磁场辅助冻结对冷冻熟制面条冻藏品质的影响

吴阳阳1,温娅晴1,艾志录1,2,潘治利1,2*

1(河南农业大学 食品科学技术学院,河南 郑州,450002)2(国家速冻米面制品加工技术研发专业中心,河南 郑州,450002)

摘 要 在食品的冻结方式中,磁场是一种新兴的物理方法,其特点是在食品原料中具有很强的穿透性,加快产品的冻结速率,进而改善产品品质。该文采用磁场辅助冻结熟制面条,并利用质构仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、低场核磁共振、傅里叶红外光谱仪等探究了其在冻藏期间的品质变化。当磁场强度为12 Gs时,整个冻结过程缩短4 min。与不经过磁场辅助冻结的冷冻熟制面条相比,在冻藏12周时,其感官总评分高出5.10%,硬度、胶着性、咀嚼性和剪切力分别提升7.58%、12.00%、11.43%和16.41%,蒸煮损失降低14.04%,微观结构中,其冰晶的尺寸更小,可冻结水含量降低5.34%,水分分布状态中,结合水的含量高出12.38%,淀粉分子的老化程度降低0.21%,且都存在显著性差异(P<0.05)。磁场辅助冻结加快了冷冻熟制面条的冻结速率,抑制了其内部水分转移和冰晶生长速率,从而降低了冷冻熟制面条内部造成的机械损伤,延长了其冻藏周期。

关键词 磁场;冻藏;冰晶;可冻结水含量;水分分布状态

冷冻熟制面条是一种方便即食产品,从制作面条所用小麦粉的选用到和面时间、熟化条件、压延次数再到冻结方式等都有严格的生产工艺,在速冻的条件下,面条中的游离水、结合水等能快速通过其最大冰晶生成带,从而避免生成较大冰晶,减小冰晶对面条内部组织结构造成的损伤,因此,冷冻熟面的风味、感官、影响成分等得以保存。这不仅能克服鲜湿面不具备较长贮藏期的短板,还能继承鲜湿面筋道、爽口的优势,在消费者群体中越来越受到欢迎[1-2]。在工业化生产过程中,需要一个温度相对较低的生产环境,在面条的冻结过程结束后,无论是贮藏还是运输都需要保持在-18 ℃的环境下,这样的冻藏环境能减缓游离水和结合水转换、也可以维持面条中面筋网络结构的稳定,保证面条的品质。但是随着冷冻熟制面条冻藏期的延长,其组分结构也会发生一定的变化,比如内部水分的迁移、麦谷蛋白的解聚等,使面条外部失去光泽、蒸煮损失率增大、口感变差,造成其品质下降[3-4]

为了改善冷冻熟面的品质,延长其冻藏时间,荆鹏等[5]研究发现,添加2%(质量分数)食盐可以降低和面水的 pH 值,增大面条的硬度,咀嚼时更有韧性,色泽也得到了显著改善。HE等[6]研究发现,豆浆的添加量为 25%时,冷冻熟面中生成了更小的冰晶,并且抑制了自由水的上升,改善了面条的品质。LYU等[7]利用响应面优化了木薯淀粉、H2O2、α 淀粉酶等添加剂的配比,降低了面条的蒸煮损失,微观结构中冰晶的尺寸更小,从而提升了面条品质。近年来,在平板、隧道等传统冷冻方式的基础上,外加其他物理场(高压、超高压、声波、电场、磁场)辅助的冻结技术逐渐成为研究的热点。磁场辅助就是其中之一,因其能耗低、方便、安全性高,且能有效保持食品品质。ZHOU等[8]探究了静磁场对冷冻面包面团品质的影响,发现 2 mT 的磁场强度处理后,面包面团总冻结周期缩短 23 min、酵母菌的存活率和放气率分别提高 18.18%和 42.23%、结合水向游离水的转化受到抑制、麦谷蛋白大聚体的解聚率降低 24.26%,说明在磁场作用下冷冻面包面团的品质更好。但在冻藏期间的品质变化还未有相关探究,本文将磁场辅助冻结应用在冷冻熟制面条中,在 12 周的冻藏期内,探究其品质变化规律。

1 材料与方法

1.1 材料

特一粉(中筋),河南金苑粮油有限公司;食盐,市售。

1.2 仪器与设备

电子天平,上海浦春计量仪器有限公司;ACA 多功能面包机,北美电器有限公司;压面机,龙口市复兴机械有限公司;BD/BC-213 JDE 变温冷冻冷藏冰箱,浙江星星冷链集成股份有限公司;CHY15-50型一维线圈、LD3003型电源、CH-1600高斯计、一维轴向探头,北京翠海佳诚磁电科技有限责任公司;RC-4型单温度记录仪,江苏省精创电器股份有限公司;BTP.8XL型真空冷冻干燥机,美国SP Scientific公司;TA-XA PLUS型质构仪,英国Stable Micro Systems;HE53/02快速水分测定仪,梅特勒托利多科技(中国)有限公司;HS-DSC-101差示扫描量热仪,上海和晟仪器有限公司;FTIR-650红外光谱仪,广州晓分仪器有限公司;S-3400型扫描电子显微镜,日立仪器有限公司;NMI20-60H-I型低场变温核磁共振成像分析仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 磁场强度的选择

