湯圓粉團混料設計及抗凍性優化

陸益鋇 杜童申 馬駿驊 樊 炯 楊 華 楊留明

湯圓在冷凍過程中粉團極易開裂、坍塌，導致在食用、售賣過程中發生品質、口感劣變。原因是糯米粉作為速凍湯圓的主要制作原料，其延展性較差，其中淀粉吸水性低于蛋白質，導致糯米粉持水不均勻，和面過程中易出現干裂、松散、難成形等問題，影響冷凍后食品質量[1]。添加劑的合理使用能夠改善此類情況，但隨著綠色生活的普及，對原料進行復配、添加天然抗凍物質從而改善食品品質、增加營養價值逐漸成為一個食品研發的熱點[2-3]。

小麥淀粉是一種天然的高分子多糖化合物，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，在加工食品中還可用作增稠劑、穩定劑和脂肪替代品等[4]。紅薯淀粉由營養豐富的紅薯提取而來，其吸水性、增稠性較好。抗凍蛋白(Antifreeze proteins，AFPs)是一類具有提高生物抗凍能力的蛋白質類化合物的總稱[5]，其對冷凍液中冰晶的生長有抑制作用，能抑制冰晶重結晶，阻止冰晶遷移，使小冰晶無法聚集成大冰晶，結構規則，分布均勻[6]。研究擬在無添加劑的情況下，通過加入小麥淀粉、紅薯淀粉及天然抗凍蛋白來改善湯圓粉團的整體品質，以期為速凍米面制品配方提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料

水磨糯米粉：寧波市江北五橋糧油有限責任公司；

紅薯淀粉、小麥淀粉、娃哈哈純凈水：市售；

深海魚抗凍蛋白(簡稱抗凍蛋白)：河南億勤生物科技有限公司。

1.2 主要儀器

TA-XT Plus物性分析儀：TMS-PRO型，美國FTC公司；

電子天平：JE1002型，上海浦春計量儀器有限公司；

冷場高分辨掃描電鏡：SEM7型，日本電子株式會社。

1.3 試驗方法

1.3.1 湯圓粉團的制作方法 將原料粉與純凈水混合，調制面團得到含水量為45%的面團。靜置5 min平衡水分，稱量分塊，搓圓粉團(為了減少餡料對感官評價等主觀指標的影響，因此不包制)[7]。將制作完成的湯圓裝盤，-30 ℃冷凍30 min后于-20 ℃冷凍24 h。

1.3.2 湯圓粉團的煮制方法 設置電磁爐功率為1 600 W，將水煮沸后，取5個湯圓為一組放入500 mL沸水中煮制至湯圓浮起。

1.3.3 湯圓粉團混料配方的確定

(1) 單因素試驗：選用紅薯淀粉、小麥淀粉，按比例等量替換糯米粉，各粉添加量均為0.0%，2.5%，5.0%，7.5%，10.0%，12.5%，15.0%[8]。以此來探究原料粉與添加量對湯圓粉團品質的影響。

(2) 混料試驗設計：根據單因素試驗結果，紅薯淀粉與小麥淀粉的合理添加范圍為5%～15%，再采用Design Expert(V.8.0.6)中的(D-optimal)設計。每個試驗組紅薯淀粉、小麥淀粉與糯米粉的總量為100%，以湯圓粉團主觀的感官品質及凍裂率、質構特性為指標，進行試驗探究與回歸方程分析。

1.3.4 抗凍蛋白添加量的確定 設計抗凍蛋白添加比例為1%，2%，3%，4%，5%，6%，以混料粉重量為基準。在湯圓經過混料設計已改善質構、感官等情況下，探究抗凍蛋白添加量對湯圓凍裂率及外觀評定的影響。

1.3.5 湯圓粉團的品質測定方法

(1) 質構(TPA)：參考朱津津[9]的方法并略作修改，將煮制后的湯圓放置于容器中，1 min后用質構儀進行TPA測試。采用P/25探頭，應變力為0.1 N，測試速度為60 mm/min，形變量為60%，室溫下完成測定。

