竹筍不溶性膳食纖維對草莓果醬流變及質構特性的影響

代曜伊，劉敏，鄭炯,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

竹筍不溶性膳食纖維對草莓果醬流變及質構特性的影響

代曜伊，劉敏1，鄭炯1,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

為考察竹筍不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)對果醬的流變及質構特性的影響，以草莓果醬為原料，加入不同比例的竹筍IDF，研究兩者復配后果醬的流變、質構及微觀結構的變化，并對其互作機理進行了初步探討。結果表明：竹筍膳食纖維/果醬復配體系是典型的屈服-假塑性流體，并且隨著竹筍IDF添加量的增加，稠度系數K增加，流體指數n減小。竹筍IDF的加入同時能夠增加體系的彈性與黏性，加強果醬體系的固體特征并提高穩定性。隨著竹筍IDF添加量的增加，果醬復配體系的硬度、咀嚼性、黏著性均增強。同時掃描電鏡觀察到，竹筍IDF的添加使果醬內部顆粒結合得更加緊密，凝膠性增強，當添加量達到3%時開始形成網孔狀結構。

竹筍不溶性膳食纖維；果醬；流變特性；質構特性；微觀結構

膳食纖維作為調節機體功能的“第七類營養素”已引起世界各國營養學家的廣泛關注和普遍重視。研究發現，竹筍膳食纖維中大多數為不溶性膳食纖維[1]，具有較好的持水性、溶脹性、吸附性等理化特性[2]，以及促消化、降膽固醇、改善腸道健康等生理活性功能[3-5]，是一種極具開發潛力的膳食纖維資源。竹筍不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)和其他膳食纖維一樣，有利于凝膠的形成和結構穩定，避免脫水收縮作用，脫水收縮或析水常發生在具有凝膠結構的食品中，如果醬和酸奶[6]等。果醬雖然營養豐富，但市場上的果醬多選用羧甲基纖維素鈉、變性淀粉等增稠，這些膠體在增稠的同時黏度也增加的比較明顯，且穩定性較差。利用竹筍IDF與果醬復配不僅能夠增強果醬凝膠體系的穩定性，同時能增加果醬中膳食纖維含量，達到營養強化的目的。

隨著時代的發展人們的消費習慣也有了很大的改變，人們越發重視飲食的健康，市面上高膳食纖維食品也應運而生，膳食纖維強化食品也越來越多。目前，國內外較多文獻報道了將膳食纖維與流體食品進行復配的研究，司俊玲[7]等利用燕麥膳食纖維與凝固型酸奶進行復配，王日思[8]等將大豆膳食纖維與糊化大米淀粉進行復配，李明[9]等將膳食纖維與冰淇淋進行復配。果醬是一種復雜的弱凝膠體系，添加多糖類物質后其穩定性、流變性和質構等各方面均將會發生改變[10]，但目前對于將膳食纖維加入果醬的研究報道還較少。因此，本實驗以草莓果醬為原料，探究加入不同含量的竹筍IDF對果醬流變特性、凝膠質構特性及微觀結構產生的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大葉麻竹筍，購于重慶市北碚區天生路農貿市場；果醬，中國(廣州)味好美食品有限公司；α-淀粉酶(4 000 U/g)、木瓜蛋白酶(10 000 U/g)、纖維素酶(6 000 U/g) ，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

FA2004A電子分析天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS-3C酸度計，成都世紀方舟科技有限公司；HH-8數顯恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司；FW135中草藥粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；DHR-1 旋轉流變儀，美國TA公司；CT3物性測定儀，美國Brookfield公司；JSM-6510LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社(JEOL)。

