预制荞麦饸饹在冷藏过程中品质变化规律研究

于 婧, 黄峻榕*, 蒲华寅, 邝吉卫, 李 陶, 田小东

(1.陕西科技大学 食品科学与工程学院, 陕西 西安 710021; 2.青海大学 农林科学院, 青海 西宁 810016; 3.青海省农林科学院 青藏高原农产品加工重点实验室, 青海 西宁 810016)

0 引言

荞麦饸饹是我国北方最常见的杂粮类主食,其口感比荞麦面条更劲道、质软.荞麦粉中谷蛋白分子量较小、醇溶蛋白含量较低,可以满足减肥健身人群及乳糜泻等疾病患者对无麸质饮食的需求[1].随着生活节奏加快,预制食品逐渐受到更多消费者的青睐,标准化、自动化、工业化生产方便预制荞麦饸饹,是未来饸饹的发展趋势.

研究发现,荞麦粉不含面筋蛋白,和面过程中难以形成稳定的面筋网络,因此通常需要和小麦面粉或小麦面筋复配加工来改善其加工特性及口感[2].在传统饸饹的加工过程中,荞麦粉的添加比例一般不超过30%,消费者可以接受[3].荞麦中淀粉含量较高,大约为60%～70%,其中直链淀粉和支链淀粉含量可以通过影响淀粉晶体结构,从而影响淀粉的黏度、弹性、和保水性等[4].

预煮作为速冻熟面、冷冻调理面等预制食品加工过程中前期主要的烹饪方式[5,6],在经过低温冷藏后,消费者可以利用短时复热使其风味最大限度的保留.在预煮糊化期间,水分有助于淀粉双螺旋结构的打开并促进分子单链的运动,含水量较低会导致淀粉的不完全糊化,并导致热处理后淀粉结晶度的保留[7].预煮后的荞麦饸饹中淀粉会发生老化,复热后弹性、口感相较于鲜食荞麦饸饹略差.因此,需要采取适宜的储藏手段,保证荞麦饸饹复热后的口感及营养.

预制饸饹相比于鲜食饸饹更方便快捷,但预煮后的鲜食饸饹易受微生物污染而腐败变质,货架期短[8].目前,冷藏是较为常用的保鲜方式,冷藏可以将食品维持在低温状态,从而减缓微生物的生长速率,延长食品的保质期.其相对于冷冻可有效避免由于冰晶产生的面筋网络结构的损伤[9].预制荞麦饸饹在冷藏过程中部分糊化的淀粉会发生回生,导致其硬度增加,口感变差,降低消费者的认可度.因此,本研究基于上述问题,研究预制荞麦饸饹在冷藏和复热后其品质和机理变化机理,一方面为提高预制荞麦饸饹在贮藏过程中的品质稳定性,另一方面为实现工业化、标准化生产提供基础理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

荞麦粉(甜荞麦粉)购自陕西省榆林市尚古农耕农业发展有限公司;小麦粉购自益海嘉里食品营销有限公司.

1.2 仪器与设备

饸饹机购自天喜控股集团有限公司;DCK202型和面机购自广东顺德地一日用电气科技有限公司;TA.XT plus 物性分析仪购自美国SMS公司;D8Advance X-射线衍射仪购自德国布鲁克公司;JSM-7800F场发射扫描电子显微镜购自日本电子;ALPHA 傅里叶红外光谱仪购自德国布鲁克公司;PQ001-20-025V 低场核磁共振分析仪购自苏州纽迈分析仪器股份有限公司.

1.3 实验方法

1.3.1 预制荞麦饸饹的制备

制作工艺:原辅料计量→和面→挤压→预煮→冷水冷却→滤水→封装→冷藏.

称取荞麦粉30 g,小麦粉70 g,加入50 mL蒸馏水,揉成团后放入和面机,在转速30 r/min下和面10 min,将制作好的面团放入饸饹机内挤压得到直径为2.5 mm的生荞麦饸饹.将荞麦饸饹放入盛有1 500 mL沸腾蒸馏水中进行预煮4 min后,在蒸馏水中冷却10 s,捞出沥干,密封包装将其放置冰箱4 ℃进行分别冷藏0 d、1 d、3 d、5 d、7 d,取出后利用微波炉复热3 min后进行品质测定.

