預制蕎麥饸饹在冷藏過程中品質變化規律研究

于 婧, 黃峻榕*, 蒲華寅, 鄺吉衛, 李 陶, 田小東

(1.陜西科技大學 食品科學與工程學院, 陜西 西安 710021; 2.青海大學 農林科學院, 青海 西寧 810016; 3.青海省農林科學院 青藏高原農產品加工重點實驗室, 青海 西寧 810016)

0 引言

蕎麥饸饹是我國北方最常見的雜糧類主食,其口感比蕎麥面條更勁道、質軟.蕎麥粉中谷蛋白分子量較小、醇溶蛋白含量較低,可以滿足減肥健身人群及乳糜瀉等疾病患者對無麩質飲食的需求[1].隨著生活節奏加快,預制食品逐漸受到更多消費者的青睞,標準化、自動化、工業化生產方便預制蕎麥饸饹,是未來饸饹的發展趨勢.

研究發現,蕎麥粉不含面筋蛋白,和面過程中難以形成穩定的面筋網絡,因此通常需要和小麥面粉或小麥面筋復配加工來改善其加工特性及口感[2].在傳統饸饹的加工過程中,蕎麥粉的添加比例一般不超過30%,消費者可以接受[3].蕎麥中淀粉含量較高,大約為60%～70%,其中直鏈淀粉和支鏈淀粉含量可以通過影響淀粉晶體結構,從而影響淀粉的黏度、彈性、和保水性等[4].

預煮作為速凍熟面、冷凍調理面等預制食品加工過程中前期主要的烹飪方式[5,6],在經過低溫冷藏后,消費者可以利用短時復熱使其風味最大限度的保留.在預煮糊化期間,水分有助于淀粉雙螺旋結構的打開并促進分子單鏈的運動,含水量較低會導致淀粉的不完全糊化,并導致熱處理后淀粉結晶度的保留[7].預煮后的蕎麥饸饹中淀粉會發生老化,復熱后彈性、口感相較于鮮食蕎麥饸饹略差.因此,需要采取適宜的儲藏手段,保證蕎麥饸饹復熱后的口感及營養.

預制饸饹相比于鮮食饸饹更方便快捷,但預煮后的鮮食饸饹易受微生物污染而腐敗變質,貨架期短[8].目前,冷藏是較為常用的保鮮方式,冷藏可以將食品維持在低溫狀態,從而減緩微生物的生長速率,延長食品的保質期.其相對于冷凍可有效避免由于冰晶產生的面筋網絡結構的損傷[9].預制蕎麥饸饹在冷藏過程中部分糊化的淀粉會發生回生,導致其硬度增加,口感變差,降低消費者的認可度.因此,本研究基于上述問題,研究預制蕎麥饸饹在冷藏和復熱后其品質和機理變化機理,一方面為提高預制蕎麥饸饹在貯藏過程中的品質穩定性,另一方面為實現工業化、標準化生產提供基礎理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蕎麥粉(甜蕎麥粉)購自陜西省榆林市尚古農耕農業發展有限公司;小麥粉購自益海嘉里食品營銷有限公司.

1.2 儀器與設備

饸饹機購自天喜控股集團有限公司;DCK202型和面機購自廣東順德地一日用電氣科技有限公司;TA.XT plus 物性分析儀購自美國SMS公司;D8Advance X-射線衍射儀購自德國布魯克公司;JSM-7800F場發射掃描電子顯微鏡購自日本電子;ALPHA 傅里葉紅外光譜儀購自德國布魯克公司;PQ001-20-025V 低場核磁共振分析儀購自蘇州紐邁分析儀器股份有限公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 預制蕎麥饸饹的制備

制作工藝:原輔料計量→和面→擠壓→預煮→冷水冷卻→濾水→封裝→冷藏.

稱取蕎麥粉30 g,小麥粉70 g,加入50 mL蒸餾水,揉成團后放入和面機,在轉速30 r/min下和面10 min,將制作好的面團放入饸饹機內擠壓得到直徑為2.5 mm的生蕎麥饸饹.將蕎麥饸饹放入盛有1 500 mL沸騰蒸餾水中進行預煮4 min后,在蒸餾水中冷卻10 s,撈出瀝干,密封包裝將其放置冰箱4 ℃進行分別冷藏0 d、1 d、3 d、5 d、7 d,取出后利用微波爐復熱3 min后進行品質測定.