1.3 實驗方法

1.3.1 竹筍不溶性膳食纖維的提取

參考白瑞華等[11]的方法。以新鮮麻竹筍為原料，洗凈，去殼，切片，60 ℃烘干后粉碎，然后過80目篩，備用。 料水比1∶40(g∶mL)，α-淀粉酶1 600 U/g底物，木瓜蛋白酶3 000 U/g底物，纖維素酶4 000 U/g底物，pH值5.0，酶解溫度55 ℃，酶解時間1.5 h。然后于95 ℃滅酶20 min，將滅酶后的樣品抽濾至干，濾渣用15%的H2O2溶液脫色，過濾，用去離子水將濾渣洗凈，最后用乙醇漂洗濾渣，抽濾，濾渣經冷凍干燥后得竹筍不溶性膳食纖維，備用。

1.3.2 樣品制備

在果醬中分別加入0% IDF(作為對照)、1% IDF、2.0% IDF，3% IDF，攪拌均勻后，制備成4組不同配比的竹筍IDF/果醬混合體系，4 ℃靜止24 h備用。

1.3.3 流變特性的測定

用一次性滴管吸取適量樣品置于平板上，采用平板-平板測量系統，平板直徑40 mm，設置間隙1 mm， 測量前樣品先靜置平衡5 min，去除傳感器邊緣的多余樣品。

靜態剪切流變特性的測定：溫度設定為 25 ℃，使剪切速率從0～300 s-1遞增，再從300 s-1～0記錄測試過程中樣品的黏度和剪切應力變化情況。參考于甜[12]和張雅媛[13]的方法，采用Herschel-Bulkley 模型對數據點進行回歸擬合，擬合系數R2表示方程擬合精度。Herschel-Bulkley方程：

σ=K(γ)n+σ0

其中：σ，表示剪切應力，Pa；K，為稠度系數，Pa·sn；γ，代表剪切速率，s-1；n指流體指數；σ0，是屈服應力，Pa。

動態黏彈性測定：用一次性吸管吸取一定量的樣品置于流變儀平臺上，溫度設為25 ℃，掃描應變值為1%，振蕩頻率設為0.1～10 Hz，測定樣品的貯能模量G’、損耗模量G’’和損耗正切角tanδ隨頻率變化的情況。

動態時間掃描測定：溫度設定為25 ℃，掃描應變1%，頻率設定為0.5 Hz，測定1 h樣品彈性模量(G’)和tanδ的變化。

1.3.4 質構測定

參考賈魯彥[14]的方法。采用質地剖面分析(texture profile analysis，TPA)，使用CT3物性測試儀，設定如下：探頭型號為TA5(直徑0.5英寸的圓柱狀平頭探頭)。測試前速度：1.0 mm/s；測試速度：1.0 mm/s；測試后速度：1.0 mm/s；壓縮程度：40%；觸發類型：Auto-5g。每組樣品平行測定6次。

1.3.5 微觀結構的觀察

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對4組IDF/果醬樣品進行微觀結構的觀察。在進行掃描電鏡觀察之前，要先對樣品進行處理。將待測樣品先在低溫下冷凍 24 h，然后進行冷凍干燥，將冷凍干燥后得到的樣品用掃描電鏡進行觀察[15]。將處理好的樣品安裝在雙面導電的鋁片上，并涂上一薄層鈀金合金，使用離子濺渡機使樣品具有導電性。樣品在 15 kV 的加速電壓和 100～1 500×的放大率下進行觀察和拍照。

1.4 數據處理

使用Microcal Origin8.0，Microsoft Excel軟件進行圖表的繪制和相關數據的處理。

2 結果與分析

2.1 靜態剪切流變特性的測定

圖1為不同添加量的IDF與果醬復配后剪切應力隨剪切速率變化的關系圖。由圖1可知，隨著竹筍IDF添加量不斷增加，體系的剪切應力也逐步增加，當竹筍IDF添加量為 3%時剪切力增加最明顯?？赡苁请S著IDF添加量增大，體系的流動阻力增大[16]，從而使得體系剪切的難度增大。

