油条，是中国的传统美食，因其外皮酥脆、内瓤松软的特点，备受人们的喜爱。目前，市场上的油条主要以摊位手工制作和工业生产2种方式。其中，摊位生产油条膨松度较好，色泽金黄，但难以实现卫生安全的监控管理；工业生产速冻油条膨松度较差，贮藏运输过程中难以保持良好的外观，且随着贮存时间的延长口感变差，这可能是由于水分在冻结、冻藏过程发生迁移，重新分布，油条组织中结合水自由水占比发生改变，影响了油条组织结构稳定。有研究证明，冻结速率是决定速冻食品水分动态分布的重要因素之一[1-2]，冻结速率越快，结合水含量越高，速冻食品组织体系越稳定。
冻结速率取决于冻结设备类型和食品的特性[3-5]。传统冰箱冻结速率最慢，且设备容量小，仅适用于家用；工业生产速冻油条常采用隧道冻结装置，其冻结速率较快，但耗能高，设备占地面积大。近年来，液氮冻结新技术逐渐发展[6]，主要通过直接接触的热交换方式实现食品的快速冻结，极大降低冻结能耗，减少设备投资和占地面积。有研究表明，采用液氮冻结食品，有利于实现冻结食品的部分玻璃化，可极大提高冷冻食品的品质。此外液氮冻结相较于其他冻结方式，可减少氟利昂等含氟制冷剂的使用，减少对大气臭氧层的危害。
水分动态分布的改变可能引起淀粉理化性质变化[7]，促使淀粉脂质络合物结合发生改变。研究表明，油条在高温油炸过程中，其淀粉颗粒形态发生改变，淀粉双螺旋结构破坏，维系淀粉晶体结构与水分子的氢键受到破坏[8]，高温下，随着水分子的逸出，双螺旋结构可能发生移动与重排，氢键转移与再分布发生改变，受冻结过程中水分迁移的影响，氢键作用力发生变化，从而引起淀粉理化性质发生变化[9-10]。淀粉脂质络合物结合程度变弱，从而导致蛋白结构的坍塌[11]，油条微观结构改变可能导致气孔坍塌，致使油条膨松度减小，体积皱缩，感官品质变差。因此，研究速冻油条淀粉的影响机制，对控制速冻油条品质具有重要意义。
本研究通过对比液氮冻结油条、低温冰箱冻结和螺旋隧道冻结3种冻结方式处理对油条中淀粉特性的影响差异，探究冻结方式对速冻油条品质特性的影响机理，为进一步提高速冻油条品质，延长速冻油条货架期提供理论依据。此外，为扩大液氮在冷冻食品中的应用范围及速冻食品工业生产节能减耗提供一定的技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
预熟油条，思念食品有限公司；石油醚、HCl、NaOH均为分析纯。
1.2 仪器与设备
SSD 型箱式液氮机，恒信达科技有限公司；SU3500 型扫描电子显微镜，日立仪器有限公司；RVA4500 型快速黏度分析仪，瑞典波通仪器公司；DHR-2 型旋转流变仪，美国TA 仪器有限公司；TENSORⅡ 型傅里叶红外光谱仪，布鲁克科技有限公司；BTP.8XL 型真空冷冻干燥机，美国SP Scientific公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品的制备
1.3.1.1 油条冻结处理
将预熟油条分别采用3种冻结方式进行处理。液氮喷淋冻结(liquid nitrogen spray freeze, LF)：-80 ℃，10 min；螺旋隧道冻结(spiral tunnel freeze, SF)：-37 ℃，30 min；低温冰箱冻结(refrigerator freeze, RF)：-30 ℃，2 h。冻结处理后的油条样品放置-30 ℃贮存待用。
1.3.1.2 冷冻干燥油条制备
取一定量冷冻贮藏的油条，采用真空冷冻干燥机干燥。冷冻干燥参数：冷井温度为-70 ℃至-75 ℃，真空度为145～150 mt。
1.3.1.3 油条中淀粉的提取
参照刘卫光[12]的实验方法并做修改，取200.0 g油条粉置于1 000 mL烧杯中，倒入质量浓度为4 g/L的NaOH直至完全淹没油条粉，浸泡24 h后用匀浆机匀浆5 min，加0.4 mol/L HCl中和后静置2 h，静置完成后以4 000 r/min离心10 min，加水离心洗浆4次，取下层淀粉置于塑料培养皿中，于-40 ℃冰箱冷冻 8 h后，用真空冷冻干燥机干燥24 h，研磨过100目筛备用[13]。