1.3.2 预制荞麦饸饹含水量的测定

参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法.称取5 g冷藏荞麦饸饹置于已恒重的铝盒中,称重记录荞麦饸饹与铝盒总质量后,在105 ℃烘箱中烘至恒重,取出冷却后称重记录.含水量按公式(1)计算:

(1)

式(1)中:X为含水量(%);m1为铝盒和饸饹干燥前的质量(g);m2为铝盒和荞麦饸饹干燥后的质量(g);m0为铝盒的质量(g).

1.3.3 预制荞麦饸饹水分分布和迁移测定

用低场核磁共振分析仪测定荞麦饸饹的横向松弛时间(T2),以分析荞麦饸饹的水分分布.根据屈展平等[10]的方法并稍作修改,称取冷藏后的样品1.00 g,用保鲜膜包裹后置于核磁管中,进行CPMG(Carr Purcell meiboom Gill)脉冲序列试验.参数设置为:采样频率200 kHz,回波时间0.3 ms,回波次数1 500,扫描次数4.测试后,使用低场核磁分析软件对横向驰豫数据进行拟合,计算每个峰的顶点时间T2和峰下面积占比A2.

1.3.4 预制荞麦饸饹质构特性(TPA)测定

质构特性由物性分析仪测量,根据Luo等[11]的方法并稍作修改.将冷藏的荞麦饸饹在微波炉中复热3 min,复热后10 min内在室温下进行荞麦饸饹的硬度、弹性、咀嚼性等指标的测定.该仪器使用1 kg称重传感器进行校准,每次测定取6根荞麦饸饹平行放置于载物台上.参数设置为:A/LKB型探头,校准距离15 mm,测试前速度1.0 mm/s,测试速度0.8 mm/s,测试后速度1.0 mm/s,形变量75%,触发力5 g,间隔时间2 s,重复实验10次.

拉伸测定:A/SPR型探头,校准距离30 mm,拉伸距离40 mm,测试速度2.0 mm/s,触发力5 g.

1.3.5 预制荞麦饸饹晶体结构的测定

根据Niu等[12]的方法并稍作修改,使用X-射线衍射仪分析预制荞麦饸饹中淀粉的晶体结构.将不同冷藏时间(0 d、1 d、3 d、5 d、7 d)的荞麦饸饹进行冷冻干燥48 h、磨粉过100目筛.设置参数为:扫描速度4 °/min,衍射角(2θ)范围5 °～40 °.通过Jade 5.0软件并使用以下方程式计算淀粉的相对结晶度.相对结晶度按公式(2)计算:

(2)

式(2)中:Rc为淀粉结晶度;Ic为淀粉结晶区域的相对峰面积;Ia为淀粉非结晶区域的相对峰面积.

1.3.6 预制荞麦饸饹分子短程有序性的测定

根据Li等[13]的方法并稍作修改.将不同冷藏时间的荞麦饸饹进行冷冻干燥、磨粉过筛.样品与固体KBr粉末以1∶60(w/w)的比例混合并压成薄片,使用傅里叶红外光谱仪记录荞麦饸饹在400～4 000 cm-1的红外图谱,设置分辨率为4 cm-1,扫描次数为32.用OPUS7.2软件进行基线校正和归一化处理,并计算1 047 cm-1和1 022 cm-1处的吸光度比值.

1.3.7 预制荞麦饸饹扫描电子显微镜观察

用扫描电子显微镜在15千伏的加速电压下观察预制荞麦饸饹的微观结构.根据Kuang等[14]的方法并稍作修改,将冷冻干燥后的预制荞麦饸饹截成小段,固定在载物片上,离子溅射喷金20 s之后,用扫描电子显微镜扫描,放大倍数为1 000倍,分析预制荞麦饸饹断面的形貌及结构.设置参数为:电流10 mA,真空度10 Pa.

1.3.8 预制荞麦饸饹的感官评价

根据Shao等[15]的方法并稍作修改,对预制荞麦饸饹进行感官评估.将冷藏的预制荞麦饸饹放入微波炉中复热3 min,选择具备感官评分基础知识的10人组成评分小组,并进行培训.将样品进行随机编号,分别从色泽、表现状态、适口性、韧性、黏性、光滑性、食味几个方面,对预制荞麦饸饹进行感官评价.评价标准如表1所示.

