不同凍干工藝對凍干米線復水品質的影響

付 堅，于麗娟，金鵬程，陳 越，崔光芬，普紅梅，王海丹，李雪瑞，李 宏,

（1.云南省農業科學院農產品加工研究所，云南昆明 650221；2.云南省農業科學院生物技術與種質資源研究所，云南昆明 650205）

米線是我國一種傳統食物已具有2300多年的歷史，深受廣大消費者喜愛，需求量巨大[1]。方便米線是以大米為主要原料，通過非油炸蒸煮的先進工藝，配以不同風味調料，用開水沖泡即可食用的米線[2]。方便米線因其非油炸符合人們對“健康、營養、安全、方便”食品的追求，成為一種發展較快的方便食品[2]。

方便米線分為鮮濕方便米線和干制方便米線。鮮濕方便米線因保質期短、易斷條等問題發展較慢[3]，干制方便米線保質期較長，消費者接受度較高，為干制方便米線產品的研發和銷售提供了很大的發展空間[4]。干燥技術是影響干制方便米線品質的關鍵工藝之一，目前米線的干燥技術主要有高溫高濕干燥、熱風干燥、微波干燥、油炸干燥、熱風-微波干燥、快速微膨化三段式干燥等[5-8]。采用這些干燥技術生產的方便米線雖然保質期長、韌性好，但由于干燥時溫度較高，米線極容易殼化和收縮限制了米線組織的疏松性，使得方便米線沖泡時易糊湯、不耐泡或泡不透、復水時間長、湯料滲透性差，口感難以達到鮮米線的爽滑程度。這些不利因素影響了消費者對方便米線的接受程度，制約了方便米線產業的發展[9-10]。為了改善干制方便米線的品質，有學者在米線的原料中添加馬鈴薯淀粉、酶制劑、蛋白、膳食纖維素、功能性物質，如白蕓豆提取、紫蘇葉粉等，改進方便米線的組織微觀結構、營養組成、品質特性[11-13]，但干燥過程的高溫會造成營養成分的大量損失。因此，需要尋找一種更有效的干燥方法，既能提高方便米線復水性、外觀品質、食味品質等，又能最大限度地保留營養成分。

真空冷凍干燥（vacuum freeze drying，VFD）技術是國際上公認的高品質干燥加工技術，結合真空、低溫、傳熱于一體，可以最大限度保留食物原料組織結構和營養功能，被譽為20世紀食品工業技術進步的重要標志之一[14]。VFD產品具有很多優點，與高溫干燥方式相比VFD產品基本可以保持物料的色澤、風味、營養成分，具有多孔結構能夠速溶或快速復水，含水量低貨架期和保質期較長。利用VFD技術還可以實現單一物料的復合再造，滿足方便即食和營養健康等需求[15]。目前，VFD技術已經廣泛應用于谷物類、果蔬類、肉禽水產類、調味食品類、飲料類、野生菌、中藥等的加工[16-21]。VFD技術在方便主食的加工中也有研究，如方便米飯、方便粥、餛飩、餃子等[22]。周國燕等[22]采用VFD技術制備方便米飯具有新鮮米飯原有的香味，米飯的可溶性固形物等營養物質破壞較小。陳天鵬等[23]對方便米飯品質的研究發現，VFD技術可在米飯內部形成疏松的多孔結構，降低了米飯的老化程度，提高了方便米飯的復水速度和品質。李新建等[24]采用-40 ℃凍結溫度制得的凍干糯米粥米色純白，組織狀態均勻完整，口感韌性佳。陳樹俊等[25]用VFD技術制作的方便小米粥復水性好，營養成分基本無損失。VFD技術已成為了生產和開發高品質米淀粉產品的新興加工技術。在VFD工藝中凍結速率等因素與物料種類存在顯著相關性[26]，米線與方便米飯都屬于大米制品，是否也能通過VFD技術改善干制米線內部結構、縮短復水時間、提高品質，值得進行探索和研究。目前，用真空冷凍干燥技術制備方便米線的相關研究報道還較少。