(2) 感官品質：參考胡育銘[10]的方法并略作修改，總分100分，具體分類如表1所示。

(3) 凍裂率：凍裂率的測定分為兩種。單因素試驗及混料試驗：將制作完整的湯圓-30 ℃冷凍30 min，后轉移至-20 ℃冷凍24 h進行凍裂率測定。抗凍試驗：將添加了不同含量抗凍蛋白的最優混料湯圓粉團進行加速試驗，具體方法為將制作完成的湯圓-30 ℃冷凍30 min，后轉移至-20 ℃冷凍23 h，再置于室溫解凍1 h，將經過4次凍融的湯圓進行凍裂率測定。從直觀上，湯圓凍裂情況可分為兩種，且都有其不同的評價標準，根據湯圓表面凍裂的實際形貌與凍裂率的評定標準進行分類，若一個湯圓處于凍裂與未凍裂兩者之間，可看作凍裂0.5個[11]36。具體分類如表2所示。

凍裂率計算：

(1)

式中：

表1 湯圓感官評價表Table 1 Sensory evaluation table of glutinous rice balls

表2 湯圓凍裂率評定標準Table 2 Evaluation standard of glutinous rice balls freeze cracking rate

η——凍裂率，%；

n1——凍裂個數；

n2——總個數。

(4) 外觀評定：將經過4次凍融的湯圓進行外觀評定。對于食品市場，外觀是消費者在消費過程中會考慮的一個重要因素。參考王韻[12]的方法對凍融后的湯圓進行評價。具體分類如表3所示。

(5) 掃描電鏡分析：在最優混料條件下，對比純糯米粉組、混料組、混料+5%抗凍蛋白組的微觀結構。參考朱嬋嬋[11]39的方法并略作修改，對反復凍融后的湯圓進行冷凍干燥，后將表皮進行噴金處理，使用雙面膠將其固定在樣品臺上，進行掃描電鏡觀察拍照。

表3 湯圓外觀評價標準Table 3 Appearance evaluation criteria of glutinous rice balls

1.3.6 數據處理 所有數據均取平均值(n≥3)，采用GraphPad軟件作圖，SPSS Statistics軟件進行顯著性分析。D-最優混料設計采用Design Expert(V.8.0.6)中的D-optimal進行設計分析。

2 結果分析

2.1 淀粉添加量對湯圓質構特性的影響

2.1.1 硬度 由圖1(a)可知，硬度隨小麥淀粉添加量的增大而減小，后趨于平緩。當添加量為10%時，硬度值最小。據報道[13]，谷物淀粉會影響米制品糊化特性，經糊化后，淀粉分子中的直鏈淀粉滲透出來，以雙螺旋的形式相互纏繞形成三維網狀結構，將充分糊化的淀粉顆粒包裹其中，可推斷小麥淀粉的加入導致湯圓粉團的崩解值上升，降低了回生程度，使湯圓硬度減小。

由圖1(b)可知，紅薯淀粉的添加使湯圓的硬度值顯著減小(P<0.05)。添加量為10.0%，12.5%時硬度值較低且與其他組差異顯著(P<0.05)。這可能是由于紅薯淀粉的溶解度與膨脹度較高，使湯圓質量不變體積略微變大，硬度相對減小。添加量過大時，紅薯淀粉凝膠強度增大，導致硬度上升，咀嚼性增加。對于湯圓而言，蛋白質含量、淀粉含量、含水量以及添加劑均能影響其硬度[14]。

2.1.2 膠黏性 由圖2(a)可知，小麥淀粉添加量增至10%～15%時，膠黏性得到顯著改善(P<0.05)。推斷小麥淀粉與糯米粉復合經加熱后發生一定程度凝膠化，提高了湯圓粉團的糊化峰值，使得湯圓膠黏性降低且更爽口。

由圖2(b)可知，紅薯淀粉的添加對膠黏性有顯著改善作用(P<0.05)，且隨著添加量的增大而減小后趨于平緩。這可能是因為紅薯淀粉自身凝膠性、成膜性較強，混入糯米粉后湯圓粉團整體結構黏合度增強，使得其表面更光滑且改善了粘牙的現象。

2.2 兩種淀粉添加量對湯圓凍裂率的影響

由圖3(a)可知，隨著小麥淀粉添加量增大，凍裂率逐漸降低，當小麥淀粉添加量為10%時，湯圓凍裂率最低，說明小麥淀粉對于湯圓抗裂改善有一定效果。這可能是由于小麥淀粉的增稠性比較強，添加小麥淀粉后使得粉質顆粒之間結構更加緊密，從而降低了湯圓粉團的凍裂率。當小麥淀粉添加量為5%～15%時，凍裂率改善效果明顯。