将磁场发生装置放置在冷冻环境中,磁场处理,根据公式(1)调节磁场强度。

(1)

式中:H,磁场强度,A/m;N,线圈匝数;I,电流,A;Le,有效磁路长度,m。通过调节电流的大小确定磁场强度,分别设置为0.17、0.33、0.50、0.67、0.83和1.00 A,用高斯计测量每次对应的磁场强度,分别对应为3、6、9、12、15和18 Gs,测定冷冻熟制面条的品质变化,实验系统原理如图1所示。

1-温度记录仪;2-直流电源;3-电脑;4-亥姆霍兹线圈;5-高斯计
图1 实验系统原理图
Fig.1 The schematic diagram of the experimental system

1.3.2 冷冻熟制面条的制备

参考潘治利等[9]的实验方法,取面粉 200 g,蒸馏水 76 mL,食盐 4 g,在和面机中持续搅拌 15 min,用保鲜膜将和好的面絮包裹好,室温下(25 ℃)静置熟化 30 min,面絮成团后放置在压面机中并依次调节间距,分别为 2.5、2.0和1.5 mm,每个过程对折压片 2 次,然后切条成型,面条的尺寸为长 20 cm、宽 0.2 cm、厚度为 0.15 cm。每份面条 20 g,在锅中加入1 000 mL 蒸馏水,待水沸腾后,放入面条煮至白芯消失,然后捞出滤水 1 min,放在容器中在 -30 ℃的冰箱中冻结1 h,冻结完成后放在 -18 ℃冰柜中冻藏。

1.3.3 冷冻熟制面条冻结曲线的测定

取20 g面条平铺在固定的容器中,温度记录仪的针式探头插到面条的中心位置,在稳定的 -30 ℃的冰箱环境温度中测定冻结曲线,每10 s 记录一个温度点,面条的中心温度达到 -18 ℃时取出。添加磁场进行辅助冻结,磁场强度分别为0、6、9、12、15和18 Gs,重复上述实验过程,导出数据,得到冻结曲线数据。

1.3.4 冷冻熟制面条感官评分的测定

感官品质参考XUE等[10]的测定方法,把制作好的冷冻熟制面条从 -18 ℃的冰箱中取出,电磁炉上加热至水沸腾,复热 1 min 后捞出滤水,放入感官评定专用小碗中,选择 10 位经过专门感官培训的人员进行评定,评定指标包括色泽、表观状态、适口性、韧性、黏性、光滑性、食味。

表1 冷冻熟制面条的感官评分标准
Table 1 Sensory scoring criteria of frozen cooked noodles

指标满分评分标准色泽10颜色为白、乳白或奶黄色,亮度好为 8.5~10 分;亮度一般为 6~8.5 分;颜色发暗或发灰,亮度差为 1~6 分表观状态15表面结构细密且光滑为 12.5~15 分;中间程度为 9~12.5 分;表面粗糙、膨胀变形为 1~9 分适口性25咬力适中为 21~25 分;稍硬或稍软为 15~21 分;过硬或过软为 1~15 分韧性25有咬劲且富有弹性为 21~25 分;一般为 15~21 分;咬劲差、弹性不足为 1~15 分黏性15爽口、不黏牙为 21~25 分;较爽口、稍黏牙为 15~21 分;不爽口、样品发黏为 10~15 分光滑性5口感光滑为 4.3~5 分;较光滑为 3~4.2 分;不光滑为 1~3 分食味5具有麦香味为 4.3~5 分;基本无异味为 3~4.3 分;有异味 1~3 分

1.3.5 冷冻熟制面条质构特性的测定

1.3.5.1 质地剖面分析

参考潘治利等[9]的实验方法,测定之前先校准质构仪,取冷冻熟制面条在沸水复热 1 min,然后立刻捞出滤水沥干除去面条表面水分,使用P50探头进行二次咀嚼测试,测试参数为:测前速度 2 mm/s、测中速度 0.8 mm/s、测后速度 0.8 mm/s,触发力为 5 g,压缩比为 70%,时间间隔为 5 s,每个样测 10个平行。

1.3.5.2 剪切力

选用 A/LKB 型号探头,校准。取冷冻熟制面条在沸水复热 1 min,然后捞出滤水沥干除去面条表面水分,测试参数为:测前速度 2 mm/s、测中速度 0.8 mm/s、测后速度 0.8 mm/s,触发力为 5 g,压缩比为 90%。

1.3.6 冷冻熟制面条蒸煮损失的测定

参考ROMBOUTS等[11]的实验方法,取冷冻熟制面条,称量 500 mL 水加热,等水沸腾时放入面条,复热1 min后捞出沥干,收集面汤并在电磁炉上加热,等大部分水分蒸发后把剩余的面汤收集在干燥的空铝盒中,然后放在 105 ℃烘箱中烘干至恒重,根据公式(2)计算面条的蒸煮损失率:

(2)

