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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
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