錢曉潔,孫冰華,王曉曦
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001)
饅頭是深受我國人民喜愛的傳統(tǒng)主食之一,在我國膳食結(jié)構(gòu)中占有十分重要的地位[1]。與焙烤過程不同,蒸制過程使饅頭具有柔軟、濕潤和致密的質(zhì)地以及薄而光滑的白色表皮,同時可以很好地保留多種營養(yǎng)物質(zhì)[2]。然而,由于饅頭的含水量高、營養(yǎng)物質(zhì)豐富,導(dǎo)致其易受微生物的污染、發(fā)霉變質(zhì),貨架期縮短,不利于饅頭的規(guī)?;a(chǎn)和銷售。冷凍能夠?qū)⑹称分械牟糠炙謨鼋Y(jié),降低水分活度,同時低溫能夠抑制微生物的生長以及各種導(dǎo)致食品變質(zhì)的生物化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生[3]。隨著冷凍儲藏技術(shù)的應(yīng)用,速凍饅頭以其方便性和耐儲藏性備受青睞[4],逐漸成為饅頭工業(yè)化進程中的關(guān)鍵技術(shù)手段。
隨著我國城市化的加快,速凍面米制品行業(yè)2017 年產(chǎn)量達(dá)600 萬噸。盡管速凍工藝能延長貨架期,具有方便快捷等優(yōu)點,但其整體品質(zhì)尤其是感官品質(zhì)與現(xiàn)制現(xiàn)售品還有一段距離。具體表現(xiàn)為經(jīng)凍藏再復(fù)蒸后的饅頭,其表面易發(fā)生開裂,內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變差,質(zhì)地變粗,風(fēng)味減退等質(zhì)量缺陷[5-6]。Ribotta 等[7]研究冷凍面團在凍藏過程中的品質(zhì)劣變,發(fā)現(xiàn)冰的重結(jié)晶會引起谷蛋白大聚體的解聚、進而導(dǎo)致蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞。王沛等[2]研究凍藏對冷凍面團饅頭品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)面團不斷失重、饅頭水分含量降低、饅頭硬度變大等現(xiàn)象。Maria Eugenia 等[8]研究在凍藏過程中冷凍半焙烤面包品質(zhì)的變化,發(fā)現(xiàn)冰的重結(jié)晶導(dǎo)致面筋基質(zhì)遭到破壞,面包硬度增大,面包品質(zhì)下降。Kontogiorgos 等[9]利用時域核磁共振儀(time domainnuclear magnetic resonance,TD-NMR)研究冷凍面團發(fā)現(xiàn)在冷凍過程中,與面筋蛋白結(jié)合最為緊密的剛性水含量降低,變化最顯著,表明水分發(fā)生了重新分布,水分流動性增強。
基于上述研究可知,在凍藏過程中冰晶的形成和再結(jié)晶現(xiàn)象會破壞食品結(jié)構(gòu)。然而,目前關(guān)于速凍饅頭的研究多關(guān)注的是冷凍面團以及冷凍面團饅頭水分狀態(tài)以及品質(zhì)的變化,有關(guān)饅頭蒸制后再進行冷凍的速凍饅頭在凍藏過程中的水分狀態(tài)以及品質(zhì)的變化往往被忽略?;诖?,本文以蒸制后的饅頭為研究對象,探究饅頭在不同凍藏時間下的可凍結(jié)水含量、水分狀態(tài)以及比容、質(zhì)構(gòu)的變化規(guī)律,旨在為后續(xù)速凍饅頭品質(zhì)改良提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。
香滿園優(yōu)質(zhì)特一粉:益海嘉里糧油有限公司,水分含量為(13.25±0.02)%,蛋白質(zhì)(濕基)含量為(11.10±0.03)%,粉質(zhì)吸水率為(60.3±0.1)%;高活性干酵母:安琪酵母股份有限公司。