圖1 不同IDF添加量對果醬剪切力的影響Fig.1 Effect of IDF addition on the shear force of ketchup

從圖2可看出，體系的黏度隨剪切速率的增加而降低，直到漸漸接近給定剪切頻率下可能的最低值為止。同時，隨著竹筍IDF添加量的增加，樣品剪切變稀的程度也不斷減弱。這主要是由于竹筍IDF通過強吸附力跟水結合，該結合力不易被剪切力破壞，導致了黏度的上升。另外，竹筍IDF的添加減少了體系水分的相對含量，而水分含量又是影響果醬黏度的重要因素。BASU等[17]在對芒果果醬的流變性研究中發現，果醬是觸變性的，它存在著與時間相關的顆粒間的相互作用。這種特性導致鍵合產生三維網絡凝膠結構。黏度隨著剪切速率的增大而減小，這是觸變結構和顆粒取向被破壞所造成的綜合結果[18]。在整個剪切速率范圍內所有的果醬樣品均呈現出觸變性，觸變性流體的特征在于：只要讓物料靜置足夠的時間，該流體就能夠重建凝膠結構。觸變性越小，對應其停止應力作用后重建粒子間破壞的構造越快，流變學穩定性越高，在生產應用中，意味著其能夠阻止沉淀、垂掛等。所有樣品中觸變性大?。?%IDF>2%IDF>1%IDF>0%IDF，說明3%IDF添加量時，復配體系具有最高的流變學穩定性。這一結果與趙娜[15]對交聯乙?；矸叟c低糖果醬復配體系的研究結果類似。

圖2 不同IDF添加量樣品黏度隨剪切速率變化Fig.2 Change of IDF addition on the viscosity with shear rate

采用Herschel-Bulkley對曲線數據點進行擬合，擬合情況見表1。所有流體指數n<1，屈服應力σ0>0，說明竹筍IDF/果醬復配體系為屈服-假塑性流體，具有剪切變稀的性質。如表1所示，稠度系數K和流體指數n是經驗常數，與液體的性質有關。K往往與液體濃度有關，K值越大，液體越黏稠。n是流體假塑性程度的指標，n值小于1，表示為假塑性流體，發生了剪切變稀，n值偏離1的程度越大，表示剪切越易變稀，即意味著假塑性程度越大[19]。由表1可知,隨著IDF的添加量不斷增加，n值不斷減小，稠度系數K不斷增加，屈服應力也不斷增加，這表明加入IDF后的果醬復配體系具有更強的假塑性，更易剪切稀化。這可能是因為竹筍IDF分子與果醬凝膠分子間相互纏結，增加了流體中分子鏈節的順向性，因此流體流動變得更加困難，但穩定性提高。

表1 竹筍膳食纖維/果醬復配體系 Herschel-Bulkley方程擬合參數

2.2 動態黏彈性的測定

圖3 復配體系動態模量隨角頻率變化曲線Fig.3 Curves of dynamicmodylus with angular frequency of mixed system

通過對果醬樣品進行動態流變學掃描可以依據樣品的貯能模量(G’)、損耗模量(G’’)以及損耗正切值(tanδ)的大小來評判樣品的總體強度[20]，黏彈性比例，這些數據可有效地反映果醬的結構和加工性能。圖3是G’與G’’隨著角頻率變化的關系圖。G’是能量貯存而可恢復的彈性性質，G’’是代表能量消耗的黏性性質。由圖 3可知，果醬樣品的G’都大于相應的G’’，這表明果醬樣品全部都表現出膠體行為。并且在一定的變化頻率內(0～10 Hz)，隨著頻率的增加，所有樣品的G’與G’’也緩慢且穩定的增加，貯能模量始終大于相應的損耗模量，表現出以彈性為主的黏彈性性質。隨著竹筍IDF添加量的增大，G’與G’’均呈規律性的逐漸增加，類固體的性質和類液體的性質均增強。說明一定量的竹筍IDF能同時增加果醬的彈性成分和黏性成分，增強果醬體系的強度，這主要是由于膳食纖維通過強吸附力和水結合，強化醬體的固體性質，同時，由于膳食纖維的強吸水性，果醬中的黏性物質得到了濃縮，黏性增強。這一結果與胡燃[21]的麥麩水不溶性膳食纖維與番茄醬復配體系的研究結果類似。

