不同凍結方式對冷凍熟面品質的影響

陳建洋，張波波，程李琳，梁 宸，謝新華

(河南農業大學食品科學技術學院/農業農村部大宗糧食加工重點實驗室，河南鄭州 450002)

冷凍熟面由于其食用便捷、安全衛生而日益被消費者喜愛，并在速凍食品行業快速發展[1-2]。傳統冰箱凍結速率慢，設備容量小，僅適用于家用。工業生產常采用隧道凍結裝置，其凍結速率較快，但耗能高，設備占地面積大。液氮凍結主要通過直接接觸的熱交換方式實現食品的快速凍結，極大降低凍結能耗，減少設備投資和占地面積，已經廣泛應用于肉制品、水產品、果蔬、菌類產品等的保存[3-4]，但是液氮凍結在速凍面制品中的應用還未見深入研究。

目前，對冷凍熟面條品質的研究主要集中在小麥粉、添加劑的使用和制作工藝上[5-7]，馮俊敏等[8]研究發現，速凍熟面的品質與面粉的粉質和糊化特性有一定相關性。駱麗君[9]研究結果表明，低溫冷卻能夠維持面條品質，提升冷凍熟面的蒸煮特性和質構性質。Olivera等[10]研究發現，快速凍結可使意大利面的質構品質更接近于新鮮煮制品。以上結果說明，速凍工藝可影響冷凍熟面的品質，因此，研究不同凍結方式制作的冷凍熟面條的品質差異，對于提升冷凍熟面條的品質有著重要意義。本研究通過比較冰箱凍結、螺旋隧道凍結和液氮噴淋凍結3種凍結方式對冷凍熟面條的蒸煮特性、質構特性、水分分布、流變特性、微觀結構的影響，以探索高品質的冷凍熟面條凍結工藝，為工業化生產冷凍熟面提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

金苑精制面-特制二等(蛋白質含量 11.1%)，河南金苑糧油有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 冷凍熟面制作

將3 g食鹽溶解在64 g水中，取200 g面粉與鹽水混合后用和面機和面15 min；制成的面絮覆蓋保鮮膜，室溫下靜置20 min；面團依次通過3.0 mm、2.5 mm、2.2 mm、2.0 mm的輥縫2次，制成2 mm×2 mm×20 cm的面條[11]。將制得的面條置于500 mL沸水中煮制4 min、冷水浸泡1 min、瀝干1 min后備用。將制作好的熟面進行三種冷凍處理：BD/BC-140SA冰柜凍結(refrigerator freezing method,RF，-30 ℃)2 h;HJLSY-Ⅱ單螺旋隧道凍結機凍結(spiral tunnel freezing method,SF，-35 ℃)30 min;LNFT-1液氮噴淋式速凍機凍結(liquid nitrogen spray freezing method,LF，-80 ℃)15 min。以未處理面條為對照。

1.2.2 冷凍熟面蒸煮特性測定

取1.2.1中不同處理的冷凍熟面(W0)約 50 g，在室溫下解凍后，置于500 mL沸水中，煮制60 s；將面條撈出并在冷水中浸泡60 s，瀝干水分，稱重(W1)。將煮面液和浸泡液放于電爐上加熱至液體在250 mL以下，收集在容量瓶中，用去離子水定容至250 mL；取50 mL轉移到燒杯(預干燥至恒重 )中，105 ℃干燥至恒重。使用等式(1)和(2)計算復煮后面條的干物質損失率和吸水率[12]。

干物質損失率=(W3-W2)/W0×100%

(1)

吸水率=(W1-W0)/W0×100%

(2)

W0、W1為烹飪前、后冷凍熟面的質量(g)；W2為空的預干燥燒杯重量(g)；W3為蒸煮后含干物質的燒杯的重量(g)

1.2.3 冷凍熟面質構特性測定

將冷凍熟面按照1.2.2方法解凍、復煮后撈出，冷卻至室溫，使用TA-XA PLUS質構儀(英國Stable Micro System公司)測定面條硬度、彈性、咀嚼性和拉伸性指標。

質構指標測定：選取1根粗細均勻的面條樣品，取其中間部位切成6 cm的小段；采用p50探頭，測試速率均為0.8 mm·s-1;觸發力5 g;壓縮比70%；次壓縮時間間隔5 s。每組樣品6次平行重復，去掉最大、最小值后取平均值。

拉伸指標測定：選取1根粗細均勻的面條樣品，取其中間部位切成10 cm的小段進行拉伸測試。選用A/SPR探針，測試速度均為1.5 mm·s-1，拉伸距離80 mm[13]。每組樣品7次平行重復并去掉最大、最小值后求平均值。