式中:L,蒸煮损失率,%;W2,面汤烘干前铝盒的质量,g;W1,空铝盒的质量,g;W0,冷冻熟制面条的质量,g。

1.3.7 冷冻熟制面条微结构的测定

采用扫描电子显微镜观察面条横截面的微观结构。参考 LUO 等[12]的实验方法并稍作修改:①取出制作好的冷冻熟制面条放在冷冻干燥机中冷冻 48 h 以上,取出后截取面条的横截面粘贴在模具上;②离子溅射喷金 4 min;③10 kV的电压下,调节扫描的最佳距离,放大 500 倍进行观察。

1.3.8 冷冻熟制面条水分含量的测定

采用快速水分测定仪测定冷冻熟制面条的水分含量:①对空样品盘去皮;②放置 10 g 冷冻熟制面条;③关闭上盖开始测定。测定过程中,红外加热使面条达到恒重,并记录水分含量。

1.3.9 冷冻熟制面条可冻结水含量的测定

利用差示扫描量热仪进行测定。参考TRAN等[13]的实验方法,用分析天平精确称量10 mg样品于坩埚中,放上埚盖压制。测量时,空坩埚作为对照,N2为载气作为吹扫气和保护气。先把炉温以 10 ℃/min 的速率降至 -30 ℃ 并保持 5 min,然后升温到 40 ℃,升温速率保持 10 ℃/min不变,根据公式(3)得到可冻结水的焓变Hw

(3)

式中:W,可冻结水含量,%;Hw,面条的熔化焓值,J/g;Hi,纯水结冰的熔化焓值,335 J/g;Tw,面条的水分含量,%。

1.3.10 冷冻熟制面条水分分布的测定

冷冻熟制面条中含有 60%~70% 的水分,水是由氢原子和氧原子组成,氢原子是低场核磁共振的信号来源,参考CARINI等[14]的实验方法并稍作修改,称取 2 g 复煮后的面条并用保鲜膜包裹好,以防止水分流失,然后放在内径为 25 mm 的核磁管中测定。设置序列参数,磁体探头NIMI20-060H-I-25 mm;序列CPMG,采样频率250 kHz;主频21 MHz;射频延迟0.002 ms;前放挡位2;等待时间3 000 ms;90度脉宽6 us,120度脉宽12 us,累加次数8;回波时间0.3 ms,回波个数8 000。然后利用仪器自带的程序进行数据反演,得到T2 弛豫图谱,导出数据。

1.3.11 冷冻熟制面条淀粉分子短程有序性的测定

参照毕玉[15]的实验方法,将面条冷冻干燥处理后研磨成粉,过筛。采用傅里叶红外光谱仪进行测定,设置参数:扫描范围为 400~4 000 cm-1,扫描次数为 32 次,分辨率为 4 cm-1,然后进行去卷积处理,得到 1 045和1 022 cm-1处的峰强度比值。

1.3.12 数据统计与分析

采用 Excel 2016 进行数据汇总分类;采用 Origin 2018 和 Peak Fit Version 4.12 进行数据分析绘图;采用 SPSS 26 进行方差分析,存在显著性差异的标准是P<0.05,所用数据进行3次以上独立实验,每次实验不低于5个平行。

2 结果与分析

2.1 磁场辅助冻结对冷冻熟制面条冻结速率的影响

从冻结曲线上(图2)可以看出,随着磁场强度的增大,面条的冻结速率随之加快,在磁场强度为12 Gs时,冻结速率最快,冻结时间缩短 4 min,而在15和18 Gs时有相对减缓趋势,是因为冷冻熟制面条的水分含量在 60%~70%,磁场可以磁化面条中的水分,使水分子趋向于有序化排列,磁场的应用改变了水的性质,促进了原子核的取向有序化,增大过冷度,加快了冻结速率。冻结速率相对减缓可能是由于磁场的单向吸引形成了较弱的多边形环,原子核的取向有序化程度降低,导致冻结速率的下降[16],这也与 ZHOU等[8]的研究结果相一致。

图2 不同磁场强度对面条冻结速率的影响
Fig.2 Effect of different magnetic field intensity on noodle freezing rate

2.2 冷冻熟制面条在冻藏期间感官品质的变化

冷冻产品在冻藏期间的感官品质变化可以反映出其在某个时间段的接受程度,冷冻熟制面条也不例外,感官评分的高低与消费者的喜爱程度直接相关。

由图3可以看出,在冻藏期内,冷冻熟制面条的感官评分随着冻藏时间的延长呈现出下降趋势,消费者对产品的接受程度也在逐渐下降。未经磁场辅助冻结的熟制面条,其色泽、表观状态和总得分等在前 4 周无明显的变化,从第 6 周时开始出现显著性差异(P<0.05),且在权重占比比较大的适口性和韧性这2个品质下降明显,韧性可表征冷冻熟制面条的弹性,在冻藏期间,可能原因是面条内部水分迁移等导致其组分结构发生变化,深层结合水的紧密程度被破坏,面筋蛋白等网络结构松散,从而使面条的品质发生劣变。而经过磁场辅助冻结的面条,其各种感官指标也是一个下降的趋势,但总体指标变化基本上是从第 8 周开始的,此时的感官总分为 80.01 分,比没有磁场处理的高出 5.37%,在冻藏第12周时感官总分则比没有磁场处理的高出 5.10%,因为经过磁场处理的冷冻熟制面条,冻结速率加快,面条内部形成的冰晶变小,降低了其对冷冻熟制面条内部造成的机械损伤程度,因而能达到一个更稳定的状态[17]。综合感官评分,可以得出冷冻熟制面条的感官品质随着冻藏时间的延长逐渐下降,添加磁场辅助冻结后,在冻藏期间的表现要优于未添加磁场辅助冻结的面条,磁场辅助冻结能够显著改善其冻藏期间的感官品质。