損失正切值(tanδ)為損耗模量與貯能模量的比值。體系黏彈性由 tanδ來表征，tanδ值越大，體系中黏性成分比重較大，體系表現流體的特征；相反，tanδ值越小，體系中彈性成分越多，體系表現固體的特征[22]。由圖4可知，隨著竹筍IDF的添加，tanδ值先增大后減小，在竹筍IDF添加量為1%時果醬的流體性質表現明顯，當添加量上升后，果醬復配體系的固體特征又開始逐漸顯現。這可能是因為在竹筍IDF添加量為1%時，竹筍IDF使果醬的結構變的松散，而添加量增加后，由于竹筍IDF的強溶脹與吸水作用使其內部結構變得更加緊密，逐漸表現固體特征。而加入了竹筍IDF的樣品的tanδ均大于未添加的樣品，這表明竹筍IDF能夠有效增強果醬復配體系的黏性和流體性質。這一性質可使其更好的運用在果醬、番茄醬等涂抹型調味產品中。

圖4 竹筍膳食纖維/果醬復配體系tanδ隨頻率變化曲線Fig.4 Curves of tanδ with frequency of fiber/jam mixed system

2.3 動態時間掃描的測定

圖5為不同配比的竹筍IDF/果醬復配體系在1 h 內貯能模量(G’)與 tanδ隨時間變化曲線。由圖可知，隨著竹筍IDF的添加量逐漸增加，果醬復配體系的G’值逐漸增加，且始終大于未添加IDF的果醬凝膠體系的G’，這亦與動態黏彈性的測定結果一致。隨著時間變化G’值均逐漸增加，同時伴隨著 tanδ的逐漸降低。與復配體系相比，未添加IDF的果醬凝膠體系G’增長速度延緩，處于較穩定階段。復配體系G’增長速度隨著竹筍IDF比例的增加而延緩，最終，復配凝膠體系的G’高于單獨果醬凝膠體系的G’。這一結果表明，復配體系具有更好的穩定性，其應用于食品中時可更好地改善因果醬等含糖量較高的產品析水而產生的品質變化[23]。

圖5 竹筍膳食纖維/果醬復配體系貯能模量(a)及tanδ(b)隨保留時間變化曲線Fig.5 Curves of storage modulus and tanδ with time of fiber/jam mixed system

2.4 復配體系的質構分析

由表2可知，復配體系的硬度、內聚性、咀嚼性以

及黏著性都呈現出規律性的變化。其中硬度、咀嚼性、黏著性均隨著竹筍IDF的添加量的增加而逐漸增強，而內聚性則逐漸減弱。當竹筍IDF添加量為3%時，復配體系的性質最接近固體的穩定性，這主要是由于膳食纖維吸水膨脹，提高了醬體的穩定性，起到了持水劑的作用[22]，這與動態流變的測定結果一致。

當添加量達到3%時，樣品的硬度達到了最大值0.311 N， 這有助于提高果醬凝膠體系的硬度及穩定性，并改善相應的咀嚼性。胡燃[21]和張慧霞[23]等也分別通過研究發現麥麩膳食纖維和大豆膳食纖維在番茄醬的質構改善方面具有相同的作用。因此，在實際生產中將竹筍膳食纖維添加到果醬等醬體產品中，在一定程度上可以改善其質構性質，增強其硬度及穩定性，并使口感達到最佳。