LGJ-10C 冷凍干燥機:北京四環(huán)科學(xué)儀器有限公司;Q20 差示掃描量熱儀(differential scanning calorimeter,DSC):美國 TA 儀器有限公司;Micro MR-CL-l 核磁共振分析儀:上海紐邁電子科技有限公司;GDW 系列速凍機:無錫科隆試驗設(shè)備有限公司;TA-XT2i Plus 質(zhì)構(gòu)儀:德國 Stable Micro System 公司;HWS-250F 恒溫恒濕培養(yǎng)箱:上海丙林電子科技有限公司。
1.3.1 速凍饅頭樣品的制備
饅頭制作采用酵母二次發(fā)酵法,參照GB/T 17320-2013《小麥品種品質(zhì)分類》,并稍作改進,制作饅頭。稱取面粉100%、酵母0.7%、水46%(酵母先在38 ℃的溫水中活化),在立式攪拌機中和面6 min (5 min 低速、1 min 高速),在溫度為38 ℃,相對濕度為85%的醒發(fā)箱中發(fā)酵40 min,然后壓面10 次,手工分割(80 g/份)并搓圓至面團表面光滑,再次置于同樣條件的醒發(fā)箱中醒發(fā)10 min,最后上鍋蒸制30 min。
將上述饅頭樣品室溫冷卻1 h,-35 ℃下速凍1 h,迅速袋封,存儲于-18 ℃的冰箱中。分別在凍藏0、10、20、30、40 d 和 60 d 時取樣,其中一批冷凍饅頭在室溫解凍2 h 后進行品質(zhì)測定,另一批饅頭則直接復(fù)蒸(無解凍程序)后進行品質(zhì)測定。為了考察凍藏的影響,選取凍藏0 d,直接復(fù)蒸25 min 后的樣品作為空白樣。
1.3.2 饅頭水分含量以及失水率的測定
解凍以及冷卻的饅頭去皮后取其中心部分約2 g,參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》測定水分含量。
饅頭失水率測定:饅頭失水率的測定參照Phimolsiripol 等[10]方法,2 min 內(nèi)快速測完速凍饅頭樣品的質(zhì)量。失水率計算按照如下公式計算:
式中:WL 為失水率,%,m0和 m1分別為新鮮饅頭和冷凍饅頭的質(zhì)量,g。
1.3.3 饅頭可凍結(jié)水含量的變化
冷凍饅頭可凍結(jié)水的含量可通過DSC 測定[11]。取10 mg 新鮮饅頭樣品密封于DSC 鋁坩堝中,然后置于-35 ℃下速凍1 h,并在-18 ℃凍藏不同的時間。將樣品盒置于放有干冰的保溫盒中,迅速轉(zhuǎn)移至DSC 樣品槽中。DSC 儀預(yù)設(shè)至-20 ℃,樣品在該溫度下平衡5 min,再以 1 ℃/min 升至 10 ℃。采用 TA 系統(tǒng)中 Muse 軟件分析計算對應(yīng)冰融化焓變(ΔH,J/g 冰)。
1.3.4 饅頭水分狀態(tài)分析
利用低場核磁共振儀(low field-nuclear magnetic resonance,LF-NMR)測定橫向弛豫時間T2。解凍以及復(fù)蒸冷卻后的饅頭樣品,取樣0.25 g,置于永久磁場中心位置的射頻圈的中心進行Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖系列試驗,記錄質(zhì)子自由感應(yīng)衰減曲線,測定樣品的自旋-自旋弛豫時間(T2)。參數(shù)設(shè)置為:回波時間DL1=0.1 ms,重復(fù)掃描次數(shù)NS=32,回波個數(shù)6 000。利用T2_FitFrm 軟件中sirt 算法對CPMG 序列采樣數(shù)據(jù)進行擬合得到各樣品的波譜圖和T2值,同時計算所對應(yīng)的質(zhì)子信號幅度[12]。
1.3.5 饅頭比容的測定
饅頭比容的測定參照GB/T 21118-2007《小麥粉饅頭》,解凍以及冷卻后的饅頭進行稱重,并用菜籽置換測量法測量饅頭體積,每個樣品重復(fù)測定3 次。比容計算公式如下:
式中:λ 為饅頭比容,mL/g;V 為體積,mL;m 為饅頭質(zhì)量,g。
1.3.6 饅頭質(zhì)構(gòu)的測定