1.3.2 預制蕎麥饸饹含水量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法.稱取5 g冷藏蕎麥饸饹置于已恒重的鋁盒中,稱重記錄蕎麥饸饹與鋁盒總質量后,在105 ℃烘箱中烘至恒重,取出冷卻后稱重記錄.含水量按公式(1)計算:

(1)

式(1)中:X為含水量(%);m1為鋁盒和饸饹干燥前的質量(g);m2為鋁盒和蕎麥饸饹干燥后的質量(g);m0為鋁盒的質量(g).

1.3.3 預制蕎麥饸饹水分分布和遷移測定

用低場核磁共振分析儀測定蕎麥饸饹的橫向松弛時間(T2),以分析蕎麥饸饹的水分分布.根據屈展平等[10]的方法并稍作修改,稱取冷藏后的樣品1.00 g,用保鮮膜包裹后置于核磁管中,進行CPMG(Carr Purcell meiboom Gill)脈沖序列試驗.參數設置為:采樣頻率200 kHz,回波時間0.3 ms,回波次數1 500,掃描次數4.測試后,使用低場核磁分析軟件對橫向馳豫數據進行擬合,計算每個峰的頂點時間T2和峰下面積占比A2.

1.3.4 預制蕎麥饸饹質構特性(TPA)測定

質構特性由物性分析儀測量,根據Luo等[11]的方法并稍作修改.將冷藏的蕎麥饸饹在微波爐中復熱3 min,復熱后10 min內在室溫下進行蕎麥饸饹的硬度、彈性、咀嚼性等指標的測定.該儀器使用1 kg稱重傳感器進行校準,每次測定取6根蕎麥饸饹平行放置于載物臺上.參數設置為:A/LKB型探頭,校準距離15 mm,測試前速度1.0 mm/s,測試速度0.8 mm/s,測試后速度1.0 mm/s,形變量75%,觸發力5 g,間隔時間2 s,重復實驗10次.

拉伸測定:A/SPR型探頭,校準距離30 mm,拉伸距離40 mm,測試速度2.0 mm/s,觸發力5 g.

1.3.5 預制蕎麥饸饹晶體結構的測定

根據Niu等[12]的方法并稍作修改,使用X-射線衍射儀分析預制蕎麥饸饹中淀粉的晶體結構.將不同冷藏時間(0 d、1 d、3 d、5 d、7 d)的蕎麥饸饹進行冷凍干燥48 h、磨粉過100目篩.設置參數為:掃描速度4 °/min,衍射角(2θ)范圍5 °～40 °.通過Jade 5.0軟件并使用以下方程式計算淀粉的相對結晶度.相對結晶度按公式(2)計算:

(2)

式(2)中:Rc為淀粉結晶度;Ic為淀粉結晶區域的相對峰面積;Ia為淀粉非結晶區域的相對峰面積.

1.3.6 預制蕎麥饸饹分子短程有序性的測定

根據Li等[13]的方法并稍作修改.將不同冷藏時間的蕎麥饸饹進行冷凍干燥、磨粉過篩.樣品與固體KBr粉末以1∶60(w/w)的比例混合并壓成薄片,使用傅里葉紅外光譜儀記錄蕎麥饸饹在400～4 000 cm-1的紅外圖譜,設置分辨率為4 cm-1,掃描次數為32.用OPUS7.2軟件進行基線校正和歸一化處理,并計算1 047 cm-1和1 022 cm-1處的吸光度比值.

1.3.7 預制蕎麥饸饹掃描電子顯微鏡觀察

用掃描電子顯微鏡在15千伏的加速電壓下觀察預制蕎麥饸饹的微觀結構.根據Kuang等[14]的方法并稍作修改,將冷凍干燥后的預制蕎麥饸饹截成小段,固定在載物片上,離子濺射噴金20 s之后,用掃描電子顯微鏡掃描,放大倍數為1 000倍,分析預制蕎麥饸饹斷面的形貌及結構.設置參數為:電流10 mA,真空度10 Pa.

1.3.8 預制蕎麥饸饹的感官評價

根據Shao等[15]的方法并稍作修改,對預制蕎麥饸饹進行感官評估.將冷藏的預制蕎麥饸饹放入微波爐中復熱3 min,選擇具備感官評分基礎知識的10人組成評分小組,并進行培訓.將樣品進行隨機編號,分別從色澤、表現狀態、適口性、韌性、黏性、光滑性、食味幾個方面,對預制蕎麥饸饹進行感官評價.評價標準如表1所示.

