弋陽年糕加工過程品質及體外消化特性變化

楊晨希，花旺忠，余麗琴，熊 華，趙 強*

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047;2.江西省弋陽縣農業局水稻原種場，江西 弋陽 334400;3.江西省農業科學院水稻研究所，江西 南昌 330200)

年糕作為一種傳統食品，通常是用糯米等黏性較大的米或米粉蒸制而成，在中國具有悠久的歷史。年糕不但味道香甜可口，而且營養豐富，除了碳水化合物外還有蛋白質、鈣、鉀、鎂、磷等營養物質[1]。江西省自然條件得天獨厚，稻種資源豐富[2]，在弋陽縣有獨特的制作弋陽年糕專用水稻品種——弋陽大禾谷，屬南方特有粳稻品種，米質特優，非常適宜加工年糕、八寶飯[3]。選用優質純正的弋陽大禾谷為原料制成的弋陽年糕至今已有1200多年的歷史[4]，以白潔玉潤、柔韌爽滑、不黏不膩、久煮不糊而著稱，已被列為江西省非物質文化遺產。

盡管弋陽年糕在北京、上海、南昌等地具有一定的知名度，但由于傳統弋陽年糕多以手工制作，產量低，易老化開裂且不易儲存，且具有一定的季節性，因此市場占有率不高。當前，弋陽年糕產業中為數不多的中小企業引入了現代機械化生產工藝(多為自制生產線)，加工效率和衛生指標均超過傳統的手工產品，保質期可達一年以上[5]，滿足了一定的市場需求。在年糕生產過程中，涉及淀粉的糊化、擠壓、高溫滅菌和真空包裝等環節。淀粉糊化后能形成具有一定彈性和強度的凝膠，凝膠的黏彈性、強度等特性直接影響到淀粉粉條的加工性能及品質[6]；淀粉擠壓后會發生部分降解[7]，且會對年糕的結構和品質產生很大影響；短時間高溫滅菌已被證實能夠最大限度破壞細菌等微生物但較少損失營養成分[8]，但對年糕的理化性質的影響猶未可知；真空包裝后年糕儲藏不同于散裝和傳統的清水保存，其無氧環境抑制了霉菌生長，延長了貨架期[1]，但隔絕空氣的環境對淀粉的結構和特性的影響少見報道。此外，年糕作為淀粉質食品，對餐后血糖應答的影響逐漸受到更多人的關注。攝入低血糖生成指數的碳水化合物對預防和控制慢性病有重要作用[9]。

因此，基于多方面的考慮，嘗試采用自制的機械設備加工線優化弋陽年糕制作工藝，在生產線上完成包括大米漂洗后打粉與水混合、擠壓制成空芯孔狀結構、熟化、擠壓成型、高溫滅菌、真空包裝等環節，對不同階段結束后年糕取樣，研究加工過程對弋陽年糕品質及消化特性的影響及其變化規律，為今后弋陽年糕及地方特色大米制品的加工工藝優化提供理論及數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗原料：弋陽縣麻殼大2號大禾谷，GB 5009.3—2010直接干燥法[10]測得水分含量為12.54%，Megazyme試劑盒法測得淀粉含量為73.34%，GB/T 15683—2008方法[11]測得直鏈淀粉含量占淀粉總量的15.55%，GB/T 5009.5-2003 凱氏定氮法[12]測得蛋白質含量為6.95%，GB 5009.6—2016索氏抽提法[13]測得粗脂肪含量為0.85%，GB 5009.4-2016方法[14]測得總灰分含量為0.56%。

試驗試劑：α-淀粉酶、葡萄糖苷酶購于sigma公司；葡萄糖測定(GOPOD法)試劑盒購于愛爾蘭megazyme公司；濃鹽酸、乙酸鈉、乙醇均為分析純，購于西隴化工股份有限公司；甲醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、十二烷基苯磺酸鈉、碘化鉀為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司；碘試劑為分析純，購于天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

