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(tuán)極易開裂、坍塌，導(dǎo)致在食用、售賣過程中發(fā)生品質(zhì)、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(zhì)，導(dǎo)致糯米粉持水不均勻，和面過程中易出現(xiàn)干裂、松散、難成形等問題，影響冷凍后食品質(zhì)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(jìn)行復(fù)配、添加天然抗凍物質(zhì)從而改善食品品質(zhì)、增加營養(yǎng)價(jià)值逐漸成為一個(gè)食品研發(fā)的熱點(diǎn)[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(wěn)定劑和脂肪替代品等[4]。紅薯淀粉由營養(yǎng)豐富的紅薯提取而來，其吸水性、增稠性較好?？箖龅鞍?Antifreeze proteins，AFPs)是一類具有提高生物抗凍能力的蛋白質(zhì)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(jié)晶，阻止冰晶遷移，使小冰晶無法聚集成大冰晶，結(jié)構(gòu)規(guī)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(tuán)的整體品質(zhì)，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(zé)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(jì)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(yàn)方法

1.3.1 湯圓粉團(tuán)的制作方法 將原料粉與純凈水混合，調(diào)制面團(tuán)得到含水量為45%的面團(tuán)。靜置5 min平衡水分，稱量分塊，搓圓粉團(tuán)(為了減少餡料對感官評價(jià)等主觀指標(biāo)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(tuán)的煮制方法 設(shè)置電磁爐功率為1 600 W，將水煮沸后，取5個(gè)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(tuán)混料配方的確定

(1) 單因素試驗(yàn)：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(tuán)品質(zhì)的影響。

(2) 混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)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(shè)計(jì)。每個(gè)試驗(yàn)組紅薯淀粉、小麥淀粉與糯米粉的總量為100%，以湯圓粉團(tuán)主觀的感官品質(zhì)及凍裂率、質(zhì)構(gòu)特性為指標(biāo)，進(jìn)行試驗(yàn)探究與回歸方程分析。

1.3.4 抗凍蛋白添加量的確定 設(shè)計(jì)抗凍蛋白添加比例為1%，2%，3%，4%，5%，6%，以混料粉重量為基準(zhǔn)。在湯圓經(jīng)過混料設(shè)計(jì)已改善質(zhì)構(gòu)、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(tuán)的品質(zhì)測定方法

(1) 質(zhì)構(gòu)(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(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA測試。采用P/25探頭，應(yīng)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(zhì)：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(yàn)及混料試驗(yàn)：將制作完整的湯圓-30 ℃冷凍30 min，后轉(zhuǎn)移至-20 ℃冷凍24 h進(jìn)行凍裂率測定?？箖鲈囼?yàn)：將添加了不同含量抗凍蛋白的最優(yōu)混料湯圓粉團(tuán)進(jìn)行加速試驗(yàn)，具體方法為將制作完成的湯圓-30 ℃冷凍30 min，后轉(zhuǎn)移至-20 ℃冷凍23 h，再置于室溫解凍1 h，將經(jīng)過4次凍融的湯圓進(jìn)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)湯圓表面凍裂的實(shí)際形貌與凍裂率的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，若一個(gè)湯圓處于凍裂與未凍裂兩者之間，可看作凍裂0.5個(gè)[11]36。具體分類如表2所示。

凍裂率計(jì)算：

(1)

式中：

表1 湯圓感官評價(jià)表Table 1 Sensory evaluation table of glutinous rice balls

表2 湯圓凍裂率評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation standard of glutinous rice balls freeze cracking rate

η——凍裂率，%；

n1——凍裂個(gè)數(shù)；

n2——總個(gè)數(shù)。

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

(5) 掃描電鏡分析：在最優(yōu)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(jié)構(gòu)。參考朱嬋嬋[11]39的方法并略作修改，對反復(fù)凍融后的湯圓進(jìn)行冷凍干燥，后將表皮進(jìn)行噴金處理，使用雙面膠將其固定在樣品臺上，進(jìn)行掃描電鏡觀察拍照。

表3 湯圓外觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Appearance evaluation criteria of glutinous rice balls

1.3.6 數(shù)據(jù)處理 所有數(shù)據(jù)均取平均值(n≥3)，采用GraphPad軟件作圖，SPSS Statistics軟件進(jìn)行顯著性分析。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)采用Design Expert(V.8.0.6)中的D-optimal進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 淀粉添加量對湯圓質(zhì)構(gòu)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(dāng)添加量為10%時(shí)，硬度值最小。據(jù)報(bào)道[13]，谷物淀粉會影響米制品糊化特性，經(jīng)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致湯圓粉團(tuán)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(shí)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(zhì)量不變體積略微變大，硬度相對減小。添加量過大時(shí)，紅薯淀粉凝膠強(qiáng)度增大，導(dǎo)致硬度上升，咀嚼性增加。對于湯圓而言，蛋白質(zhì)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(shí)，膠黏性得到顯著改善(P<0.05)。推斷小麥淀粉與糯米粉復(fù)合經(jīng)加熱后發(fā)生一定程度凝膠化，提高了湯圓粉團(tuán)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?yàn)榧t薯淀粉自身凝膠性、成膜性較強(qiáng)，混入糯米粉后湯圓粉團(tuán)整體結(jié)構(gòu)黏合度增強(qiáng)，使得其表面更光滑且改善了粘牙的現(xiàn)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(dāng)小麥淀粉添加量為10%時(shí)，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(qiáng)，添加小麥淀粉后使得粉質(zhì)顆粒之間結(jié)構(gòu)更加緊密，從而降低了湯圓粉團(tuán)的凍裂率。當(dāng)小麥淀粉添加量為5%～15%時(shí)，凍裂率改善效果明顯。

