干制金針菜復水前后水分狀態的變化

王毓寧　劉紅錦　李鵬霞　胡花麗　李志強

摘要：采用低場核磁（NMR） 及其成像技術（MRI）研究熱風干燥處理后的金針菜干制品在復水前后水分分布與狀態變化，測量金針菜干制品復水前后的弛豫時間T2值和質子密度像，根據弛豫時間及其對應的信號分量，觀察金針菜干制品復水前后自由水、不易流動水和結合水分布的變化情況。結果表明，金針菜干制品復水后，自由水含量增加，不易流動水和結合水含量也有所增加，但結合水變化不明顯。低場核磁技術為金針菜復水加工過程中物性參數的研究提供了一種有效方法。

關鍵詞：金針菜；干制品；低場核磁技術；復水；水分

中圖分類號： TS255.3 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0343-05

金針菜別稱黃花菜，與冬筍、香菇、木耳齊名，被譽為“山珍海味”中的山珍之一，具有極高的營養價值，歷來是我國人們普遍喜愛的食品。中國醫學科學院衛生研究所曾對其營養成分作出分析，每100 g含蛋白質14.1 g、各種維生素8 g、脂肪0.5 g、粗纖維6.7 g，此外還富含人體必需的糖、核黃素、胡蘿卜素、尼克酸、鐵、磷等物質。國內外研究結果表明，金針菜具有顯著降低動物血清膽固醇的作用，是預防中老年人疾病、延緩機體和智力衰老的佳蔬[1-2]。然而，由于金針菜開花正值6—8月高溫季節，采摘后的呼吸強度非常旺盛，在常溫下一般3～4 d開始腐爛，不宜貯藏[3]，因此目前市場上金針菜制品以干金針菜為主，約有90%以上的鮮金針菜被加工成干制品，所以對金針菜干燥工藝以及如何提高干制品復水后的特性研究尤為必要。在復水過程中，隨著水分向金針菜內部滲透，水分的分布和狀態變化對金針菜物化特性的改變有重要作用。水分按與組織中底物的結合程度可分為結合水、不易流動水、自由水3種類型[4]，結合水主要是依靠氫鍵與蛋白質的極性基（羧基和氨基）相結合形成的水分子層，不易流動水可能表示存在于肌纖絲、肌原纖維及膜之間的不易流動的水分子，自由水表示存在于細胞外的間隙中能自由流動的水[5]。低場核磁及成像技術作為近年來興起的研究方法，在直接測量水含量，間接測量凍結水比例、水分活度、玻璃化轉變等很多重要物理指標和不同成分分布成像研究中顯示出獨特的優越性[6]。目前，核磁共振技術應用廣泛，它被用于研究大米復水過程水分狀態的變化，揭示水分進入糯米中心所需復水時間及不同品種大米復水過程中水分狀態呈現明顯差異等[7]。李然等應用低場核磁研究綠豆復水過程，了解綠豆吸水這一動態過程，觀測到綠豆內部吸水狀況[8]；張緒坤等利用低場核磁共振的橫向馳豫時間分析胡蘿卜切片在干燥過程中不同形態水分的變化[9]。目前，人們對金針菜干制品的大量研究主要集中于其干燥工藝和復水效果的分析方面，而關于水分分布和狀態變化對金針菜物化特性影響的研究很少。本試驗采用低場核磁（NMR） 及其成像技術（MRI）研究熱風干燥處理后的金針菜干制品在復水前后水分狀態變化及持水性能，為金針菜干燥加工中質構參數的變化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮金針菜為大烏嘴品種，采自江蘇宿遷丁莊金針菜種植基地。

1.2 儀器與設備

BEL-M124A分析天平，巴拉特電子有限公司；DH6-907385型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫療器械制造有限公司；MesoMR，上海紐邁電子科技有限公司，共振頻率23.311 MHz，磁體強度0.55 T，線圈直徑為60 mm，磁體溫度為32 ℃。

1.3 試驗方法

1.3.1 干制工藝 新鮮金針菜→挑選→燙漂（時間 2 min）→擺盤→熱風干燥（干燥溫度70 ℃）→包裝→金針菜干制品。

1.3.2 低場核磁及其成像方法[10] 采用橫向弛豫時間（CPMG）序列測量金針菜的橫向弛豫特性，研究金針菜復水前后的水分遷移及水分流動性，采用自旋回波（SE）序列成像序列試驗來獲得金針菜的質子密度像，直觀地觀察金針菜復水后的水分分布狀況，試驗參數CPMG為：脈沖寬度P90=19 μs，脈沖寬度P180=33 μs，采樣點數TD=349 490，接受寬度SW=100 KHz，有效信號起始點RFD=80 μs，重復采樣等待時間TR=5 000 ms，模擬增益RG1=20，數字增益RG2=3，重復次數NS=32，回波時間EchoTime=200 μs，回波個數EchoCount=15 000；成像SE序列：選層厚度4 mm，90°軟脈沖幅度RFA90 9.9%，180°軟脈沖幅度RFA180 18.1%，電子勻場參數的單位為Hz，電子勻場控制參數（20，80，180），選層方向參數（0，0，1），相位編碼方向參數（1，0，0），頻率編碼方向參數（0，1，0）；質子密度像：TR= 1 000 ms，回波時間TE=11.5 ms，累加4次，圖像尺寸為256×192。

1.3.3 樣品處理及測定 選擇熱風干燥處理后的金針菜樣品如圖1所示，測試其T2值和質子密度像；然后在室溫下水中浸泡40 min（圖2），再次測量其T2值和質子密度像，并稱量記錄下金針菜干制品復水前后的質量（表1）。