表2 竹筍膳食纖維/果醬凝膠復配體系質構參數

2.5 微觀結構的測定

圖6分別為4種不同竹筍膳食纖維添加量的復配果醬樣品在1 000倍下的電鏡掃描圖片。由圖6-(A)可以看出，不添加竹筍膳食纖維的樣品，其表面看起來很平滑，僅有輕微的凹陷。由圖6-(B)可知，加入1%竹筍膳食纖維后，有膳食纖維顆粒與凝膠結構相結合，樣品表面開始形成小的突起，總體結構變化不大。當竹筍膳食纖維的添加量逐漸增加，如圖6-(C)和圖6-(D)所示，樣品的凝膠結構的粗糙程度逐漸加強，表面附著的顆粒減少，膳食纖維顆粒與果醬凝膠體系的結合度增加，完全與果醬凝膠相結合。當竹筍膳食纖維添加量達到3%時，樣品表面開始形成新的網狀結構。這可能是因為竹筍膳食纖維中含有大量的羥基和羧基等極性基團，帶有很強的吸水性[24]和空間穩定性[15]，使它可以很好地與原有體系中的某些成分相結合，形成了新的網狀物。而且這種網狀物的形成，使果醬內部顆粒的鍵和力增強，凝膠性增強，從而使樣品的增稠作用變強，且持水性也得到改善。這與之前的流變性及凝膠質構分析得到的結果一致。

A-0%IDF；B-1%IDF；C-2%IDF；D-3%IDF的果醬復配體系

3 結論

竹筍膳食纖維/果醬復配體系是典型的屈服-假塑性流體，并且隨著竹筍IDF添加量的增加，稠度系數K增加，流體指數n減小。竹筍IDF的加入同時能夠增加體系的彈性與黏性，加強果醬體系的固體特征并提高其穩定性。隨著竹筍IDF添加量的增加，果醬復配體系的硬度，咀嚼性，黏著性均增強，同時從微觀結構可以看出，竹筍IDF使果醬內部顆粒結合的更加緊密，凝膠性增強，從而使樣品的增稠作用變強，且持水性也得到改善。因此，綜合考慮果醬的復配效果，在實際應用中選擇竹筍膳食纖維添加量在3%以內均能夠較好地改善果醬流變及質構特性。但對于果醬的色澤、口感等影響還需進行進一步的研究，以便于更好的應用于食品工業中竹筍膳食纖維與果醬復配產品的生產及控制。

[1] CHOUDHURY D,JATINDRA K,SHARMA S GD.Value addition to bamboo shoots:a Review[J]. Journal of Food Science and Technology,2012,49(4)：407-414.

[2] 徐靈芝,黃亮,李璐,等.雷竹筍渣及其膳食纖維的物化特性分析[J].中國釀造,2016,35(4):122-126.

[3] KOKUBO Y,ISO H,SAITOI,et al.Dietary fiber intake and risk of cardiovascular disease in the Japanese population: the Japan Public Health Center-based study cohort[J].European Journal of Clinical Nutrition,2011,65(11):1 233-1 241.

[4] LAMOTHE L M,SRICHUWONG S,REUHS BL,et al.Quinoa (ChenopodiumquinoaW.) and amaranth (AmaranthuscaudatusL.) provide dietary fibers high in pectic substances and xyloglucans [J]. Food Chemistry,2015,167(1): 490-496

[5] PEERAJIT P,CHIEWCHAN N,DEVAHASTINS.Effects of pretreatment methods on health-related functional properties of high dietary fiber powder from lime residues[J]. Food Chemistry,2012,132(4): 1 891-1 898

[6] STAFFOLO M D,BERTOLA N,MARTINOM.Influence of dietary fiber addition on sensory and rheological properties of yogurt[J].International Dairy Journal, 2004,14(3): 263-268

[7] 司俊玲,李紅,申瑞玲,等.燕麥膳食纖維凝固性酸乳制品的研制[J].食品工業,2016,37(2):105-110.

[8] 王日思,萬婕,劉成梅,等.不同分子量大豆可溶性膳食纖維對大米淀粉糊化及流變性質的影響[J].食品工業科技,2016,37(6):124-127，132.

[9] 李明,劉成梅,李積華.高膳食纖維保健冰淇淋的研制[J].江西食品工業,2004(1):30-31.

[10] ZHIHUA PANGA,HILTON DEETHA,RANJANSHARMAB,et al.Effect of addition of gelatin on the rheological and microstructural properties of acid milk protein gels[J]. Food Hydrocolloids,2015,43:340-351.