由圖3(b)可知，當紅薯淀粉添加量在一定范圍內時，湯圓粉團凍裂率下降顯著，可能是由于紅薯淀粉吸水性、保水性較好，淀粉顆粒形成彈性凝膠狀網絡結構，使得湯圓冷凍時粉團整體穩定性增強，表皮凍裂率降低。

2.3 兩種淀粉添加量對湯圓感官評定的影響

由圖4(a)可知，隨著小麥淀粉的添加，感官評分上升幅度較小。說明小麥淀粉的添加對湯圓粉團整體的感官影響較小，可能是由于其支鏈淀粉含量較高，糊化溫度接近糯米粉，因此熟制后的湯圓食味性并未出現明顯差異。

由圖4(b)可知，紅薯淀粉添加量為7.5%時，感官評分最高。添加紅薯淀粉后的湯圓煮制完成后，顆粒較為飽滿，入口軟糯。紅薯淀粉與糯米粉混合后經糊化湯圓表皮凝膠性增強而黏度下降，在一定程度上改善了湯圓的粘牙現象，在冷凍過程中也能較好凝結淀粉顆粒，在整體上改善了湯圓粉團的感官品質。

小寫字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖1 兩種淀粉添加量對湯圓硬度的影響Figure 1 The effects of two kinds of starch on the hardness of glutinous rice balls

小寫字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖2 兩種淀粉添加量對湯圓膠黏性的影響Figure 2 The effects of two kinds of starch addition on the viscosity of glutinous rice balls

小寫字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖3 兩種淀粉添加量對湯圓凍裂率的影響Figure 3 The effects of two kinds of starch addition on the freeze cracking rate of glutinous rice balls

2.4 混料設計

D-最優混料設計方案及試驗結果見表4。

2.4.1 基于硬度的分析

(1) 回歸方程的建立與方差分析：運用Design Expert(V.8.0.6)軟件對硬度的試驗值進行回歸擬合，得回歸模型：

Y=1.83A+2.99B+0.80C-4.31AB-0.80AC-2.77BC-3.01ABC。

(2)

小寫字母不同表示具有顯著性差異(P<0.05)圖4 兩種淀粉添加量對湯圓感官評價的影響Figure 4 The effects of two kinds of starch addition on the sensory evaluation of glutinous rice balls

表4 D-最優設計方案及試驗結果Table 4 D-optimal design scheme and test results

(2) 原料比例變化對湯圓粉團硬度的影響：由圖5可知，在合理添加范圍內，隨著糯米粉添加量的上升，硬度逐漸減小。隨著小麥淀粉、紅薯淀粉添加量的增大，硬度值先下降后上升。

2.4.2 基于感官評分的分析

(1) 回歸方程的建立與方差分析：運用Design Expert(V.8.0.6)軟件對感官評分的試驗值進行回歸擬合，得回歸模型：

Y=15.83A+25.45B+63.48C+241.36AB+113.62AC+83.3BC-25.07ABC。

(3)

(2) 原料比例變化對湯圓粉團感官評分的影響：由圖6可知，在合理添加范圍內，隨著糯米粉添加量的上升，感官評分逐漸降低，且下降幅度較大。隨著小麥淀粉、紅薯淀粉添加量的增大，感官評分先上升后下降。

表5 方差分析結果?Table 5 Results of analysis of variance

圖5 原料比例變化對湯圓粉團硬度影響的等高線圖及3D響應面圖Figure 5 Contour plot and 3D response surface plot of the effect of raw material ratio changes on the hardness of glutinous rice balls

表6 方差分析結果?Table 6 Results of analysis of variance

圖6 原料比例變化對湯圓粉團感官評分影響的等高線圖及3D響應面圖Figure 6 Contour plot and 3D response surface plot of the influence of the ratio of raw materials on the sensory score of glutinous rice balls

2.4.3 基于凍裂率的分析

(1) 回歸方程的建立與方差分析：運用Design Expert(V.8.0.6)軟件對凍裂率的試驗值進行回歸擬合，得回歸模型：

Y=72.30A+156.80B+99.28C-253.45AB-54.92AC-192.97BC-385.52ABC。

(4)

(2) 原料比例變化對湯圓粉團凍裂率的影響：由圖7可知，在合理添加范圍內，隨著糯米粉添加量的上升，凍裂率逐漸上升，且上升幅度較大。隨著紅薯淀粉添加量的增大，凍裂率逐漸下降，小麥淀粉在合理添加范圍內能有效降低凍裂率，超出一定范圍則反之。

