竹笋膳食纤维对冷冻面团流变学特性、水分分布和微观结构的影响

张 华，李银丽，李佳乐，赵学伟，白艳红，张艳艳*

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南省食品生产与安全协同创新中心，河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南 郑州 450002）

竹笋膳食纤维对冷冻面团流变学特性、水分分布和微观结构的影响

张 华，李银丽，李佳乐，赵学伟，白艳红，张艳艳*

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南省食品生产与安全协同创新中心，河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南 郑州 450002）

本实验比较竹笋膳食纤维、米糠膳食纤维和大豆膳食纤维的功能和理化特性，结果显示竹笋膳食纤维的持水性、持油性、膨胀性、对NO2-和胆固醇的吸附能力分别为17.85 g/g、10.14 g/g、9.63 mL/g、4.82 μmol/g和6.88 mg/g，均远高于米糠膳食纤维和大豆膳食纤维。研究不同竹笋膳食纤维添加量对冷冻面团流变学特性、水分分布以及微观结构的影响，结果发现竹笋膳食纤维的添加使得冷冻面团的弹性模量和黏性模量得到提高；竹笋膳食纤维改变了冷冻面团的水分分布，显著缩短冷冻面团峰T22的弛豫时间，增强了面团的持水能力；扫描电子显微镜观察发现，竹笋膳食纤维改变了冷冻面团的微观结构，使其淀粉颗粒与面筋网络排列更加均匀。本研究将为竹笋膳食纤维对冷冻面团的改良提供理论依据。

竹笋膳食纤维；冷冻面团；流变特性；水分分布；微观结构

冷冻面团工艺是针对面包、蛋糕、西点或中点的生产制作，对已进行拌粉、和面、加工成型后的面团进行冷冻的工艺，待用时将冷冻后面团解冻处理，进入后续加工工序，直至制成成品为止。近几年，我国对冷冻面团的需求量逐渐增大，但是冷冻面团或面制品存在的不足之处也日益凸显，如目前市售速冻面制品普遍存在开裂、口感不好、结构粗糙等缺陷，严重地影响了产品的品质[1]。

研究发现，膳食纤维的添加可以改善面团品质。钱海峰等[2]综述了高膳食纤维面制主食的研究进展，介绍了添加膳食纤维对面制品的粉质、拉伸等流变特性的影响及其作用机理。Aravind[3]和李丹丹[4]等研究了菊粉在意大利面和馒头中的应用，得出了不影响意大利面和馒头感官的菊粉最大添加量。王岸娜等[5]研究了玉米种皮膳食纤维在饺子皮中的应用，其适宜的添加量范围为5%～8%。Sabanis等[6]研究发现添加玉米和燕麦膳食纤维到无谷蛋白面包中，可以显著增加面包体积、提高面包心柔软度、改善产品的可接受度。

竹笋是禾本科竹亚科植物，含有大量膳食纤维，占竹笋鲜质量的2.23%～4.20%，其膳食纤维含量高于大部分蔬菜，是膳食纤维良好的来源[7-8]。竹笋膳食纤维具有优良的理化特性：良好的持水性、持油性、溶胀性；能够吸附胆固醇和NO2-；对重金属具有束缚作用[9-10]。现有关于竹笋膳食纤维的研究主要集中在制备、改性和功能性质方面[11-13]。

本研究将竹笋膳食纤维添加到面粉中，研究其对冷冻面团流变学特性的影响，从冷冻面团水分分布和微观结构变化的角度揭示竹笋膳食纤维改善冷冻面团加工性能的原因，以期为改良冷冻面制品品质、开发富含膳食纤维的功能性食品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

竹笋膳食纤维、米糠膳食纤维和大豆膳食纤维由浙江耕盛堂生态农业有限公司提供，原料真空冷冻干燥24 h，超微粉碎后，过100 目筛备用。面粉（蛋白质含量9.0%、脂肪含量1.5%、水含量12.8%），由中粮（郑州）粮油工业有限公司提供。

1.2 仪器与设备

Discovery流变仪 美国TA仪器公司；NM120低场核磁共振成像分析仪 上海纽迈电子科技有限公司；JSM-6490LV扫描电子显微镜 日本JEOL公司；DZM-140型电动压面机 永康市海鸥电器有限公司；XLF-30C气流粉碎机 广州旭朗机械设备有限公司；LGJ-10冷冻干燥机 河南兄弟仪器设备有限公司；HWS-080型恒温醒发箱 上海精宏实验设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 膳食纤维功能性质的测定