年糕熟化擠壓切片連續生產機械(自制)，江西弋陽慈母家年糕廠；BS 224S電子分析天平，上海奕宇電子科技有限公司；磁力攪拌水浴鍋，金壇市良友儀器有限公司；DHG-9240電熱恒溫鼓風干燥箱，上海柏欣儀器設備廠；FD-1真空冷凍干燥機，北京神泰偉業儀器設備有限公司；TU-1900紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；JSM 6701F場發射掃描電鏡，日本日立公司；D8-FOCUS粉末衍射儀，德國Bruker公司；Nicolet 5700傅里葉紅外光譜儀，美國Thermo公司；TA-XT質構分析儀，美國TA Instrument公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 弋陽年糕的制作

將弋陽大米在液位沒過物料的水中浸泡24 h，清洗一次，濾除水分，將大米粉碎并擠壓成外徑7 mm，內徑3 mm，長30 mm的小段空芯結構(擠壓階段)，利用105 ℃高溫加熱15 min(熟化階段)，機械擠出成型(成型階段)，稍冷卻后真空包裝，放入高壓滅菌鍋中滅菌20 min(105 ℃，0.15 MPa，高溫滅菌階段)，室溫儲藏2個月(儲藏階段)。分別在擠壓成空芯結構之后、高溫加熱15 min之后、擠出成型之后、滅菌20 min之后、儲藏2個月之后取適量樣品用于接下來的實驗。

1.3.2 年糕基本成分

水分測定采用GB 5009.3—2010直接干燥法[10]。

淀粉含量測定采用Megazyme試劑盒法：準確稱量100 mg樣品加入試管，確保位于試管底部。加入5 mL乙醇溶液(80%V/V)，80 ℃～85 ℃孵育5 min。渦旋混勻，再加入5 mL乙醇溶液(80%V/V)，1 800 g離心10 min，去除上清。加入2 mL 2 mol氫氧化鉀溶液，冰水混合浴中攪拌20 min，重懸粉末和溶解抗性淀粉。加入8 mL 1.2 mol的醋酸鈉緩沖液(pH 3.8)至每個試管，立即加入0.1 mL 1000 U·mL-1耐熱α-淀粉酶(pH 5.0，100 mM醋酸鈉稀釋)和0.1 mL 3 300 U·mL-1淀粉葡萄糖苷酶，充分混合，在50 ℃下孵育30 min，間斷混勻。將全部溶液轉移至100 mL容量瓶中，定容后取部分溶液1 800 g離心10 min。取0.1 mL上清液，加入3 mL GOPOD溶液，50 ℃孵育20 min，在510 nm下測定吸光度。設置葡萄糖對照和試劑空白對照組。

直鏈淀粉含量測定參考GB/T 15683—2008方法[11]。

1.3.3 年糕的蒸煮特性

蒸煮特性的測定參照胡文軒等[15]的方法，稍作改動。將5 g左右的年糕樣品在含有50 mL蒸餾水的燒杯中沸水浴中蒸煮6 min；蒸煮后，將內容物轉移到濾紙上以除去表面水；然后將煮熟的樣品精確稱重，以計算樣品的吸水率。將5 g左右的年糕樣品在含有50 mL蒸餾水的燒杯中沸水浴中蒸煮6 min；除去樣品的固體試樣，將溶液轉移至鋁盒中在110 ℃下在烘箱中蒸發直至完全干燥；稱量干燥的固體，以計算蒸煮損失。

1.3.4 年糕的質構特性

將年糕樣品沸水煮6 min，使用p/36R探頭的TA-XT plus質構分析儀在TPA模式下測定樣品的硬度、彈性、內聚性、膠著性、咀嚼性和回復性，以1 mm/s的速度將每個樣品壓縮2次，變形水平設置為原始樣品的50%。

1.3.5 年糕的感官評價

年糕的食用品質評價參考郭鑭等[16]的方法，稍作改動。蒸煮20 min后的年糕由經過訓練的10位感官評價人員對年糕的外觀、色澤、氣味、口感和雜質進行感官綜合評價，評價標準見表1。

表1 年糕感官評分

1.3.6 傅里葉紅外圖譜

利用傅立葉紅外光譜儀對凍干后的年糕樣品進行掃描，掃描范圍為4000～400 cm-1，掃描次數為32次，分辨率為4 cm-1。采用PeakFit 4.12軟件對紅外光譜的1200～800 cm-1段進行Gauss去卷積，其中半峰寬設置為19 cm-1，記錄去卷積后1047和1022 cm-1處的吸光度并計算比值。

