面條蒸制過程中水分遷移及糊化特性

陳 潔，余 寒，王遠輝，卞 科

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

蒸面是將鮮濕面經(jīng)過蒸制、包裝后得到的一類面條，作為一種速食的方便食品，深受消費者喜愛。蒸面的食用方式多樣，可做湯面、拌面、炒面、鹵面。蒸面是一種低水分面條，其自身水分含量有限，經(jīng)蒸制后面條糊化程度較低，面條干、顏色發(fā)白、易斷裂，吃起來“夾生”，品質較差?！爸笔菍⒚鏃l瞬間浸在水中后立即撈出，使其表面附著一層水分。工業(yè)生產(chǎn)過程中，為解決面條干、不易糊化、品質差等問題，將面條蒸制一段時間后進行著水、復蒸，從而改善蒸制面條品質[1-3]。

面條的水分遷移與分布對于蒸制面條的品質有很重要的影響。低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術是利用氫質子在磁場中的自旋-馳豫特性，通過弛豫時間的變化研究樣品的水分形態(tài)與分布。核磁成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術是將樣品的質子密度、弛豫時間等性質通過圖像的形式直觀地表現(xiàn)出來[4-6]。Bosmans[7]、李田田[8]、Zhang Jinsheng[9]等利用LF-NMR和MRI研究貯藏過程中不同溫度條件下面包水分遷移變化、不同貯藏條件對面條水分狀態(tài)的影響以及面包和乳酪中水分分布的差異。Serial[10]、Lin Xiangyang[11]、劉銳[12]、薛雅萌[13]等運用LF-NMR研究添加纖維素對餅干面團水分遷移的影響、添加抗性淀粉和不同和面方式對面團水分遷移的影響。Lai等[14]運用MRI技術研究鹽白面條在煮制及貯存過程中的水分分布情況。本實驗通過LF-NMR和MRI技術，研究面條在蒸制過程中內(nèi)部水分分布及遷移情況，同時研究蒸制過程中面條淀粉糊化特性的變化，探討不同蒸制階段面條水分含量與弛豫時間（T2）、質子密度（M2）、糊化特性之間的相關性。在實際生產(chǎn)過程中，通過快速測定面條的水分含量來預測面條品質及糊化程度，為蒸制面條工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金苑特一粉 河南金苑糧油有限公司；無碘食鹽河南省鹽業(yè)總公司。

1.2 儀器與設備

HZT-B5000電子天平 福州華志科學有限公司；BSA和面機 廣州威力事實業(yè)有限公司；JMTD-168/140小型制面機組 北京騰威機械有限公司；MicroMRCL-Ⅰ變溫型核磁共振食品農(nóng)業(yè)成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；RVA-4型快速黏度儀 澳大利亞Newport科學儀器公司；FD-1A-50冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；202-00A電熱恒溫干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司；N-300M型生物顯微鏡 寧波永新光學股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制作

取面粉500 g于和面機中，加入150 g水（含2.5g食鹽），和面15 min，室溫條件下熟化10 min，壓延6 次，輥間距依次為3、2.5、2.0、1.6、1.3、1.0 mm，制得鮮濕面條，由前期實驗可知，面條的最佳蒸制工藝為：先蒸制3 min后，進行著水（水溫25 ℃），隨后復蒸8 min。為研究蒸制不同階段面條水分、糊化特性及微觀結構變化，將蒸制過程分為5 個階段，具體實驗條件為：第1階段：生面條；第2階段：蒸3 min；第3階段：蒸3 min，著水，復蒸2 min；第4階段：蒸3 min，著水，復蒸4 min；第5階段：蒸3 min，著水，復蒸8 min。其中，“著水”指將面條瞬間浸在水中后立即撈出。

1.3.2 水分含量的測定

制得的面條按照GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》方法測定水分含量。

1.3.3 LF-NMR實驗

稱取約長5 cm面條樣品1.00 g放入樣品管中，用自旋回波脈沖序列進行掃描。主要參數(shù)設置：采樣點數(shù)41 612、采樣頻次200.00 kHz、采樣間隔時間2 000.00 ms、回波個數(shù)1 000、半回波時間0.100 ms、累加次數(shù)16，將T2進行反演，可以得到反演圖[12]。

1.3.4 MRI實驗

稱取約長1 cm面條樣品放入樣品管中，對其進行自旋回波SE脈沖序列質子密度二維成像。實驗參數(shù)：重復時間500 ms、回波時間20 ms、矩陣256×256、層厚6.0 mm、掃描次數(shù)8。得到樣品的質子密度圖像[15]。

1.3.5 糊化特性分析

將面條樣品真空冷凍干燥、粉碎，過80 目篩。參照GB 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定 快速粘度儀法》所述方法，用快速黏度分析儀測定面條淀粉糊化特性的變化[16]。