表1 荞麦饸饹感官评分标准

1.4 数据分析

所有的测试均进行三次重复,所有数据均使用SPSS26.0进行处理,并以平均值±标准差表示.通过方差分析(ANOVA)确定结果之间的显著差异,P<0.05表示结果之间显著差异.

2 结果与讨论

2.1 冷藏对预制荞麦饸饹水分含量的影响

预制荞麦饸饹主要由淀粉组成,淀粉质食物含水量的高低可以直接影响淀粉的回生速率,从而影响预制荞麦饸饹的新鲜度及食用品质.由图1可知,预制荞麦饸饹从冷藏0 d到7 d过程中,水分含量呈缓慢下降趋势,从65.71%下降至61.63%.这是由于随着冷藏时间的延长,荞麦饸饹内部的水分会向表面迁移并扩散,使荞麦饸饹水分含量呈现下降趋势.有研究表明,含水量在30%～70%时,淀粉易发生老化[16].因此,在冷藏过程中应注意预制荞麦饸饹水分含量的变化,最大程度减少水分重新分布导致其感官特性及质构特性的变化.

图1 冷藏时间对预制荞麦饸饹水分含量的影响(图中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05))

2.2 冷藏对预制荞麦饸饹水分分布的影响

在冷藏过程中水分的变化会影响预制荞麦饸饹的内部结构,从而直接影响其品质.荞麦饸饹经过预煮后处于热力学非平衡状态,在放置过程中,水分会由表面向内部迁移,导致荞麦淀粉回生和成分之间的水分再分配[17].通过横向弛豫时间T2和不同类型水的比例来分析预制荞麦饸饹在冷藏过程中水分分布和迁移行为.图2显示了不同冷藏天数对预制荞麦饸饹水分迁移率的影响.冷藏的预制荞麦饸饹在0.01～10 000 ms间出现的峰分别表示预制荞麦饸饹存在的三种水分状态,包括以T21(0.1～1 ms)表示的强结合水、以T22(1～10 ms)表示的弱结合水和以T23(10～100 ms)表示的自由水.

图2 冷藏时间对预制荞麦饸饹水分分布的影响

T2反演图谱能反映预制荞麦饸饹中水分与亲水物质的结合程度,峰的弛豫时间越短,表明水分与淀粉或面筋蛋白结合越紧密[18,19].由图2(a)可知,预制荞麦饸饹中的水分主要存在形态为强结合水和自由水.T21、T22和T23随冷藏时间的增加整体呈现下降趋势,表明水分结合越来越紧密,水分子在体系中的迁移率降低,预制荞麦饸饹体系有序度增加,这一现象与荞麦淀粉的回生有关.峰面积的比例与水分子的相对含量成正比,峰面积比例的变化可以反映不同水分子在样品中的迁移情况,A21、A22、A23分别用来表示强结合水、弱结合水和自由水的峰面积比例[20].由图2(b)可知,随冷藏时间的延长,A22和A23显著增加,A21显著降低,强结合水逐渐转化为弱结合水,部分弱结合水转化为自由水[21],由此说明长时间的低温冷藏可以加速淀粉老化,增加了预制荞麦饸饹的硬度.

2.3 冷藏对预制荞麦饸饹质构特性的影响

预制荞麦饸饹的质构特性是影响荞麦饸饹整体品质的主要属性之一,硬度和粘性被认为是烹饪质量的最关键参数,而代表断裂强度的拉伸特性是面条的主要属性[22].采用质构分析(TPA)和拉伸试验对冷藏并复热后的预制荞麦饸饹品质进行了评价.