a-感官总评分;b-冻藏4周;c-冻藏8周;d-冻藏12周
图3 冷冻熟制面条在冻藏期间感官品质的变化
Fig.3 Changes of sensory quality of frozen cooked noodles during frozen storage
注:大写字母的不同,表示同一个冻藏期下,有无磁场辅助冻结之间存在显著性差异(P<0.05);小写字母的不同,随着冻藏期的延长,无磁场辅助冻结和有磁场辅助冻结均存在显著性差异(P<0.05)(下同)

2.3 冷冻熟制面条在冻藏期间质构特性的变化

在冷冻熟制面条的品质指标评价中,质构特性也是一个重要组成部分,实验过程中能模拟人体口腔的咀嚼动作,可以得出定量的数据参数,直接反映产品的品质特点[18]

由图4可以看出,在整个冻藏周期内,冷冻熟制面条的质构特性指标呈现出一个下降趋势。不经过磁场辅助冻结后的面条,其硬度在第 6 周的时候出现显著性差异(P<0.05),下降 5.74%。弹性的变化不是很大,在冻藏第 8 周时开始显著下降,此时的弹性降低 10.75%;胶着性的变化趋势基本与弹性一致;咀嚼性和剪切力可以认为是感官评分中的适口性和韧性,随着冻藏时间的延长,冷冻熟制面条的口感也在发生变化,且剪切力的变化在第 4 周时就表现出显著性差异(P<0.05),降低 14.37%。综合各个质构特性指标分析,冷冻熟制面条的品质随着冻藏时间的延长逐渐降低,原因是冻藏期内,面条内部水分的迁移导致结合水向弱结合水和游离水的方向转移,水结冰会导致其体积增大,冰晶的生长又进一步破环了面条的组分结构,冻藏时间越长,面条内部组分被破坏的程度越大,因而冷冻熟制面条在冻藏过程中品质逐渐下降[3]

a-硬度;b-胶着性;c-咀嚼性;d-剪切力
图4 冷冻熟制面条在冻藏期间质构特性的变化
Fig.4 Changes of texture properties of frozen cooked noodles during frozen storage

经过磁场辅助冻结的面条,质构特性中各项指标的变化趋势与不经过磁场处理的基本相一致。但在同一个冻藏周期下相比较,面条的硬度、胶着性、咀嚼性和剪切力都存在显著性差异(P<0.05),磁场辅助冻结对冷冻熟制面条的品质产生了影响,磁化面条内部的水,降低水分子的能量,大分子簇被分割成许多小分子簇,使其表现得更稳定,生成的冰晶偏小[19],因而对面条内部造成的机械损伤程度也随之降低,使面条保持了一定的硬度、弹性等,整体上在冻藏的第6周才出现显著性差异(P<0.05),第8周时,相比没有磁场辅助冻结的冷冻熟制面条,其硬度、胶着性、咀嚼性和剪切力分别提升 7.58%、12.00%、11.43%和16.41%,延缓了冷冻熟制面条在冻藏期间品质逐渐下降的趋势。

2.4 冷冻熟制面条在冻藏期间蒸煮损失的变化

面条在煮制过程中,其表面的淀粉颗粒结合不紧密的话就会溶出一部分固形物,不仅会使面汤变得浑浊,还会影响面条的口感,溶出来的固形物的含量占比被称为面条的蒸煮损失率,与直链淀粉的含量呈线性关系,直链淀粉含量越多,蒸煮损失率也就越大,是评价面条品质的一个重要指标[20]。为了体现出磁场辅助冻结对冷冻熟制面条蒸煮损失的影响,与不添加磁场冻结面条相比较,探究其蒸煮损失的变化。

图5 冷冻熟制面条在冻藏期间蒸煮损失的变化
Fig.5 Changes of cooking loss of frozen cooked noodles during frozen storage

冷冻熟制面条在冻藏期间蒸煮损失的变化如图5所示,不经过磁场辅助冻结的面条,最开始的蒸煮损失率为 1.78%,随着冻藏时间的延长,蒸煮损失率呈现出增大趋势,到第 6 周的时候开始出现显著性差异(P<0.05),冻藏 12 周的时候,比初始冷冻熟制面条的蒸煮损失率高出 28.17%。主要原因是在冻藏前期,冷冻熟制面条的内部组分相对稳定,劣变速率较慢,但随着冻藏时间的延长,面条内部水分发生迁移,大冰晶的生成对其造成机械损伤,面条的蛋白网络结构也会受到影响,减小了组分结构的束缚能力,导致面条在煮制过程中溶出一部分蛋白质和淀粉,引起面汤浑浊,导致蒸煮损失率上升[4]