1.3.6 微觀結構分析

將面條試樣在冰箱中冷凍3 h后，將面條進行切片，將薄片放在載玻片上展開，用0.1%的亮綠水溶液染色1 min，再用10%的Lugol氏碘液染色1 min，蓋上蓋玻片。將載玻片置于光學顯微鏡下，用10×40 倍觀察面條微觀結構的變化[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5進行整理數(shù)據(jù)和制作圖表。采用SPSS 16.0對得到的數(shù)據(jù)進行方差分析及顯著性檢驗和相關分析。

2 結果與分析

2.1 蒸制過程中面條水分含量變化

如圖1所示，隨著蒸制時間的延長面條水分含量呈增加趨勢，在復蒸4 min后基本趨于平穩(wěn)。蒸制過程中，面條與蒸鍋內(nèi)高密度的水蒸氣間存在濃度差，以及高密度水蒸氣產(chǎn)生的壓力，使水分子由面條外部向內(nèi)部遷移，面條水分增加。著水后，面條周圍的水分子密度急劇增加，有助于水分向面條內(nèi)部遷移。著水后，面條水分含量顯著增加，此后隨著蒸制時間的延長，面條內(nèi)部與外部的水分達到平衡狀態(tài)，水分含量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)[18]。

圖1 蒸制過程中面條水分的變化Fig. 1 Variation in moisture content of noodles during steaming

2.2 LF-NMR實驗結果

圖2 蒸制過程中面條T2的變化Fig. 2 Changes in T2 of noodles during steaming

圖3 蒸制過程中面條M2的變化Fig. 3 Changes in M2 of noodles during steaming

如圖2、3所示，T2反演圖中，不同波峰對應的T2值由小到大分別記作T21、T22，將T2對應的峰面積分別記作M21、M22。T21對應的水分結合形式是深層結合水，這部分水與淀粉、蛋白質的羥基、氨基等極性基團通過靜電作用力或氫鍵形成緊密結合的水分子層，其自由度較低；T22對應的水分結合形式是弱結合水，這部分水或被面筋蛋白的網(wǎng)絡結構包裹，或存在于淀粉等大分子顆粒間隙中，其自由度介于深層結合水和自由水之間[4,12,19-20]；M21、M22表示對應類型氫質子密度，質子密度越大，說明該類型水分含量越高；M22越大，說明弱結合水含量越高[13]。如圖2所示，蒸制3 min時，T21減小，T22無顯著變化，短時間的蒸制使水與蛋白質和淀粉水合，使它們之間的結合更加緊密[21]，深層結合水自由度降低。著水后，隨著蒸制時間延長T21沒有顯著性變化，T22逐漸增大。面條表面附著的水分，在熱的作用下發(fā)生遷移，更多的水分與面條淀粉、蛋白結合，并以弱結合水的形式存在，弱結合水自由度增加[22]。

如圖3所示，蒸制3 min時，M總（總質子密度）和M22增大，M21略有增大。著水后，隨著復蒸時間延長M總和M22呈現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的趨勢，復蒸4 min和8 min時的M21、M22和M總均無顯著性差異。著水后復蒸2 min時，M總和M22顯著增大，M21無顯著變化，說明此時遷移至面條內(nèi)部水分主要以弱結合水的形式存在。復蒸4 min時， M21、M22和M總顯著增大，而面條內(nèi)的深層結合水和弱結合水含量均有大幅度增加，說明隨著復蒸時間的延長，在水分進入面條內(nèi)部轉變成弱結合水的同時，有一部分弱結合水發(fā)生遷移轉變成深層結合水。復蒸4 min后M2均無顯著變化，說明此時水分的結合達到一定程度平衡，此結果與圖1相同。

2.3 MRI實驗結果

圖4 蒸面過程面條MRI圖像的變化Fig. 4 Changes in MRI images of noodles during steaming

利用MRI研究蒸制面條中水分分布及遷移情況，如圖4所示，單位體積質子密度越大，信號越強，在圖片中亮度越亮；質子密度越小，信號越弱，在圖片中亮度越暗[23-24]。由圖4可知，生面條的MRI圖像較暗但明暗均勻，說明生面條水分含量較低但其水分分布較為均勻。蒸制3 min后面條部分表面區(qū)域亮度增加，短時間的蒸制使面條表面水分增加。面條表面附著一層水分后，經(jīng)2 min復蒸，面條表面區(qū)域亮度顯著增強；著水使面條表層周圍水分子密度大幅度增加。此后，隨著蒸制時間的延長，水分由面條表面向內(nèi)部遷移。蒸制完成時，面條內(nèi)部相對較為均勻。這與水煮鹽白面條在煮制過程中的水分遷移相似[14]。

2.4 蒸制過程中面條糊化特性的變化

圖5 蒸制過程中面條糊化特性的變化Fig. 5 Changes in RVA pasting profiles of noodles during steaming

