全 文 ：基于低场 NMR技术对速冻汤圆粉团持水性能的研究
艾志录 1 白 洁 1 黄忠民 1，2 王 娜 1 谢新华 1 潘治利 1*
（1河南农业大学食品科学技术学院 郑州 450002
2郑州三全食品股份有限公司速冻食品研发中心 郑州 450002）
摘要 为研究添加剂对速冻汤圆粉团的持水性能的影响， 利用低场核磁的自旋回波 （Carr-Purcell-Meiboom-
Gill，CPMG）序列检测速冻汤圆粉团的自旋-自旋弛豫性质。 试验结果表明：利用核磁共振技术研究汤圆粉团的
持水性能是可行的，并通过响应面试验得出三聚磷酸钠、黄原胶、单甘酯的添加量分别为 0.2%，0.19%，0.23%，
在此配比下生产出来的速冻汤圆粉团持水性较好。
关键词 低场核磁共振； 速冻汤圆粉团； 持水性
文章编号 1009-7848（2014）01-0178-06
汤圆是我国的传统食品，历史悠久，深受人们
的喜爱。 通过采用速冻技术对汤圆的传统加工方
法进行改造，实现了汤圆的工业化生产[1]。 在速冻
汤圆工业化生产的过程中， 由于糯米粉的粉团缺
乏延展性，且本身的吸水性、保水性较差[2]，结构较
为松散，所以在冷藏过程中，速冻汤圆普遍存在表
皮开裂及食用品质差等质量问题[3]。
目前， 国内学者从糯米粉特性与速冻汤圆冷
冻稳定性的相关性和微波用速冻汤圆的加工工艺
等方面进行了研究[4-5]。 影响汤圆品质的关键是水
的存在状态，包括水分的迁移、水和淀粉及蛋白质
的结合与解吸、冰晶存在的状态变化等。传统的有
关汤圆中水分的研究，主要集中于检测总含水量、
可冻结含水量及失水率， 并不能反映食品中水分
的空间分布信息和食品的持水性能。 核磁共振
（nuclear magnetic resonance，NMR）技术作为近几
年兴起的研究方法， 在研究食品和其他生物性原
料中的水的存在状态中显示出独特的优越性 [6-7]。
它可以从微观上研究食品内部水分的分布和迁移
情况，具有快速、无损、准确的特点 [8-11]。 食品中大
部分水处于自由状态， 弛豫性质类似于纯水，另
外，还有一部分水与亲水集团结合而被束缚，运动
受到限制。通过 NMR技术能够反映水分子流动性
的氢核的自旋-晶格弛豫时间（T1）和自旋-自旋弛
豫时间（T2），从而了解食品中水分与一些亲水性
物质的结合程度[12]。 本文利用低场核磁共振技术，
从水分状态变化方面研究添加剂对速冻汤圆粉团
的影响， 以期为速冻汤圆的品质控制提供理论依
据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
糯米粉，市售；三聚磷酸钠，什邡市金地亚美
化工有限公司；黄原胶，山东中轩生物有限公司；
分子蒸馏单甘酯（D-95），广州佳力士食品有限公
司。
1.2 仪器与设备
MicroMR 核磁共振成像仪， 上海纽迈电子科
技有限公司；TA-XT2i 质构仪， 英国 Stable Micro
Systems；MDF-U5412 型医用低温冰箱， 日本大阪
三洋电机株式会社；YCD-EL259 型医用低温冰
箱 ， 中科美 菱 低 温 科 技 有 限 公 司 ；FA6102/
FA2004A 型电子天平、JA21001 型分析天平，上海
精天电子仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 速冻汤圆粉团的制作工艺 原辅料→调制
收稿日期： 2013-01-19
基金项目： 国家自然科学基金项目（31071598）；河南省教育
厅自然科学研究计划项目（2009A550007）；国家
“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD37B06-04）
作者简介： 艾志录，男，1965 年出生，博士，教授
通讯作者： 潘治利
Vol． 14 No． 1
Jan． 2 0 1 4Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
中 国 食 品 学 报第 14 卷 第 1 期
2 0 1 4 年 1 月
DOI:10.16429/j.1009-7848.2014.01.028
第 14 卷 第 1 期
A（三聚磷酸钠添加量/%） 0.10 0.15 0.20
B（黄原胶添加量/%） 0.15 0.20 0.25
C（单甘酯添加量/%） 0.15 0.20 0.25
-1 0 +1
因素
水平
表 1 Box-Behnken 方案设计的因素与水平
Table 1 Independent variables and levels for
central composite rotatable design
面团→称量分块→搓圆→装盘→速冻→冷藏。
1.3.2 汤圆粉团的 NMR 研究 准确称量 50 g 糯
米粉，水 41 mL，加水调制成面团，称量搓圆后装
盘速冻，在速冻过程中的第 0，5，10，15，20，25，30
min进行 CPMG试验。
1.3.3 3 种添加剂的单因素试验 准确称量 50 g
糯米粉，水 41 mL，三聚磷酸钠、黄原胶、单甘酯的
添加量分别为 0.00% ，0.05% ，0.10% 、0.15% ，
0.20%，0.25%（质量分数，以糯米粉为基准），将糯
米粉与添加剂充分搅拌均匀后加水调制成面团，