1.3.7 X射線衍射

取適量凍干的年糕粉末放在玻片上，在電壓和電流分別為40 kV和40 mA時，利用Bruker X射線衍射儀測定樣品的X射線衍射圖譜。掃描衍射角范圍為5°～40°，掃描速率為2°·min-1，步長為0.02°，通過Jade 6.0軟件對圖譜進行處理。計算樣品的相對結晶度(Relative crystallinity)：

其中Ic和Ia分別代表結晶區和無定形區的XRD峰面積[17]。

1.3.8 水分分子遷移

參考Hu[18]的方法，利用低場核磁共振(LF-NMR)測定年糕樣品的分子遷移規律。將年糕樣品置于直徑為8 mm的NMR測試瓶中，在35 ℃條件下GPMG序列測定自旋-自旋橫向弛豫時間(T2)。磁場強度為21 MHz，采樣點數為100028，重復掃描次數為8，重復采樣等待時間為500 ms，NECH設置為1000。測試結束后，使用T2-FitFrm軟件中的指數模型反演得到T2值。

1.3.9 年糕的微觀結構

利用場發射掃描電鏡(SEM)觀察凍干后的年糕切面，將樣品放在表面貼有導電膠的試樣臺上，進行噴金，在5.0 kV的加速電壓下觀察成像。

1.3.10 年糕的體外消化

年糕的體外消化特性測定參Zhu[19]等的的淀粉體外模擬酶水解的方法，并稍以修改。精確稱取凍干的年糕粉末樣品200 mg放置于50 mL有旋蓋的離心管中，再加入15 mL 0.1 M乙酸鈉緩沖溶液(pH 5.2)，混勻之后加入10 mL含有290 U·mL-1α-淀粉酶和15 U·mL-1葡萄糖苷酶的混合溶液，放置于37 ℃的恒溫水浴搖床中勻速震蕩，在水解0，20，30，60，90，120，150，180 min后，分別取0.1 mL的水解液加入到1 mL的無水乙醇中滅酶。4000 g離心10 min后用GOPOD試劑測定葡萄糖的含量。通過如下公式計算淀粉水解率，同時以時間(min)為橫坐標，淀粉水解率(%)為縱坐標，繪制淀粉消化曲線：

其中w為淀粉的水解率(%)；Gt為取樣時間點水解液中的葡萄糖含量(mg)；FG為酶水解前淀粉樣品中游離的葡萄糖含量(mg)；0.9為葡萄糖換算成淀粉的系數；TS為總淀粉含量(mg)。

同時計算樣品中的快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。RDS、SDS、RS的計算公式如下：

其中G20為淀粉樣品酶水解20 min后產生的葡萄糖含量(mg)；G120為淀粉樣品酶水解120 min后產生的葡萄糖含量(mg)。

參考Goni等[20]的方法，以下列公式計算：

EGI=39.71+0.549HI

其中EGI為估計血糖生成指數；HI(%)為水解指數。

1.4 數據處理

使用IBM SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，Duncan檢驗顯著性差異，數據以均值±標準差表示；使用Origin 2018進行作圖。

2 結果與分析

2.1 年糕品質

不同階段弋陽年糕的基本成分如表2所示。經過熟化后年糕的水分含量降低。而在經過成型、滅菌階段后水分含量增加，儲藏2個月后水分含量降低至40%以下。水作為一種增塑劑，決定了淀粉分子鏈重新聚合的速率，含水量較低時，分子鏈遷移困難[21]。因此年糕隨著儲藏時間的增加，淀粉回生速率逐漸降低。年糕的淀粉含量(干基)介于82.96%～89.53%之間，成型階段淀粉含量最低，可能是由于糊化后淀粉在擠壓過程中被再次破壞和降解，水溶性糖含量增加[22]，經過高溫滅菌后，淀粉結構再次糾纏與回復，直鏈淀粉受熱浸出，導致淀粉含量上升而年糕中直鏈淀粉含量降低；經過2個月的儲藏，年糕中淀粉含量沒有顯著變化，而直鏈淀粉含量恢復至19.25%，說明淀粉的回生作用使淀粉鏈之間的氫鍵形成，分散的直鏈淀粉與支鏈淀粉聚集[23]；直鏈淀粉含量介于14.69%～19.25%之間，故弋陽大米屬常規低含量直鏈淀粉大米(直鏈淀粉含量9%～20%)[24]。