本研究采用不同的真空冷凍干燥工藝對鮮濕米線進行干燥，研究凍結溫度對凍干米線復水速度、微觀結構、淀粉回生程度的影響，以及復水水溫對凍干米線的復水后質構特性的影響，為方便米線工藝創新和品質提升提供理論依據和技術基礎。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

米線制作的大米原料為桂潮早秈米 于2019年采收，由云南農業科學院糧食作物研究所提供。

LGJ-25C真空冷凍干燥機 四環福瑞科儀科技發展（北京）有限公司；HWS-26電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；TMS-Touch質構分析儀美國FTC公司；NETZSCH DSC 200F3差示掃描量熱儀 德國Netzsch集團；TESCAN MIRA3掃描電子顯微鏡 捷克泰思肯貿易（上海）有限公司；MFD50Y一步成型米粉機、6-2YH1015B蒸汽優化箱 湖南米師傅機械科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鮮濕米線制備 根據一步成型米粉機操作步驟進行鮮濕米線制備。稱取2 kg無病蟲害、無霉變的優質早秈米經淘洗、浸泡過夜后，放入一步成型米粉機中采用直徑為1.5 mm的篩孔制作米線；米線懸掛于蒸汽優化箱中40 ℃優化處理4 h以上，將優化好的米線放入沸水中，加蓋燜8～15 min，用手指輕輕捻米線感覺沒有硬芯為止，將米線撈出立刻放入5～15 ℃水中10 min，即為鮮濕米線。

1.2.2 凍干米線的制備 參考陳天鵬等[23]的方法進行修改，將制備好的鮮濕米線單層平鋪在物料盤上，放入-20 ℃冰箱中冷凍24 h，將凍后的樣品放入真空冷凍干燥機中，分別在-10、-20、-40 ℃的凍結溫度下制作，擱板溫度為45 ℃、冷阱溫度-55 ℃、真空度在80 Pa以下，干燥27 h取出，得到真空冷凍干燥米線，簡稱凍干米線，并分別命名為FDRN10（vacuum freeze-dried rice noodle 10）、FDRN20（vacuum freezedried rice noodle 20）、FDRN40（vacuum freeze-dried rice noodle 40）。

1.2.3 凍干米線復水后的水分含量測定 參考陳天鵬等[23]的方法，稱取3 g凍干米線，記重量為W0，放入燒杯中，加入裝有300 mL 50 ℃的熱水，分別于50 ℃的水浴保溫3、5、8、10、15、20 min時取出，放在濾紙上吸干表面多余水分，稱量并記為重量W1，按公式計算水分含量（W，%）。按照上述方法依次測定水溫為70和90 ℃時三種凍干米線復水時的水分含量，每組處理重復3次。

式中：W0為復水前凍干米線的重量（g）；W1為復水后凍干米線的重量（g）。

1.2.4 凍干米線微觀結構觀察 參考陳天鵬等[23]的方法，將凍干米線剪成長5 mm的短條并固定于金屬樁上，噴金處理2 min，再在20 kV條件下通過掃描電子顯微鏡觀察凍干樣品表面（1000倍）和內部斷面（100倍）的孔隙結構。

1.2.5 DSC法測定淀粉的回生 按照龍成[27]的方法略有修改，將凍干米線打粉，過120目篩，稱取2 mg 制備好的粉末置于鋁皿中，加入6 μL蒸餾水，壓蓋密封，室溫平衡15 h～1 d，用差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）進行測定。DSC使用前用金屬銦校準，初始溫度為25 ℃，終止溫度為120 ℃，升溫速率10 ℃/min，以氮氣為載氣，流速為20 mL/min。回生度用焓的變化值（ΔH）表示，ΔH值越大，回生程度越高。

