菊粉对冷冻熟面冻藏品质的影响

于晴,李雪琴*

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)

摘 要 针对当前冷冻熟面在冻藏过程中存在硬度增大、弹性丧失等劣变问题,该研究通过向冷冻熟面中添加短链菊粉和长链菊粉以改善其冻藏品质。利用差示扫描量热仪、低场核磁共振仪、傅里叶红外光谱仪、X-射线衍射仪和扫描电子显微镜探究不同聚合度菊粉对冷冻熟面中可冻结水含量、水分结合状态、淀粉分子短程有序性、结晶度和微观结构的影响,观察质构特性和蒸煮品质的变化。结果表明,与对照组相比,添加长链菊粉能有效延缓冷冻熟面硬度和拉断力的降低,抑制可冻结水含量的增加和紧密结合水的迁移,降低淀粉结晶度,面筋网络结构较为连续,复煮后仍然有较好的口感。而添加短链菊粉的冷冻熟面冻藏到60 d后,复煮损失显著增大、淀粉老化和水分迁移加剧、淀粉颗粒从网络结构中大量溶出,故不适宜长期冻藏。因此,添加长链菊粉有利于延缓冷冻熟面冻藏品质的劣变,满足消费者对健康、方便主食品的需求。

关键词 短链菊粉;长链菊粉;冷冻熟面;冻藏品质

冷冻熟面拥有良好的口感和营养价值,只需复煮几十秒后进行简易调理便能够食用[1]。不使用任何的食品添加剂在低温下可贮藏1年[2]。但在冷冻熟面冻藏过程中,由于水分迁移、冰晶成长、淀粉老化等,导致面条硬度增大、弹性丧失、断条等品质劣变成为制约冷冻熟面发展的瓶颈,是亟需解决的行业难题。

2009年中国将菊粉列为新型食品原料,可添加到除婴幼儿食品以外的各类食品中[3]。近年来,菊粉的开发利用是食品领域中的研究热点。目前国内外对菊粉的研究主要集中在面制品中,如馒头、饼干、面包、面条等。王洋洋等[4]指出菊粉能够延缓冷冻面包面团冻藏过程中水分的迁移,阻碍冰晶的生长,减轻冷冻面包面团的品质劣变。ARAVIND等[5]研究发现,适量的长链菊粉有助于改善意大利面条品质,添加量超过20%时,才会降低面条的品质;而短链菊粉则对面条品质有不利影响,添加量达到7.5%时,面条的蒸煮损失就显著增加,质构品质降低。

不同聚合度菊粉对冷冻熟面冻藏品质的影响在国内外均尚未展开研究。基于此,本文以冷冻熟面作为研究对象,添加5%短链菊粉和5%长链菊粉于小麦粉中,以未添加菊粉的冷冻熟面作为对照,研究不同聚合度菊粉与冷冻熟面中水分子和淀粉分子的结合机制,以期为水溶性膳食纤维—菊粉在冷冻熟面品质改良中的应用提供崭新思路。

1 材料与方法

1.1 实验材料

特一粉,郑州金苑面业有限公司(基本成分见表1);短链菊粉、长链菊粉,常州洋森生物科技有限公司(基本成分见表2);食盐,湖北厂盐蓝天盐化有限公司。

表1 小麦粉基本成分表 单位:%

Table 1 Basic ingredients of wheat flour

水分灰分蛋白质脂肪淀粉13.47±0.050.34±0.029.89±0.061.41±0.1274.69±0.21

表2 菊粉基本成分表 单位:%

Table 2 Basic ingredients of inulin

类别水分灰分蛋白质还原糖菊糖短链菊粉4.85±0.050.03±0.000.018±0.004.10±0.0590.75±0.25长链菊粉4.69±0.080.035±0.000.043±0.010.50±0.0394.56±0.17