称量搓圆后装盘速冻， 速冻后立即进行 CPMG 试
验。
1.3.4 复配改良剂 在单因素试验的基础上，采
用 Box-Behnken 响应面试验设计方案， 选取三聚
磷酸钠、黄原胶、单甘酯的添加量为因素，以 A21
为响应值，试验因素与水平设计见表 1。
1.3.5 CPMG 试验 利用 CPMG 脉冲序列测量样
品的自旋-自旋弛豫时间（T2）。将样品置于永久磁
场中心位置的射频线圈的中心， 进行 CPMG 脉冲
序列的扫描试验。 汤圆粉团的 CPMG 试验采用的
参数：采样点数 TD=80140，重复扫描次数 NS=8，
重复时间 TR=2 000 ms， 半回波时间 τ=200 μs。
CPMG 弛豫衰减曲线用 T2 反演拟合软件进行反
演，得到 T2。 本软件反演的结果为生成弛豫图，各
个弛豫过程的弛豫幅值，其对应时间常数（峰值）
及其所占面积分数， 每个峰起始时间和结束时
间等 [13]。
2 结果与分析
2.1 汤圆粉团的 NMR试验结果
图 1为汤圆粉团在速冻过程的 T2分布图。可
以看出，在 NMR 弛豫图上有 2 个峰，说明汤圆粉
团中有 2种组分的水，其中第 1 个峰（T21）表示与
淀粉或蛋白质结合紧密的、 类似于固体性质的结
合水，这部分水分流动性相对较弱，也称为“束缚
水”[12]；第 2 个峰（T22）则通常被认为是多层水，相
比 T21有较大的自由度， 是汤圆粉团中的 “结构
水”[14-15]。从图 1还可以看出，在速冻过程中的前 5
min，第 1 个峰积分面积（A21）增大，从第 5 min 到
第 30 min，A21逐渐减小。 汤圆粉团在速冻初始阶
段，“结构水”遇冷逐渐转变成“过冷水”，而“过冷
水”与同大分子物质相结合的水的流动性相同，即
自旋-自旋弛豫性质相同，故同时表现在第 1 个峰
上，因此 A21增大。之后已转变为冰晶的“结构水”
由于低温造成冷冻干耗，汤圆粉团的含水量降低，
信号幅度减小，故 A21逐渐减小。
2.2 不同添加剂对汤圆粉团弛豫性质的影响
积分峰面积是核磁共振测定食品的 1 个重要
指标，积分峰面积直接反应食品的持水性。 从图 2
可以看出，随着添加剂含量的增加，积分峰面积在
整体上呈逐渐增加的趋势。与对照组相对比，加入
添加剂的汤圆粉团的持水性显著提高。 从图 3 可
以看出，随着添加剂含量的增加，弛豫时间先延长
后缩短，3 种添加剂均能延长汤圆粉团的弛豫时
间 T21。 3种添加剂相对于淀粉、蛋白质等大分子
而言，都属于小分子物质，且亲水性较强，更容易
与水分子相结合 [12]，促进了质子的流动性，速冻汤
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0min
5min
10min
15min
20min
25min
30min
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
幅
度
T2/ms
图 1 汤圆粉团的 T2 积分面积图示
Fig.1 Integral area illustration of relaxation time T2
of dumplings flour
基于低场 NMR技术对速冻汤圆粉团持水性能的研究 179
中 国 食 品 学 报 2014 年第 1 期
圆粉团的持水性增强。 结合图 2与图 3，三聚磷酸
钠、黄原胶和单甘酯的最佳添加量分别为 0.15%，
0.20%和 0.20%。
在添加剂含量相同的条件下， 添加三聚磷酸
钠的汤圆粉团的积分峰面积最大， 黄原胶和单甘
酯次之， 表示添加三聚磷酸钠的汤圆粉团的持水
性最好，这与三聚磷酸钠的保水性有关。因为其可
以吸水、保湿，因此降低了产品表面的干燥程度，
减少了速冻汤圆在冷冻过程中表面水分的散失，
使产品的组织细腻，表皮光滑，降低冻裂率[16-18]。黄
原胶是 1 种微生物多糖， 其通过主链间氢键等非
共价作用力能形成具有一定黏弹性的连续的三维
凝胶网状结构， 将其适量地添加入糯米粉中能增
强粉团黏结性和淀粉空间结构的稳定性， 减少汤
圆表面的开裂现象，具有较好的持水性[19]。 单甘酯
用于速冻汤圆的生产过程中能起到一定的乳化稳
定效果，可以有效改善糯米团中水分的分布，减少
游离水，保证在冻结过程中冰晶细小，使内部结构
细腻无孔洞，减少汤圆的冻裂率，有助于保证冷冻
食品的外观和口感[20]。
450.00
400.00
350.00
300.00
三聚磷酸钠
黄原胶
单甘酯
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
添加剂含量/%
A2
1
图 2 不同添加剂对汤圆粉团 A21 的影响
Fig.2 Effects of additives on A21 of quick-frozen
dumplings flour
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
三聚磷酸钠
黄原胶
单甘酯
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
添加剂含量/%
T2
1/
m
s
图 3 不同添加剂对汤圆粉团 T21 的影响
Fig.3 Effects of additives on T21 of quick-frozen
