液氮間歇式浸漬凍結對餃子凍裂率及感官品質特性的影響

雷萌萌,艾志錄,潘中閃,潘治利,賈若南,黃忠民,*

(1.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002; 2.國家速凍米面制品加工技術研發專業中心,河南鄭州 450002; 3.農業農村部大宗糧食加工重點實驗室,河南鄭州 450002; 4.河南省冷鏈食品工程技術研究中心,河南鄭州 450002)

近年來,隨著人們生活節奏加快,速凍預制食品在現代飲食發展中的優勢越來越凸顯,速凍餃子和湯圓居于主導地位[1]。目前速凍餃子工業生產大都采用隧道凍結,行業能耗高,效率低,設備投資多,占地面積大。因此,創新開發新型凍結技術和設備,降低生產耗能提高效率,對速凍調理食品行業的發展有著非常重大而深遠的意義[2-3]。

液氮凍結是利用液氮-196 ℃的超低溫,使得食品中的水分在極短時間內迅速形成細小冰晶,是目前食品最快捷的凍結方式,主要有液氮浸漬凍結、液氮冷氣循環式凍結和液氮噴淋凍結[4-5]。作為一種新型凍結技術,液氮凍結技術具有凍結速度快、設備占地面積小、安全穩定、無污染等優點[6-8],已經廣泛應用于肉制品、水產品、果蔬、菌類產品等速凍食品生產中[9-10]。Kaale等[11-12]研究結果表明三文魚凍結速率不同時,組織內形成冰晶大小不同,快速凍結時形成大量胞內小冰晶,慢速凍結則形成大量大冰晶。Alhamdan等[13]分別采用液氮超低溫凍結、單體快速冷凍和傳統的慢凍方式處理新鮮食品及測定其貨架期,發現液氮凍結的食品在相同儲存期內品質最好。王嶸等[14]研究了液氮在禽類食品中的應用,結果得出液氮凍結后的禽體解凍后可保持原有的色、香、味及新鮮狀態;魯珺等[15]研究了銀鯧魚在液氮速凍、平板速凍、冰柜速凍下品質及微觀結構的變化,結果表明液氮深冷速凍對銀鯧魚凍藏品質維持效果最佳;樊建等[16]研究了液氮速凍松茸工藝,表明在一定的工藝條件下對新鮮松茸進行噴霧式流態化速凍,可很好保持松茸的營養和商品價值;章斌等[17]對香蕉片凍結過程的影響因素進行了研究,表明液氮速凍更有利于保持香蕉片的色澤、PPO和POD的活性,降低汁液的流失率。但是由于在急速降溫過程中,食品組織內應力較大,組織致密的面米食品極易產生產品龜裂,凍裂率高等問題一直制約著液氮技術在速凍面米食品中的應用。

食品采用液氮凍結分為三個過程:當把食品放入液氮凍結液的初期,剛開始從初溫到冰點時,液氮的凍結速度極快,食品表面迅速吸附凍結液,食品內部的水分與溶質開始發生熱量傳遞,此時放出的是顯熱;中間過程食品內大部分水分結成冰晶,由于潛熱比顯熱大約50～60倍,在凍結過程中絕大部分熱量在此階段放出,此時食品離開凍結液的液面后在間隔的時間段內內部結冰晶由外向里推移有一個緩凍的過程[18]。實驗室前期采用改變和面時水面質量比、面團靜置時間等對液氮浸漬凍結餃子的工藝進行優化,通過改變面坯組織水分狀態,降低急速冷凍過程內應力,研究結果將餃子凍裂率降到37%[19],工業生產次品率仍較高,很難推廣應用。在此基礎上,本文通過探究液氮凍結浸入時間、間隔時間及浸入次數對餃子凍裂率的影響,確定液氮間歇式浸漬凍結餃子的最佳工藝條件,并以低溫冰箱凍結、螺旋隧道式凍結為對比,分析液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮色差、質構、感官品質、微觀結構及餃子煮后感官品質的影響,以期為液氮凍結技術在速凍面米食品中的應用提供一定的理論基礎和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

精制肉餡 雙匯集團;餃子皮 購買于雙匯公司門店,直徑70 mm,厚度1.4～1.5 mm;大豆組織蛋白 山東御磐豆葉業蛋白有限公司;金龍魚調和油 益海嘉里食品營銷有限公司;低鈉精純鹽 河南省衛群多品種鹽有限公司;十三香 王守義十三香調味品集團有限公司;海天特級草菇老抽 廣東省佛山市高明區滄江工業園東園;香菇、液氮(純度99.999%) 市售。