1.2.6 質構特性測定 參考張瑋等[28]的方法，將凍干米線于不同溫度的熱水中復水不同的時間撈出，吸干表面多余的水分，截取3 cm平放于檢測臺，在TPA模式中選擇75 mm直徑圓盤、50 N的感應元，形變量為 75%，測前、后速度均為 40 mm/min，觸發力為5 g，參數獲取速率為 500 pps，進行兩次壓縮，分別測定三種凍干米線在50、70、90 ℃的水浴鍋中浸泡3、5、8、10、15、20 min后的硬度、粘度、彈性、膠粘性和咀嚼性，每個處理重復測定10次。同時鮮濕米線以相同的參數進行測定。

1.3 數據處理

采用 SPSS 22.0和Origin 2017軟件分別進行數據方差分析和繪圖處理。

2 結果與分析

2.1 凍干米線復水后水分含量的變化

快速復水是方便食品所需的基本品質之一[29]，凍干米線復水速率是決定其能否作為方便食品進行開發的重要因素。三種凍干米線（FDRN10、FDRN20、FDRN40）經不同水溫和不同浸泡時間處理水分含量變化如圖1所示，三種凍干米線的水分含量都隨復水時間的延長而增加，并在復水15 min后趨于穩定，復水20 min時水分含量增加幅度極小，表明凍干米線復水基本完成。三種凍干米線的復水能力不同，FDRN10在不同的水溫下復水水分含量高于其它兩個樣品，復水速率是三個樣品中最高的，其次是FDRN20，最低的是FDRN40，表明凍結溫度的高低影響凍干米線的復水能力。

圖 1 凍干米線在不同水溫中復水后水分含量的變化Fig.1 The change of water content in freeze-dried rice noodles after rehydration in different temperature

復水水溫也是影響凍干米線復水能力的重要因素。對比不同復水水溫下三種凍干米線的水分含量測定結果發現，復水5 min前三種凍干米線在90 ℃水溫下水分含量高于50和70 ℃下的水分含量，復水速率最快；復水10 min后，三種凍干米線在90 ℃水溫下水分含量的增加幅度高于50 ℃下的增幅，復水持續時間較長。復水水溫影響凍干大米制品的結構吸水和淀粉吸水溶脹兩個方面[30]，水溫高，水分子能量高，能夠快速填充組織中的孔隙，加快結構吸水[31]，同時高溫還能使回生淀粉重新糊化，促進淀粉吸水溶脹[32]。凍干米線與凍干大米制品具有相同的復水機制，復水能力受溫度影響，水溫越高凍干米線的水分含量越高，復水速率越快。

2.2 凍結溫度對凍干米線微觀結構的影響

以上研究結果證實相同復水水溫下，不同凍結溫度制備的凍干米線的復水速率差異顯著，推測這與凍結溫度影響米線組織結構，并導致結構吸水差異有關[27]。采用掃描電鏡分別對三種凍干米線的外表面和橫斷面進行了觀察，FDRN10外表面孔隙較大，孔隙直徑平均達到72.58 μm，從橫斷面觀察組織結構疏松但分布不均勻；而FDRN40外表面孔隙直徑平均只有18.01 μm，橫斷面結構較致密且均勻（圖2，表1）。這樣的結構特征與凍干米飯的微觀結構特征[23]有很大相似性，表明鮮濕米線在較高的溫度下緩慢凍結，組織內形成的冰晶體積較大、易脫水，干燥升華時可留下較大的孔隙，使凍干米線具有疏松的、分布不均勻的多孔結構；而低溫快速凍結形成的冰晶體積較小，降低了脫水性，干燥升華時留下的孔隙也較小，凍干米線的多孔結構致密且均勻。凍干米線遇水后水分能快速填充組織內部的孔隙使米線軟化，孔隙越大，米線的吸水回軟速度也越快[33]。結合水分含量測定結果，FDRN10制備時采用較高的凍結溫度，其孔隙大、結構疏松有利于復水；FDRN20雖然表面孔隙較小但結構疏松，復水性也較好；而FDRN40則表面孔隙小、結構致密，復水時結構吸水能力差。