dumplings flour
2.3 响应面试验分析
2.3.1 Box-Behnken 试验结果 取 17 个试验点，
其中 12 个为析因点，5 个为零点， 析因点为自变
量取值所构成的三维顶点；零点为区域的中心点，
其中零点试验重复 5次，用以估算试验误差。试验
设计及结果见表 2。
试验号 A B C A21 试验号 A B C A21
1 -1 -1 0 315.02 10 0 1 1 288.13
2 1 -1 0 308.82 11 0 1 -1 307.77
3 -1 1 0 314.61 12 0 -1 1 297.32
4 1 1 0 299.86 13 0 0 0 336.48
5 -1 0 -1 311.00 14 0 0 0 338.39
6 1 0 -1 289.11 15 0 0 0 334.80
7 1 0 1 313.52 16 0 0 0 330.55
8 -1 0 1 332.03 17 0 0 0 327.44
9 0 -1 -1 278.24
表 2 Box-Behnken 试验设计与结果
Table 2 Box-Behnken design matrix and extraction results of polysaccharide
180
第 14 卷 第 1 期
2.3.2 模型的建立与显著性检验 利用 Design-
Expert 7.1.2 Trial 软件对表 2 试验数据进行多元
回归拟合，得到 A21 对三聚磷酸钠、黄原胶、单甘
酯的二次多项回归模型为：
R1 =-225.85 -779.5A +3 419B +2 556.5C -
800AB+4 100AC-2 000BC+190A2-7 310B2-6 410C2
对该模型进行显著性检验，结果见表 3。
变异来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性
模型 4 121.21 9 457.91 5.32 0.0192 *
A 78.12 1 78.12 0.91 0.3725
B 12.5 2 12.5 0.15 0.7145
C 861.13 3 861.13 10 0.0159 *
AB 16 4 16 0.19 0.6793
AC 420.25 5 420.25 4.88 0.0628
BC 100 6 100 1.16 0.3168
A2 0.95 7 0.95 0.011 0.9193
B2 1 406.21 8 1 406.21 16.34 0.0049 **
C2 1 081.27 9 1 081.27 12.56 0.0094 **
残差 602.55 7 86.08
失拟项 63.75 3 21.25 0.16 0.9194
纯误差 538.8 4 134.7
总和 4 723.76 16
表 3 回归模型系数的显著性检验结果
Table 3 Test results of significance for regression coefficient
注：R2=0.8724；R2Adj=0.7084；信噪比=7.079＞4。
由表 3 可知，模型的 P=0.0192＜0.05，表明回
归模型具显著性；失拟项 P=0.2034＞0.05，不显著；
复相关系数 R2=0.8724， 表明此模型拟合程度较
好，信噪比为 7.079＞4，说明用此模型可以得到较
强的响应信号。 模型 C项显著，A、B项不显著；二
次项 B2，C2极显著，A2不显著；交互项 AC，BC，AB
不显著， 表明各个影响因素与响应值不是简单的
线性关系。
2.3.3 响应曲面分析与优化 响应面分析法可以
直观地反映各因素对响应值的影响， 从试验所得
的响应分析图上可以分析出它们之间的相互作
用。 从图 4可以看出 A21与 3个影响因素三聚磷
酸钠、黄原胶、单甘酯的关系。
336
326.75
317.5
308.25
299
0.25
0.230.20
0.18
0.15 0.10
0.130.15
0.18
0.20
A2
1
黄原胶/% 三聚磷酸钠/%
336
323.75
311.5
299.25
287
0.25
0.23
0.20
0.18
0.15 0.10
0.130.15
0.18
0.20
单甘酯/% 三聚磷酸钠/%
A2
1
336
321.5
307
292.5
278
0.25
0.23
0.20
0.18
0.15 0.15
0.180.20
0.23
0.25
单甘酯/% 黄原胶/%
A2
1
图 4 三聚磷酸钠、黄原胶和单甘酯对速冻汤圆粉团 A21 的响应面图
Fig.4 Response surface plot indicating the interactive effects of sodium tripolyphosphate、 xanthan gum
and monoglyceride on A21 of quick-frozen dumplings flour
（a） （b） （c）
基于低场 NMR技术对速冻汤圆粉团持水性能的研究 181
中 国 食 品 学 报 2014 年第 1 期
由图 4 可知， 当三聚磷酸钠添加量一定时，
A21 随黄原胶、 单甘酯添加量的增加先增大后减