[11] 白瑞華,吳良如,高貴賓,等.酶解法提取竹筍中不溶性膳食纖維研究[J].安徽農業科學,2010,38(1):350-351.

[12] 于甜.軟質食品流變學特性及測量方法的研究[D].青島:中國海洋大學,2012.

[13] 張雅媛,洪雁,顧正彪,等.玉米淀粉與黃原膠復配體系流變和凝膠特性分析[J].農業工程學報,2011,27(9):357-362.

[14] 賈魯彥.獼猴桃果醬加工工藝研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2014.

[15] 趙娜.交聯乙?；矸墼诘吞枪u中作用機理的研究[D].濟南:山東輕工業學院,2012.

[16] 吳銀琴,唐敏敏,洪雁,等.直鏈淀粉含量對玉米淀粉/瓜爾膠復配體系糊化和流變特性的影響[J].食品與生物技術學報,2014,33(1):48-55.

[17] BASU S,SHIVHAREUS.Rheological,textural,micro-structural and sensory properties of mango jam[J].Journal of Food Engineering,2010,100(2): 357-365.

[18] LAI M,LII C.The influences of starch fillers on the viscoelasticity of agarose and kappa-carrageenan gels[J]. Food science and Agricultural Chemistry, 2003,5(1):27-34.

[19] ANDERSON M C,SHOEMAKER C F,SINGH R P.Rheological characterization of aseptically packaged pudding[J].Journal of Texture Studies,2006,37(6):681-695.

[20] R?NHOLT S,KIRKENSGAARD JJ K,PEDERSEN T B,et al.Polymorphism, microstructure and rheology of butter.Effects of cream heat treatment[J]. Food Chemistry,2012,135(3):1 730-1 739.

[21] 胡燃.小麥麩皮中蛋白與纖維的綜合利用研究[D].無錫:江南大學,2015.

[22] 陳海華,許時嬰,王璋.亞麻籽膠的流變性質[J].無錫輕工大學學報,2004,23(1):30-35.

[23] 張慧霞.豆渣及其膳食纖維對不同形態食品品質影響的研究[D].無錫:江南大學,2013.

[24] 崔富貴.米糠膳食纖維流變學特性及強化米粉面包的研制[D].長沙:中南林業科技大學,2012.

Effect of the bamboo shoots insoluble dietary fiber on physical properties of strawberry jam

DAI Yao-yi1，LIU Min1，ZHENG Jiong1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China) 2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400715, China)

In order to investigate the influence of dietary fiber on the rheological, quality and structure of the jam, strawberry jam was mixed with different proportions of dietary fiber of bamboo shoots to study the changes of the rheological, quality and structure and microstructure, and then discussed the preliminarily mechanism. The results show that the bamboo shoot dietary fiber/jam mixed system is a typical yield pseudoplastic fluid. Adding bamboo shoots insoluble dietary fiber, the consistency coefficient K increases and the fluid index n decreases. At the same time, adding the bamboo shoots insoluble dietary fiber can increase the elastic and viscous system, strengthen the solid feature and improve the stability of jam. With the increase of the bamboo shoots insoluble dietary fiber in jam, the hardness, chewiness, adhesion of jam mixed system are enhanced. At the same time, scanning electron microscopy (SEM) observed, the bamboo shoots IDF make jam internal particles more closely, gel enhancements increased. And it began to form a mesh structure when the fiber amount was 3%.

bamboo shoots insoluble dietary fiber; jam; rheological;quality and structure;microstructure

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201703015

本科生(鄭炯副教授為通訊作者,E-mail：zhengjiong_swu@126.com)。

重慶市社會事業與民生保障科技創新專項一般項目(cstc2015shmszx80007)；中央高?；究蒲袠I務費重點項目(XDJK2016B035)；中央高?；究蒲袠I務費學生“雙創”項目(XDJK2016E114)

2016-06-15，改回日期：2016-08-27