1.2 仪器与设备

JEI002型电子天平,常熟市佳衡天平仪器有限公司;JHMZ-200型针式和面机、JMTD-168型压面机,北京东孚久恒仪器技术有限公司;TA-XT Plus型质构仪,英国Stable Micro Systems公司;DJL-QF100A型速冻机,深圳市德捷力冷冻科技有限公司;MicroMR-CL-I变温型核磁共振分析仪,苏州纽迈电子科技有限公司;FD-1A-50型冷冻干燥机,北京博医康实验仪器有限公司;8000型差示扫描量热仪(differential scanning calorimeter,DSC),美国TA公司;傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR),日本岛津公司;Mini Flex 600型X-射线衍射仪,日本Rigaku公司;Quanta-200扫描电子显微镜,美国FEI公司。

1.3 实验方法

1.3.1 冷冻熟面的制作方法

对照组样品:称取特一粉200 g,加入70 g水与2 g盐混合均匀的盐溶液,在针式和面机中搅拌2 min。将和好的面絮取出,装入自封袋中,在25 ℃恒温恒湿培养箱中密封熟化20 min。将面团依次在辊间距3.0 mm、2.5 mm和2.0 mm处分别压延2次,复合压延至厚度为2 mm后,将面片切成长20 cm,宽3 mm的面条。在沸水中煮4 min,将面条过冷水1 min,捞出沥水1 min后分装于自封袋里。将面条放进-40 ℃速冻机中,速冻30 min,拿出后迅速放入到-18 ℃的冰柜中稳定24 h[6]

添加5%短链菊粉和5%长链菊粉样品:分别用5%的短链菊粉和长链菊粉取代相应比例的特一粉,先在和面机中干混2 min,分别加入33%水和37%水重复上述操作。(根据粉质实验和预实验确定加水量,短链菊粉降低了小麦粉的吸水率,而长链菊粉提高了小麦粉的吸水率,二者具有不同的性质,所以为了使制作的面条表观形态良好,必须采用不同的加水量。)

每隔30 d测定相应指标,在100 ℃沸水中复热90 s。其中0 d是指冷冻贮藏24 h的冷冻熟面。

1.3.2 冷冻熟面质构特性的测定

参照骆丽君[7]的方法,通过物性分析仪测定冷冻熟面的全质构特性和拉伸特性。

1.3.3 冷冻熟面蒸煮品质的测定

参照ROMBOUTS等[8]的方法测定冷冻熟面的复煮吸水率。参照刘倩[9]的方法测定复煮损失率。

1.3.4 冷冻熟面中可冻结水含量的测定

参照何路旦等[10]的方法并稍作改动,取出冷冻熟面后迅速用刀片切取大约10 mg,密封在DSC铝制坩埚中。测量时,从25 ℃开始,以10 ℃/min的速度冷却到-30 ℃并保持10 min,再以10 ℃/min的速度重新加热到40 ℃。记录可冻结水的焓变Hω。可冻结水含量计算如公式(1)所示:

(1)

式中:F,可冻结水含量,%;Hω,样品中的熔化焓值,J/g;Hi,纯水结冰的熔化焓值,335 J/g;Tω,样品含水量,%。

1.3.5 冷冻熟面中水分分布的测定

参照白艺朋等[11]的方法并稍作修改,迅速截取2段较直的、质量共1 g左右的冷冻熟面,用生料带缠绕在一起,用玻璃棒塞进直径为1 cm的核磁管中,按压至刻度线3 cm处,放进低场核磁共振测试腔体中。选用多层-回波序列为测试程序。具体参数设置如下:采样点数(TD)320 010,回波时间(TE)0.200 ms,回波个数(NECH)8 000,累加次数(NS)8。

1.3.6 冷冻熟面中淀粉分子短程有序性的测定

将冷冻熟面冷冻干燥48 h后,粉碎过100目筛,置于玛瑙研钵中研磨。参照毕玉[12]的方法,将面条粉∶KBr=1∶50(质量比)充分混合、研磨后压片,进行样品扫描。选择吸光度模式,扫描范围400~4 000 cm-1,扫描次数32,分辨率4 cm-1。参考YOU等[13]的方法,选取800~1 200 cm-1的谱图用OMNIC 8软件进行处理。