小；当单甘酯添加量一定时，A21 随三聚磷酸钠添
加量的增加急剧减小。 随着黄原胶和单甘酯含量
的增加，A21呈先增大后减小的变化趋势。通过软
件分析，得到优化后添加剂的添加参数：三聚磷酸
钠 0.2%、黄原胶 0.19%、单甘酯 0.23%，在此条件
下 A21的理论值为 331.37。
2.3.4 验证试验 为检验响应曲面法的可靠性，
采用优化后添加剂的添加量制作速冻汤圆粉团，3
次平行试验得到的平均 A21为 337.16， 最大相对
误差为 2.12%，与理论预测值基本相符。 为进一步
验证 RSM 法的可靠性， 从区域范围内任选 3 个
点，试验结果如表 4所示。
试验号 A/% B/% C/% 实际值（A21） 预测值（A21） 最大相对误差/%
1 0.17 0.22 0.22 318.25 324.308 2.18
2 0.13 0.18 0.18 315.19 319.508 1.62
3 0.17 0.18 0.18 320.52 314.368 2.05
表 4 验证试验结果
Table 4 Test results of testing
3 结论
核磁共振技术的优势就是对样品无破坏性和
非侵入性，因此，它在食品科学领域的应用越来越
广泛[12]。 低场核磁共振谱显示速冻汤圆粉团内部
存在 2 种组分的水，即“束缚水”和“结构水”，且大
部分都为“束缚水”，本文主要研究添加剂对汤圆
粉团“束缚水”自旋-自旋弛豫性质的影响，并通过
响应面试验得到复配改良剂的最佳添加量： 三聚
磷酸钠 0.2%、黄原胶 0.19%、单甘酯 0.23%，按此
比例生产的速冻汤圆粉团的持水性好， 为汤圆品
质改良研究提供了新的途径。
参 考 文 献
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The Study on Water-holding Capacity of Quick-frozen Rice Dumplings Flour Based
on Low-field NMR System
Ai Zhilu1 Bai Jie1 Huang Zhongmin1，2 Wang Na1 Xie Xinhua1 Pan Zhili1*
（1College of Food Science and Technology， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002
2Quick-Frozen Food Research and Development Center， Zhengzhou Sanquan Foods Co.， LTD， Zhengzhou 450002）
Abstract In order to study the water-holding capacity of quick-frozen rice dumplings flour， the spin-spin relax-
ation character measurement in quick-frozen rice dumplings flour was carried out by CPMG （Carr-Purcell-Meiboom-Gill）
pulse sequence using the Low-field NMR. The results showed that： It is feasible that using low-field NMR researched on
the water-holding capacity of quick-frozen rice dumplings flour， and the optimal addition amounts was investigated by
response surface methodology to be 0.2% sodium tripolyphosphate， 0.19% xanthan gum and 0.23% monoglyceride， the
water-holding capacity of quick-frozen rice dumplings flour prepared under these optimal conditions is the best.
Key words low-field NMR； quick-frozen rice dumplings flour； water-holding capacity
研究称鱼油保护酗酒者大脑有助对抗痴呆症
1项新研究显示，鱼油所含的 Omega-3脂肪酸，有助酗酒者保护大脑，对抗痴呆症。
美国罗耀拉大学芝加哥斯特里奇医学院的研究人员对老鼠进行试验后发现， 鱼油成分可
保护大脑细胞，使大脑细胞不会发炎、死亡。
研究还发现，接触 Omega-3 成分的大脑细胞，神经元发炎、神经死亡现象减少了 90%。 这
说明少量酒精也许可使脑细胞更加健康。 研究人员认为，压力过大也导致痴呆，适量酒精可能
会帮助压力细胞对付重大压力，进而降低痴呆症的发生率。 而一旦饮用过多酒精，细胞就会开
始发炎，甚至死亡。
（消息来源：《保健时报》）
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