表2 不同階段弋陽年糕的基本成分

不同階段弋陽年糕的蒸煮特性如表3。成型的弋陽年糕的吸水率最大，達到30.11%，而在之后階段的年糕在蒸煮后吸水率顯著降低。這意味著高溫滅菌對年糕的吸水率有顯著影響。熟化期的年糕由于結構松散，蒸煮損失最大。在經過機器擠壓后蒸煮損失顯著降低，介于0.65%～0.97%之間。機器擠壓將使淀粉之間的鍵合更加緊密，形成堅韌的大分子團簇結構和骨架，大分子物質及進入的水被牢固的鎖在內部結構中。在經過高溫滅菌后，淀粉穩定的結構遭到破壞，可能形成了小的空隙，使得水分逃離但仍限制大分子物質如脂質、游離糖等的進出[15]。沈慶霞[25]以東北大米、蘇北大米為原料機械加工制成水磨年糕，其蒸煮損失在4.24%～7.23%之間，相比較下弋陽年糕有更低的蒸煮損失，不易糊爛。

表3 不同階段弋陽年糕的蒸煮特性

由表4可知，弋陽年糕的硬度、彈性、咀嚼性隨著加工工序的延伸而增大，內聚性和回復性沒有顯著差異。熟化后再次經過擠壓成型的年糕硬度、彈性、咀嚼性顯著增加，滅菌后年糕的彈性和咀嚼性顯著增加，對年糕的硬度沒有顯著影響，儲藏期的年糕膠著性顯著增加。年糕的感官評價如表4和圖1所示，熟化階段年糕感官評價總分最低，成型和滅菌后年糕的外觀、色澤、氣味、口感方面有顯著提升，儲藏期的年糕較為粗糙粘牙，米香味略淡。綜合來看，滅菌后的年糕更有嚼勁和更柔和的口感，使其獲得了更高的感官評價總分。

表4 不同階段弋陽年糕的質構性質和感官評價

圖1 不同階段弋陽年糕的感官評價

2.2 年糕中淀粉的有序結構

紅外光譜中的800～1200 cm-1范圍主要對應于C=O和C-C鍵的伸縮振動，對淀粉的分子構象和水合變化敏感。其中1047和1022處的譜帶反映了結晶區域和非結晶區域的含量，它們的強度比值反映了晶體的有序程度[26]。由圖2可知，糊化后淀粉的去卷積紅外譜圖峰高降低，成型與滅菌的影響較小，2個月的儲藏后譜圖變化明顯。各階段年糕的1047/1022譜帶強度比值如表5所示，熟化后年糕的有序程度顯著降低，說明糊化后淀粉顆粒溶脹，原淀粉的有序結構被破壞。儲藏期年糕由于淀粉回生，直鏈淀粉和支鏈淀粉通過氫鍵重新締合成新的有序結構，有序程度顯著增加[18]。

表5 不同階段淀粉的短程、長程有序結構參數和弋陽年糕自旋-自旋弛豫時間(T2)

λ/cm-1

2.3 年糕中淀粉的結晶結構

生大米粉中淀粉X射線衍射顯示為典型的A型衍射，在15°，17°，18°，23°處有強衍射峰[27]。熟化后淀粉糊化，晶體結構破壞，結晶度降為0。成型階段淀粉在5.6°，15°，17°，20.8°，22°，24°處出現衍射峰，可能是淀粉的短期回生，相鄰淀粉分子上的羥基之間形成氫鍵，直鏈淀粉分子之間相互作用以及直鏈淀粉和支鏈內長鏈之間相互作用[28]。高溫滅菌后淀粉XRD衍射結晶度從5.52%降低至4.41%，這說明淀粉長程結構的有序程度降低。儲藏期間由于淀粉回生，淀粉晶型逐漸從A型轉變為B型，結晶度增大至17.61%。

