金针菜干制品在复水前后水分状态变化及持水性能，为金针菜干燥加工中质构参数的变化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜金针菜为大乌嘴品种，采自江苏宿迁丁庄金针菜种植基地。

1.2 仪器与设备

BEL-M124A分析天平，巴拉特电子有限公司；DH6-907385型电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司；MesoMR，上海纽迈电子科技有限公司，共振频率23.311 MHz，磁体强度0.55 T，线圈直径为60 mm，磁体温度为32 ℃。

1.3 试验方法

1.3.1 干制工艺 新鲜金针菜→挑选→烫漂（时间 2 min）→摆盘→热风干燥（干燥温度70 ℃）→包装→金针菜干制品。

1.3.2 低场核磁及其成像方法[10] 采用横向弛豫时间（CPMG）序列测量金针菜的横向弛豫特性，研究金针菜复水前后的水分迁移及水分流动性，采用自旋回波（SE）序列成像序列试验来获得金针菜的质子密度像，直观地观察金针菜复水后的水分分布状况，试验参数CPMG为：脉冲宽度P90=19 μs，脉冲宽度P180=33 μs，采样点数TD=349 490，接受宽度SW=100 KHz，有效信号起始点RFD=80 μs，重复采样等待时间TR=5 000 ms，模拟增益RG1=20，数字增益RG2=3，重复次数NS=32，回波时间EchoTime=200 μs，回波个数EchoCount=15 000；成像SE序列：选层厚度4 mm，90°软脉冲幅度RFA90 9.9%，180°软脉冲幅度RFA180 18.1%，电子匀场参数的单位为Hz，电子匀场控制参数（20，80，180），选层方向参数（0，0，1），相位编码方向参数（1，0，0），频率编码方向参数（0，1，0）；质子密度像：TR= 1 000 ms，回波时间TE=11.5 ms，累加4次，图像尺寸为256×192。

1.3.3 样品处理及测定 选择热风干燥处理后的金针菜样品如图1所示，测试其T2值和质子密度像；然后在室温下水中浸泡40 min（图2），再次测量其T2值和质子密度像，并称量记录下金针菜干制品复水前后的质量（表1）。

1.4 数据处理

试验数据利用Contin及Matlab进行计算处理。

2 结果与分析

2.1 T2波谱

使用迭代寻优的方法将采集到的T2衰减曲线代入弛豫模型M（t）=∑ni=1Aie-t/T2i中拟合并反演，从而得到样品的T2弛豫信息，其中包括弛豫时间及其对应的弛豫信号分量[11]。如图3所示，横坐标是从10-2 ms到104 ms对数（以10为底数）分布的100个横向弛豫时间分量T2，纵坐标为各弛豫时间对应的信号分量Ai，已知信号量与其组分含量成正比关系，积分面积A即为样品的信号量。

T2弛豫时间反映样品内部氢质子所处的化学环境，与氢质子所受的束缚力及其自由度有关，而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构有密不可分的关系。氢质子受束缚越大或自由度越小，T2弛豫时间越短，在T2谱上峰位置较靠左；反之，则T2弛豫时间越长，在T2谱上峰位置较靠右。图3、图4分别为干制金针菜复水前后的结合水、不易流动水与自由水在NMR横向弛豫时间的分布图，它们分别对应T21（0.01～3 ms）、T22（3～100 ms）、T23（100～1 000 ms）。其中，T21表示与蛋白质分子表面极性基团紧密结合的结合水，其对应的峰积分面积为A21；T22表示金针菜体细胞内与胶体相结合，不能自由运动的不易流动水，其对应的峰积分面积为A22；T23表示存在于细胞毛细管中易流动的自由水，其对应的峰积分面积为A23。分析热风干燥处理后金针菜干制品复水前后的T2波谱，可以发现，复水后比复水前多了1个峰，这是因为金针菜干制品在复水前含水量极低，纤维素弛豫太快，仪器检测不到纤维素的信号；而在复水后，金针菜干制品充分得到浸泡，组织膨胀，纤维素的弛豫时间变长，仪器可以探测到纤维素的信号，在T2波谱上就能显现出来，即弛豫时间为0.187 4 ms 的峰是金针菜中纤维素的信号峰（图4）。endprint

2.2 水分迁移

信号量Ai可以用来衡量水分含量。从图5可知，干制金针菜复水前结合水占92.8%，是干制金针菜中的水分主要存在状态，而不易流动水和自由水仅占7.2%，因为不易流动水和自由水是微生物生存容易利用的水分状态，所以在加工干燥金针菜时主要是除去不易流动水和自由水，使水分含量达到某一安全值，利于干制金针菜的贮存；干制金针菜在水中浸泡40 min后，外界的游离水不断进入金针菜内部，所以自由水、不易流动水含量增加，同时水分的进入会导致金针菜组织结构被破坏，结合水就会脱离蛋白质等大分子结构向外迁移，结合水含量则有所下降，此时样品中结合水、不易流动水、自由水分别变为26.1%、64.2%、9.7%，水分主要以不易流动水状态存在，而不易流动水通常被认为是结构水，能够反映食品的持水性能[12]，所以可以根据干制金针菜复水后水分状态及含量的变化来探索优化金针菜的干燥工艺，即为金针菜干制加工中质构参数的变化提供理论依据。

2.3 水分流动性

通过T2加权公式T21=∑A21i× T21iA21i总、 T22=∑A22i× T22iA22i总、 T23=∑A23i× T23iA23i总，分别求出金针菜干制品复水前后T21、T22、T23值，结果如图6所示。由图6可以看出，复水后自由水迅速增加，不易流动水和结合水也有所增加，而结合水变化不明显，这正印证了在复水后，外界游离水进入干制金针菜内部，使原先紧密的结构胀大，组织内各相态水的弛豫时间变化较大，水分流动性增强，所以水分的弛豫时间整体右移，即是T2波谱右移，结果如图7所示（把纤维素信号置0，纤维素峰已屏蔽掉）。

2.4 MRI成像

图8是金针菜复水前后质子密度像，同时笔者选取了金针菜菜叶的一部分（见图9-a中方框区域），用Matlab进行计算，绘出复水速度曲线，结果如图9-b所示。由图8可见，复水前由于干制金针菜含水较少，仪器检测不到信号，所以得不到成像；而复水后，样品中含水量增加，表现出的核磁共振成像图变亮，它能直观地反映金针菜中的水分分布，且金针菜花尖部分复水效果好，花梗部分复水均匀性较差。从图9-b可以看出，随着复水时间的延长，样品水分含量先增加后降低。

3 结论

通过对干制金针菜复水前后T2弛豫谱的分析及MRI成像，研究金针菜干制品复水前后水分分布及内部结构变化的影响，直观地观察金针菜内部的一个水分分布情况，干制金针菜复水前内部水分主要存在自由水、不易流动水、结合水3种

状态，复水后改变干制金针菜组织中水的结合状态和水分分布，不同状态的水分发生了复杂的物理变化，这些变化反映了金针菜干制品的复水性能，与成像观察结果一致，所以可以根据干制金针菜复水后水分状态及含量的变化探索优化金针菜的干燥工艺，即为金针菜干制加工中质构参数的变化提供理论依据。

限于试验的工作量，本研究仅对干制金针菜复水前后进行测定试验，本试验结果作为初步的探索，今后尚须对不同干燥工艺金针菜复水过程中水分传递及变化进一步研究。

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