單螺旋速凍隧道機(產量:60 kg/h,定制) 鄭州亨利制冷設備有限公司;10 L保溫液氮罐(定制) 新鄉市新亞低溫容器有限責任公司;TA-XAPLUS質構儀 英國Stable Micro Systems;CR-5色彩色差計 KONICA MINOLTA INC公司;SIEMENS冰箱 博西華家用電器有限公司;140-SA變溫冷凍冷藏箱 浙江星星冷鏈集成股份有限公司;GM 320紅外溫度計 深圳市聚茂源科技有限公司;WK2102電磁爐 美的集團股份有限公司;SU3500 型掃描電子顯微鏡 日立儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 餃子餡料主要由豬肉、香菇、大豆組織蛋白組成。大豆組織蛋白在60～70 ℃水中浸泡20 min,撈出后離心脫水后使用多功能攪拌機破碎至粒徑為3～5 mm備用;將豬肉斬切成肉糜,香菇破碎至3～5 mm備用;將處理好的豬肉、香菇、大豆組織蛋白按照1∶1∶1質量比稱量,加入適量的油、醬油、食用鹽調制均勻。按照皮餡質量比1∶1.3,采用對折法進行餃子的包制[20],平均每個餃子的質量控制在18～20 g。

1.2.2 液氮間歇式浸漬凍結對餃子凍裂率的影響 在耐低溫容器中裝入液氮,將餃子置于漏勺中浸入到容器液面以下,一定時間后離開液面,間隔數秒后繼續浸入,重復浸入直至餃子中心溫度值達到-18 ℃為止。

1.2.2.1 液氮浸入時間對餃子凍裂率的影響 以20 s為單次浸漬基準時間,5 s為時間梯度,依次測量餃子在20、25、30、35、40 s下的凍裂率和熱中心溫度,分析液氮浸入時間對餃子凍裂率和熱中心溫度的影響。

1.2.2.2 液氮單次浸入時間、間隔時間和浸入次數對餃子凍裂率的影響 以單次浸入液氮時間2、3、4 s為基準,分別間隔10、12、15 s,重復浸入次數直至中心溫度值達到-18 ℃為止,探究液氮單次浸入時間、間隔時間和浸入次數對餃子凍裂率和熱中心溫度的影響。

1.2.3 餃子及餃子皮凍結處理 將餃子皮分別采用低溫冰箱凍結(-24 ℃,2 h)、螺旋隧道凍結(-37 ℃,30 min)、液氮間歇式浸漬凍結(-196 ℃,每次浸入2 s,間隔10 s,總浸入次數2次)三種凍結方式處理,分別進行色差值、質構特性的測定及微觀結構的觀察。

將包制好的餃子分別采用低溫冰箱凍結(-24 ℃,2 h)、螺旋隧道凍結(-37 ℃,30 min)、液氮間歇式浸漬凍結(-196 ℃,每次浸入時間2 s,間隔時間10 s,總浸入次數8次)三種凍結方式處理,進行感官指標的測定。

1.2.4 餃子凍裂率的計算 判斷餃子凍裂的規則為:餃子凍品置于常見亮度下,用肉眼觀察餃子表皮層存在大于1 mm長或者寬的裂紋即為凍裂[12]。餃子凍裂率按下列公式計算:

凍裂率(%)=n/N×100

式(1)

式中:n為凍裂餃子總數;N為實驗樣品總數。

1.2.5 餃子皮色差的測定 餃子皮色澤測量采用CIE(Commission Internationale de L′Eclairage)L*a*b*表色系統測定法。其中,L*表示亮度;a*正值表示偏紅,負值表示偏綠;b*正值表示偏黃,負值表示偏藍[21]。取新鮮餃子皮作為空白對照,測定樣品色差。

1.2.6 餃子皮質構特性的測定 取新鮮餃子皮作為空白對照組,把四組餃子皮分別放入煮沸的開水中煮3 min至白芯消失,然后用笊籬撈出,放入25 ℃水中冷卻1 min,濾去表面的冷卻水后,立即將餃子皮平鋪在質構測定樣品臺中央,進行質構測定[22],質構測定參數為:采用P/50探頭,壓縮比70%,測前、測中、測后速度分別為3、1、5 mm·s-1,觸發力為0.05 N。

1.2.7 餃子皮微觀結構的觀察 將1.2.3凍結處理的餃子皮進行真空冷凍干燥[23],凍干參數:捕水器溫度-60 ℃,加熱溫度25 ℃,真空度設定值1 Pa,干燥時間24 h。凍干后的皮樣切成約1 cm×1 cm的塊狀,選取較為平整的斷面作為觀察面向上貼在掃描電鏡樣品臺上,利用噴涂儀對其進行鍍金處理,使用掃描電子顯微鏡分別放大1000、2000倍對樣品觀察拍照,觀察樣品剖面形貌。