经过磁场辅助冻结的面条,在整个冻藏周期内,蒸煮损失率也表现出上升的趋势,但在同一个冻藏周期上,其蒸煮损失率都比不经过磁场辅助冻结的面条低,且有显著性差异(P<0.05),在第6周的时候降低16.01%,冻藏12周时则降低14.04%。这是因为磁场辅助冻结后,面条内部能形成更细小的冰晶,对其造成的机械损伤降低,内部组分受到的破坏更小,因而在煮制过程中,溶出来的蛋白质和淀粉相对较少,降低了冷冻熟制面条的蒸煮损失率。

2.5 冷冻熟制面条在冻藏期间微观结构的变化

在冷冻干燥过程中,冷冻熟制面条内的冰晶直接升华留下空隙,因此通过扫描电子显微镜观察到的微观结构的变化与冷冻熟制面条中冰晶的变化密切相关。

从图6可以观察到,不经过磁场处理的面条,冻藏0周状态下其表面结构相对致密,有良好的均一性,冻藏4周时其表面结构的致密性开始下降,有小孔洞的出现,冻藏8周时面条表面的孔洞呈现出大小、形状都不均一的状态,冻藏12周时,面条的表面就变得非常粗糙,孔洞进一步变大,形状的无序性也在增加。与CHEN等[21]对面团的研究结果一致,即冻藏时间的增长,无论是面条还是面团,其品质都在逐渐降低。原因是冻藏期间,水分发生迁移导致水分状态改变,结合水逐步转变为半结合水和自由水,冰晶的生长和增多破坏了面条的内部结构。

a-0 Gs冻藏0周;b-0 Gs冻藏4周;c-0 Gs冻藏8周;d-0 Gs冻藏12周;e-12 Gs冻藏0周;f-12 Gs冻藏4周;g-12 Gs冻藏8周;h-12 Gs冻藏12周
图6 冷冻熟制面条在冻藏期间微观结构的变化
Fig.6 Micro-structural changes of frozen cooked noodles during frozen storage

经过磁场辅助冻结的面条,在冻藏期内其品质也在发生变化,但在同一个冻藏周期下,冷冻熟制面条表面结构相对连续、致密,孔洞也相对偏小。磁场辅助冻结后,使面条中的冰晶更细小,减小了对面条内部结构的破坏程度,从而使冷冻熟制面条的微观结构呈现出更光滑、致密、均一的状态。

2.6 冷冻熟制面条在冻藏期间可冻结水含量的变化

食品中水的存在状态有多种,其中以结合态和自由态最为常见,结合水是食品中与蛋白质、淀粉等组分通过氢键相结合的,而自由水更多的是聚集在细胞间的水,容易散失。冷冻熟制面条中的水分含量在 60%~70%,其中的结合水不宜结冰,因而可冻结水含量一般指的是自由水含量,但在冻藏过程中,冷冻熟制面条的内部水分会发生迁移,使结合水向半结合水和游离水的方向转移,导致自由水的含量变多,改变了面条内部的水分分布状态,影响其品质,可以通过差示扫描量热仪测定面条中可冻结水的含量,观察冷冻熟制面条在冻藏期间可冻结水含量的变化。

图7 冷冻熟制面条在冻藏期间可冻结水含量的变化
Fig.7 Change of frozen water content of frozen cooked noodles during frozen storage

由图7可以看出,在整个冻藏周期内,不经过磁场辅助冻结的面条,其可冻结水含量在第4周出现显著性差异(P<0.05),比第0周高出3.57%,从第4周以后,冷冻熟制面条中的可冻结水含量都存在显著性变化。可能原因是面条在冻藏初期品质变化不大,其内部的蛋白质、淀粉等组分与氢键结合的致密,结合水的含量稳定,但随着冻藏时间的延长,面条内部水分开始发生迁移,自由水含量的增多引起冰晶的再生长,破坏了面条原有的组织结构,又会有结合水转变为半结合水的自由水,最终导致面条的可冻结水含量进一步升高,影响冷冻熟制面条的品质。

经过磁场辅助冻结的面条,其可冻结水含量的变化趋势与不经过磁场辅助冻结的相一致,增高的幅度减小了,但在同一个冻藏周期下,经过磁场处理的面条,其可冻结水含量相对偏低,并且有显著性差异(P<0.05),且在冻藏4周时,其可冻结水含量降低6.55%,冻藏12周,其可冻结水含量依然能降低5.24%。可能是磁场辅助冻结后,增强了水中氢键与蛋白质、淀粉等组分结合的致密性,在冻藏过程中,降低了结合水向外迁移的速度,因而延缓冷冻熟制面条中可冻结水含量的增加,面条的品质相对较好[22],这也与ZHOU等[8]的研究结果一致,即磁场辅助冻结后,面团的可冻结水含量的增幅降低。

2.7 冷冻熟制面条在冻藏期间水分分布状态的变化

无论是生产加工,还是食品内部本身,都会有水分的参与,它也是保证产品品质的一个重要组分。冷冻熟制面条中有非常高的含水量,冻藏过程中,其内部水分的变化迁移会影响组织状态,导致面条品质下降。利用低场核磁共振仪器测定冷冻熟制面条中水分的分布状态,自由水和结合水含量变化能反映食品内部水分迁移过程,弛豫时间0.1~10 ms对应第一个峰,弛豫时间 10~100 ms对应第二个峰,水分状态的分布是冷冻熟制面条品质的一个重要表征。