1.3.2 油条微观结构的观察
将1.3.1.2 冷冻干燥处理的油条，用石油醚浸泡去油后，分别取油条中心部位和油条表皮制成5 mm×5 mm×2.5 mm样品，用导电胶粘于样品座上，吸耳球吹去浮粉，采用日立SU3500型扫描电子显微镜分别观察油条表皮的微观结构和内瓤微观结构。
1.3.3 油条淀粉糊化特性测定
用快速黏度分析仪测定油条淀粉的糊化特性[14]，采用TCW配套软件进行分析。准确称取1.3.1.3制备的淀粉样品3.00 g，加入修正后水的质量。参数设置：50 ℃下保持1 min，以12 ℃/min上升到95 ℃，95 ℃下保持2.7 min，以后下降到50 ℃，50 ℃下保持2.0 min[15]。搅拌器起始10 s转动速度为960 r/min，之后维持在160 r/min。测得淀粉的黏度曲线，得到所需特征数值：糊化温度，峰值黏度，崩解值，回生值，每个样品测定3次，取平均值。
1.3.4 油条淀粉凝沉性的测定
参照赵小梅等[16]的方法，制备1%的淀粉糊，先准确称取1.3.1.3制备的淀粉样品0.5 g于100 mL的具塞试管中，加入50 mL的蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌均匀后，放入沸水浴中加热糊化30 min，糊化过程中连续加入沸水并不断搅拌，以保持淀粉糊原有体积，防止糊化过程水分蒸发导致的水分减少及结块。糊化完成后，将淀粉糊定量移入25 mL的具塞刻度管中，置于25 ℃的恒温箱中，分别观察静置6 h、12 h、1 d、3 d、5 d、7 d后淀粉糊的凝沉情况，并记录上清液的体积。
1.3.5 油条淀粉流变学特性的测定
采用DHR-2型旋转流变仪测定油条淀粉动态流变学特性，储能模量(G′)反映了淀粉糊凝胶弹性变化，损耗模量(G″)反映了淀粉糊凝胶黏性的变化。
样品制备：将1.3.1.3制备的淀粉与蒸馏水(g∶mL)1∶9配制成淀粉乳，涡旋混匀后静置30 min，取5 mL左右淀粉乳于流变仪样品台的中央，选用直径为40 mm的平行板(珀尔帖板钢)，调整间隙后刮去多余样液，并将样品周围覆盖一层硅油，减少水分散失。
参数设置：振荡扫描起始温度25 ℃，结束温度95 ℃，温度阶跃5 ℃，平衡时间60.0 s，应变0.1%，频率1.0 Hz，加载间隙45 000.0 μm，调整间隙1 000.0 μm，修边间隙50.0 μm[17-18]。
1.3.6 数据处理与分析
使用SPSS 16.0、Excel 2016、Peak-Fit 4.12、Origin 2018分析处理数据。
2 结果与分析
2.1 冻结方式对油条微观结构的影响
不同冻结方式处理的油条表皮及内瓤扫描电镜图见图1。由图1可知，在放大25倍时观察3种冻结方式处理油条的表皮均无明显孔隙，其中，SF、LF冻结处理油条表皮有类似头发丝状的裂缝，可能是由于冷冻干燥和制样过程中物理因素导致油条表皮产生裂痕；3种不同冻结方式处理油条的内瓤微观结构存在明显差异，在25倍时观察油条内瓤，有明显大小不一的孔洞，这是油炸过程产生的空隙。RF处理油条内瓤孔壁破碎程度较为严重，SF处理油条内瓤孔壁破碎程度次之，LF处理油条内瓤孔壁仅有极小孔洞，整体组织较为完好。不同冻结速率对油条破坏程度不同，3种冻结方式冻结速率大小比较为RF 图1 冻结方式对油条微观结构的影响 油条坯在油炸所提供的脂相高温条件下，淀粉发生糊化，淀粉颗粒形态发生改变，并与变性后的蛋白质相互结合，形成新的络合物[19]；同时，由于膨松剂在高温下产生气体，以及油条坯水分的逸出，使得油条内部形成蜂窝状组织，从而使油条体积膨松，比容增大。此外，油炸过程水分的迁移和逸出，使得油条组织水分重新分布，油条外皮含水量明显低于油条内瓤，形成新的稳定体系。分析可知，在冻结处理过程中，冻结速率和水分含量对冰晶大小及生长速率影响显著。油条坯经脂相高温处理后，外皮失水较多，内瓤失水较少，表皮的含水量明显低于内瓤的含水量，故油条在冻结过程中，冰晶生长对外表皮影响较小，对内瓤组织结构影响明显。3种冻结方式处理的油条表皮均无明显孔隙。