不同冻结方式对冷冻熟面品质的影响

陈建洋，张波波，程李琳，梁 宸，谢新华

(河南农业大学食品科学技术学院/农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南郑州 450002)

冷冻熟面由于其食用便捷、安全卫生而日益被消费者喜爱，并在速冻食品行业快速发展[1-2]。传统冰箱冻结速率慢，设备容量小，仅适用于家用。工业生产常采用隧道冻结装置，其冻结速率较快，但耗能高，设备占地面积大。液氮冻结主要通过直接接触的热交换方式实现食品的快速冻结，极大降低冻结能耗，减少设备投资和占地面积，已经广泛应用于肉制品、水产品、果蔬、菌类产品等的保存[3-4]，但是液氮冻结在速冻面制品中的应用还未见深入研究。

目前，对冷冻熟面条品质的研究主要集中在小麦粉、添加剂的使用和制作工艺上[5-7]，冯俊敏等[8]研究发现，速冻熟面的品质与面粉的粉质和糊化特性有一定相关性。骆丽君[9]研究结果表明，低温冷却能够维持面条品质，提升冷冻熟面的蒸煮特性和质构性质。Olivera等[10]研究发现，快速冻结可使意大利面的质构品质更接近于新鲜煮制品。以上结果说明，速冻工艺可影响冷冻熟面的品质，因此，研究不同冻结方式制作的冷冻熟面条的品质差异，对于提升冷冻熟面条的品质有着重要意义。本研究通过比较冰箱冻结、螺旋隧道冻结和液氮喷淋冻结3种冻结方式对冷冻熟面条的蒸煮特性、质构特性、水分分布、流变特性、微观结构的影响，以探索高品质的冷冻熟面条冻结工艺，为工业化生产冷冻熟面提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

金苑精制面-特制二等(蛋白质含量 11.1%)，河南金苑粮油有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 冷冻熟面制作

将3 g食盐溶解在64 g水中，取200 g面粉与盐水混合后用和面机和面15 min；制成的面絮覆盖保鲜膜，室温下静置20 min；面团依次通过3.0 mm、2.5 mm、2.2 mm、2.0 mm的辊缝2次，制成2 mm×2 mm×20 cm的面条[11]。将制得的面条置于500 mL沸水中煮制4 min、冷水浸泡1 min、沥干1 min后备用。将制作好的熟面进行三种冷冻处理：BD/BC-140SA冰柜冻结(refrigerator freezing method,RF，-30 ℃)2 h;HJLSY-Ⅱ单螺旋隧道冻结机冻结(spiral tunnel freezing method,SF，-35 ℃)30 min;LNFT-1液氮喷淋式速冻机冻结(liquid nitrogen spray freezing method,LF，-80 ℃)15 min。以未处理面条为对照。

1.2.2 冷冻熟面蒸煮特性测定

取1.2.1中不同处理的冷冻熟面(W0)约 50 g，在室温下解冻后，置于500 mL沸水中，煮制60 s；将面条捞出并在冷水中浸泡60 s，沥干水分，称重(W1)。将煮面液和浸泡液放于电炉上加热至液体在250 mL以下，收集在容量瓶中，用去离子水定容至250 mL；取50 mL转移到烧杯(预干燥至恒重 )中，105 ℃干燥至恒重。使用等式(1)和(2)计算复煮后面条的干物质损失率和吸水率[12]。

干物质损失率=(W3-W2)/W0×100%

(1)

吸水率=(W1-W0)/W0×100%

(2)

W0、W1为烹饪前、后冷冻熟面的质量(g)；W2为空的预干燥烧杯重量(g)；W3为蒸煮后含干物质的烧杯的重量(g)

1.2.3 冷冻熟面质构特性测定

将冷冻熟面按照1.2.2方法解冻、复煮后捞出，冷却至室温，使用TA-XA PLUS质构仪(英国Stable Micro System公司)测定面条硬度、弹性、咀嚼性和拉伸性指标。

质构指标测定：选取1根粗细均匀的面条样品，取其中间部位切成6 cm的小段；采用p50探头，测试速率均为0.8 mm·s-1;触发力5 g;压缩比70%；次压缩时间间隔5 s。每组样品6次平行重复，去掉最大、最小值后取平均值。

拉伸指标测定：选取1根粗细均匀的面条样品，取其中间部位切成10 cm的小段进行拉伸测试。选用A/SPR探针，测试速度均为1.5 mm·s-1，拉伸距离80 mm[13]。每组样品7次平行重复并去掉最大、最小值后求平均值。