2.5 配方優化

經Design Expert(V.8.0.6)軟件優化得到模擬米制品的最佳配方為：紅薯淀粉11.687%、小麥淀粉10.704%、糯米粉77.609%，預測值硬度為0.846 N，感官為82.300分，凍裂率為40.588%。考慮到試驗的可行性，調整最優工藝條件為紅薯淀粉12%、小麥淀粉11%、糯米粉77%，并進行驗證實驗(n=3)，得到實際硬度為0.874 N，感官為84.500分，凍裂率為42.220%。與預測值無明顯差異，所以該模型可靠。因此，D-混料設計結果為紅薯淀粉12%、小麥淀粉11%、糯米粉77%。

2.6 抗凍蛋白添加量對加速試驗后的混料湯圓粉團凍裂率、外觀評分的影響

由圖8可知，抗凍蛋白對湯圓粉團凍裂率有顯著改善效果。當添加量為5%及以上時，凍裂率接近于0。說明抗凍蛋白的添加對湯圓粉團起到了抗凍的效果。這得益于抗凍蛋白在食品冷凍過程中能抑制冰晶的再結晶作用，其阻止了冰晶遷移，使小冰晶無法聚集成大冰晶，結構規則，分布均勻，減少了湯圓表皮的開裂。有研究[15]報道，將抗凍蛋白應用于冰淇淋中，可有效抑制生成大冰晶，提高冰淇淋的口感。程毛等[16]將胡蘿卜抗凍蛋白添加于冷凍面團中，減少了游離水含量，抑制了冰晶的再結晶作用，降低了面團在冷凍中發酵力的損耗。而外觀評分隨著添加量的上升而上升，后趨于平緩。當添加量超過5%以后，外觀評分已達高分。因此從抗凍蛋白成本考慮，抗凍蛋白最適宜添加量為5%。在外觀上較好地保證了湯圓的品質，使其在售賣時以完整、光滑的形態展示給消費者。Kong等[17]使用3種基于天然防凍肽的合成物對經過凍融試驗的胡蘿卜進行抗凍性試驗，研究發現經過處理的胡蘿卜色澤、質地、汁液流失都得到了一定的改善，與試驗結論相符。

表7 方差分析結果?Table 7 Results of analysis of variance

圖7 原料比例變化對湯圓粉團凍裂率的等高線圖及3D響應面圖Figure 7 Contour plots and 3D response surface plots of the ratio of raw materials to the freeze cracking rate of glutinous rice noodles

小寫不同字母表示具有顯著性差異(P<0.05)圖8 抗凍蛋白添加量對混料湯圓粉團凍裂率及外部評分的影響Figure 8 Effects of antifreeze protein addition on the freezing cracking rate and external score of mixed glutinous rice balls

2.7 不同種類湯圓粉團的微觀結構對比

由圖9可知，純糯米粉組內部結構松散，淀粉顆粒較容易破損，在煮制過程中，吸收較大的熱量，結晶膠束區中弱的氫鍵易被破壞，淀粉顆粒吸水膨脹而破裂，溶于水中導致湯汁渾濁度上升[18]；混料組由于小麥淀粉與紅薯淀粉的保水性、黏結性強，提升了產品的流變性能，優化了組織結構，經過凍融后部分淀粉依舊相互粘連，結構較為致密，發生凍裂的概率低于純糯米粉組；混料+抗凍蛋白(5%)組經過反復凍融后抗凍蛋白仍粘連于淀粉顆粒，使得湯圓內部結構十分緊密，游離水減少，生成大冰晶破壞湯圓結構的概率降低，能在一定程度上保證其貨架期上的低凍裂率。

3 結論

試驗優化得出湯圓最優配方為：紅薯淀粉12%、小麥淀粉11%、糯米粉77%、抗凍蛋白5%。此配方下的湯圓粉團(不含添加劑)經過冷凍處理后品質相對于純糯米粉粉團有較大提升。而抗凍蛋白在米制品中也表現出優異的抗凍效果，其在冷凍食品中有較大的發展前景。由于試驗技術原因，經分離純化后得到的天然抗凍蛋白量較少，若添加于湯圓粉團中，其成本較高，若后續分離技術得到提升則將能更好、更廣泛地應用于速凍食品中。