低温冰箱冻结速率较慢，油条组织内形成少而大的冰晶，对内瓤破坏程度较大，故内瓤孔壁破碎程度较为严重；液氮喷淋冻结速率最快，形成冰晶细而小，对油条内瓤破坏程度最小，故内瓤组织较为完整。 淀粉的糊化特性主要通过淀粉在加热状态下的吸水溶胀难易程度，来反应淀粉颗粒溶胀情况及其与水分体系的结合糊化的状态。冻结方式对油条淀粉糊化特性的影响见表1。由表1可知，不同冻结方式处理油条淀粉其峰值黏度、崩解值、最终黏度、回生值呈极显著差异(P<0.01)，谷值黏度、峰值时间、糊化温度无显著性差异(P>0.05)。表1中，峰值黏度大小比较：SF 表1 冻结方式对油条淀粉糊化特性的影响 峰值黏度/(Pa·s)谷值黏度/(Pa·s)崩解值/(Pa·s)最终黏度/(Pa·s)回生值/(Pa·s)峰值时间/min糊化温度/℃RF1 269.00±7.81b1 093.00±7.94a176.00±6.08b2 152.00±28.62a1 059.00±34.07a6.80±0.12a92.63±0.88aSF1 247.70±4.51b1 110.70±5.51a137.00±6.56c1 374.00±7.94c263.33±7.57c6.78±0.04a91.85±2.46aLF1 302.00±16.64a1 097.30±11.37a204.67±7.77a1 719.70±17.10b622.33±18.88b6.91±0.10a91.75±0.56a 注：同列字母相同表明差异不显著(P>0.05)，同列字母不同表明差异显著(P<0.05) 淀粉的凝沉性是衡量淀粉老化难易程度的重要指标之一，淀粉老化主要是由于直链淀粉重新缔合并形成凝胶，继而析水后形成沉淀物质，故可以通过测定淀粉的凝沉性来反映淀粉的老化程度，凝沉性越强，则老化程度越严重。研究通过测定油条淀粉糊在25 ℃条件下，分别放置6 h、12 h、1 d、3 d、5 d及7 d后析出上清液的体积来观察凝沉情况。 冻结方式对油条淀粉凝沉性的影响如图2所示。由图2可知，LF、SF、RF三种方式冻结处理油条淀粉的凝沉趋势一致，随放置时间的延长呈先增大后趋于平稳的趋势。RF组的淀粉糊析水量为最大值17.2 mL，SF为15.8 mL，LF为15.3 mL。在放置6 h(0.25 d)时，RF组的淀粉糊析水量显著大于SF组和LF组(P<0.05)，放置1 d后，淀粉糊的析水量缓慢增加，放置5 d后，淀粉糊的析水量基本维持不变。这可能是由于RF冻结处理油条含直链淀粉较多，在放置初期，由于分子间较大的内聚力，高含量的直链淀粉之间相互作用[22]，形成束状结构并产生凝沉，析出大量上清液。SF组的淀粉糊析水量与LF组接近，无显著性差异，两者的析水量少，凝沉性较弱，这与两者较低的回生值保持一致，说明SF和LF两种冻结方式处理的油条淀粉与RF相比较，具有更好的淀粉特性，不易发生老化[9]。 图2 冻结方式对油条淀粉凝沉性的影响 冻结方式对油条淀粉流变学特性的影响见图3。由图3可知，3种不同冻结方式处理油条淀粉的储能模量(G′)值、损耗模量(G″)值变化趋势基本一致，呈现先平稳，又急速增大后趋于平稳的变化。3种冻结方式处理油条淀粉的G′值大小比较：RF 由图3可知，不同冻结方式处理油条淀粉的G′值和G″值随温度升高，变化显著。G′值和G″值从45 ℃开始急速增大，这可能是随着温度的升高，淀粉与水分子结合形成糊状物，淀粉糊凝胶弹性和凝胶黏性随温度升高而增大。85 ℃后G′值和G″值的变化趋于平缓，可能是由于淀粉糊基本固化完成，凝胶体系趋于稳定[23]。SF处理油条淀粉的G′值最大，可能是由于螺旋隧道冻结对淀粉分子中的羟基等亲水基团破坏程度最小，通过氢键结合水分子的能力较强，故形成淀粉糊凝胶具有最大的弹性[24]；LF处理油条淀粉的G′值较大，淀粉糊凝胶弹性适中，这与峰值黏度测定结果一致；RF处理油条淀粉中的羟基等亲水基团破坏程度较严重，结合水分子能力较弱，形成淀粉糊凝胶强度较弱，弹性最小，故G′值最小。SF处理油条淀粉的损耗模量G″值明显高于RF、LF处理油条，说明冻结方式改变对油条淀粉损耗模量G″影响较显著，其中LF处理油条淀粉G″值最小，说明液氮喷淋冻结处理油条淀粉糊的凝胶黏性最小。 