1.2.4 冷冻熟面水分分布测定

取1.2.1中不同处理的冷冻熟面(约1 g)在室温下解冻后放入直径15 mm的硼硅玻璃样品管，封口，放置于TPQ001 MicroMR柜式核磁共振成像仪中(上海纽迈电子科技有限公司)。使用参数为： TD=80×140，NS=8，TR=2 000 ms，TE=150 μs。利用多脉冲回波(Carr-Purcell-Meiboom- Gill)序列测定横向弛豫时间T2[14]。通过分析得到样品中含有的强结合水T21、弱结合水T22、自由水T23和相对应的峰面积比例(A21、A22、A23)。

1.2.5 冷冻熟面动态流变特性测定

将解冻后的冷冻熟面条重新揉成面团，使用DHR-2动态流变仪(美国TA仪器有限公司)，直径为40 mm的动态流变仪平板，间隙设置1.000 μm。修边间隙50 μm、油封。1.000 μm下平衡 5 min，释放残留压力后，在恒定应变0.5%，扫描频率0.01～50 Hz下测试面团的储能模量和损耗模量[15]。

1.2.6 冷冻熟面微观结构观测

使用Virtis型冻干机(美国SP Scientific)将冷冻熟面冻干后切取部分，截面朝上固定并喷金，选取合适的面条横截面在Talos F200S 扫描电子显微镜(美国ThermoFisher公司)下进行观测并拍照。

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0对数据进行统计分析，用Excel进行作图，所有试验均重复3次。

2 结果与分析

2.1 冻结方式对冷冻熟面蒸煮特性的影响

由表1可知，三种冻结方式均导致面条复煮后干物质损失率较新鲜面条显著增加，吸水率显著降低，LF和RF组冷冻熟面复煮后的干物质损失率显著低于RF组(P<0.05)，而吸水率3者间无显著性差异。这表明冻结方式能够显著影响熟面解冻复煮后的干物质损失率，较低的冷冻温度能降低干物质损失率，可能因为较快冷冻速度能更好地保留面筋网络结构的结合能力[16]。

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

2.2 冻结方式对冷冻熟面质构特性的影响

冰晶的形成会破坏面筋网络内部的结合能力，对面条的TPA和拉伸指数产生负面影响[17]。由表2可知，三种冻结方式处理的面条质构性质均显著低于FN(P<0.05)。三种冻结方式比较，随着冻结温度的降低，面条的硬度、弹性、咀嚼性和最大拉伸距离均显著增加；RF和SF处理的硬度、最大拉伸距离显著低于LF组；RF处理的弹性、咀嚼性显著低于LF和SF组；SF组的弹性和咀嚼性低于LF组，但差异不显著。

表2 不同处理冷冻熟面的TPA、拉伸指标Table 2 TPA and stretching index of frozen cooked noodles with different treatments

2.3 冻结方式对冷冻熟面水分状态的影响

不同冻结方式处理面条T2弛豫时间的分布见图1。三个峰分别代表了强结合水(T21)、弱结合水(T22)和自由水(T23)。强结合水是能够与面团中的面筋蛋白或淀粉等组分深层结合的水，弱结合水是与面团中淀粉或蛋白质等结合较弱的水，结合能力在强结合水和自由水之间，自由水是不与任何组分相结合的水[18]。由表3可知，三种冻结方式处理的冷冻熟面与FN相比，A21显著减小，A22、A23增加，因为冷冻导致了强结合水向弱结合水、自由水方向转化[19]。三种冻结方式比较，LF和SF组的A21显著高于RF组(P< 0.05)，A22和A23显著低于RF组(P<0.05)。LF组各项指标与SF组无显著性差异。

图1 不同处理冷冻熟面的弛豫时间积分面积图

表3 不同处理冷冻熟面的水分分布Table 3 Moisture distribution of frozen cooked noodles under different treatments %

2.4 冻结方式对冷冻熟面流变特性的影响

三种不同冻结方式处理的冷冻熟面在室温下解冻、成团后的弹性模量(G′)和黏性模量(G″)如图2所示。在频率范围0～50 Hz内，G′、G″随扫描频率的增加而增大。三种冻结方式都导致G′和G″下降。因为冷冻会导致离子键的破坏，降低面团的弹性和面团中的蛋白质聚合与交联程度，从而降低面条的强度[20]。样品的G′、G″值变化幅度越小，对样品的黏弹性的影响越小。三种冻结方式比较，同一频率下LF组的模量最大，其次为SF组、RF组。