膳食纤维的持水性、持油性、膨胀性、阳离子交换能力、对NO2-及胆固醇的吸附作用（pH 2）的测定参照文献[14]的方法进行。

1.3.2 冷冻面团的制备

称取1.0 kg面粉，分别加入0.0%、1.0%、1.5%、2.0%竹笋膳食纤维（以面粉质量计），混合均匀，然后加入面粉质量1%的食盐及42%的水，使其形成干湿均匀的松散颗粒面团，和面5 min，在恒温醒发箱内醒发30 min（温度30 ℃、相对湿度85%）后，分别制备成直径约40 mm的面团，用保鲜膜包裹后置于速冻机至面团中心温度为-18 ℃时，停止冷冻，将冷冻面团贮藏在-18 ℃的冰箱内。

1.3.3 冷冻面团流变学特性的测定

将冷冻面团置于30 ℃、相对湿度85%的培养箱中解冻1 h后，参照王雨生等[15]的方法对冷冻面团进行拉伸特性的测定。

1.3.4 冷冻面团水分分布的测定

采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定样品的横向弛豫时间（T2）。将冷冻面团样品置于永久磁场中心位置的射频线圈的中心，进行CPMG脉冲序列实验。CPMG序列采用的参数：采样点数TD为24 112、回波个数C0为1 200、重复扫描次数NS为8、半回波时间TE为0.201 ms。利用T2_FitFrm软件调用CPMG序列反演得到各样品的波谱图和T2值。

1.3.5 冷冻面团的微观结构分析

参照刘国琴等[17]的研究方法，将冷冻面团冷冻干燥后，切成0.5 cm×0.5 cm×0.2 cm的方块后，喷金固定于载物台上，用扫描电子显微镜观察样品的表面结构。

1.4 数据统计分析

采用Origin 8.5软件整理数据和作图。采用SPSS 16.0软件对得到的数据进行单因素方差分析和皮尔森相关性分析。

2 结果与分析

2.1 竹笋膳食纤维功能特性

表1 膳食纤维的功能特性Table 1 Functional properties of three kinds of dietary fi ber

持水力、持油力、膨胀力、阳离子交换能力、对NO2-及胆固醇的吸附能力是膳食纤维重要的理化特性。从表1可以看出，竹笋膳食纤维的持水力和持油力远大于大豆膳食纤维和米糠膳食纤维（P＜0.05），对NO2-和胆固醇的吸附能力也优于米糠膳食纤维和大豆膳食纤维（P＜0.05）。这是因为竹笋膳食纤维具有超精细的纳米级网状结构，内部有大量的亲水性基团，使竹笋膳食纤维的持水力远大于普通膳食纤维[18]。但是，竹笋膳食纤维的阳离子交换能力与米糠膳食纤维和竹笋膳食纤维相比并没有显著的优势（P＞0.05）。

综上所述，竹笋膳食纤维与常用的米糠膳食纤维和大豆膳食纤维相比具有更强的持水力、持油力、膨胀力、NO2-和胆固醇吸附能力，在面制品中具有更加广阔的应用前景。

2.2 竹笋膳食纤维对冷冻面团流变学特性的影响

图1 竹笋膳食纤维添加量对冷冻面团流变学特性的影响Fig. 1 Effect of BSDF on rheological properties of frozen dough

弹性模量（G’）是指储存在物质中的或经过一个振动周期的正弦形变后所恢复的能量，它代表物质的弹性本质；黏性模量（G”）是指每个周期的正弦形变所消耗或损失的能量，它代表物质的黏性本质。面团是一种具有黏弹性的材料，既具有黏性流体的某些性质，也具有弹性固体的某些特性[19]。由图1可知，随着冷冻面团中竹笋膳食纤维添加量的增大，冷冻面团的弹性模量和黏性模量也逐步增大。而添加竹笋膳食纤维后，冷冻面团的损耗角正切（tan α）下降，且随着频率的增加，损耗角正切基本呈增加的趋势。这说明竹笋膳食纤维的添加，更有利于面团中弹性模量的增加。

竹笋膳食纤维能够通过自身的亲水作用以及与面粉中淀粉相互作用形成复合物，改善面团的面筋网络结构，阻碍面团中水分迁移，增强面团的持水性，从而提高面团的黏弹性，这可能是添加竹笋膳食纤维后冷冻面团流变学特性改变的原因。

2.3 竹笋膳食纤维对冷冻面团水分分布的影响

图2 不同竹笋膳食纤维添加量对冷冻面团弛豫时间T2的影响Fig. 2 Effect of BSDF on water distribution of frozen dough determined by low fi eld nuclear magnetic resonance

