《食品科学》：华中农业大学李晶教授等：谷朊粉与乙基纤维素对冻干苹果粉吸湿性的影响

　　苹果粉作为一种能应用于食品加工大部分领域的新型食品配料，不但可以解决产能过剩的问题，还能满足现代花了钱的人食品营养、方便和多样化的需求。谷朊粉（WG）是以小麦、玉米等谷物为原料，经科学加工处理而得到的一种天然植物蛋白，具有较强疏水特性，具备成为新型防吸湿剂的潜力。乙基纤维素（EC）是纤维素碱化后与氯乙烷反应得到的一种无毒、无刺激且耐热性较好的纤维素醚，具有一定的疏水性，在粉末状食品的抗吸湿应用中具有一定潜力。

　　华中农业大学食品科学技术学院魏玉杰、杨晓桐、李晶*等人将EC作为抑制吸湿的辅料按不同比例替代该冻干苹果粉体系中的WG，以期利用蛋白质与共存多糖的复合作用进一步抑制粉末吸湿，改善该粉末的品质。通过一系列分析吸湿曲线、吸湿等温线、粉末的宏观形态以及体系中不一样水分的迁移规律，探究WG和EC对冻干苹果粉的吸湿行为及粉体特性的影响。以期为果粉行业中防吸湿剂的开发提供现实理论指导，丰富食品加工中水分迁移与控制的相关理论。

　　添加EC和WG冻干苹果粉在25 ℃、RH 11%～75%条件下放置10 d的吸湿曲线 h的吸湿曲线较陡，说明此阶段样品水分吸收的速率较快。而后曲线趋于平缓，说明吸湿速率不断减小，水分吸附逐渐达到平衡，从外界进入体系内部的水分慢慢的变少。并且随着RH的升高，EMC的到达时间延后。当RH为11%～22%时，吸湿率约在第1天达到恒定；RH为33%～43%时，吸湿率约在第2天达到恒定；RH为58%～69%时，吸湿率约在第5天达到恒定；RH为33%～43%时，吸湿率约在第8天达到恒定。同一RH下，EC占比越高的样品EMC越低。此外，在本课题组前期研究中发现，在25 ℃、RH 75%条件下，纯冻干苹果粉的EMC为34.80%。通过比较相同环境下上述3 种样品的EMC，不难发现EC与WG的添加明显降低了冻干苹果粉EMC。

　　利用7 种经典模型，对存放于7 个不同RH环境中样品的EMC数据来进行拟合，如表3所示。对添加不同比例WG和EC的冻干苹果粉吸湿等温线拟合效果较好的模型为Peleg、Ferro-Fontan和GAB，拟合相关系数均为0.999，对样品的水分吸附过程有较好的描述。

　　将3 种冻干苹果粉EMC实测值与拟合程度较高的GAB、Ferro-Fontan和Peleg三种模型的预测值作比较，如表4～6所示。以此验证各模型对冻干苹果粉的拟合效果，并通过平均相对误差进一步确定此类冻干苹果粉的最佳拟合模型。

　　从表4～6能够准确的看出，高a w 下样品的实测值和预测值的相对误差较小，拟合程度较高。通过表中的数据来进行计算，GAB模型对3 种配比冻干苹果粉的平均相对误差分别为2.46%、3.17%、9.92%；Ferro-Fontan模型的平均相对误差分别为3.29%、6.06%、12.78%；Peleg模型的平均相对误差分别为0.83%、1.91%、5.83%。所以拟合效果为Peleg最优，GAB次之，Ferro-Fontan较差。因此，在a w 0.11～0.75范围内，经验模型Peleg更适合本实验冻干苹果粉吸湿等温线），这对预测按此种方法制备的冻干苹果粉在加工贮藏期间的EMC有重要指导意义。

　　图3展示了AP、WG与EC质量比为7∶2∶1、7∶1∶2和7∶0∶3样品的外观形态。AP、WG和EC质量比为7∶2∶1的苹果粉在RH 58%环境下出现了小部分结块，并在RH 69%和RH 75%下结块现象明显，但强度小易破碎成粉。随着EC占比的升高，AP、WG和EC质量比为7∶1∶2的冻干苹果粉直至RH 75%才出现结块现象，但在RH 69%下的粉末颗粒表面粗糙，整体已然浮现了黏结的现象，说明此时样品粉末表面已含有较多高自由状态的水。AP、WG和EC质量比为7∶0∶3的冻干苹果粉从RH 58%开始表现出了同样的状态，虽未生成部分明显结块但粉末整体呈现湿润状态，难以分辨粉末的颗粒状外貌。然而，前期研究中AP和WG质量比为7∶3的苹果粉在RH 43%下便出现明显结块现象，并在RH 69%和RH 75%下失去粉末流动性，形成无法破碎的团块。故相较而言，EC的替代性添加，减少了结块现象。但随着EC添加量的升高，样品在中湿度环境下呈现湿润状态，导致了粉末的颗粒黏结，整体质量劣化。