1.2.8 餃子感官品質的測定 每組隨機拿取25個餃子放入3000 mL開水鍋中進行煮制,煮制時間為5 min,將煮熟的餃子撈出20個進行感官品嘗,鍋中剩余5個餃子繼續煮5 min,測定餃子的耐煮性[24],觀察餃子湯的渾湯度。由10位人員組成評定小組,對餃子進行感官評定,記錄感官評定的結果,評分取平均值,評分標準見表1。

表1 餃子感官品質評分表Table 1 Dumpling sensory quality score sheet

1.3 數據分析

使用SPSS 16.0、Excel 2016分析處理數據,每組實驗重復9次,數據采用平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 液氮浸入時間對餃子凍裂率的影響

液氮浸入時間對餃子凍裂率的影響見表2,由表2可以看出,液氮浸入時間為20、25、30、35 s時餃子中心溫度不能全部達到-18 ℃以下,在40 s時餃子的中心溫度均達到-18 ℃以下,但餃子的凍裂率為66.7%,破損嚴重,與實驗室前期研究結果一致[7]。這可能是由于液氮的溫度極低,導致冷凍速度極快,從而在餃子表面與中心之間會產生極大的瞬時溫差,膨脹壓力較大,因此,液氮浸入時間越長,餃子越容易發生破裂[25]。

表2 液氮浸入時間對餃子凍裂率的影響Table 2 Effects of immersion time of liquid nitrogen on freezing cracking rate of dumplings

2.2 液氮單次浸入時間、間隔時間和浸入次數對餃子凍裂率的影響

以單次浸入液氮時間2、3、4 s為基準,間隔時間10、12、15 s為梯度,分析間隔時間和浸入次數對餃子凍裂率的影響,結果見表3。結果表明:隨著浸入次數增加及單次浸入時間的延長,餃子中心溫度呈下降趨勢,凍裂率的總體變化呈上升趨勢;隨間隔時間的延長,凍裂率呈減小趨勢,但是間隔時間過長,對液氮的消耗量較大。這可能是由于把餃子放入液氮凍結液的初期,液氮的凍結速度極快,餃子皮表面迅速吸附凍結液,餃子內部的水分開始凍結,當單次浸入液氮時間較短時,直接與液氮接觸的餃子外部溫度低、內部溫度較高,因此在離開液氮凍結液的液面間隔時間內餃子由外向內發生溫度傳遞,此時餃子整體凍結速率相對降低,不會使其因瞬時溫差產生的膨脹壓力而發生破裂[26-27]。當凍結速度超過一定極限時,熱應力會引起食品的低溫斷裂;凍結速度越快,低溫斷裂越嚴重[28]。隨著餃子浸入次數的增加,整體溫度持續降低,達到一定的溫度后由于溫度過低餃子仍易發生凍裂;當單次浸入時間較長或間隔時間較短時,溫差仍較大則易發生破裂;當間隔時間過長,則總體用時過長且液氮消耗量較大。因此,綜合分析可得:液氮凍結餃子的最佳工藝時間參數為單次浸入2 s,間隔10 s,浸入8次時餃子中心溫度均達到-18 ℃以下且凍裂率為0。本文液氮凍結處理餃子均按照此方法進行。

表3 液氮單次浸入時間、間隔時間 和浸入次數對餃子凍裂率的影響Table 3 Effects of single immersion time,interval time and immersion times of liquid nitrogen on freezing cracking rate of dumplings

2.3 液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮色差的影響

以常規凍結方式螺旋隧道凍結、冰箱凍結處理為對比,液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮色差的影響見表4。由表4可知,采用不同方式凍結后,餃子皮亮度均有不同程度的提高,凍結溫度越低,亮度值越高,其中液氮間歇式浸漬凍結餃子皮L*值、a*值顯著高于其他組別(P<0.05),與新鮮未凍結餃子皮差異最大。與新鮮餃子皮相比,隧道凍結組、液氮凍結組b*顯著下降(P<0.05)。這可能是由于急速凍結過程形成極其細小的冰晶,使冷凍狀態下的食物顏色變淺,從而更有效地散射光線,而隨著凍結速率的增加,冰晶面積的比例減少,L*值、a*值增大,b*值減少[29-30]。

表4 液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮色差的影響Table 4 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on the color difference of dumpling wrappers