解凍以及冷卻后的饅頭在切片機下切成厚度為15.0 mm 的均勻薄片,選取中間兩片。采用TA-XT2i Plus 物性分析儀測定饅頭片中心位置的質(zhì)構(gòu)特性。選用的探頭型號為P/36R,測定前速度設(shè)為3.0 mm/s,測定速度設(shè)為1.0 mm/s,測定后速度設(shè)為3.0 mm/s,壓縮形變比例設(shè)為60%,感應(yīng)力為5 g,兩次壓縮間隔時間5 s。每個樣品平行測定6 次。測試后選擇硬度、粘附性、回復(fù)性、內(nèi)聚性及咀嚼性對饅頭的質(zhì)構(gòu)特性進行評價[13]。
凍藏對饅頭水分含量的影響見表1,對饅頭失水率的影響見圖1。
表1 凍藏時間對饅頭水分含量的影響Table 1 Effect of frozen storage time on moisture content of steamed bread
圖1 凍藏過程中饅頭失水率的變化Fig.1 Changes of water loss rate of steamed bread during frozen storage
饅頭的水分含量是影響其質(zhì)構(gòu)和內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素,也決定了饅頭最終品質(zhì)的好壞。由表1和圖1可知,在凍藏60 d 后,凍藏饅頭的水分含量明顯降低,由原來的40.43%降至39.50%。由表1和圖1可知,凍藏饅頭的水分含量與凍藏過程中饅頭失水率呈負(fù)相關(guān)。其原因在于凍藏過程中,由于蒸氣壓的影響,饅頭中的水分會轉(zhuǎn)移至包裝膜上形成冰霜,導(dǎo)致了饅頭重量的損失以及水分含量的降低[10]。Vulicevic等[14]在建立冷凍半焙烤面包在長期貯藏過程中質(zhì)量參數(shù)惡化的動力學(xué)預(yù)測模型時發(fā)現(xiàn),水分在貯藏4 周后惡化顯著,是最敏感的品質(zhì)屬性之一。復(fù)蒸饅頭其水分含量隨著凍藏時間的增加而降低。Maria Eugenia 等[8]在研究凍藏過程中冷凍半焙烤面包品質(zhì)的變化時發(fā)現(xiàn),完全焙烤面包的水分含量隨著凍藏時間的增加而降低,通過超低溫掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)在凍藏過程中變性的面筋網(wǎng)絡(luò)發(fā)生破裂,微觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋,導(dǎo)致蛋白的持水能力降低。Ban 等[15]在冷凍速率對面團中冰晶大小影響的研究中指出冰晶的形成破壞了面筋蛋白的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同一凍藏時間下,復(fù)蒸饅頭的水分含量明顯高于凍藏饅頭,推測這主要與復(fù)蒸過程中濕度較大有關(guān)。
DSC 融化特性可以從冰晶融化吸熱的角度來反映其可凍結(jié)水的含量。在0 ℃左右的吸熱峰很可能是由于冰的融化而引起的,可用來估計樣品的可凍結(jié)水的含量[16]。凍藏對饅頭可凍結(jié)水含量的影響見圖2。
新鮮饅頭的△H 為27.54 J/g。隨著凍藏時間的延長,△H 逐漸增加,反映了可凍結(jié)水含量的增多,在凍藏60 d 內(nèi),△H 增加了6.32 J/g。研究認(rèn)為,凍藏過程中冰晶的形成會導(dǎo)致各組分持水能力的降低,水分游離出從而導(dǎo)致冰晶含量增多??紤]到水分子結(jié)冰后其體積比原來增加9%,隨冰晶含量的增多,以及部分冰晶發(fā)生冰的重結(jié)晶現(xiàn)象,生成較大冰晶,會加劇面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞[17]。
圖2 凍藏期間饅頭可凍結(jié)水的融化焓(ΔH)變化Fig.2 Changes in the melting enthalpy for freezable water in steamed bread during frozen storage
