凍結溫度對米發糕品質特性的影響

葉文倩， 陳 峰， 胡冰彥， 曹少謙， 戚向陽

(浙江寧波浙江萬里學院，寧波 315100)

米發糕是一種傳統的大米發酵類食品，其在蒸制后易發生老化，失水、淀粉結晶[1]等現象，因此難以遠距離銷售及運輸，如何最大限度地保存米發糕的原有風味和營養價值并延長其貨架期是目前生產中亟待解決的問題[2]。此前已有針對米發糕儲藏溫度的研究，李次力等[3]證實雜糧米發糕在25、4、-18 ℃3種儲藏環境下，-18 ℃儲藏的米發糕復蒸后質構變化最小，保藏效果最優。何義雁[4]則以艾草米糕為實驗對象，探討了其在25、4、-18 ℃3種儲藏溫度下水分含量、水分活度及質構特性等品質特性的變化規律，結果表明-18 ℃能夠有效抑制米發糕老化，延長貨架期。而樊德靈[5]通過對比-20 ℃和4 ℃儲藏條件下米發糕的品質變化，同樣發現-20 ℃條件更適合米發糕的儲藏，且溫度較低時微生物繁殖較慢，產品保質期可有效延長。儲藏溫度會對米發糕的品質產生影響，且儲藏溫度越低對米發糕品質的影響越小。

冷凍可以有效地抑制食品中微生物的生長和繁殖，防止食品變質，同時還容易恢復原狀[6]。目前冷凍后的食品均通過冷鏈運輸，而冷鏈中的貯存溫度一般為-18 ℃，所以凍結食品的中心溫度也應控制在-18 ℃[7]。黃忠民等[8]以冷凍湯圓為研究對象，在3種不同凍結處理(低溫冰箱、螺旋隧道和液氮凍結)后比較其品質特性的變化，結果表明液氮凍結較其他2種處理溫度可以顯著減小湯圓失水率、降低淀粉糊化程度、提高湯汁透光率、使質構特性更優。李慧芳等[9]將饅頭分為冷凍組和速凍組，復蒸后比較其比容、色澤、表層水分和質構特性，結果顯示速凍組樣品均優于冷凍組，速凍組的感官評分也顯著大于冷凍組。黃小雨等[10]對比在-20、-40、-80 ℃ 3種凍結環境下冷凍五谷方便粥品質的變化，結果也表明在-80 ℃凍結條件下的產品品質與鮮煮粥差異性最小。不同的凍結溫度會直接影響產品的外觀、質構及營養組成等，但凍結速率越快影響越小。

米發糕中含水量占50%以上，凍結過程中水的結晶固化會引起米發糕中淀粉和蛋白質的不均勻收縮，內部產生不同的應力，導致其品質特性變化[11]。凍結溫度是米發糕內部水分分布變化的重要因素之一。本研究以米發糕為原料，探討-18、-30、-80、-196 ℃4種凍結溫度對其凍結曲線、失水率、質構特性、色差、滋味和感官評定等品質特性的影響，以期為寧波傳統食品米發糕的冷凍儲藏提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米發糕；濃鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉(分析純)。

1.2 主要儀器

5804R 高速離心機，CF340C 恒溫保溫箱，FE20 pH計，Isenso 電子舌，RC-4自動溫度記錄儀，Alpha1-2LDplus 真空冷凍干燥機，TA-XT Plus 物性分析儀，NETZSCH DSC 214 Polyma差示掃描量熱儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

將米發糕用6.5 cm×6.5 cm的方形模具均勻切塊，每組挑選3塊樣品，每塊恒重73.0～80.0 g，表面無較大塌陷、氣泡及裂縫，然后放置于食品鐵質托盤上。將樣品分別放入-18、-30、-80 ℃冰箱內和-196 ℃的液氮浸漬，待其中心溫度降至-18 ℃后取出，并放入25 ℃恒溫箱內2 h，至其恢復常溫后，進行各項指標測定。并以新鮮切塊米發糕為對照組[12]。