2θ/(°)

2.4 年糕中水分分子遷移

LF-NMR是一種常用作分析食品系統中水分的自由度和分布的檢測技術。T2值對分子遷移的變化十分敏感，T2越低，說明水與淀粉的結合越緊密，水分子的流動性減弱。T2會受到溫度、樣品中水分含量等的影響[29]。糊化后年糕的分子遷移顯著增加，而成型后較熟化時明顯降低，說明水分子的自由運動減緩；通過滅菌過程后水分含量增加，T2值升高，說明體系中水的自由度增加，可能是由于再次高溫糊化使淀粉分子結構再次破壞，加劇了水分在淀粉顆粒內部和外部的交換[30]；儲藏期的年糕中淀粉由于回生作用，結晶區域中的水分子重排，來自液體組分的信號減少，T2值減少。

2.5 年糕的微觀結構

如圖4所示，生大米粉顆粒呈光滑的多面體形狀，熟化階段淀粉糊化，直鏈淀粉和支鏈淀粉纏繞形成了疏松多孔的三維網絡結構。擠壓成型后年糕的切面光滑，經過凍干后，水分的分離使年糕切面形成淺坑。滅菌后年糕切面的SEM圖像中的坑加深且表面粗糙，說明高溫滅菌使年糕中的水分活動劇烈，產生聚集。和滅菌期相比，處在儲藏期的年糕切面的坑變淺且表面變光滑，說明淀粉的回生使淀粉分子間及與水分子在空間構象上相互匹配重排，達到體系平衡的有序排列穩定態[31]。

A，B:擠壓階段；C，D:熟化階段；E，F:成型階段；G，H:滅菌階段；I，J:儲藏階段。

2.6 年糕的體外消化特性

Englyst等[32]根據淀粉在人體內消化釋放葡萄糖的快慢將淀粉分為快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)。血糖生成指數(glycemic index，GI)反映了食物對餐后血糖的影響，GI>70為高GI食物，55

不同階段的年糕淀粉消化曲線如圖5所示，各階段年糕在0～60 min時淀粉水解率顯著升高，60 min后淀粉水解速率趨于平穩。180 min時，儲藏階段的淀粉水解率最大，為71.40%，其次為成型階段，為68.36%。生大米粉的EGI值為42.71，熟化及后續階段的年糕的EGI均大于70，為高GI食物，人體攝入后血糖會快速升高，不適宜糖尿病患者食用。

t/min

熟化后淀粉顆粒溶脹，此時淀粉分子處在無定型狀態，酶作用位點的暴露使其易受消化酶的影響[34]，因此水解率從39.07%增加至59.79%，RS含量顯著降低，EGI值也升高至78.34。擠壓成型和高溫滅菌對年糕的RDS、SDS、RS含量沒有顯著影響，而儲藏期年糕的SDS顯著增加，RS含量顯著減少，這與之前的研究結果不同，通常較長的儲存時間會提高淀粉的抗酶解能力[35]。這可能是由于年糕處在真空包裝中儲存，水分逐漸聚集在年糕表面，使年糕表面平整并出現粘液，年糕內部水分的逃逸使淀粉鏈間的氫鍵斷裂，回生淀粉和淀粉-脂肪酸復合物結構被破壞，使得SDS比例升高，RS比例降低。

表6 不同階段弋陽年糕的消化模型參數和估計血糖生成指數

3 結論

弋陽年糕在生產加工過程中年糕品質變化明顯。熟化后的年糕中淀粉溶脹，破壞了有序結構，EGI值增大；經過機械成型后，疏松多孔結構擠壓團聚，年糕的表面變光滑；高溫滅菌會降低淀粉的有序程度，同時加劇水分交換，提升口感；儲藏期的年糕的淀粉回生作用使品質降低，EGI顯著增加，這可能是水分子和淀粉的共同作用的結果。因此在生產過程中，成型對年糕的口感有很大提升，合適的高溫滅菌并不會降低年糕品質，儲藏階段年糕的回生和水分子分布起重要作用，需要尋找合適的儲藏方法來延緩淀粉回生。