凍藏對饅頭水分狀態(tài)的影響見圖3和表2。
圖3為凍藏饅頭和復(fù)蒸饅頭的T2弛豫時間分布圖譜。在弛豫圖譜上有3 個擬合峰,其中峰1 和峰2 統(tǒng)稱為T21,主要代表的是與饅頭中淀粉和面筋等大分子物質(zhì)緊密結(jié)合在一起的水分,這部分水分子的流動性最低,為結(jié)合水或不可凍結(jié)鍵合水;第3 個峰T22位于10 ms 左右,通常被認(rèn)為是與面筋蛋白、淀粉等大分子結(jié)合的弱結(jié)合水,流動性相對較大,為半結(jié)合水或可凍結(jié)鍵合水[18]。
圖3 凍藏饅頭和復(fù)蒸饅頭的T2 弛豫時間分布圖Fig.3 Typical T2 relaxation time distribution curves of frozen steamed bread and re-steamed bread
由圖3可知饅頭中的水分以結(jié)合水和半結(jié)合水狀態(tài)存在,各狀態(tài)的弛豫時間以及相對應(yīng)的質(zhì)子密度如表2所示。在圖3(a)中,峰3 朝著高T2方向偏移且峰值降低,表明在凍藏過程中,饅頭中的半結(jié)合水含量減少,且變得更易流動。推測這與凍藏過程中產(chǎn)生的冰晶減弱了蛋白質(zhì)分子間的氫鍵作用,進而破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。試驗結(jié)果和關(guān)于饅頭可凍結(jié)水含量和失水率的變化與此結(jié)果相一致。
由表2可知,在凍藏60 d 內(nèi),復(fù)蒸饅頭的T21從0.61 ms 顯著降低到 0.30 ms(P<0.05),而凍藏 40 d 內(nèi)復(fù)蒸饅頭的A21沒有顯著變化,表明結(jié)合水在淀粉和面筋分子間遷移,然后同這些分子結(jié)合的更緊密,結(jié)合水的含量并沒有顯著變化,只是在淀粉和面筋分子間發(fā)生了重新分布。復(fù)蒸饅頭的質(zhì)子強度A22隨著凍藏時間的增加顯著降低(P<0.05),表明半結(jié)合水含量有所降低,可能是因為面筋網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后,導(dǎo)致弱結(jié)合狀態(tài)的水更易流失,與復(fù)蒸饅頭水分含量的降低一致[19]。
凍藏對饅頭比容的影響見圖4。
圖4 凍藏時間對饅頭比容的影響Fig.4 Effect of frozen storage time on the specific volume of steamed bread
由圖4可知,隨著凍藏時間的增加,凍藏饅頭以及復(fù)蒸饅頭的比容顯著降低(P<0.05),在凍藏60 d 時比容分別降低了約20%、12%。凍藏30 d 時,凍藏饅頭以及復(fù)蒸后的饅頭比容都有明顯增大。兩種饅頭的比容與饅頭失水率都呈顯著負(fù)相關(guān),復(fù)蒸饅頭的比容與可凍結(jié)水含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。表明饅頭比容的減小主要是因為凍藏過程中饅頭水分的損失和可凍結(jié)水含量的增加導(dǎo)致水分狀態(tài)變化以及面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞所引起的[20]。
質(zhì)構(gòu)是綜合評價食品的重要品質(zhì)[21]。質(zhì)構(gòu)分析有助于客觀評價饅頭品質(zhì)、反映饅頭的適口性。其中,硬度指饅頭達(dá)到一定形變所必須的力;黏附性表示探頭與樣品接觸時用以克服兩者表面間吸引力所必須做的功;回復(fù)性表示樣品的回彈能力;內(nèi)聚性表示饅頭內(nèi)部結(jié)合的緊密程度;咀嚼性指咀嚼固體樣品所需的能量。凍藏對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響見表3。為進一步探討凍藏期間以及復(fù)蒸后饅頭水分變化與質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性,現(xiàn)建立指標(biāo)間的相關(guān)性分析,見表4和表5。