由表2可知,冷藏时间对预制荞麦饸饹的质构特性有较大影响.随着冷藏时间的延长,荞麦饸饹的硬度和咀嚼性呈现上升趋势,黏着性、弹性和拉伸力呈现下降的趋势.随着冷藏时间延长至7 d,预制荞麦饸饹的硬度上升了49.81,咀嚼度上升了19.56.主要是由于荞麦饸饹在冷藏过程中淀粉发生了回生,淀粉凝胶网络结构较强,使得荞麦饸饹的硬度增加,复热时断裂强度也增加.黏着性下降了0.74,这是由于黏性与淀粉糊化程度有关,在复热过程中,荞麦饸饹中的直链淀粉和可溶性蛋白质溶出,凝胶网络结构受损,导致荞麦饸饹在复热过程中断条率增加.随着冷藏时间的延长弹性呈下降趋势,水分含量的降低使荞麦饸饹脆性增加,弹性降低.质构特性的变化不仅与冷藏过程中荞麦饸饹结构的变化有关,还与淀粉二次糊化过程中的水分分布有关.

表2 冷藏时间对预制荞麦饸饹质构特性的影响

较低的拉力和拉伸水平导致荞麦饸饹断条率较高.随着冷藏时间延长至7 d,弹性下降了0.05,拉伸力下降了13.21,由于在冷藏过程中,水分特性的变化对预制荞麦饸饹的内部结构产生破坏作用,会使荞麦饸饹失去原有良好的拉伸性能,从而导致预制荞麦饸饹的质构特性降低[23].

2.4 冷藏对预制荞麦饸饹晶体结构的影响

不同冷藏天数的预制荞麦饸饹X-射线衍射图谱如图3所示.由图3可知,主要衍射峰位于20.3 °处,冷藏后的预制荞麦饸饹中淀粉的结构发生了明显的变化.冷藏3 d后在17.3 °处出现典型B型结晶结构,这种结晶主要由无定形支链淀粉组分组成,该峰的形成与支链淀粉在回生过程中有序重结晶有关.而20.3 °处的衍射峰被指定为V型结晶结构,该结晶主要由直链淀粉和淀粉颗粒中天然存在的脂肪酸和磷脂组成[24],该峰的形成与淀粉-脂质复合物有关.

图3 冷藏时间对预制荞麦饸饹X-衍射图的影响

由结果可知,在冷藏过程中,预制荞麦饸饹中淀粉在3 d后17.3 °处的衍射峰变得明显,20.3 °处的衍射峰变得尖锐,表明相对结晶度逐渐增加[25].冷藏7 d后,相对结晶度增加11.0%,这可能与荞麦饸饹冷藏过程中淀粉回生、直链淀粉凝胶化和晶体形成有关[26].样品中B型结晶度增加,反映了支链淀粉分子之间的聚集,淀粉分子结构的有序度增加.

2.5 冷藏对预制荞麦饸饹短程有序结构的影响

淀粉的短程有序是指淀粉分子中直链和支链的短链或侧链形成双螺旋结构[27].由图4(a)可知,外光谱图中1 047 cm-1处吸收峰与淀粉的结晶区有关,1 022 cm-1处的吸收峰与淀粉无定形区有关,955 cm-1处的吸收峰则对应羟基的弯曲振动[28].预制荞麦饸饹样品在400～4 000 cm-1范围内的红外光谱图.随着冷藏天数的增加,红外光谱图3 500 cm-1左右的吸收峰向较高的波数偏移,尤其是在冷藏7 d的样品中观察到最窄的吸收峰.研究表明,3 000～3 600 cm-1范围内的频带主要与样品中淀粉的O-H键拉伸震动有关,较强的吸收峰对应于较多的氢键[29].这意味着预制荞麦饸饹在冷藏过程中淀粉分子间氢键数量增加,导致了更高的回生速率[30].红外光谱图中1 047/1 022 cm-1与1 022/995 cm-1波长附近处的吸光度之比表征淀粉的短程有序度[31].

将预制荞麦饸饹样品的红外光谱图进行反褶积处理后的结果如图4(b)所示,由图4(b)可知,随着冷藏天数增加至7 d,预制荞麦饸饹中淀粉1 047/1 022 cm-1从1.27增加到1.83,1 022/995 cm-1从0.79下降到0.58,说明了冷藏促进了双螺旋结构的形成,导致了淀粉回生速率和短程有序度逐渐增大.