1.2.4 冷凍熟面水分分布測定

取1.2.1中不同處理的冷凍熟面(約1 g)在室溫下解凍后放入直徑15 mm的硼硅玻璃樣品管，封口，放置于TPQ001 MicroMR柜式核磁共振成像儀中(上海紐邁電子科技有限公司)。使用參數為： TD=80×140，NS=8，TR=2 000 ms，TE=150 μs。利用多脈沖回波(Carr-Purcell-Meiboom- Gill)序列測定橫向弛豫時間T2[14]。通過分析得到樣品中含有的強結合水T21、弱結合水T22、自由水T23和相對應的峰面積比例(A21、A22、A23)。

1.2.5 冷凍熟面動態流變特性測定

將解凍后的冷凍熟面條重新揉成面團，使用DHR-2動態流變儀(美國TA儀器有限公司)，直徑為40 mm的動態流變儀平板，間隙設置1.000 μm。修邊間隙50 μm、油封。1.000 μm下平衡 5 min，釋放殘留壓力后，在恒定應變0.5%，掃描頻率0.01～50 Hz下測試面團的儲能模量和損耗模量[15]。

1.2.6 冷凍熟面微觀結構觀測

使用Virtis型凍干機(美國SP Scientific)將冷凍熟面凍干后切取部分，截面朝上固定并噴金，選取合適的面條橫截面在Talos F200S 掃描電子顯微鏡(美國ThermoFisher公司)下進行觀測并拍照。

1.3 數據處理

采用SPSS 16.0對數據進行統計分析，用Excel進行作圖，所有試驗均重復3次。

2 結果與分析

2.1 凍結方式對冷凍熟面蒸煮特性的影響

由表1可知，三種凍結方式均導致面條復煮后干物質損失率較新鮮面條顯著增加，吸水率顯著降低，LF和RF組冷凍熟面復煮后的干物質損失率顯著低于RF組(P<0.05)，而吸水率3者間無顯著性差異。這表明凍結方式能夠顯著影響熟面解凍復煮后的干物質損失率，較低的冷凍溫度能降低干物質損失率，可能因為較快冷凍速度能更好地保留面筋網絡結構的結合能力[16]。

表1 不同處理熟面的蒸煮特性Table 1 Water absorption and cooking loss of the cooked noodles under different treatments %

2.2 凍結方式對冷凍熟面質構特性的影響

冰晶的形成會破壞面筋網絡內部的結合能力，對面條的TPA和拉伸指數產生負面影響[17]。由表2可知，三種凍結方式處理的面條質構性質均顯著低于FN(P<0.05)。三種凍結方式比較，隨著凍結溫度的降低，面條的硬度、彈性、咀嚼性和最大拉伸距離均顯著增加；RF和SF處理的硬度、最大拉伸距離顯著低于LF組；RF處理的彈性、咀嚼性顯著低于LF和SF組；SF組的彈性和咀嚼性低于LF組，但差異不顯著。

表2 不同處理冷凍熟面的TPA、拉伸指標Table 2 TPA and stretching index of frozen cooked noodles with different treatments

2.3 凍結方式對冷凍熟面水分狀態的影響

不同凍結方式處理面條T2弛豫時間的分布見圖1。三個峰分別代表了強結合水(T21)、弱結合水(T22)和自由水(T23)。強結合水是能夠與面團中的面筋蛋白或淀粉等組分深層結合的水，弱結合水是與面團中淀粉或蛋白質等結合較弱的水，結合能力在強結合水和自由水之間，自由水是不與任何組分相結合的水[18]。由表3可知，三種凍結方式處理的冷凍熟面與FN相比，A21顯著減小，A22、A23增加，因為冷凍導致了強結合水向弱結合水、自由水方向轉化[19]。三種凍結方式比較，LF和SF組的A21顯著高于RF組(P< 0.05)，A22和A23顯著低于RF組(P<0.05)。LF組各項指標與SF組無顯著性差異。

圖1 不同處理冷凍熟面的弛豫時間積分面積圖

表3 不同處理冷凍熟面的水分分布Table 3 Moisture distribution of frozen cooked noodles under different treatments %

2.4 凍結方式對冷凍熟面流變特性的影響

三種不同凍結方式處理的冷凍熟面在室溫下解凍、成團后的彈性模量(G′)和黏性模量(G″)如圖2所示。在頻率范圍0～50 Hz內，G′、G″隨掃描頻率的增加而增大。三種凍結方式都導致G′和G″下降。因為冷凍會導致離子鍵的破壞，降低面團的彈性和面團中的蛋白質聚合與交聯程度，從而降低面條的強度[20]。樣品的G′、G″值變化幅度越小，對樣品的黏彈性的影響越小。三種凍結方式比較，同一頻率下LF組的模量最大，其次為SF組、RF組。