由表3可知,在饅頭凍藏過程中,隨著凍藏時間的逐漸增加,饅頭的硬度和咀嚼性都顯著升高(P<0.05),在60 d 的凍藏期內(nèi),凍藏饅頭的硬度增加了近60%,饅頭口感變硬。當(dāng)凍藏30 d 時,饅頭的硬度和咀嚼性都有一定程度的降低,此時饅頭的比容也有顯著增大,饅頭的品質(zhì)較好。饅頭的回復(fù)性以及內(nèi)聚性顯著降低(P<0.05),回復(fù)性和內(nèi)聚性與饅頭品質(zhì)呈正相關(guān),數(shù)值越大,饅頭柔軟爽口、不黏牙。同樣發(fā)現(xiàn),復(fù)蒸饅頭的硬度和咀嚼性隨著凍藏時間的增加顯著增加(P<0.05),回復(fù)性和內(nèi)聚性顯著降低(P<0.05)。表明隨著凍藏時間的增加,饅頭口感變硬,內(nèi)部結(jié)構(gòu)變差。
表4 凍藏饅頭水分指標(biāo)與質(zhì)構(gòu)特性之間的相關(guān)性分析Table 4 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of frozen steamed bread
表5 復(fù)蒸饅頭水分指標(biāo)與質(zhì)構(gòu)特性之間的相關(guān)性分析Table 5 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of re-steamed bread
在表4中,饅頭的失水率與凍藏饅頭的硬度、黏附性和咀嚼性呈顯著正相關(guān),與回復(fù)性和內(nèi)聚性呈極顯著負(fù)相關(guān)。在表5中,饅頭的可凍結(jié)水含量與復(fù)蒸饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關(guān),與回復(fù)性和黏附性呈顯著負(fù)相關(guān)。
以上可以看出,饅頭硬度在冷凍30 d 后顯著升高,這可能與冰晶的生長有關(guān)。冰晶的生長會破壞蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致饅頭質(zhì)地變硬。而且,凍藏過程中,饅頭水分的減少會導(dǎo)致淀粉聚合物或蛋白與淀粉中氫鍵的形成,使饅頭變硬,這與Besbes[22]等的研究結(jié)果一致。此外,水分從饅頭芯向饅頭表皮的遷移,半結(jié)合水與大分子物質(zhì)結(jié)合的緊密程度降低和含量減少也是饅頭硬度增大、品質(zhì)劣化的一個原因[17]。
隨著凍藏時間的增加,饅頭的水分含量顯著降低,饅頭可凍結(jié)水含量的增加會導(dǎo)致失水率的顯著增大。同時,兩種饅頭中半結(jié)合水含量減少,且變得更易流動。饅頭的比容顯著減小,硬度和咀嚼性顯著增大。饅頭復(fù)蒸后,品質(zhì)還是有顯著的劣變。發(fā)現(xiàn)在凍藏30 d時,凍藏饅頭比容變大,質(zhì)構(gòu)特性有所改善,饅頭品質(zhì)較好;30 d 后,饅頭品質(zhì)顯著劣化。凍藏饅頭的失水率與饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關(guān),可凍結(jié)水含量與復(fù)蒸饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關(guān)。饅頭水分的變化有助于冰晶的生長以及蛋白與淀粉間形成氫鍵,從而導(dǎo)致饅頭品質(zhì)的劣化。研究發(fā)現(xiàn),在長時間的儲藏過程中,冰晶會破壞饅頭的質(zhì)地,建議儲藏時間不要超過30 d。