1.3.2 凍結曲線及冷凍速率的測定

將溫度計探針插入米發糕中心區并將其放入不同凍結溫度(-18、-30、-80、-196 ℃)。-196 ℃溫度下每隔10 s記錄1次，其他溫度每隔30 s自動記錄1次，直至中心區冷卻至-18 ℃以下。待凍結結束后取出，讀取米發糕中心溫度隨時間變化的數據，并繪制凍結溫度曲線[13]。

1.3.3 失水率的測定

選取同一整塊內切取出的米發糕樣品，并標記序號，每組3個樣品。先稱量凍結前單塊米發糕的質量為m1，經不同凍結溫度后處理后再稱量為m2，按公式計算失水率。

失水率=(m1-m2)/m1×100%

式中：m1為凍結前質量/g;m2為凍結后質量/g。

1.3.4 質構的測定

選取不同凍結處理組表面無明顯裂紋、壓痕、氣孔的米發糕樣品及新鮮米發糕，每組3塊。探頭對準樣品中心位置，測試參數：25 N探頭；測試速度：60 mm/s; 形變量：40%；壓縮距離：40 mm。測試指標：硬度、彈性、黏附性、膠著力[14]。

1.3.5 白度的測定

對CR-400色差計進行黑白版校色后，在光源充足的同一位置，放置樣品，并將色差計測樣口對準樣品正中心位置，測定米發糕L*、a*、b*值，平行3次并計算白度W的值[15]。

1.3.6 淀粉老化焓值的測定

將各處理組米發糕冷凍干燥，研磨過100目篩。用空白鋁盤作參比，取2 mg冷凍干燥后樣品從20～180 ℃用差示掃描量熱儀以10 ℃/min的速度進行測定，保護氣為氮氣，記錄升溫過程的曲線。

1.3.7 電子舌分析

參照張玲等[16]的樣品處理方法略作改動。取米發糕鮮樣及不同處理組樣品各3塊，每塊樣品切取40 g左右，加入200 mL超純水勻漿2 min，再置于燒杯內25 ℃超聲10 min，然后于10 000 r/min下離心20 min，取離心管中上層清液于電子舌配套杯中，平行測定3次。

1.3.8 電子鼻分析

取米發糕鮮樣及不同處理組樣品各3塊，每塊樣品準確稱取10 g并切成均一長條狀置于100 mL頂空瓶內，密封靜置30 min。總測定時長設置為120 s，平行3次。并取每組70～75 s數據用自帶WinMuster軟件進行PCA作圖分析[17]。PEN3電子鼻各感應器相對應的揮發性風味物質見表1。

表1 PEN3電子鼻傳感器性能描述

1.3.9 SPME-GC-MS揮發性成分測定

樣品處理：精確稱取米發糕鮮樣及不同處理組樣品3 g于頂空進樣瓶中，密封圈進行封口處理，并于60 ℃水浴中先平衡15 min，再插入DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭吸附40 min，解析5 min，平行3次。

GC條件：色譜柱：vocol毛細管柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)；保護氣體為氦氣。程序升溫：色譜柱保持初溫40 ℃ 3 min，以4 ℃/min升至150 ℃，再以10 ℃/min升至250 ℃，并保持10 min。

MS條件：使用電子電離源方式，接口、離子源、四極桿溫度分別為250、230、150 ℃；電子轟擊能量：70 eV。實驗結果經NIST.14.L數據庫檢索相似度≥80的氣味成分，并采用面積歸一化法計算相對含量。

1.3.10 感官評定

將各處理組樣品復蒸5 min后，置于鐵盤上冷卻至室溫，待測。選取固定的10位感官評判員對米發糕鮮樣和復蒸后各處理組樣品的形貌及食用品質進行打分。品評時間要求在飯前1 h或飯后2 h，品評過程中不能交流討論，取10位品評員的平均值，若有差異較大值，則舍去，重新計算，具體評價標準見表2[18]。