如圖5所示，隨著蒸制時間的延長整體黏度、峰值黏度逐漸降低。復蒸4 min和8 min時，圖中已不能明顯體現(xiàn)衰減值的變化。淀粉黏度的變化與淀粉顆粒膨脹和破裂有關[25]。蒸制過程中淀粉吸水、膨脹、結晶結構破壞，導致黏度下降[26-27]。由圖1可知，著水、復蒸2 min后面條內(nèi)水分含量顯著增加，此時黏度顯著降低，說明水分的大量進入可以大大促進淀粉膨脹破裂。衰減值的降低說明在蒸制過程中已糊化淀粉不斷增多，面條中淀粉發(fā)生不可逆的變化，結構更加穩(wěn)定[28]。有研究表明，未著水面條蒸制3 min后，面條黏度性質變化緩慢[29]，由此可見，著水可以大大提高面條的糊化。

2.5 蒸制后面條微觀結構變化

運用光學顯微鏡觀察蒸制后面條微觀結構變化，用碘液和亮綠分別將淀粉和蛋白染色，染色后，蛋白質呈綠色，淀粉呈紫色或黑褐色[30]。將蒸制3 min，過水，復蒸8 min的蒸制面條與生面條，對其表面以及中心部位分別進行切片、染色，結果如圖6所示。生面條表層和內(nèi)部淀粉均呈圓形和橢圓形，其顆粒完整光滑，包裹在清晰的蛋白質網(wǎng)絡結構中。蒸制后，蛋白質在水和熱的作用下發(fā)生交聯(lián)，形成更加致密的結構，形成均勻的框架，使淀粉顆粒緊湊的鑲嵌在其中；面條表面和內(nèi)層的淀粉顆粒均吸水膨脹，體積明顯變大，表層的淀粉顆粒中間有明顯塌陷[16]，有少數(shù)淀粉破裂；內(nèi)層的淀粉沒明顯塌陷。說明面條表面的淀粉糊化程度高于面條內(nèi)部[21]。

圖6 蒸制前后面條微觀結構變化Fig. 6 Optical micrographs of fresh noodles and steamed noodles

2.6 相關性分析結果

表1 蒸制面條水分含量、T2、M2及糊化特性的相關性分析Table1 Correlation analysis between moisture content, gelatinization degree and relaxation times (T2) and proton density (M2)

如表1所示，面條水分含量與T22、M22和M總呈極顯著正相關（P＜0.01）；同時，水分含量、T22、M22及M總均與峰值黏度、衰減值、最終黏度呈顯著負相關（P＜0.05）或極顯著負相關（P＜0.01）。此外，由表1可以看出，T21和M21與面條水分含量、糊化特性沒有顯著的線性相關性，可能是由于蒸制和著水使面條增加的水分主要以弱結合水的形式存在，而弱結合水增加，說明與淀粉結合的水增加，淀粉糊化程度增加。結合2.1～2.3節(jié)可知，蒸制過程中隨著著水及蒸制時間的延長，水分含量升高，弱結合水含量增加，利于面條糊化。因此，在蒸制面條生產(chǎn)過程中，可以通過水分含量來預測面條的結構狀態(tài)和糊化程度，從而判斷面條品質的優(yōu)劣。

3 結 論

本實驗研究了蒸制過程中面條水分含量、水分遷移和分布以及糊化特性的變化情況。結果表明：短時間的蒸制，面條周圍蒸汽密度增加，使一部分水蒸氣進入面條表面，深層結合水和弱結合水質子密度增大；同時，在面條周圍高溫作用下，一部分淀粉發(fā)生糊化。著水使水分大量進入面條，使弱結合水質子密度急劇增加；此后隨著復蒸時間延長，水分由面條表層向深層遷移，淀粉不斷吸水、膨脹、原有結構破壞，致使其糊化黏度下降。蒸制完成時，面條內(nèi)水分自由度最大，淀粉糊化黏度最低。由于著水使面條水分含量增加的程度有限，水分經(jīng)過由外而內(nèi)遷移后，內(nèi)部水分含量總體上仍低于表面的水分。因而，雖然面條表層和內(nèi)部淀粉基本上均已糊化，但面條表層淀粉的糊化程度高于內(nèi)部；相對與面條內(nèi)部的淀粉而言，表層淀粉顆粒中心有明顯的塌陷。由相關性分析可知，蒸制過程中，水分含量與T22、M22和M總呈極顯著正相關（P＜0.01）；同時，水分含量、T22、M22及M總均與峰值黏度、衰減值、最終黏度呈顯著負相關（P＜0.05）或極顯著負相關（P＜0.01）。因此，蒸制面條的水分含量、弱結合水自由度、弱結合水含量、淀粉糊化峰值黏度及衰減值之間相關性顯著，這一關系的研究，實現(xiàn)了通過水分含量對蒸制過程中水分分布及面條淀粉糊化程度的預測，為蒸制面條的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術和理論依據(jù)。

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