由图8可以看出,有4个指标可以表征当下的水分状态,分别是横向弛豫时间T1,对应的信号强度面积A1,表示食品内部结合水的含量,含量越高,说明面条内部与蛋白质、淀粉等结合的越紧密,水的流动性越弱;横向弛豫时间T2,对应的信号强度面积A2,表示食品内部自由水的含量,自由水的流动性会随着其含量增高而增强,WU等[23]在探究面团时,发现水分分布状态也是类似的2个峰,研究结果相一致。

图8 冷冻熟制面条的弛豫时间
Fig.8 Relaxation time of frozen cooked noodles

由表2可知,不经过磁场处理的冷冻熟制面条,在整个冻藏期的前 4 周,其横向弛豫时间T21T22基本上没有表现出差异性,随着冻藏时间的延长,从第 6 周开始一直持续到第 12 周,冷冻熟制面条的横向弛豫时间增大,内部与蛋白质、淀粉结合紧密的水开始变得不紧密,水的流动性增强,从而引起结合水含量的减少。峰面积A21表示深层结合水,A22表示弱结合水和自由水,A21含量的降低和A22含量的增加,表明在冻藏期间,与蛋白质和淀粉深度结合的水受到了破坏,组分结构稳定性下降,结合水开始向弱结合水和自由水的方向转移,引起水的自由度变大。SNCHEZ-ALONSO等[24]的研究中,发现随着冻藏时间的延长,鳕鱼体内的结合水也开始朝自由水的方向转移,并且有显著相关性,水分状态的变化可以预测鳕鱼的冻藏期。而经过磁场处理的冷冻熟制面条,在整个冻藏期的第 6 周才出现显著性差异,结合水的含量高出 10.95%,12 周的时候依然能高出 12.38%。可能原因是经过磁场处理后,面条内部水中氢键数目增加,使得面条的水分状态结合的紧密,增强了其内部稳定性[25],因此在冻藏期间的品质更好,也与 ZHOU 等[8]的研究结果一致,磁场辅助冻结后冷冻面团的结合水含量升高。

表2 冷冻熟制面条在冻藏期间水分分布状态的变化
Table 2 Changes of water distribution of frozen cooked noodles during frozen storage

冻藏时间/周磁场强度/GsT21T22A21A22001.12±0.00Aa54.79±0.02Aa2 447.99±14.09Aa16 641.55±37.02Aa121.05±0.07Ba44.49±0.01Ba2 716.17±26.42Ba15 888.18±35.20Ba201.13±0.01Aa55.36±0.03Aa2 374.55±15.89Aa16 807.97±32.45Aa121.06±0.03Ba44.87±0.02Ba2 634.68±17.43Ba16 047.06±29.58Ba401.17±0.04Aa55.82±0.05Aa2 301.11±18.22Aa17 140.78±31.23Ab121.08±0.02Ba45.24±0.06Ba2 553.20±15.76Ba16 205.94±36.47Ba601.22±0.02Ab56.37±0.04Ab2 203.19±13.54Ab17 473.65±29.56Ab121.13±0.01Ba46.15±0.01Ba2 444.55±16.24Bb16 364.83±31.29Bb801.35±0.05Ac57.64±0.07Ac2 129.75±20.37Ac17 806.46±30.51Ac121.27±0.04Bb47.20±0.04Bb2 390.23±16.33Bc16 682.60±35.41Bc1001.57±0.05Ad62.84±0.02Ad2 007.35±19.52Ad18 139.30±29.63Ad121.34±0.03Bc51.03±0.02Bc2 254.42±22.56Bd17 014.35±38.46Bd1201.81±0.02Ae67.50±0.06Ad1 909.43±17.82Ae18 638.54±31.32Ae121.65±0.02Bd54.82±0.03Bd2 145.77±18.27Be17 476.95±34.64Be

2.8 冷冻熟制面条在冻藏期间淀粉分子短程有序性的变化

淀粉是小麦粉的主要成分之一,可分为直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉分子主要形成螺旋结构,在溶液中转化为双螺旋结构,又叫短程有序结构,双螺旋结构能与其它组分通过氢键相结合,形成晶体,命名为长程有序结构,淀粉结构的变化会对产品产生一定的影响,傅里叶红外光谱可以检测淀粉结构的变化,反映产品的品质特点。在 800~1 200 cm-1的吸收峰范围内,淀粉分子的变化较为敏感,淀粉的晶体结构,对应1 045 cm-1附近的吸收峰,约占淀粉颗粒的 60%;剩余的是无定形结构,对应 1 022 cm-1附近的吸收峰,淀粉分子的短程有序性可以表示为两者对应的峰强度的比值,即1 045 cm-1/1 022 cm-1,比值越大,说明晶体结构占比越大,淀粉的老化程度越深。