表2 感官評價標準

1.3.11 數據處理

采用GraphPad Prism8.0及Photoshop CC2018軟件作圖，SPSS Statistics 24. 0 軟件選擇 Duncan 分析方差，在P<0.05檢驗水平上對數據進行顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 不同凍結溫度下米發糕的凍結曲線與冷凍類型

不同的凍結溫度會直接影響食品在凍結過程內部冰晶的形成，研究表明通過最大冰晶生成帶的時間越短則冰晶越細密，分布越均勻，對食品內部的破壞力也最小[19-21]。從圖1可知，-196 ℃液氮的凍結曲線幾乎垂直，-80 ℃凍結曲線上沒有明顯的平緩區，-30 ℃凍結曲線中有明顯的平緩區域，-18 ℃的平緩區域最大。表3數據顯示，-196 ℃的凍結時間分別是-80、-30 ℃和-18 ℃的1/17， 1/63和1/164，說明-196 ℃凍結可以極大地縮短米發糕的總凍結時間，最快通過冰晶生成帶。晶核生長的時間越短，則冰晶形成越小，由此可以推測4種凍結溫度下的冰晶大小依次為-18 ℃>-30 ℃>-80 ℃>-196 ℃，對米發糕內部結構破壞的程度也依次為-18 ℃>-30 ℃>-80 ℃>-196 ℃，表明-196 ℃液氮凍結對食品內部損傷最小，這與相關研究中指出凍結時間的減少能有效降低能耗，保持食品品質的結論一致[22]。

圖1 不同凍結溫度下米發糕的凍結曲線

表3 米發糕的凍結時間與通過最大冰晶生成帶時間

2.2 不同凍結溫度下米發糕的失水率

失水率可以顯示食品在冷凍過程中的干耗程度。由表4可知，不同凍結溫度對米發糕失水率的影響不同，凍結溫度越低，失水率越低。在凍藏過程中米發糕內部蛋白質會受冷變性，削弱其對水的束縛力，造成水分的流失[23]。此外，米發糕表皮溫度與凍結溫度之間存在的差值造成水蒸氣壓差，形成冰晶的升華作用，也會造成干耗。但冷凍溫度會影響凍結時間即干耗時間，當冷凍溫度降低，則干耗時間也隨之減少，則水分升華作用越小，這與雷萌萌等[24]關于液氮凍結和冰箱凍結的結果相似，因此當冷凍溫度越低時越有利于保持米發糕的水分。

表4 不同凍結溫度下米發糕的失水率

2.3 不同凍結溫度對米發糕質構的影響

質構能夠綜合的反映出食品的重要品質特性，有助于客觀評價米發糕的口感及品質[25]。由表5可知，米發糕鮮樣和4種不同凍結溫度處理后的樣品硬度、彈性、膠著力和黏附性均有顯著性差異(P<0.05)。硬度方面，-18 ℃>-30 ℃>-80 ℃>-196 ℃>鮮樣。膠著力也呈現類似趨勢，-196 ℃和-80 ℃處理的樣品膠著力與鮮樣最為接近，-18 ℃處理后樣品膠著力與鮮樣差異性最大。這是由于米發糕中淀粉在凍結過程中也存在老化現象，凍結溫度越低可以在一定程度上抑制淀粉的老化作用。在彈性方面：-18 ℃≈-30 ℃<-80 ℃<-196 ℃<鮮樣，彈性隨凍結溫度的降低而上升。主要是因為冷凍后米發糕的水分含量降低，且內部被冷凍過程中產生的冰晶破壞，對彈性造成一定影響[26]。-196 ℃處理組的米發糕黏附性和膠著力也最接近鮮樣組，這是由于凍結溫度越低，米發糕內形成的冰晶體積越小且越均勻，對其內部淀粉與蛋白質結合的結構損傷也越小，更好地保留了樣品的硬度與彈性，此研究結果與徐茂[27]的研究成果相符合。-196 ℃處理組樣品的硬度、黏附性、彈性以及膠著力均最接近鮮樣，會使米發糕的口感更加軟糯，易于被消費者喜愛。