1.3.7 冷冻熟面淀粉结晶度的测定

参照马文睿[14]的方法略做修改,采用X-射线衍射仪研究结晶度的变化情况。取过100目筛后的冷冻熟面粉测定,扫描区域5°~40°,计算相对结晶度,采用MDI Jade 6处理。

1.3.8 冷冻熟面微观结构的测定

参照LUO[15]的方法并稍作修改,把冷冻干燥后的面条样品轻轻掰断,面条长度不能大于4 mm,取新鲜断裂面大致平整的位置作为观测面,用砂纸磨平底部,使底部与断口面平行,垂直粘贴在粘有电导胶的载物台上。经离子溅射喷金4 min后,放置在扫描电镜下进行观察。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0进行单因素方差分析,在P<0.05水平下进行显著性分析。使用Origin 2018进行作图,Adobe Photoshop CC进行图片处理。

2 结果与分析

2.1 不同聚合度菊粉对冷冻熟面质构品质的影响

由图1可知,冻藏0 d时,相比于对照组,无论是添加短链菊粉还是长链菊粉,冷冻熟面的硬度和咀嚼性均显著减小,可能是由于菊粉分子质量小,加到面粉中起到稀释作用,减少了面筋含量,抵抗外力的能力降低[16]。随着冻藏时间的延长,3种冷冻熟面的硬度和咀嚼性都呈现不同程度的降低。因为冷冻熟面是一种高水分食品,含水量达到60%以上,在冻藏过程中冰晶成长对冷冻熟面造成机械损伤,使面条内部结构松散,复煮之后会变得更软,更易变形,没有嚼劲,容易拉断[17]。与对照组相比,长链菊粉能够提高冷冻熟面的面筋网络致密性,使内部结构更为牢固,从而削弱冻藏带来的负面影响,延缓硬度和咀嚼性的减小;同时促进小麦粉中的面筋蛋白充分吸水,形成良好的面筋网络结构,增强了拉伸性能。冻藏60 d之后,添加短链菊粉的冷冻熟面中含有较多小分子糖,复煮时该小分子糖损失导致硬度和咀嚼性显著降低;且和成的面团黏性过大、弹性不足,使得制作出的面条拉断力和拉伸距离急剧减小。此时长链菊粉抑制冷冻熟面品质劣变的作用凸显出来,对面筋结构的保护作用强于短链菊粉[18]。ARAVIND等[5]的结果也证实较低分子质量的菊粉对面条硬度的负面影响较大,与本文的研究结果一致。

a-硬度;b-咀嚼性;c-拉断力;d-拉伸距离
图1 冻藏期间冷冻熟面质构特性的变化
Fig.1 Changes in texture characteristics of frozen cooked noodles during frozen storage
注:不同英文字母表示同一样品存在显著性差异(P<0.05)(下同)

2.2 不同聚合度菊粉对冷冻熟面蒸煮品质的影响

由图2可知,在冻藏初期,冷冻熟面的复煮损失率没有明显变化;冻藏60 d后,由于冰晶对冷冻熟面内部结构的损伤,削弱了对组分的束缚力,复煮时大量可溶性蛋白和淀粉溶出。添加短链菊粉的冷冻熟面复煮损失率显著升高,可能由于短链菊粉分子结构小,容易挣脱面筋网络的束缚,在复煮时从面条内部以及表面逸出,残留在面汤中。冻藏120 d后,添加短链菊粉组的复煮损失率是对照组的1.45倍,而添加长链菊粉组与对照组相差不大,可能是长链菊粉对淀粉的包裹作用会更强[19]

a-复煮损失率;b-复煮吸水率
图2 冻藏期间冷冻熟面蒸煮品质的变化
Fig.2 Changes in cooking quality of frozen cooked noodles during frozen storage

冻藏时间的延长会使冷冻熟面的蒸煮品质变差,复煮时面条持水能力减弱,而吸水率的降低会影响面条的口感。冻藏120 d后,对照组、添加短链菊粉和添加长链菊粉的冷冻熟面复煮吸水率分别降低了12.95%、20.01%和11.88%,说明添加短链菊粉不利于冷冻熟面蒸煮品质的稳定。