表1 蕎麥饸饹感官評分標準

1.4 數據分析

所有的測試均進行三次重復,所有數據均使用SPSS26.0進行處理,并以平均值±標準差表示.通過方差分析(ANOVA)確定結果之間的顯著差異,P<0.05表示結果之間顯著差異.

2 結果與討論

2.1 冷藏對預制蕎麥饸饹水分含量的影響

預制蕎麥饸饹主要由淀粉組成,淀粉質食物含水量的高低可以直接影響淀粉的回生速率,從而影響預制蕎麥饸饹的新鮮度及食用品質.由圖1可知,預制蕎麥饸饹從冷藏0 d到7 d過程中,水分含量呈緩慢下降趨勢,從65.71%下降至61.63%.這是由于隨著冷藏時間的延長,蕎麥饸饹內部的水分會向表面遷移并擴散,使蕎麥饸饹水分含量呈現下降趨勢.有研究表明,含水量在30%～70%時,淀粉易發生老化[16].因此,在冷藏過程中應注意預制蕎麥饸饹水分含量的變化,最大程度減少水分重新分布導致其感官特性及質構特性的變化.

圖1 冷藏時間對預制蕎麥饸饹水分含量的影響(圖中不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05))

2.2 冷藏對預制蕎麥饸饹水分分布的影響

在冷藏過程中水分的變化會影響預制蕎麥饸饹的內部結構,從而直接影響其品質.蕎麥饸饹經過預煮后處于熱力學非平衡狀態,在放置過程中,水分會由表面向內部遷移,導致蕎麥淀粉回生和成分之間的水分再分配[17].通過橫向弛豫時間T2和不同類型水的比例來分析預制蕎麥饸饹在冷藏過程中水分分布和遷移行為.圖2顯示了不同冷藏天數對預制蕎麥饸饹水分遷移率的影響.冷藏的預制蕎麥饸饹在0.01～10 000 ms間出現的峰分別表示預制蕎麥饸饹存在的三種水分狀態,包括以T21(0.1～1 ms)表示的強結合水、以T22(1～10 ms)表示的弱結合水和以T23(10～100 ms)表示的自由水.

圖2 冷藏時間對預制蕎麥饸饹水分分布的影響

T2反演圖譜能反映預制蕎麥饸饹中水分與親水物質的結合程度,峰的弛豫時間越短,表明水分與淀粉或面筋蛋白結合越緊密[18,19].由圖2(a)可知,預制蕎麥饸饹中的水分主要存在形態為強結合水和自由水.T21、T22和T23隨冷藏時間的增加整體呈現下降趨勢,表明水分結合越來越緊密,水分子在體系中的遷移率降低,預制蕎麥饸饹體系有序度增加,這一現象與蕎麥淀粉的回生有關.峰面積的比例與水分子的相對含量成正比,峰面積比例的變化可以反映不同水分子在樣品中的遷移情況,A21、A22、A23分別用來表示強結合水、弱結合水和自由水的峰面積比例[20].由圖2(b)可知,隨冷藏時間的延長,A22和A23顯著增加,A21顯著降低,強結合水逐漸轉化為弱結合水,部分弱結合水轉化為自由水[21],由此說明長時間的低溫冷藏可以加速淀粉老化,增加了預制蕎麥饸饹的硬度.

2.3 冷藏對預制蕎麥饸饹質構特性的影響

預制蕎麥饸饹的質構特性是影響蕎麥饸饹整體品質的主要屬性之一,硬度和粘性被認為是烹飪質量的最關鍵參數,而代表斷裂強度的拉伸特性是面條的主要屬性[22].采用質構分析(TPA)和拉伸試驗對冷藏并復熱后的預制蕎麥饸饹品質進行了評價.