表5 不同凍結溫度對米發糕質構的影響

2.4 不同凍結溫度對米發糕白度的影響

由圖2可得，-18、-30、-80、-196 ℃處理組的白度值分別為82.20、83.00、83.96、85.05，均有顯著性差異(P<0.05)，鮮樣的白度值為85.19，與-196 ℃處理組無顯著差異性(P>0.05)，表明凍結溫度會對米發糕的白度產生影響，且凍結溫度越低，米發糕白度變化越小，此結果與何政宇等[28]的研究一致。這可能是因為在冷凍儲藏過程中，凍結溫度越低，米發糕內部形成冰晶越細小、分布越均勻，對光的反射更接近樣品鮮樣。

圖2 不同凍結溫度對米發糕白度的影響

2.5 不同凍結速率對米發糕淀粉老化的影響

不同凍結溫度下，米發糕的淀粉老化焓值隨凍結溫度的降低而降低。這可能是由于米發糕在不同凍結條件凍結后，水分子的遷移會加速淀粉的重結晶，但當米發糕處于凍結狀態時，水分子不易發生轉移，減少了淀粉重結晶的機會，從而抑制淀粉老化，使其老化焓值增長緩慢。4種凍結溫度下，凍結溫度越低凍結時間越短，則淀粉老化焓值越低，由表6可知，-196 ℃處理組的淀粉老化焓值最低，對米發糕的老化抑制效果最好。

表6 不同凍結溫度下米發糕的淀粉老化焓值

2.6 電子舌分析不同凍結溫度對米發糕滋味的影響

利用電子舌系統分析軟件主成分分析模式對不同處理組米發糕樣品進行數據分析，建立以主成分分別為橫、縱坐標的二維PCA圖。由圖3可知，鮮樣和4種凍結處理組樣品的主成分1和2的貢獻率分別為57.55%、19.67%，總貢獻率為77.22%，大于75%，表明主成分1和主成分2構成的PCA圖具有代表性意義。且圖3中的鮮樣及4種處理組樣品均有明顯區分，無重疊現象，說明電子舌的PCA對此5種樣品有良好的區分性。按橫坐標主成分1來看，-196 ℃處理組的樣品距離鮮樣樣品最接近，說明-196 ℃處理與鮮樣在滋味上有一定相似性，此凍結溫度對樣品的風味影響最小，而-30 ℃和-18 ℃處理的樣品與鮮樣組距離較大，表明與鮮樣滋味差異性較大。說明凍結溫度對樣品風味影響具有顯著影響，且凍結溫度越低，對滋味影響越小，滋味越接近鮮樣。

圖3 不同凍結溫度下米發糕的電子舌PCA圖

2.7 電子鼻分析不同凍結溫度對米發糕風味的影響

采用PEN-3電子鼻對不同處理組及鮮樣米發糕進行揮發性風味特征測定，并對米發糕樣品的信號數據進行主成分分析。由圖4可知，各組樣品分布在圖中不同區域，相互無重疊，說明各處理組樣品有明顯區分。主成分1和主成分2的貢獻率分別占99.66%和0.31%，兩者累計總貢獻率為99.97%，表明該圖譜能反映出99.97%的樣品氣味數據。主成分1的貢獻率遠遠大于主成分2，表明米發糕各處理組樣品間在主成分1上差異較大，但在主成分2上差異較小。根據橫坐標主成分1數據可知，鮮樣主成分1的數值最大，-196 ℃處理組與鮮樣分布區域距離最近，隨后依次為-80、-30、-18 ℃，說明4種凍結處理對米發糕的揮發性成分產生影響，以-196 ℃液氮凍結對風味的影響最小，-18 ℃處理影響最顯著。進一步表明凍結溫度越低，氣味成分保留度越好，越接近鮮樣。