　　为进一步研究添加EC和WG对冻干苹果粉吸湿行为的作用效果，对AP、WG和EC质量比为7∶2∶1、7∶1∶2、7∶0∶3吸湿后的冻干苹果粉进行低场核磁共振，分析水分的状态与迁移规律。在这项研究中，结合水（T 21 ）的弛豫时间在0.01～1 ms之间，滞化水（T 22 ）的弛豫时间在1～10 ms之间，自由水（T 23 ）的弛豫时间在10～1 000 ms之间。

　　T 2 弛豫时间分布如图4所示，随着贮藏环境RH的增加，3 种冻干苹果粉中均出现了水分弛豫时间的右移，且随着EC含量的增加，右移的幅度逐渐增大。尤其是在RH 58%和RH 69%下，可明显观察到EC对样品水分向高自由度的迁移起促进作用。其中，AP、WG和EC质量比7∶2∶1的冻干苹果粉在此RH下水分主要处于结合水状态，弛豫谱图呈现单峰；AP、WG和EC质量比7∶1∶2的冻干苹果粉的弛豫谱图呈现双峰，该变化说明结合水发生了向滞化水的迁移。而AP、WG和EC质量比7∶0∶3的冻干苹果粉在此RH下的水分则主要为滞化水状态。因此，随着EC含量的增加，样品总吸湿量虽不断减少，但体系中的水分却出现迁移现象，高自由度水分含量升高。

　　为更准确地判断添加EC对样品中不一样水分迁移规律的影响，将结合水（A 21 ）、滞化水（A 22 ）和自由水（A 23 ）对应信号的峰面积绘制成柱状图，主要水分类型的峰顶点时间绘制成折线A中AP、WG、EC质量比为7∶2∶1的冻干苹果粉在RH 11%～69%下，结合水的占比由59.06%增长至96.23%，结合水在占比增加同时信号峰呈右移趋势，并在RH 75%下结合水大量转换为滞化水。图5B中AP、WG、EC质量比为7∶1∶2的冻干苹果粉在低RH环境下表现出相同的趋势，不同的是该样品在RH 58%下滞化水的占比便已达到56.27%，且随着RH的增加而增加。此外，信号峰顶点时间由2.37 ms逐渐右移至7.05 ms，水分子的自由度不断增大。由图5C可知，EC含量进一步增加后，该样品在RH 58%和RH 69%环境中的滞化水占比分别达到了95.66%和96.81%，峰顶点出现在4.04 ms和9.72 ms。当RH升高到 75%时，在18.74 ms处出现了占比为90.18%的自由水信号峰，说明此时样品中存在大量高自由状态的水分。由此可知，在吸湿过程中从外界吸附的水分可能先以结合水形式与冻干苹果粉中的极性基团紧密结合，随着吸湿量的增加结合水达到饱和，再间接与大分子结合或直接与强结合水以氢键结合成滞化水。

　　综上所述，10%占比的EC在减少样品总吸湿量的同时，能够保证贮藏在中低RH环境下的冻干苹果粉内绝大部分水分处于低自由度的结合水状态，并减小了吸湿对冻干苹果粉末状态的负面影响。而进一步将EC的占比增加至20%及以上后，造成了大量的水分迁移，体系内在相比来说较低的RH下便以含有大量滞化水，水分子自由度的增加影响了冻干苹果粉在中高RH环境下的储存品质。

　　在通过添加WG抑制冻干苹果粉吸湿行为的基础上，向AP与WG质量比为7∶3的冻干苹果粉体系中引入了EC，利用蛋白质与共存多糖的复合作用进一步抑制粉末的吸湿。结果发现EC的占比越高，冻干苹果粉的EMC越低。通过对该类样品的EMC数据来进行拟合，发现在aw 0.11～0.75范围内，Peleg模型拟合相关系数大于0.999，平均相对误差为2.46%～9.92%，为最适合拟合该类冻干苹果粉吸湿等温线的模型。进而通过该模型拟合得到不同配比样品的吸湿等温线，根据Brunauer分类判断，所有WG和EC配比的冻干苹果粉均为“J”形增长趋势的III型吸湿等温线。此外，通过对样品水分迁移规律的探究及宏观形态的观察，发现添加10% EC，不仅对冻干苹果粉的吸湿性有一定的抑制作用，还能够更好的降低体系内高自由度水分含量，有利于冻干苹果粉保持良好的粉末状态。当EC添加量超过10%后，虽能更大程度抑制冻干苹果粉的吸湿，但会使体系中高自由度水分增多，造成粉末颗粒黏结，整体状态劣化。因此，AP、WG和EC最优添加配比为7∶2∶1，这对开发新型的果粉防吸湿剂具有借鉴价值。

　　本文《 谷朊粉与乙基纤维素对冻干苹果粉吸湿性的影响》来源于《食品科学》2023年44卷第12期18页，作者：魏玉杰，杨晓桐，梁宏闪，李斌，李晶。DOI:10.7506/spkx0601-002。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

　　实习编辑：渤海大学食品科学与工程学院 王雨婷 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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