圖2 不同處理冷凍熟面的動態流變學特性

2.5 冷凍熟面微觀結構觀察

由圖3可知，RF處理的冷凍熟面，在冷凍干燥后形成的孔隙較大。SF和LF在冷凍干燥后形成的孔隙較小。孔洞是冷凍熟面中的冰晶原位升華造成的。冷凍熟面在冷凍干燥后留下的孔隙越大說明面條的面筋網絡結構破壞更嚴重，面條的彈性和韌性降低[21]。三種凍結方式中，LF組處理的冷凍熟面結構更緊密，孔隙數量最少、面積最小，面筋網絡結構均勻、致密，表面粗糙度最低[22]。

圖3 冷凍熟面微觀結構

3 討 論

蒸煮品質是評價面條品種的重要指標之一，復煮損失率低、吸水率高的面條品質好。Nouviaire等[23]發現，熱處理可導致蛋白質變性，促使意大利面結構硬化，淀粉浸出減小，從而減少了烹飪損失；冷凍會增加面條的蒸煮損失率。本研究表明，與SF相比，LF、RF能夠顯著降低因凍結導致的冷凍熟面復煮損失率。這可能是由于一般低溫會導致的冰生長和再結晶使面條內部結構出現大孔洞，蛋白質網絡變差，很難有效地捕獲低分子，導致直鏈淀粉和可溶性蛋白質易溶出；更低的凍結溫度能夠減少因一般凍結導致的氫鍵、疏水鍵以及蛋白質變性發生的離子鍵破壞，使冷凍熟面的干物質損失率顯著減小。這與邢麗君等[24]對紫薯粉條品質研究結果相似。

質構特性是判斷食品質量和新鮮度的重要指標。LF組處理的冷凍熟面質構品質顯著優于SF組和RF組，更接近新鮮面條，具有更好的口感。這可能是由于較大的冰晶對面條造成的損害更大，嚴重減弱了面筋網絡；隨著凍結溫度的降低，結冰速度加快，形成的冰晶更小、分布更均勻，對面條結構的破壞則較小。Pan等[16]在研究不同低溫冰箱凍結對冷凍熟面品質的影響中也發現，更低的凍結溫度可有效減少冷凍熟面的品質 劣變。

水分分布和存在狀態對冷凍熟面品質有重要影響。Liu等[25]認為，在冷凍過程中防止冷凍熟面的水分遷移和減小冰晶的生長能夠提高冷凍熟面的品質。本研究結果表明，冷凍會導致水與其他物質的結合減弱，造成自由水增加，這可能是由于冷凍破壞了面條原有的結構；隨著凍結溫度的降低，抑制強結合水向弱結合水和自由水轉移的作用越明顯，增加了面條的水分穩定程度。

面團是既有黏性流體特征又有彈性固體特征的一種材料。于 晴等[26]發現，菊粉的加入能夠促進冷凍熟面彈性網絡的形成，改善冷凍熟面的凍藏品質。本試驗結果顯示，三種冷凍方式均降低了面條的彈性。這可能是冷凍導致面條體系中高聚物的含量減小，聚合度減小。相同頻率下，比較不同處理組的G′、G″值發現，LF處理組解凍后的值接近于對照組，其次是SF處理組，RF處理組解凍后的值最低。這說明LF處理對面條的黏彈性影響最小，能夠較大程度地保持面條原有的體系[27]。這與李杰平[28]研究結果一致。

微觀結構顯示，三種凍結方式中，LF可有效改善冷凍熟面的冷凍和冷凍干燥后的三維網絡結構，減小因冰晶膨脹力導致的孔隙結構破壞。說明LF比SF和RF更有利于維持冷凍熟面的質量。這與Zheng[29]等在研究不同凍結方式對涼皮的影響中得到的結論相似。

綜上可得，經LF處理的冷凍熟面解凍后的品質與新鮮熟面最相近，RF 處理的冷凍熟面解凍后與新鮮熟面相差最大，SF處理介于兩者之間。這是由于在凍結過程中，面條中的水分形成冰晶，冰晶對冷凍熟面的內部結構有破壞作用，而LF組能夠快速經過最大冰晶生成帶溫度區域 (-1 ℃～-5 ℃)，形成的冰晶更細小，分布更均勻[30]，從而使面筋網絡結構受到的機械損傷越小。說明冷凍熟面制作中，液氮噴淋凍結比傳統企業化的螺旋隧道凍結更有優勢，冰箱凍結則不利于保持冷凍熟面的質量。