圖4 不同凍結溫度下米發糕的電子鼻PCA圖

2.8 GC-MS 分析米發糕揮發性風味成分

食品的香味通常是由多種揮發性物質組成特定且豐富的香氣，單一的組分難以表達出食品的全部香味。由表7可知，在這5種米發糕樣品中共檢出20種風味物質，包括醛類3種、醇類2種、酸類5種、烷烯烴類2種、酮類2種、苯類2種以及其他類化合物4種。其中苯甲醛、乙醛、苯乙醇、異戊醇、3-羥基-2-丁酮和二甲醚6種物質在五組樣品中均能被檢出。圖5a顯示，鮮樣中除醛類、醇類、酸類、烷烯烴類、酮類和苯類外，檢測出的其他類物質種類最多，所以鮮樣米發糕的氣味最豐富。醇類是能夠給予米飯及其米制品甜味、花香味及水果香味的一類物質[29]。根據圖5b相對含量可知，米發糕中的主要揮發性物質為醇類。鮮樣及各處理組的醇類物質含量大小分別為鮮樣>-80 ℃>-30 ℃>-196 ℃>-18 ℃。由此可以看出，凍結處理會降低米發糕中醇類揮發性物質的總含量，且凍結溫度低可以更好地保留醇類物質含量。但-196 ℃組的醇類物質含量低于-80 ℃和-30 ℃組，這可能是由于液氮浸漬直接接觸食品，與其余3種冰箱凍結方式有所不同，使其醇類揮發性物質減少。

表7 不同凍結溫度下米發糕的主要揮發性成分及相對含量

圖5 不同凍結溫度下米發糕的揮發性風味化合物的種類和相對質量分數

2.9 不同凍結溫度對米發糕感官評價的影響

食品感官評價的方法是目前評價食品品質的主要方法，雖然有可能存在誤差，但仍是目前評價食品品質的主要手段[30]。感官評價主要從米發糕的形態、色澤、氣味、口感、可接受性和總分6個方面進行評價。由圖6可知，鮮樣在6個方面評分中均最高。四組凍結組的形態和口感方面相差不大，色澤方面，凍結溫度越低評分越高，與白度實驗結果相同。氣味和可接受性方面，感官評分差異性較大。米發糕的氣味評分為-18 ℃<-30 ℃<-80 ℃<-196 ℃<鮮樣，這可能是由于在凍結過程中米發糕內部結構的破壞會影響其氣味的保持，且凍結溫度高，破壞程度越大，氣味值越低。-196 ℃處理組米發糕樣品的可接受性略低于-80 ℃，可能是由于液氮浸漬凍結時，液氮接觸面的不均勻使樣品偶有裂紋。感官評定總分大小依次為：鮮樣>-196 ℃>-80 ℃>-30 ℃>-18 ℃凍結處理組，表明凍結溫度越低，對米發糕的感官品質影響越小。

圖6 不同凍結溫度下米發糕的感官評定

3 結論

冷凍后米發糕的內部結構會被破壞，白度下降，產品失水，硬度上升、彈性下降，且氣味及滋味與新鮮米發糕有所差異。但不同凍結溫度對米發糕品質特性的影響不同。凍結溫度越低，則凍結時間越短，失水率越低，米發糕內部結構損傷越小。隨著凍結溫度的降低，凍結對其質構特性及氣味和滋味的影響也越小。

采用-18、-30、-80、-196 ℃4種凍結溫度凍結米發糕，其中-196 ℃條件下效果最佳，-196 ℃液氮浸漬式凍結在提升米發糕品質的同時，有效縮短了速凍工藝時間，可用于米發糕的儲藏加工。液氮安全穩定、無污染，使用液氮作制冷劑可以減少氟里昂等含氟制冷劑的使用。但米發糕作為一個大眾化食品，-196 ℃液氮浸漬式凍結的成本相對偏高，因此在實際生產生活中還需結合自身情況而定。