图3 不同冻结方式对油条淀粉流变学特性的影响 本研究通过对油条液氮冻结、低温冰箱冻结和螺旋隧道冻结3种不同冻结方式处理对油条中淀粉特性的差异分析发现，液氮喷淋冻结处理油条内瓤孔隙壁仅有极小孔洞，整体组织较为完好，而低温冰箱冻结处理油条，内瓤孔壁破碎程度较为严重；液氮喷淋冻结处理油条淀粉的溶胀性较好，峰值黏度最大，凝胶弹性适中，凝胶黏性最小，崩解值最大，回生值较小，其淀粉分子重结晶程度较弱，抗老化能力强，但热稳定性较差。低温冰箱冻结的油条，由于冰晶生长对淀粉分子链破坏严重，致使油条淀粉直链淀粉增多，暴露出更多的基团，使溶胀后的淀粉分子间内聚力增强，表现出较强的凝聚沉降性质，持水性变差，淀粉糊稳定性差；而螺旋隧道冻结和液氮喷淋冻结的油条，冰晶生长作用对对淀粉分子破坏力小，其油条淀粉糊的凝沉性较弱，持水性强，淀粉糊具有更好的稳定性，同时也具有较强的抗老化能力。因此，液氮冻结可通过细小冰晶的形成降低对油条中淀粉分子的破坏力，提高油条中淀粉持水性、稳定性及抗老化能力，提高油条品质特性。 [1] [2] 黄忠民,贾若南,黄婉婧,等.冻结方式对油条品质特性的影响[J].食品与发酵工业,2019,45(16):181-186. [4] 黄忠民,赵蒙姣,黄婉婧,等.不同冻结方式对汤圆品质特性的影响[J].食品工业科技,2019,40(6):44-48. [5] VIOLETTE MULOT,NDOYE FATOU-TOUTIE,HAYAT BENKHELIFA,et al. Investigating the effect of freezing operating conditions on microstructure of frozen minced beef using an innovative X-ray micro-computed tomography method[J]. Journal of Food Engineering,2019,262；13-21. [6] 梁钻好,陈海强,梁凤雪,等.液浸速冻对牡蛎水分迁移及品质的影响[J].食品科学,2019,40(23):233-238. [7] SANGPRING Y, FUKUOKA M, RATANASUMAWONG S. The effect of sodium chloride on microstructure, water migration, and texture of rice noodle[J]. LWT-Food Science and Technology, 2015, 64(2): 1 107-1 113. [8] KENAR J A, COMPTON D L, LITTLE J A, et al. Formation of inclusion complexes between high amylose starch and octadecyl ferulate via steam jet cooking[J]. Carbohydrate polymers, 2016, 140: 246-252. [9] 陈龙. 油炸过程中淀粉结构变化与吸油特性研究[D].无锡：江南大学,2019. [10] 陶晗. 小麦淀粉在冻藏过程中品质劣变机理及其对面团品质影响的研究[D].无锡：江南大学,2017. [11] 王沛. 冷冻面团中小麦面筋蛋白品质劣变机理及改良研究[D].无锡：江南大学,2016. [12] 刘卫光. 添加玉米粉对油条品质的影响及其作用机理研究[D].无锡：合肥工业大学,2018. [13] 周静舫. 面窝加工工艺参数优化及油炸对大米淀粉特性影响研究[D].武汉：华中农业大学,2008. [14] 黄忠民,陈瑾,宋会玲,等.糯米粉特性与速冻汤圆品质相关性分析[J].食品工业科技,2019,40(4):93-99. [15] 李真,安阳,艾志录,等.不同类型变性淀粉的理化特性比较[J].中国食品学报,2019,19(4):280-286. [16] 赵小梅,李清明,苏小军,等.桂淮系列淮山淀粉性质的测定[J].