2.3 不同聚合度菊粉对冷冻熟面中可冻结水含量的影响

由图3可知,冻藏时间不超过60 d时,添加短链菊粉的冷冻熟面可冻结水含量小于对照组,说明短期内短链菊粉有良好的保水性能。60 d后,可冻结水含量显著增加,可能是一部分原本与蛋白质结合的不可冻结水因冰晶对面条组织结构产生一定的破坏而转化为可冻结水[20]。而添加长链菊粉的冷冻熟面在冻藏的90 d内,可冻结水含量的升高较为缓慢,仅在90 d后有明显的增加,但仍显著小于另外2组。冻藏120 d后,对照组、添加短链菊粉和长链菊粉的可冻结水含量分别增加了66.72%、74.74%和58.07%。长链菊粉分子链长,在水溶液中运动更容易形成空间网络结构,从而降低了水分子运动[21];同时其也具有较强的亲水性,能与水分子以氢键相结合,从而有效抑制了可冻结水含量的增加。

a-对照组;b-添加5%短链菊粉;c-添加5%长链菊粉
图3 冻藏期间冷冻熟面可冻结水含量的变化
Fig.3 Changes in the content of freezable water of frozen cooked noodles during frozen storage

2.4 不同聚合度菊粉对冷冻熟面中水分分布的影响

如图4所示,冷冻熟面中水分的存在有2种形式,一种是弛豫时间T21在0.1~10 ms的紧密结合水,对应的峰面积为A21,代表紧密结合水含量,峰面积比例为P21;另一种是弛豫时间T22在10~1 000 ms的弱结合水,占冷冻熟面含水量的85%以上,对应的峰面积为A22,代表弱结合水含量,峰面积比例为P22

a-对照组;b-添加5%短链菊粉;c-添加5%长链菊粉
图4 冻藏期间冷冻熟面的弛豫时间
Fig.4 Relaxation time of frozen cooked noodles during frozen storage

由图5可知,随着冻藏时间的延长,3种冷冻熟面的T21T22均显著增大,水分流动性增强;A21A22均显著减小,说明冻藏过程中冷冻熟面持水力下降,紧密结合水从内部向外迁移,弱结合水从面条中升华,总体水分含量减少;紧密结合水比例P21均显著下降,弱结合水比例P22均显著上升,说明随着冻藏时间的增加,冰晶成长体积膨胀,对面筋结构造成外力损伤,使冷冻熟面中部分紧密结合水摆脱蛋白质、淀粉等组分的束缚,引起弱结合水含量相对增加[9]

a-弛豫时间T21;b-弛豫时间T22;c-峰面积A21;d-峰面积A22;e-峰面积比例P21;f-峰面积比例P22
图5 冻藏期间冷冻熟面水分结合状态的变化
Fig.5 Changes in the water status of frozen cooked noodles during frozen storage

冻藏120 d后,相比于对照组,添加5%长链菊粉组的T21T22增加较为缓慢,说明水的流动性较弱。A21最多,表明长链菊粉分子链上的羟基数量多,水与蛋白质结合较为紧密;A22最少,是因为长链菊粉在淀粉颗粒周围形成屏障,阻碍了淀粉与水的相互作用。对照组、添加5%短链菊粉和5%长链菊粉冷冻熟面的P21分别降低23.34%、26.06%和19.28%,这可能是因为长链菊粉能与面筋蛋白以氢键和疏水作用的方式相结合,从而增强了对水分子的截留能力[22]。而添加5%短链菊粉组的T21T22增加较为迅速,始终高于对照组相应的弛豫时间,由此可以得出添加短链菊粉的冷冻熟面持水性较差。A21最少,推测是因为短链菊粉分子质量小、疏水性弱,抑制了蛋白质的水合作用;A22最多,可以解释为短链菊粉对淀粉的包裹作用较弱,不能延缓淀粉吸水膨胀。从峰面积比例可以看出,添加短链菊粉的冷冻熟面P21最小,P22最大,这意味着在冰晶的破坏作用下,较多的紧密结合水转化为弱结合水,抗冻效果最差。

