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干制金针菜复水前后水分状态的变化



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doi:10. 15889 / j. issn. 1002 - 1302. 2015. 10. 111
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
(江苏省农业科学院农产品加工研究所,江苏南京 210014)
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
收稿日期:2014 - 10 - 17
基金项目:江苏省农业科技自主创新资金[编号:CX(14)4094]。
作者简介:王毓宁(1979—) ,男,硕士,副研究员,主要从事果蔬保鲜
与加工、植物功能成分提取技术研究。Tel: (025)84392409;
E - mail:wyn705@ 163. com。
通信作者:李鹏霞,博士,副研究员,主要从事果蔬保鲜与加工研究。
Tel:(025)84392409;E - mail:jsnky203@ 163. com。
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
—343—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
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)。
表 1 干制金针菜复水前后的质量
测定时间 质量(g)
复水前 0. 350 6
复水后 0. 714 7
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)=∑
n
i = 1
Aie
- 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)。
—443— 江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
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 × T21i
A21i总
、T22 =∑
A22i × T22i
A22i总

T23 =∑
A23i × T23i
A23i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
—543—江苏农业科学 2015 年第 43 卷第 10 期
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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178 - 183.
(上接第 338 页)
个非常敏感的因素,在 4 ℃条件下更有利于花青素的保持。
浓缩葡萄汁贮存过程中抗氧化能力的损失程度则相对较小,
但在低温贮藏条件下的抑制率也高于室温贮藏。所以采取低
温贮藏的方式以及较低温度的加热(不高于 60 ℃)是保持浓
缩葡萄汁有益成分和抗氧化能力的较好方法。
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