表 1 凍干米線孔隙大小的對比Table 1 Comparison of pore of the freeze-dried rice noodles

2.3 凍結溫度對凍干米線回生的影響

回生是糊化的淀粉由無序狀態向有序的結晶狀態的變化過程[34]，溫度降低糊化的淀粉分子間的氫鍵趨向平行排列，淀粉鏈形成不完全呈放射排列的混合微晶束[35]，導致淀粉形成難以復水的高度結晶體，因此淀粉回生程度越高，吸水能力越差[36]。凍干米線的DSC測試結果顯示FDRN10的DSC曲線觀察到了吸熱峰，糊化溫度61.0 ℃；FDRN20峰略微提前，糊化溫度55.2 ℃；FDRN40的DSC曲線上卻沒有觀測到吸熱峰，糊化溫度有小幅度降低為54.9 ℃（圖3）。淀粉回生焓值反映了老化過程中重新有序排列堆積而成的晶體熔化所吸收的熱量，回生程度越大所吸收的熱量越多焓值也越大[37]。圖4的結果顯示三種凍干米線間焓值差異顯著，其中最高的是FDRN10，為92.98 J/g，最低的是FDRN40，為12.39 J/g，可見凍結溫度與米線的回生關系密切。FDRN10在較高溫度下緩慢凍結，糊化淀粉分子重新排列較完全，回生程度較高；而FDRN40在低溫快速凍結條件下，淀粉能較快越過最易老化的溫度階段，淀粉不易發生回生或回生程度較低。綜合凍結溫度對凍干米線微觀結構影響的結果，發現在凍干米線制備時增大孔隙和抑制淀粉回生存在著矛盾。

圖 2 凍干米線微觀結構Fig.2 The microstructure of the freeze-dried rice noodles

圖 3 凍干米線 DSC 圖譜Fig.3 DSC graph of the freeze-dried rice noodles

圖 4 凍干米線回生焓值Fig.4 The starch retrogradation enthalpy value of the freeze-dried rice noodles

2.4 凍干米線復水后硬度的變化

復水凍干米線的質構變化也反映了復水機制和米線品質，本研究采用質構儀檢測三種凍干米線復水后的硬度變化，結果顯示（圖5），隨著復水時間的延長，水分逐漸進入凍干米線中，將組織軟化，壓縮時感應力逐漸減少，硬度值也逐漸降低。同一種凍干米線復水時，水溫越高，硬度值降得越低，90 ℃條件下整個復水過程硬度降低的程度最大；50和70 ℃時，復水前10 min硬度值降低程度相似，10 min后70 ℃復水米線比50 ℃復水米線的硬度值降低的快。這是因為，較高的復水溫度加快結構吸水和淀粉吸水溶脹，促使凍干米線軟化速度加快，硬度值降低。同一復水水溫下FDRN10在整個復水過程中硬度值始終最低，原因在于FDRN10內部組織孔隙大、結構疏松，結構吸水能力較強，硬度值降低較快。隨著復水過程的延續，三種凍干米線的硬度值趨于一致，說明隨著水分的滲入，淀粉吸水溶脹，復水趨于結束。