2.5 不同聚合度菊粉对冷冻熟面中淀粉分子短程有序性的影响

1 045 cm-1处的吸收峰对应的是结晶区,1 022 cm-1附近的吸收峰对应的是无定形区,峰强度比值1 045 cm-1/1 022 cm-1越大,表示淀粉朝向结晶度高的方向发展,即老化程度加剧。

冷冻熟面中大部分淀粉已糊化,在冻藏过程中由于分子内的氢键不断缔合,原先无序的结构逐渐变得有序,所以会发生不同程度的老化[23]。由图6可知,在冻藏30 d内发生淀粉的短期回生,直链淀粉形成有序结晶,峰强度比值1 045 cm-1/1 022 cm-1显著增大,增加速度较快。冻藏30 d之后淀粉发生长期回生,即支链淀粉重结晶缓慢重排。但是由于支链淀粉结合较不稳定,所以老化程度减缓,冻藏后期处于相对稳定的状态[24]。冻藏时间不超过30 d时,短链菊粉能够延缓淀粉的老化,可能是因为其分子质量小,能够轻易地穿插在淀粉分子中,导致淀粉结晶区稳定性减弱。长期来看长链菊粉抑制老化效果优于短链菊粉,这可能归因于长链菊粉对淀粉颗粒的包裹作用较强,减少了淀粉与水的接触,淀粉很难发生老化。

a-对照组;b-添加5%短链菊粉;c-添加5%长链菊粉
图6 冻藏期间冷冻熟面中淀粉分子短程有序性的变化
Fig.6 Changes in short-range order of starch molecules of frozen cooked noodles during frozen storage

2.6 不同聚合度菊粉对冷冻熟面中淀粉结晶度的影响

冷冻熟面是一种经过熟化的面制品,所以X射线衍射图呈倒V型结构。随着冻藏时间延长,冷冻熟面中淀粉颗粒大量溶出,直链淀粉与支链淀粉相互缠绕成双螺旋结构,淀粉结晶度均呈显著增加趋势。

由图7可知,冻藏120 d后,对照组、添加短链菊粉和长链菊粉的冷冻熟面结晶度分别从12.31%、10.97%和10.25%增加到了25.48%、26.14%和22.39%,这说明冻藏期间淀粉一直在发生老化。相比于对照组,添加短链菊粉的冷冻熟面在冻藏过程中结晶度增加较快,老化程度较为严重。而长链菊粉作为一种亲水胶体,分子链上含有的羟基数量非常多,与水分子上的羟基结合形成氢键的能力很强,从而干扰了淀粉分子微晶束氢键的形成,能够有效地抑制淀粉的回生,但是不能完全阻止[25]

a-对照组;b-添加5%短链菊粉;c-添加5%长链菊粉
图7 冻藏期间冷冻熟面结晶度的变化
Fig.7 Changes in crystallinity of frozen cooked noodles during frozen storage

2.7 不同聚合度菊粉对冷冻熟面微观结构的影响

从放大1 000倍的微观结构可以看出(图8),冻藏30 d内3种冷冻熟面品质都较好,淀粉大多完全糊化连成片状,镶嵌在致密且连续的面筋网络中。冻藏60 d时,添加长链菊粉的冷冻熟面中淀粉颗粒以较完整的形态被紧紧包裹在面筋网络中;而另外2组的冷冻熟面中淀粉颗粒大量溶出。而冻藏90 d时,对照组和添加短链菊粉的冷冻熟面孔洞较多、较大且不均匀,面筋网络大面积撕裂,淀粉颗粒继续从网络结构中掉落。添加长链菊粉的蛋白网络结构,孔洞较少、较小,还能和淀粉颗粒结合在一起,但仍可观察到碎片结构。冻藏120 d后,添加短链菊粉的撕裂程度最严重,这与其复煮损失率最大是一致的,说明这种冷冻熟面不适合长期冻藏。对照组被冰晶破坏的程度次之,冰晶升华导致网络结构上有大量的不规则的孔洞,出现不连续现象,淀粉颗粒与蛋白网络较为松散地组合在一起,导致面条质构品质变差,感官评分降低。而添加长链菊粉减弱了冰晶的机械力对面筋网络的损伤,面筋与淀粉之间没有大的孔隙,面筋网络相对连续完整,淀粉颗粒变形程度较小,并镶嵌于蛋白网络中。