1.4 數據處理

試驗數據利用Contin及Matlab進行計算處理。

2 結果與分析

2.1 T2波譜

使用迭代尋優的方法將采集到的T2衰減曲線代入弛豫模型M（t）=∑ni=1Aie-t/T2i中擬合并反演，從而得到樣品的T2弛豫信息，其中包括弛豫時間及其對應的弛豫信號分量[11]。如圖3所示，橫坐標是從10-2 ms到104 ms對數（以10為底數）分布的100個橫向弛豫時間分量T2，縱坐標為各弛豫時間對應的信號分量Ai，已知信號量與其組分含量成正比關系，積分面積A即為樣品的信號量。

T2弛豫時間反映樣品內部氫質子所處的化學環境，與氫質子所受的束縛力及其自由度有關，而氫質子的束縛程度又與樣品的內部結構有密不可分的關系。氫質子受束縛越大或自由度越小，T2弛豫時間越短，在T2譜上峰位置較靠左；反之，則T2弛豫時間越長，在T2譜上峰位置較靠右。圖3、圖4分別為干制金針菜復水前后的結合水、不易流動水與自由水在NMR橫向弛豫時間的分布圖，它們分別對應T21（0.01～3 ms）、T22（3～100 ms）、T23（100～1 000 ms）。其中，T21表示與蛋白質分子表面極性基團緊密結合的結合水，其對應的峰積分面積為A21；T22表示金針菜體細胞內與膠體相結合，不能自由運動的不易流動水，其對應的峰積分面積為A22；T23表示存在于細胞毛細管中易流動的自由水，其對應的峰積分面積為A23。分析熱風干燥處理后金針菜干制品復水前后的T2波譜，可以發現，復水后比復水前多了1個峰，這是因為金針菜干制品在復水前含水量極低，纖維素弛豫太快，儀器檢測不到纖維素的信號；而在復水后，金針菜干制品充分得到浸泡，組織膨脹，纖維素的弛豫時間變長，儀器可以探測到纖維素的信號，在T2波譜上就能顯現出來，即弛豫時間為0.187 4 ms 的峰是金針菜中纖維素的信號峰（圖4）。endprint

2.2 水分遷移

信號量Ai可以用來衡量水分含量。從圖5可知，干制金針菜復水前結合水占92.8%，是干制金針菜中的水分主要存在狀態，而不易流動水和自由水僅占7.2%，因為不易流動水和自由水是微生物生存容易利用的水分狀態，所以在加工干燥金針菜時主要是除去不易流動水和自由水，使水分含量達到某一安全值，利于干制金針菜的貯存；干制金針菜在水中浸泡40 min后，外界的游離水不斷進入金針菜內部，所以自由水、不易流動水含量增加，同時水分的進入會導致金針菜組織結構被破壞，結合水就會脫離蛋白質等大分子結構向外遷移，結合水含量則有所下降，此時樣品中結合水、不易流動水、自由水分別變為26.1%、64.2%、9.7%，水分主要以不易流動水狀態存在，而不易流動水通常被認為是結構水，能夠反映食品的持水性能[12]，所以可以根據干制金針菜復水后水分狀態及含量的變化來探索優化金針菜的干燥工藝，即為金針菜干制加工中質構參數的變化提供理論依據。

2.3 水分流動性

通過T2加權公式T21=∑A21i× T21iA21i總、 T22=∑A22i× T22iA22i總、 T23=∑A23i× T23iA23i總，分別求出金針菜干制品復水前后T21、T22、T23值，結果如圖6所示。由圖6可以看出，復水后自由水迅速增加，不易流動水和結合水也有所增加，而結合水變化不明顯，這正印證了在復水后，外界游離水進入干制金針菜內部，使原先緊密的結構脹大，組織內各相態水的弛豫時間變化較大，水分流動性增強，所以水分的弛豫時間整體右移，即是T2波譜右移，結果如圖7所示（把纖維素信號置0，纖維素峰已屏蔽掉）。

2.4 MRI成像

圖8是金針菜復水前后質子密度像，同時筆者選取了金針菜菜葉的一部分（見圖9-a中方框區域），用Matlab進行計算，繪出復水速度曲線，結果如圖9-b所示。由圖8可見，復水前由于干制金針菜含水較少，儀器檢測不到信號，所以得不到成像；而復水后，樣品中含水量增加，表現出的核磁共振成像圖變亮，它能直觀地反映金針菜中的水分分布，且金針菜花尖部分復水效果好，花梗部分復水均勻性較差。從圖9-b可以看出，隨著復水時間的延長，樣品水分含量先增加后降低。

3 結論

通過對干制金針菜復水前后T2弛豫譜的分析及MRI成像，研究金針菜干制品復水前后水分分布及內部結構變化的影響，直觀地觀察金針菜內部的一個水分分布情況，干制金針菜復水前內部水分主要存在自由水、不易流動水、結合水3種

狀態，復水后改變干制金針菜組織中水的結合狀態和水分分布，不同狀態的水分發生了復雜的物理變化，這些變化反映了金針菜干制品的復水性能，與成像觀察結果一致，所以可以根據干制金針菜復水后水分狀態及含量的變化探索優化金針菜的干燥工藝，即為金針菜干制加工中質構參數的變化提供理論依據。

限于試驗的工作量，本研究僅對干制金針菜復水前后進行測定試驗，本試驗結果作為初步的探索，今后尚須對不同干燥工藝金針菜復水過程中水分傳遞及變化進一步研究。

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