由表2可知,冷藏時間對預制蕎麥饸饹的質構特性有較大影響.隨著冷藏時間的延長,蕎麥饸饹的硬度和咀嚼性呈現上升趨勢,黏著性、彈性和拉伸力呈現下降的趨勢.隨著冷藏時間延長至7 d,預制蕎麥饸饹的硬度上升了49.81,咀嚼度上升了19.56.主要是由于蕎麥饸饹在冷藏過程中淀粉發生了回生,淀粉凝膠網絡結構較強,使得蕎麥饸饹的硬度增加,復熱時斷裂強度也增加.黏著性下降了0.74,這是由于黏性與淀粉糊化程度有關,在復熱過程中,蕎麥饸饹中的直鏈淀粉和可溶性蛋白質溶出,凝膠網絡結構受損,導致蕎麥饸饹在復熱過程中斷條率增加.隨著冷藏時間的延長彈性呈下降趨勢,水分含量的降低使蕎麥饸饹脆性增加,彈性降低.質構特性的變化不僅與冷藏過程中蕎麥饸饹結構的變化有關,還與淀粉二次糊化過程中的水分分布有關.

表2 冷藏時間對預制蕎麥饸饹質構特性的影響

較低的拉力和拉伸水平導致蕎麥饸饹斷條率較高.隨著冷藏時間延長至7 d,彈性下降了0.05,拉伸力下降了13.21,由于在冷藏過程中,水分特性的變化對預制蕎麥饸饹的內部結構產生破壞作用,會使蕎麥饸饹失去原有良好的拉伸性能,從而導致預制蕎麥饸饹的質構特性降低[23].

2.4 冷藏對預制蕎麥饸饹晶體結構的影響

不同冷藏天數的預制蕎麥饸饹X-射線衍射圖譜如圖3所示.由圖3可知,主要衍射峰位于20.3 °處,冷藏后的預制蕎麥饸饹中淀粉的結構發生了明顯的變化.冷藏3 d后在17.3 °處出現典型B型結晶結構,這種結晶主要由無定形支鏈淀粉組分組成,該峰的形成與支鏈淀粉在回生過程中有序重結晶有關.而20.3 °處的衍射峰被指定為V型結晶結構,該結晶主要由直鏈淀粉和淀粉顆粒中天然存在的脂肪酸和磷脂組成[24],該峰的形成與淀粉-脂質復合物有關.

圖3 冷藏時間對預制蕎麥饸饹X-衍射圖的影響

由結果可知,在冷藏過程中,預制蕎麥饸饹中淀粉在3 d后17.3 °處的衍射峰變得明顯,20.3 °處的衍射峰變得尖銳,表明相對結晶度逐漸增加[25].冷藏7 d后,相對結晶度增加11.0%,這可能與蕎麥饸饹冷藏過程中淀粉回生、直鏈淀粉凝膠化和晶體形成有關[26].樣品中B型結晶度增加,反映了支鏈淀粉分子之間的聚集,淀粉分子結構的有序度增加.

2.5 冷藏對預制蕎麥饸饹短程有序結構的影響

淀粉的短程有序是指淀粉分子中直鏈和支鏈的短鏈或側鏈形成雙螺旋結構[27].由圖4(a)可知,外光譜圖中1 047 cm-1處吸收峰與淀粉的結晶區有關,1 022 cm-1處的吸收峰與淀粉無定形區有關,955 cm-1處的吸收峰則對應羥基的彎曲振動[28].預制蕎麥饸饹樣品在400～4 000 cm-1范圍內的紅外光譜圖.隨著冷藏天數的增加,紅外光譜圖3 500 cm-1左右的吸收峰向較高的波數偏移,尤其是在冷藏7 d的樣品中觀察到最窄的吸收峰.研究表明,3 000～3 600 cm-1范圍內的頻帶主要與樣品中淀粉的O-H鍵拉伸震動有關,較強的吸收峰對應于較多的氫鍵[29].這意味著預制蕎麥饸饹在冷藏過程中淀粉分子間氫鍵數量增加,導致了更高的回生速率[30].紅外光譜圖中1 047/1 022 cm-1與1 022/995 cm-1波長附近處的吸光度之比表征淀粉的短程有序度[31].

將預制蕎麥饸饹樣品的紅外光譜圖進行反褶積處理后的結果如圖4(b)所示,由圖4(b)可知,隨著冷藏天數增加至7 d,預制蕎麥饸饹中淀粉1 047/1 022 cm-1從1.27增加到1.83,1 022/995 cm-1從0.79下降到0.58,說明了冷藏促進了雙螺旋結構的形成,導致了淀粉回生速率和短程有序度逐漸增大.