淀粉老化的机理是相邻分子间的氢键又逐步恢复形成致密、高度晶化的淀粉分子微束。由图9可以看出,随着冻藏时间的延长,冷冻熟制面条中淀粉分子的峰强度比值逐渐增大。不经过磁场辅助冻结的面条,在冻藏的第 4 周时出现显著性差异(P<0.05),此时的峰强度比值为 1.006 5,到第 12 周时比值达到 1.015 2,表明淀粉分子在不断地朝着高度晶化的方向发展,即老化程度加深,冷冻熟制面条的品质也在逐渐减低。而经过磁场辅助冻结的面条,淀粉分子的老化程度也随着冻藏时间的延长而加深,也是在冻藏的第 4 周时出现显著性差异(P<0.05),此时的峰强度比值为 1.004 2,到第 12 周时比值达到 1.012 0,老化程度下降 0.21%,与不经过磁场辅助冻结的面条相比,同一个周期下均有显著性差异(P<0.05),表明磁场辅助冻结在一定程度上能够抑制淀粉的老化,延缓冷冻熟制面条品质下降的速率。

图9 冷冻熟制面条在冻藏期间淀粉分子短程有序性的变化
Fig.9 Changes of short-range ordering of starch molecules during frozen storage of frozen cooked noodles

3 结论

磁场辅助冻结可以加快冷冻熟制面条的冻结速率,且磁场强度为 12 Gs 时,整个冻结过程缩短4 min。与不经过磁场辅助冻结的冷冻熟制面条相比,在冻藏 8 周时,其感官总评分高出 5.37%,硬度、胶着性、咀嚼性和剪切力分别提升 7.58%、12.00%、11.43%和16.41%,蒸煮损失降低 14.04%,微观结构中,冰晶的尺寸更小,可冻结水含量降低 5.34%,水分分布状态中,结合水的含量高出 12.38%,淀粉分子的老化程度下降 0.21%。可以得出结论:经过磁场辅助冻结的冷冻熟制面条,不仅能加快其冻结速率、降低蒸煮损失率、减小冰晶的生长、还可以抑制其内部水分迁移和淀粉分子的老化,从而改善了冷冻熟制面条在冻藏期间的品质,延长了其货架期。

参考文献

[1] 冯俊敏. 冷冻面条品质改善的研究[D].无锡:江南大学, 2012.

FENG J M.Study on the improvement of frozen noodle quality[D].Wuxi:Jiangnan University, 2012.

[2] LI M, MA M, ZHU K X, et al.Delineating the physico-chemical, structural, and water characteristic changes during the deterioration of fresh noodles[J].Food Chemistry, 2017, 216(2):374-381.

[3] 潘治利. 不同小麦品种冷冻面条在加工及贮藏过程中品质变化机理[D].哈尔滨:东北农业大学, 2016.

PAN Z L.Quality change mechanism of different wheat varieties frozen noodles during processing and storage[D].Harbin:Northeast Agricultural University, 2016.

[4] LIU Q, GUO X N, ZHU K X.Effects of frozen storage on the quality characteristics of frozen cooked noodles [J].Food Chemistry, 2019, 283(6):522-529.

[5] 荆鹏, 郑学玲, 丁旋子, 等.食盐对面絮及面条品质影响研究[J].粮食与饲料工业, 2014(9):32-35.

JING P, ZHENG X L, DING X Z, et al.Effects of salt on the quality of dough pieces and noodle[J].Cereal &Feed Industry, 2014(9):32-35.

[6] HE L D, GUO X N, ZHU K X.Effect of soybean milk addition on the quality of frozen-cooked noodles [J].Food Hydrocolloids, 2019, 87:187-193.

[7] LYU Y G, CHEN J, LI X Q, et al.Study on processing and quality improvement of frozen noodles[J].LWT - Food Science and Technology, 2014, 59(1):403-410.

[8] ZHOU H L, JIN Y M, HONG T T, et al.Effect of static magnetic field on the quality of frozen bread dough [J].LWT, 2022, 154(1):11 2670.

[9] 潘治利, 田萍萍, 黄忠民, 等.不同品种小麦粉的粉质特性对速冻熟制面条品质的影响[J].农业工程学报, 2017, 33(3):307-314.

PAN Z L, TIAN P P, HUANG Z M, et al.Effects of flour characteristics of different wheat cultivars on quality of frozen cooked noodles[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(3):307-314.

[10] XUE D, GAO H Y, ZHAO L, et al.Relationships between instrumental measurements and sensory evaluation in instant noodles studied by partial least squares regression[J].Journal of Texture Studies, 2010, 41(2):224-241.

[11] ROMBOUTS I, JANSENS K J A, LAGRAIN B, et al.The impact of salt and alkali on gluten polymerization and quality of fresh wheat noodles[J].Journal of Cereal Science, 2014, 60(3):507-513.

[12] LUO L J,GUO X N,ZHU K X.Effect of steaming on the quality characteristics of frozen cooked noodles[J].LWT - Food Science and Technology, 2015, 62(2):1 134-1 140.

[13] TRAN T, THITIPRAPHUNKUL K, PIYACHOMKWAN K, et al.Effect of starch modifications and hydrocolloids on freezable water in cassava starch systems[J].Starch - Stärke, 2008, 60(2):61-69.

[14] CARINI E, VITTADINI E, CURTI E, et al.Effect of different mixers on physicochemical properties and water status of extruded and laminated fresh pasta[J].Food Chemistry, 2010, 122(2):462-469.