食品科学,2018,39(18):48-53. [17] ZHAO H,CHEN J,YACINE HEMAR,et al. Improvement of the rheological and textural properties of calcium sulfate-induced soy protein isolate gels by the incorporation of different polysaccharides[J/OL]. Food Chemistry,https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125983. [18] WANG C Y,LI T Q,MA L,et al. Consequences of superfine grinding treatment on structure, physicochemical and rheological properties of transglutaminase-crosslinked whey protein isolate[J/OL]. Food Chemistry,https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125757. [19] 李丹. 高温油炸对马铃薯淀粉特性的影响研究[D].郑州：郑州轻工业学院,2018. [20] 方婳婳. 小麦粉糊化特性对馒头品质的影响研究[D].郑州：郑州河南工业大学,2013. [21] 陈舒唱,沈阿倩,冯作山,白羽嘉,任贵平,黄文书.高筋粉添加量对复配粉的糊化特性及面团流变学特性的影响[J].现代食品科技,2019,35(8):130-135，20. [22] 韩文芳,林亲录,赵思明,等.直链淀粉和支链淀粉分子结构研究进展[J/OL].食品科学.http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20191014.0956.014.html. [23] 王玉环,陈季旺,翟金玲,等.添加成分对外裹糊流变性能及外裹糊鱼块油炸过程油脂渗透的影响[J].食品科学,2019,40(20):34-40. [24] 张华,李银丽,李佳乐,等.竹笋膳食纤维对冷冻面团流变学特性、水分分布和微观结构的影响[J].食品科学,2018,39(1):53-57.
Fig.1 Effect of freezing method on the microstructure of fritters2.2 冻结方式对油条淀粉糊化特性的影响
Table 1 Effect of freezing method on pasting properties of churros starch
2.3 冻结方式对油条淀粉凝沉性的影响
Fig.2 Effect of freezing methods on the settling properties of fritters starch2.4 冻结方式对油条淀粉流变学特性的影响
Fig.3 Effect of different freezing methods on rheological properties of churros starch3 结论
J M. The influence of the freezing rate on the physico-chemical properties of pork meat (M. Longissimus dorsi)[J]. Acta Periodica Technologica, 2019(50): 228-235.
ANNA,JANCZEWSKA-DUPCZYK AGNIESZKA,KOT ANNA,et al. The impact of ι- and κ-carrageenan addition on freezing process and ice crystals structure of strawberry sorbet frozen by various methods[J]. Journal of Food Science,2019，85(1)：50-56.