2.5 凍干米線復水后膠粘度的變化

復水過程也是淀粉吸水溶脹的過程，水分進入米線組織與淀粉結合會產生具有粘彈性的膠體，隨著水分進入量的增加，膠體中水分含量升高、分布均勻，膠粘度降低，因此膠粘度的高低反映了米線組織內部水分含量的多少[38]。三種凍干米線復水后的膠粘度如圖6所示，隨著復水時間的延長三種凍干米線組織內膠體中水分含量逐漸增加并且分布趨于均勻，粘度值逐漸降低。復水水溫50 ℃時三種凍干米線的膠粘度在10 min前下降迅速，10 min后下降減慢，水溫70和90 ℃時整個復水過程膠粘度下降趨勢明顯，表明高溫促進了水分在凍干米線組織內的均勻分布。FDRN10在復水水溫50 ℃時膠粘度值低于70和90 ℃，表明FDRN10即使在較低的溫度下也能快速吸水。FDRN20和FDRN40在較高的復水水溫下由酥脆的固體開始吸水，開始時吸水不均勻，外層吸水較快但內層還較干燥，膠粘度值偏高，隨著水分滲透，淀粉吸水溶脹形成大量膠體，膠粘度值快速降低。

圖 5 凍干米線復水過程中硬度的變化Fig.5 Hardness changes of freeze-dried rice noodles after rehydration in different temperature

圖 6 凍干米線復水過程中膠粘度的變化Fig.6 Gumminess changes of freeze-dried rice noodles after rehydration in different temperature

在FDRN40的膠粘度曲線中出現了一個小峰，推測可能的原因是FDRN40組織孔隙較小、結構均勻致密、淀粉回生程度低，當水溫較高時（90 ℃）復水初期米線表層吸水快、組織軟化快，導致膠粘度值降低；之后水分快速與淀粉顆粒結合形成均勻致密的凝膠網絡結構[31]，當這種凝膠的形成占主導地位時膠粘度值會升高，故在復水8 min時膠粘度值形成了一個小峰，隨著淀粉繼續吸水溶脹，凝膠中游離水增加、結構松散，膠粘度值繼續下降[39]。由此推測FDRN40復水前期以結構吸水為主，后期則以淀粉吸水溶脹為主導。

表 2 凍干米線在最佳復水條件復水后的質構特性Table 2 Texture properties of rehydrated freeze-dried rice noodles under optimum rehydration conditions

2.6 復水凍干米線與鮮濕米線的質構特性比較

作為速食方便食品，凍干米線除了復水快以外，浸泡的水溫和復水后的品質也是影響方便米線開發的重要因素。研究中發現不同凍干米線復水后品質也存在差異，因此進一步比較三種凍干米線復水過程中的質構特性。將凍干米線質構特性與鮮濕米線最接近時所需復水時間和水溫作為最佳的復水條件，在此復水條件下凍干米線的質構特性于表2列出，其中FDRN10在70 ℃熱水中浸泡8 min的質構特性與鮮濕米線最為接近，FDRN20和FDRN40則要在90 ℃熱水中浸泡10 min才與鮮濕米線接近。食味品質與粘度和硬度的比值存在正相關性[40]，在一定條件下，粘度和硬度比值即平衡度越高食味品質越好[41]，口感也越好。四種米線中FDRN10的平衡度最高、食味品質最好。雖然FDRN20和FDRN40的平衡度也高于鮮濕米線，但這兩種米線的表面均已出現龜裂，咀嚼性降低，感官品質欠佳。

3 結論

凍結溫度和復水水溫是凍干米線復水品質形成的關鍵因素，較高的凍結溫度和復水水溫可以加快凍干米線的復水速度、改善復水品質。結合微觀結構和質構特性分析結果，-10 ℃凍結溫度制備、70 ℃水溫復水8 min的凍干米線FDRN10，具有大而疏松的組織結構，復水機制是以結構吸水為主導，復水速率高、質構特性與鮮濕米線最為接近，復水品質最佳。

在凍干米線制備時，需較高的凍結溫度來增加孔隙，需較低的凍結溫度來抑制淀粉回生，這個過程存在矛盾，很難統一，較高的復水溫度只能起到緩解的作用，還需從改善米線的品質特性上來改進。因此，進一步的研究可通過加入抗老化添加劑，如抗性淀粉、酶等，延緩凍結時米淀粉的回生程度，改善凍干米線的復水品質，開發復水快、品質好的凍干米線。