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核磁共振研究蔗糖对面团中分子流动性的影响林向阳1,2何承云1陈卫江1阮榕生1张锦胜1(1南昌大学食品科学教育部重点实验室南昌3300472福州大学生物工程研究所福州350002)摘要利用脉冲梯度场核磁共振技术(PFG-NMR)研究蔗糖对面团自旋-自旋弛豫特性的影响。分子的自旋-自旋弛豫特性与分子的流动性呈正相关。采用CPMG脉冲序列检测面团中质子的自旋-自旋弛豫时间(T2)。在面团中流动性不同的水分,表现出不同的弛豫时间。实验结果表明,蔗糖的亲水性能够显著改变面团的自旋-自旋弛豫时间。通过磁共振图像可以发现蔗糖能够明显促进面团中质子的均匀分布,增强其流动性。当水分含量一定时,面团的自旋-自旋弛豫时间随蔗糖含量的增加而增加。关键词核磁共振弛豫时间面团蔗糖文章编号1009-7848(2006)01-0030-05如果食品中的组分含有亲水性基团,如-OH、-NH2、=NH、-C00H等,那么这些亲水基团很容易察面团形成过程分子运动性的有效方法[4]。本文主要研究面团在形成过程中,水分与糖、蛋白质等亲水性物质对面团自旋-自旋弛豫时间和质子密度分布的影响。与水分子以氢键结合,从而改变体系中水分子的流动性。蛋白质等大分子的亲水基团与水分子发生氢键缔合时,限制了水分子的流动性。低聚糖蔗糖的分子含有多个羟基,具有很强的亲水性和溶解性[1]。蔗糖的相对分子含量比蛋白质小得多,与水分子结合后对质子流动性的限制也非常少。核磁共振(NuclearMagneticResonance,NMR)技术通常利用两相体系来解释弛豫结果,即假设体系中存在“束缚相”和“自由相”解释不同体系中水弛豫的大部分数据[2]。食品中大部分水处于自由状态,弛豫性质类似于纯水,另外,还有一部材料与方法材料面粉:白玉兰牌,11.1广州南方面粉股份有限公司;蔗糖:食用级白砂糖,南昌市超市购买;水:南昌市饮用水。主要仪器设备0.3T1HYOMINGMR2IMAGING核磁共振成像系统(配备内径为15.6cm的射频线圈),宁波健信机械有限公司生产。BS32SS型电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司生产。1.2分水与一些亲水基团结合而被束缚,运动受到限制。利用NMR技术测定能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,就可以知道食品中水分与一些亲水性物质的结合程度。面团的形成过程分两个阶段,首先是一个水合过程,其次是面团成型过程能量的输入过程[3]。利用NMR研究样品的自旋-自旋弛豫时间,是考实验方法样品的弛豫性质与样品分子的运动性、环境温度和含水量等因素有密切的关系,因此,实验操作和测试均在环境温度25℃的条件下完成。1.3配制不同浓度的蔗糖溶液因为面团的制1.3.1备以每100g面粉加入40mL水为基准,所以蔗收稿日期:基金项目:作者简历:通讯作者:2005-08-30江西省技术带头人培养计划项目资助(No.Z02605)林向阳,男,1969年出生,博士生阮榕生糖溶液的配制也以40mL水为溶剂。称取0、3、6、9、12、15和18g蔗糖,分别加入40mL水中,溶解完全。以不加蔗糖的水溶液作空白对照溶液。sm/2T核磁共振研究蔗糖对面团中分子流动性的影响第6卷第1期31制备不同含水量的面团实验分两组进(2103ms),见图1所示。蔗糖溶液表现出不相同的2个自旋-自旋弛豫时间,说明溶液中存在两部分流动性不同的水分。蔗糖含量3g/40g水时,溶液的T2值分别是T21=1722ms,T22=496ms。T21表示溶液中“自由水”的横向弛豫时间;T22则表示一部分与糖或蛋白质结合紧密的水分的横向弛豫时间,这部分水分流动性相对较弱,也称为“束缚水”。蔗糖上的多个羟基与水分子以氢键结合,使溶液中自由水的含量降低,并且蔗糖浓度越大,1.3.2行。第1组:依次量取20、25、30、35、40、45和50mL水,分别加入100g面粉,手工和面10min左右,揉制成团后装入保鲜袋中,立即进行核磁共振实验。第2组:重复第1组的操作,在分别加入100g面粉的同时均加入10g的蔗糖,同样手工和面10min左右,样品成团后装入保鲜袋中立即进行CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)实验。制备不同蔗糖含量的面团文中1.3.1中1.3.3的蔗糖溶液完成CPMG实验后,分别加入100g面粉,手工和面10min左右,揉制成团后也立即装入保鲜袋中。蔗糖结合水分子的能力越强,溶液中相对自由的水越少,因此这部分水分的弛豫时间T21逐渐降低。实验结果表明:T21随蔗糖浓度升高而以指数趋势衰减。T22表示与蔗糖结合的水的弛豫时间。蔗糖的亲水性加上水分子与水分子之间的结合性,使蔗糖分子重新取向速度变慢,分子弛豫变快,T22也随着蔗糖浓度升高而以指数趋势衰减。1.3.4CPMG实验和M