2.4 液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮質構的影響

液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮質構特性的影響見表5。由表5可知:三種不同凍結方式處理的餃子皮硬度差異顯著(P<0.05),其中液氮間歇式浸漬凍結處理的餃子皮硬度最小,與新鮮未處理組差異不顯著(P>0.05);三種凍結方式處理后餃子皮彈性無顯著差異(P>0.05);與新鮮未處理組相比,液氮間歇式浸漬處理餃子皮彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性差異不顯著(P>0.05)。這可能與餃子皮內部組織水分分布有關,凍結過程中,水分發生遷移,冰晶的生長對餃子皮內部網絡結構造成一定機械破壞,使得餃子皮內外層含水量發生改變,硬度值提高,凍結速率越快,形成冰晶速度越快,水分遷移越小[31-32]。液氮凍結時凍結速率最快,水分遷移最小,因此煮后硬度最小,黏聚性、咀嚼性最接近新鮮未處理組餃子皮的質構品質特性。

表5 液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮質構品質特性的影響Table 5 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on the quality characteristics of dumpling wrappers

2.5 液氮間歇式浸漬凍結對餃子皮微觀結構的影響

不同凍結方式處理餃子皮樣的掃描電鏡圖見圖1。由圖1可知,在放大倍數1000×時,冰箱凍結處理的皮樣淀粉顆粒裸露數量明顯多于螺旋隧道凍結處理的皮樣和液氮間歇式浸漬式凍結處理的皮樣。結合放大倍數2000×時的掃描電鏡圖分析,冰箱凍結處理的皮樣形成的孔洞明顯較大且少,即凍結時形成了大量的大冰晶,較大的孔洞破壞了面筋蛋白網絡的完整性,造成淀粉顆粒裸露在外。螺旋隧道凍結處理的皮樣形成的孔洞較小且較多,面筋蛋白網絡較完整,淀粉顆粒被蛋白網絡包裹在內,煮制過程中可降低渾湯程度。液氮間歇浸漬式凍結處理的皮樣由于液氮溫度低,凍結時凍結速率快,形成了大量的小冰晶,因此餃子皮中形成孔洞最小且最多,可以使冷凍狀態下的食物顏色變淺,從而更有效地散射光線,提高冷凍食品外觀質量,同時改善了速凍產品的質構特性等部分品質,但是過多的孔洞可能破壞了面筋網絡結構,導致餃子耐煮性較差,煮制過程中出現渾湯現象,有待進一步研究解決。

圖1 不同凍結方式處理餃子皮樣的掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron micrograph of dumpling wrapper samples treated by different freezing methods

2.6 液氮間歇式浸漬凍結對餃子的感官評定結果的影響

由表6可知,與新鮮未處理餃子相比,隧道凍結組、液氮凍結組感官總分差異不顯著(P>0.05),冰箱凍結組顯著降低(P<0.05)。液氮間歇式浸漬凍結后餃子色澤、外觀評分顯著提高(P<0.05),均優于其它兩組;三種凍結方式處理后餃子的完整性均顯著性降低(P<0.05),口感、餃子湯澄清度均無顯著性差異(P>0.05);除隧道凍結組外,冰箱凍結組、液氮凍結組耐煮性顯著降低(P<0.05)。可能由于液氮凍結時凍結速率較快,餃子皮內部形成多而小的孔洞,破壞了面筋網絡結構,導致餃子耐煮性較差,餃子出現混湯現象,但是整體而言其口感與總分最接近新鮮未處理餃子。

表6 液氮間歇式浸漬凍結對餃子的感官品質的影響Table 6 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on sensory quality of dumplings

3 結論

以凍裂率作為指標,可以得出液氮間歇浸漬式凍結餃子的最佳凍結工藝時間參數為:單次浸入液氮2 s,間隔時間為10 s,浸入8次,總時間86 s,此時餃子中心溫度值均能達到-18 ℃以下且餃子凍裂率為0。液氮間歇式浸漬凍結處理樣品的硬度較低、彈性最好、咀嚼性適中,色澤、感官品質和微觀組織結構均優于傳統冰箱凍結、螺旋隧道凍結,同時感官評分最接近新鮮未凍結餃子。通過掃描電子顯微鏡觀察餃子皮微觀結構結果表明,液氮間歇浸漬式凍結處理后餃子皮形成孔洞小而多,即形成了大量的小冰晶,可以使冷凍狀態下的食物顏色變淺,從而更有效地散射光線,提高冷凍食品外觀質量,同時改善了速凍產品的質構特性、提高了感官品質,但是過多的孔洞可能破壞了餃子皮中面筋網絡結構,導致餃子耐煮性變差,有待進一步研究解決。本實驗為液氮凍結在速凍面米食品的應用提供了一定的理論支持與技術支撐。