2.6 冷藏對預制蕎麥饸饹微觀結構的影響

為了更直觀地了解預制蕎麥饸饹在冷藏過程中微觀結構的變化,采用掃描電子顯微鏡(SEM)對預制蕎麥饸饹的微觀結構進行研究.從圖5可以看出,復熱后的預制蕎麥饸饹完整的淀粉顆粒消失,淀粉完全糊化,形成致密的淀粉凝膠結構,這種微觀結構特征可以歸因于淀粉的適當糊化會導致淀粉凝膠網絡的形成.預制蕎麥饸饹在冷藏0 d時,有相對完整和緊密連貫的網絡結構,網孔結構是由于冷凍干燥時脫水而形成.隨著冷藏時間的延長表面變得粗糙,部分孔隙邊緣出現塌陷,網絡狀結構斷裂,這是因為在貯藏期間伴隨著水分的丟失及淀粉回生導致的.冷藏7 d后,樣品內部出現大范圍的斷裂,網狀結構連接處變窄,且出現刺突狀的斷裂點,孔洞變得大小不均,凸顯出在冷藏期間脫水收縮現象.冷藏會破壞蕎麥饸饹的結構,導致淀粉和蛋白的結合能力減弱,預制蕎麥饸饹品質變劣.

圖5 冷藏時間對預制蕎麥饸饹微觀結構的影響

預煮會使蕎麥饸饹中部分淀粉糊化和蛋白質交聯,冷藏復熱過程會導致小麥面筋網絡結構疏松,內部淀粉滲出,表面粘性增加,內部出現撕裂的跡象.這可能是由于淀粉與蛋白質之間的相互作用,導致不同小麥面筋網絡強度對水分遷移的阻礙作用力大小不同[32].

2.7 冷藏對預制蕎麥饸饹感官評價的影響

感官評價直接反映了消費者對食品的接受程度,是評價食品質量的重要方法.不同冷藏天數的預制蕎麥饸饹感官特性評價結果如表3所示.預制蕎麥饸饹的色澤、表現狀態和光滑度是至關重要的參數,決定著消費者對其第一印象.冷藏至7 d后,預制蕎麥饸饹的外觀未發生明顯的變化,色澤呈現灰色,亮度略微下降.表3中顯示預制蕎麥饸饹的黏性呈現先降低后增加的趨勢,其他指標都呈現不同程度的降低趨勢.表現狀態和韌性評分在7 d后分別降低了2.65和4.4,因為冷藏0 d的饸饹在預煮過程中部分淀粉和蛋白溶出,吸附在其表面,導致其黏度較高,冷藏后預制蕎麥饸饹中淀粉回生導致其硬度增加、呈現出咀嚼但不粘的口感[33].光滑性評分降低了0.71,反映出預制蕎麥饸饹的微觀結構可能遭到破壞,從而引起表觀狀態的變化.感官評價整體評分下降11.65,冷藏5 d的預制蕎麥饸饹整體口感下降,評價人員可接受度較低,預制蕎麥饸饹在冷藏3 d時感官品質達到臨界值.

結合質構數據分析表明,預制蕎麥饸饹在感官評價中的偏好程度與質構特性分析結果之間沒有顯著的相關性,其硬度的增加可能會導致口感的降低.綜合所有指標的分析可以得出,冷藏會導致預制蕎麥饸饹復熱后感官品質的下降,消費者整體接受度降低.

3 結論

本研究分析了預制蕎麥饸饹在冷藏過程中主要組分變化及淀粉回生機理.研究結果表明,預制蕎麥饸饹的硬度增加了49.81 g,拉伸力降低了13.21 g,導致其斷裂強度增加.低溫冷藏導致預制蕎麥饸饹表面失水,內部水分分布不均勻,水分子在體系中的遷移率降低,結合水逐漸轉化為自由水.根據XRD和FTIR的研究結果顯示,隨著冷藏時間的增加,預制蕎麥饸饹中淀粉分子之間不斷交聯形成有序結構,導致淀粉的結晶度和短程有序度顯著增大.

在冷藏過程中,由于水分散失和淀粉回生造成預制蕎麥饸饹微觀結構由光滑的網絡狀結構變為粗糙多孔的碎片化結構,這是導致預制蕎麥饸饹口感變差、感官評分下降的主要原因,研究發現冷藏3 d以內的預制蕎麥饸饹是消費者可接受的限度.因此,可以通過添加品質改良劑來提高蕎麥面團的加工性能、感官品質及抑制預制蕎麥饸饹淀粉回生等,為進一步提高預制蕎麥饸饹的品質穩定性,延長貯藏時間,實現工業化生產提供了理論依據.