2.6 冷藏对预制荞麦饸饹微观结构的影响

为了更直观地了解预制荞麦饸饹在冷藏过程中微观结构的变化,采用扫描电子显微镜(SEM)对预制荞麦饸饹的微观结构进行研究.从图5可以看出,复热后的预制荞麦饸饹完整的淀粉颗粒消失,淀粉完全糊化,形成致密的淀粉凝胶结构,这种微观结构特征可以归因于淀粉的适当糊化会导致淀粉凝胶网络的形成.预制荞麦饸饹在冷藏0 d时,有相对完整和紧密连贯的网络结构,网孔结构是由于冷冻干燥时脱水而形成.随着冷藏时间的延长表面变得粗糙,部分孔隙边缘出现塌陷,网络状结构断裂,这是因为在贮藏期间伴随着水分的丢失及淀粉回生导致的.冷藏7 d后,样品内部出现大范围的断裂,网状结构连接处变窄,且出现刺突状的断裂点,孔洞变得大小不均,凸显出在冷藏期间脱水收缩现象.冷藏会破坏荞麦饸饹的结构,导致淀粉和蛋白的结合能力减弱,预制荞麦饸饹品质变劣.

图5 冷藏时间对预制荞麦饸饹微观结构的影响

预煮会使荞麦饸饹中部分淀粉糊化和蛋白质交联,冷藏复热过程会导致小麦面筋网络结构疏松,内部淀粉渗出,表面粘性增加,内部出现撕裂的迹象.这可能是由于淀粉与蛋白质之间的相互作用,导致不同小麦面筋网络强度对水分迁移的阻碍作用力大小不同[32].

2.7 冷藏对预制荞麦饸饹感官评价的影响

感官评价直接反映了消费者对食品的接受程度,是评价食品质量的重要方法.不同冷藏天数的预制荞麦饸饹感官特性评价结果如表3所示.预制荞麦饸饹的色泽、表现状态和光滑度是至关重要的参数,决定着消费者对其第一印象.冷藏至7 d后,预制荞麦饸饹的外观未发生明显的变化,色泽呈现灰色,亮度略微下降.表3中显示预制荞麦饸饹的黏性呈现先降低后增加的趋势,其他指标都呈现不同程度的降低趋势.表现状态和韧性评分在7 d后分别降低了2.65和4.4,因为冷藏0 d的饸饹在预煮过程中部分淀粉和蛋白溶出,吸附在其表面,导致其黏度较高,冷藏后预制荞麦饸饹中淀粉回生导致其硬度增加、呈现出咀嚼但不粘的口感[33].光滑性评分降低了0.71,反映出预制荞麦饸饹的微观结构可能遭到破坏,从而引起表观状态的变化.感官评价整体评分下降11.65,冷藏5 d的预制荞麦饸饹整体口感下降,评价人员可接受度较低,预制荞麦饸饹在冷藏3 d时感官品质达到临界值.

结合质构数据分析表明,预制荞麦饸饹在感官评价中的偏好程度与质构特性分析结果之间没有显著的相关性,其硬度的增加可能会导致口感的降低.综合所有指标的分析可以得出,冷藏会导致预制荞麦饸饹复热后感官品质的下降,消费者整体接受度降低.

3 结论

本研究分析了预制荞麦饸饹在冷藏过程中主要组分变化及淀粉回生机理.研究结果表明,预制荞麦饸饹的硬度增加了49.81 g,拉伸力降低了13.21 g,导致其断裂强度增加.低温冷藏导致预制荞麦饸饹表面失水,内部水分分布不均匀,水分子在体系中的迁移率降低,结合水逐渐转化为自由水.根据XRD和FTIR的研究结果显示,随着冷藏时间的增加,预制荞麦饸饹中淀粉分子之间不断交联形成有序结构,导致淀粉的结晶度和短程有序度显著增大.

在冷藏过程中,由于水分散失和淀粉回生造成预制荞麦饸饹微观结构由光滑的网络状结构变为粗糙多孔的碎片化结构,这是导致预制荞麦饸饹口感变差、感官评分下降的主要原因,研究发现冷藏3 d以内的预制荞麦饸饹是消费者可接受的限度.因此,可以通过添加品质改良剂来提高荞麦面团的加工性能、感官品质及抑制预制荞麦饸饹淀粉回生等,为进一步提高预制荞麦饸饹的品质稳定性,延长贮藏时间,实现工业化生产提供了理论依据.