图2 不同处理冷冻熟面的动态流变学特性

2.5 冷冻熟面微观结构观察

由图3可知，RF处理的冷冻熟面，在冷冻干燥后形成的孔隙较大。SF和LF在冷冻干燥后形成的孔隙较小。孔洞是冷冻熟面中的冰晶原位升华造成的。冷冻熟面在冷冻干燥后留下的孔隙越大说明面条的面筋网络结构破坏更严重，面条的弹性和韧性降低[21]。三种冻结方式中，LF组处理的冷冻熟面结构更紧密，孔隙数量最少、面积最小，面筋网络结构均匀、致密，表面粗糙度最低[22]。

图3 冷冻熟面微观结构

3 讨 论

蒸煮品质是评价面条品种的重要指标之一，复煮损失率低、吸水率高的面条品质好。Nouviaire等[23]发现，热处理可导致蛋白质变性，促使意大利面结构硬化，淀粉浸出减小，从而减少了烹饪损失；冷冻会增加面条的蒸煮损失率。本研究表明，与SF相比，LF、RF能够显著降低因冻结导致的冷冻熟面复煮损失率。这可能是由于一般低温会导致的冰生长和再结晶使面条内部结构出现大孔洞，蛋白质网络变差，很难有效地捕获低分子，导致直链淀粉和可溶性蛋白质易溶出；更低的冻结温度能够减少因一般冻结导致的氢键、疏水键以及蛋白质变性发生的离子键破坏，使冷冻熟面的干物质损失率显著减小。这与邢丽君等[24]对紫薯粉条品质研究结果相似。

质构特性是判断食品质量和新鲜度的重要指标。LF组处理的冷冻熟面质构品质显著优于SF组和RF组，更接近新鲜面条，具有更好的口感。这可能是由于较大的冰晶对面条造成的损害更大，严重减弱了面筋网络；随着冻结温度的降低，结冰速度加快，形成的冰晶更小、分布更均匀，对面条结构的破坏则较小。Pan等[16]在研究不同低温冰箱冻结对冷冻熟面品质的影响中也发现，更低的冻结温度可有效减少冷冻熟面的品质 劣变。

水分分布和存在状态对冷冻熟面品质有重要影响。Liu等[25]认为，在冷冻过程中防止冷冻熟面的水分迁移和减小冰晶的生长能够提高冷冻熟面的品质。本研究结果表明，冷冻会导致水与其他物质的结合减弱，造成自由水增加，这可能是由于冷冻破坏了面条原有的结构；随着冻结温度的降低，抑制强结合水向弱结合水和自由水转移的作用越明显，增加了面条的水分稳定程度。

面团是既有黏性流体特征又有弹性固体特征的一种材料。于 晴等[26]发现，菊粉的加入能够促进冷冻熟面弹性网络的形成，改善冷冻熟面的冻藏品质。本试验结果显示，三种冷冻方式均降低了面条的弹性。这可能是冷冻导致面条体系中高聚物的含量减小，聚合度减小。相同频率下，比较不同处理组的G′、G″值发现，LF处理组解冻后的值接近于对照组，其次是SF处理组，RF处理组解冻后的值最低。这说明LF处理对面条的黏弹性影响最小，能够较大程度地保持面条原有的体系[27]。这与李杰平[28]研究结果一致。

微观结构显示，三种冻结方式中，LF可有效改善冷冻熟面的冷冻和冷冻干燥后的三维网络结构，减小因冰晶膨胀力导致的孔隙结构破坏。说明LF比SF和RF更有利于维持冷冻熟面的质量。这与Zheng[29]等在研究不同冻结方式对凉皮的影响中得到的结论相似。

综上可得，经LF处理的冷冻熟面解冻后的品质与新鲜熟面最相近，RF 处理的冷冻熟面解冻后与新鲜熟面相差最大，SF处理介于两者之间。这是由于在冻结过程中，面条中的水分形成冰晶，冰晶对冷冻熟面的内部结构有破坏作用，而LF组能够快速经过最大冰晶生成带温度区域 (-1 ℃～-5 ℃)，形成的冰晶更细小，分布更均匀[30]，从而使面筋网络结构受到的机械损伤越小。说明冷冻熟面制作中，液氮喷淋冻结比传统企业化的螺旋隧道冻结更有优势，冰箱冻结则不利于保持冷冻熟面的质量。