由圖3(b)可知，當(dāng)紅薯淀粉添加量在一定范圍內(nèi)時(shí)，湯圓粉團(tuán)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得湯圓冷凍時(shí)粉團(tuán)整體穩(wěn)定性增強(qiáng)，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(tuán)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(xiàn)明顯差異。

由圖4(b)可知，紅薯淀粉添加量為7.5%時(shí)，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(jīng)糊化湯圓表皮凝膠性增強(qiáng)而黏度下降，在一定程度上改善了湯圓的粘牙現(xiàn)象，在冷凍過程中也能較好凝結(jié)淀粉顆粒，在整體上改善了湯圓粉團(tuán)的感官品質(zhì)。

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(shè)計(jì)

D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)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(yùn)用Design Expert(V.8.0.6)軟件對硬度的試驗(yàn)值進(jìn)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(jià)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(yōu)設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 4 D-optimal design scheme and test results

(2) 原料比例變化對湯圓粉團(tuán)硬度的影響：由圖5可知，在合理添加范圍內(nèi)，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(yùn)用Design Expert(V.8.0.6)軟件對感官評分的試驗(yàn)值進(jìn)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(tuán)感官評分的影響：由圖6可知，在合理添加范圍內(nèi)，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(jié)果?Table 5 Results of analysis of variance

圖5 原料比例變化對湯圓粉團(tuán)硬度影響的等高線圖及3D響應(yīng)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(jié)果?Table 6 Results of analysis of variance

圖6 原料比例變化對湯圓粉團(tuán)感官評分影響的等高線圖及3D響應(yīng)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(yùn)用Design Expert(V.8.0.6)軟件對凍裂率的試驗(yàn)值進(jìn)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(tuán)凍裂率的影響：由圖7可知，在合理添加范圍內(nèi)，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(nèi)能有效降低凍裂率，超出一定范圍則反之。

2.5 配方優(yōu)化

經(jīng)Design Expert(V.8.0.6)軟件優(yōu)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(yù)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(yàn)的可行性，調(diào)整最優(yōu)工藝條件為紅薯淀粉12%、小麥淀粉11%、糯米粉77%，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(n=3)，得到實(shí)際硬度為0.874 N，感官為84.500分，凍裂率為42.220%。與預(yù)測值無明顯差異，所以該模型可靠。因此，D-混料設(shè)計(jì)結(jié)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(yàn)后的混料湯圓粉團(tuán)凍裂率、外觀評分的影響

由圖8可知，抗凍蛋白對湯圓粉團(tuán)凍裂率有顯著改善效果。當(dāng)添加量為5%及以上時(shí)，凍裂率接近于0。說明抗凍蛋白的添加對湯圓粉團(tuán)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(jié)晶作用，其阻止了冰晶遷移，使小冰晶無法聚集成大冰晶，結(jié)構(gòu)規(guī)則，分布均勻，減少了湯圓表皮的開裂。有研究[15]報(bào)道，將抗凍蛋白應(yīng)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(tuán)中，減少了游離水含量，抑制了冰晶的再結(jié)晶作用，降低了面團(tuán)在冷凍中發(fā)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(dāng)添加量超過5%以后，外觀評分已達(dá)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(zhì)，使其在售賣時(shí)以完整、光滑的形態(tài)展示給消費(fèi)者。Kong等[17]使用3種基于天然防凍肽的合成物對經(jīng)過凍融試驗(yàn)的胡蘿卜進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的胡蘿卜色澤、質(zhì)地、汁液流失都得到了一定的改善，與試驗(yàn)結(jié)論相符。

表7 方差分析結(jié)果?Table 7 Results of analysis of variance

圖7 原料比例變化對湯圓粉團(tuán)凍裂率的等高線圖及3D響應(yīng)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(tuán)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(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)對比

由圖9可知，純糯米粉組內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)晶膠束區(qū)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(dǎo)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(jié)性強(qiáng)，提升了產(chǎn)品的流變性能，優(yōu)化了組織結(jié)構(gòu)，經(jīng)過凍融后部分淀粉依舊相互粘連，結(jié)構(gòu)較為致密，發(fā)生凍裂的概率低于純糯米粉組；混料+抗凍蛋白(5%)組經(jīng)過反復(fù)凍融后抗凍蛋白仍粘連于淀粉顆粒，使得湯圓內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分緊密，游離水減少，生成大冰晶破壞湯圓結(jié)構(gòu)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(jié)論

試驗(yàn)優(yōu)化得出湯圓最優(yōu)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(tuán)(不含添加劑)經(jīng)過冷凍處理后品質(zhì)相對于純糯米粉粉團(tuán)有較大提升。而抗凍蛋白在米制品中也表現(xiàn)出優(yōu)異的抗凍效果，其在冷凍食品中有較大的發(fā)展前景。由于試驗(yàn)技術(shù)原因，經(jīng)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(tuán)中，其成本較高，若后續(xù)分離技術(shù)得到提升則將能更好、更廣泛地應(yīng)用于速凍食品中。