[15] 毕玉. 成熟度对香蕉粉理化性质及其淀粉消化性和精细结构的影响[D].无锡:江南大学, 2018.

BI Y.Effect of ripening on physicochemical properties, starch digestibility and starch fine structure of banana flour[D].Wuxi:Jiangnan University, 2018.

[16] 李文博, 赵红霞, 韩吉田, 等.弱磁场对去离子水及蔗糖溶液过冷过程的影响[J].山东大学学报(工学版), 2014, 44(5):88-94.

LI W B, ZHAO H X, HAN J T, et al.The effects of weak magnetic field on supercooling process of deionized water and sucrose solution[J].Journal of Shandong University (Engineering Science), 2014, 44(5):88-94.

[17] MOK J H, CHOI W, PARK S H, et al.Emerging pulsed electric field (PEF) and static magnetic field (SMF) combination technology for food freezing [J].International Journal of Refrigeration, 2015, 50(2):137-145.

[18] 张秋会, 宋莲军, 黄现青, 等.质构仪在食品分析与检测中的应用[J].农产品加工, 2017(12):52-56.

ZHANG Q H, SONG L J, HUANG X Q, et al.Implication of texture analyzer in food analysis and detection[J].Farm Products Processing, 2017(12):52-56.

[19] 张玉春, 曲凯阳, 江亿.水的磁化对结冰的影响初探[J].暖通空调, 2006, 36(10):117-118;69.

ZHANG Y C, QU K Y, JIANG Y.Discussion on effects of magnetization on water freezing[J].Heating Ventilating &Air Conditioning, 2006, 36(10):117-118;69.

[20] LIU R, SOLAH V A, WEI Y M, et al.Sensory evaluation of Chinese white salted noodles and steamed bread made with Australian and Chinese wheat flour[J].Cereal Chemistry, 2019, 96(1):66-75.

[21] CHEN X, NIE L J, CHEN H L, et al.Effect of degree of substitution of carboxymethyl cellulose sodium on the state of water, rheological and baking performance of frozen bread dough[J].Food Hydrocolloids, 2018, 80(8):8-14.

[22] ALEKSANDROV V D, BARANNIKOV A A, DOBRITSA N V.Effect of magnetic field on the supercooling of water drops[J].Inorganic Materials, 2000, 36(9):895-898.

[23] WU L R, ZHANG L, ZHANG Y Q, et al.Water state and distribution in noodle dough using low-field nuclear magnetic resonance and differential scanning calorimetric[J].农业工程学报, 2015, 31(09):288-294.

[24] SNCHEZ-ALONSO I, MARTINEZ I, SNCHEZ-VALENCIA J, et al.Estimation of freezing storage time and quality changes in Hake (Merluccius merluccius, L.) by low field NMR[J].Food Chemistry, 2012, 135(3):1 626-1 634.

[25] PANG X F, DENG B.The changes of macroscopic features and microscopic structures of water under influence of magnetic field[J].Physica B:Condensed Matter, 2008, 403(19-20):3 571-3 577.

Effects of magnetic field-assisted freezing on frozen storage quality of frozen cooked noodles

WU Yangyang1,WEN Yaqing1,AI Zhilu1,2,PAN Zhili1,2*

1(The College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)2(National Research and Development Center of Quick Frozen Rice products processing Technology, Zhengzhou 450002, China)

ABSTRACT Among the freezing methods of food, the magnetic field is an emerging physical method. It is characterized by strong penetrability in food raw materials, which accelerates the freezing rate of products and improves product quality. In this paper, a texture analyzer, scanning electron microscope, differential scanning calorimeter, low-field nuclear magnetic resonance, and Fourier transform infrared spectroscopy were used to explore the quality changes of frozen cooked noodles during frozen storage. When the magnetic field strength was 12 Gs, the entire freezing process was shortened by 4 min. Compared with the frozen cooked noodles without magnetic field-assisted freezing, the total sensory score of the frozen cooked noodles with magnetic field-assisted freezing was 5.10% higher when frozen for 12 weeks, the hardness, stickiness, chewiness, and shear force increased by 7.58%, 12.00%, 11.43%, and 16.41%, respectively, and the cooking loss decreased by 14.04%. In the microstructure, the size of ice crystals was smaller, the content of freezable water was reduced by 5.34%, the content of bound water was 12.38% higher in the moisture distribution state, and the ageing degree of starch molecules was reduced by 0.21%, and there were significant differences (P<0.05). Magnetic field-assisted freezing improves the quality of frozen cooked noodles and prolongs their freezing period.

Key words magnetic field; frozen storage; ice crystals; freezable water content; moisture distribution state

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032128

引用格式:吴阳阳,温娅晴,艾志录,等.磁场辅助冻结对冷冻熟制面条冻藏品质的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(9):229-237.WU Yangyang,WEN Yaqing,AI Zhilu, et al.Effects of magnetic field-assisted freezing on frozen storage quality of frozen cooked noodles[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(9):229-237.

第一作者:硕士研究生(潘治利副教授为通信作者,E-mail:zl_pan@126.com)

基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD2100200,2021YFD2100204)

收稿日期:2022-05-07,改回日期:2022-06-02