图8 冻藏期间冷冻熟面的微观结构
Fig.8 Microstructure of frozen cooked noodles during frozen storage

3 结论

相比于对照组,长链菊粉的加入极大延缓了冻藏过程中冷冻熟面硬度、咀嚼性、拉断力以及拉伸距离的下降。复煮损失率没有明显的增加,反而提高了复煮吸水率,延长了冷冻熟面的实际货架期。DSC显示冻藏120 d后,可冻结水含量仅为75.24%。核磁共振结果表明,在总体水分含量减少的情况下,紧密结合水的占比仍然高于另外两组。FTIR和X射线衍射表明淀粉分子短程有序性和结晶度均显著低于另外两组,能够有效抑制淀粉回生进程。扫描电镜的结果证明,添加长链菊粉有助于形成致密而连续的面筋网络结构,极大地提高了冷冻熟面的冻藏品质。而短链菊粉的添加不但没有延缓冷冻熟面质构特性的降低,反而加剧了各项指标的劣变。在冻藏120 d时,复煮损失率是对照组的1.45倍;可冻结水含量达到94.36%,已经超过对照组的93.28%。冻藏期间紧密结合水迁移较为严重,弱结合水的比例逐渐增大。仅在冻藏前60 d内能够减缓淀粉老化,60 d后老化程度超过对照组,且网络结构被冰晶破坏较严重。实验结果表明,长链菊粉是一种有效的冷冻熟面品质改良剂,而短链菊粉不宜作为冷冻熟面长期冻藏的品质改良剂。

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The influence of inulin on the frozen storage quality of frozen cooked noodles

YU Qing, LI Xueqin*

(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

ABSTRACT At present, there are some deterioration problems such as hardness increase and elasticity loss in the process of frozen storage. This study improved the frozen storage quality by adding short-chain inulin and long-chain inulin to frozen cooked noodles. Differential scanning calorimeter , low-field nuclear magnetic resonance, Fourier infrared spectroscopy, X-ray diffractometer and scanning electron microscope were used to explore the effects of different polymerization degrees of inulin on the frozen water content, water binding state, short-range order of starch molecules, crystallinity and microstructure in the frozen cooked noodles. The changes in texture characteristics and cooking quality were also been explored. The results showed that compared with control group, the addition of long-chain inulin could effectively delay the decreasing of hardness and breaking force of frozen cooked noodles, Besides, it also inhibited the increase of frozen water content and the migration of tightly bound water and reduced the crystallinity of starch. The gluten network structure was more continuous and it still had a good taste after re-cooked. However, after 60 d of frozen storage, the frozen cooked noodles added with short-chain inulin had a significant increase in re-cooking loss, starch retrogradation and water migration. Starch granules were dissolved from the network structure, so it is not suitable for long-term frozen storage.

Key words short chain inulin; long chain inulin; frozen cooked noodles; frozen storage quality

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.028913

引用格式:于晴,李雪琴.菊粉对冷冻熟面冻藏品质的影响[J].食品与发酵工业,2022,48(15):214-221.YU Qing, LI Xueqin.The influence of inulin on the frozen storage quality of frozen cooked noodles[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(15):214-221.

第一作者:硕士研究生(李雪琴教授为通信作者,E-mail:xueqin1216@sina.cn)

基金项目:河南省科技攻关项目(212102110331);河南工业大学自科创新基金支持计划项目(2020ZKCJ13)

收稿日期:2021-08-11,改回日期:2021-08-18