表2 不同竹笋膳食纤维添加量对冷冻面团3 种状态水相对百分含量的影响Table 2 Effect of BSDF addition on the contents of three forms of moisture in frozen dough

低场核磁共振作为一种新型的无损检测方法被广泛用于研究食品中的水分状态、分布及组成和迁移规律等[20-24]；从冷冻面团的T2图谱可以看出（图2），冷冻面团的T2在1～90 ms内分布有3 个峰，其中第1个峰（T21）代表深层结合水，主要是与淀粉或面筋蛋白紧密结合的水；而第2个峰（T22）表示弱结合水，流动性介于深层结合水和自由水之间，此部分水结合于蛋白质、淀粉等大分子之间；第3个峰（T23）代表冷冻面团中的自由水[25-28]。各峰面积与总积分面积的比值（分别记为A21、A22、A23）为各组分水的相对百分含量（表2）。从图2可以看出，T22为主峰，这表明冷冻面团的水分分布以弱结合水为主。添加了竹笋膳食纤维的冷冻面团的T22峰要弱于对照样品（竹笋膳食纤维添加量为0.0%），这表明含竹笋膳食纤维的冷冻面团水分的流动性较弱，水分与其他组分的结合更为紧密，冷冻面团的持水力更强。由表2还可知，添加竹笋膳食纤维后冷冻面团的深层结合水含量下降、弱结合水含量上升、自由水含量上升，这可能是因为竹笋膳食纤维良好的亲水性、较强的持水性，使其与面团中面筋蛋白和淀粉争夺水分，从而改变了冷冻面团水分分布的状态。冷冻面团水分分布状态的改变直接影响了冷冻面团解冻后的弹性和黏性。

2.4 竹笋膳食纤维对冷冻面团微观结构的影响

图3 竹笋膳食纤维对冷冻面团微观结构的影响Fig. 3 Effects of BSDF on the microstructure of frozen dough

面团是由淀粉与蛋白质网络结构组成的体系，大小不同的圆形颗粒为面团中的淀粉颗粒，淀粉颗粒互相黏连，包裹于面筋网络结构中，构成面筋网络结构。由图3可以看出，竹笋膳食纤维的添加改变了冷冻面团的微观结构，且这种影响随着竹笋膳食纤维添加量的变化而变化。由图3a可以看到清晰的淀粉颗粒，且淀粉颗粒间孔隙较大；当竹笋膳食纤维添加量为1.0%时，淀粉颗粒与蛋白质网络结构开始出现胶黏状态，且淀粉颗粒间孔隙开始减小（图3b）；添加1.5%竹笋膳食纤维，淀粉颗粒几乎全部镶嵌于面筋网络结构中，且淀粉颗粒缝隙被填充（图3c）；而添加2.0%竹笋膳食纤维的冷冻面团，淀粉颗粒则完全镶嵌于面筋网络结构中（图3d）。

扫描电子显微镜观察结果表明，竹笋膳食纤维的添加改变了冷冻面团的微观结构，使其淀粉颗粒与面筋网络排列更均匀，细腻而又均匀地排列组织将有助于提升产品质地和口感[29-30]，该结果与粉质拉伸的结果相一致，即竹笋膳食纤维可以作为面团品质的改良剂，改善冷冻面团和产品的品质。

3 结 论

膳食纤维具有良好的理化特性，其在开发高膳食纤维含量的功能性食品的应用方面，越来越受到人们的关注。本研究发现，竹笋膳食纤维的持水力、持油力、对NO2-和胆固醇的吸附作用都显著优于米糠膳食纤维和大豆膳食纤维（P＜0.05）；将竹笋膳食纤维添加到面团中显著提高了冷冻面团的弹性模量和黏性模量（P＜0.05）；改变了冷冻面团的水分分布，增强了面团的持水能力；扫描电子显微镜观察结果表明，竹笋膳食纤维的添加，改变了冷冻面团的微观结构，使其淀粉颗粒与面筋网络排列更均匀。本研究为冷冻面团品质的改善和膳食纤维在冷冻面团中的应用提供了一定的理论依据。

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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

张华, 李银丽, 李佳乐, 等. 竹笋膳食纤维对冷冻面团流变学特性、水分分布和微观结构的影响[J]. 食品科学, 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”国家科技支撑计划项目（2012BAD37B06-05）；河南省重大科技专项（141100110400）

张华（1975—），男，副教授，博士，研究方向为速冻食品加工与安全控制。E-mail：zhh7510@126.com

*通信作者简介：张艳艳（1988—），女，讲师，博士，研究方向为速冻食品加工与安全控制。E-mail：zhangyanyan@zzuli.edu.cn