雷萌萌,艾志錄,潘中閃,潘治利,賈若南,黃忠民,*
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450002; 2.國(guó)家速凍米面制品加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心,河南鄭州 450002; 3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州 450002; 4.河南省冷鏈?zhǔn)称饭こ碳夹g(shù)研究中心,河南鄭州 450002)
近年來,隨著人們生活節(jié)奏加快,速凍預(yù)制食品在現(xiàn)代飲食發(fā)展中的優(yōu)勢(shì)越來越凸顯,速凍餃子和湯圓居于主導(dǎo)地位[1]。目前速凍餃子工業(yè)生產(chǎn)大都采用隧道凍結(jié),行業(yè)能耗高,效率低,設(shè)備投資多,占地面積大。因此,創(chuàng)新開發(fā)新型凍結(jié)技術(shù)和設(shè)備,降低生產(chǎn)耗能提高效率,對(duì)速凍調(diào)理食品行業(yè)的發(fā)展有著非常重大而深遠(yuǎn)的意義[2-3]。
液氮凍結(jié)是利用液氮-196 ℃的超低溫,使得食品中的水分在極短時(shí)間內(nèi)迅速形成細(xì)小冰晶,是目前食品最快捷的凍結(jié)方式,主要有液氮浸漬凍結(jié)、液氮冷氣循環(huán)式凍結(jié)和液氮噴淋凍結(jié)[4-5]。作為一種新型凍結(jié)技術(shù),液氮凍結(jié)技術(shù)具有凍結(jié)速度快、設(shè)備占地面積小、安全穩(wěn)定、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[6-8],已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肉制品、水產(chǎn)品、果蔬、菌類產(chǎn)品等速凍食品生產(chǎn)中[9-10]。Kaale等[11-12]研究結(jié)果表明三文魚凍結(jié)速率不同時(shí),組織內(nèi)形成冰晶大小不同,快速凍結(jié)時(shí)形成大量胞內(nèi)小冰晶,慢速凍結(jié)則形成大量大冰晶。Alhamdan等[13]分別采用液氮超低溫凍結(jié)、單體快速冷凍和傳統(tǒng)的慢凍方式處理新鮮食品及測(cè)定其貨架期,發(fā)現(xiàn)液氮凍結(jié)的食品在相同儲(chǔ)存期內(nèi)品質(zhì)最好。王嶸等[14]研究了液氮在禽類食品中的應(yīng)用,結(jié)果得出液氮凍結(jié)后的禽體解凍后可保持原有的色、香、味及新鮮狀態(tài);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(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的變化,結(jié)果表明液氮深冷速凍對(duì)銀鯧魚凍藏品質(zhì)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(duì)新鮮松茸進(jìn)行噴霧式流態(tài)化速凍,可很好保持松茸的營(yíng)養(yǎng)和商品價(jià)值;章斌等[17]對(duì)香蕉片凍結(jié)過程的影響因素進(jìn)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(nèi)應(yīng)力較大,組織致密的面米食品極易產(chǎn)生產(chǎn)品龜裂,凍裂率高等問題一直制約著液氮技術(shù)在速凍面米食品中的應(yīng)用。
食品采用液氮凍結(jié)分為三個(gè)過程:當(dāng)把食品放入液氮凍結(jié)液的初期,剛開始從初溫到冰點(diǎn)時(shí),液氮的凍結(jié)速度極快,食品表面迅速吸附凍結(jié)液,食品內(nèi)部的水分與溶質(zhì)開始發(fā)生熱量傳遞,此時(shí)放出的是顯熱;中間過程食品內(nèi)大部分水分結(jié)成冰晶,由于潛熱比顯熱大約50~60倍,在凍結(jié)過程中絕大部分熱量在此階段放出,此時(shí)食品離開凍結(jié)液的液面后在間隔的時(shí)間段內(nèi)內(nèi)部結(jié)冰晶由外向里推移有一個(gè)緩凍的過程[18]。實(shí)驗(yàn)室前期采用改變和面時(shí)水面質(zhì)量比、面團(tuán)靜置時(shí)間等對(duì)液氮浸漬凍結(jié)餃子的工藝進(jìn)行優(yōu)化,通過改變面坯組織水分狀態(tài),降低急速冷凍過程內(nèi)應(yīng)力,研究結(jié)果將餃子凍裂率降到37%[19],工業(yè)生產(chǎn)次品率仍較高,很難推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,本文通過探究液氮凍結(jié)浸入時(shí)間、間隔時(shí)間及浸入次數(shù)對(duì)餃子凍裂率的影響,確定液氮間歇式浸漬凍結(jié)餃子的最佳工藝條件,并以低溫冰箱凍結(jié)、螺旋隧道式凍結(jié)為對(duì)比,分析液氮間歇式浸漬凍結(jié)對(duì)餃子皮色差、質(zhì)構(gòu)、感官品質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及餃子煮后感官品質(zhì)的影響,以期為液氮凍結(jié)技術(shù)在速凍面米食品中的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
精制肉餡 雙匯集團(tuán);餃子皮 購(gòu)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(yè)蛋白有限公司;金龍魚調(diào)和油 益海嘉里食品營(yíng)銷有限公司;低鈉精純鹽 河南省衛(wèi)群多品種鹽有限公司;十三香 王守義十三香調(diào)味品集團(tuán)有限公司;海天特級(jí)草菇老抽 廣東省佛山市高明區(qū)滄江工業(yè)園東園;香菇、液氮(純度99.999%) 市售。
單螺旋速凍隧道機(jī)(產(chǎn)量:60 kg/h,定制) 鄭州亨利制冷設(shè)備有限公司;10 L保溫液氮罐(定制) 新鄉(xiāng)市新亞低溫容器有限責(zé)任公司;TA-XAPLUS質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems;CR-5色彩色差計(jì) 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(jì) 深圳市聚茂源科技有限公司;WK2102電磁爐 美的集團(tuán)股份有限公司;SU3500 型掃描電子顯微鏡 日立儀器有限公司。
1.2.1 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(jī)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(zhì)量比稱量,加入適量的油、醬油、食用鹽調(diào)制均勻。按照皮餡質(zhì)量比1∶1.3,采用對(duì)折法進(jìn)行餃子的包制[20],平均每個(gè)餃子的質(zhì)量控制在18~20 g。
1.2.2 液氮間歇式浸漬凍結(jié)對(duì)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(shí)間后離開液面,間隔數(shù)秒后繼續(xù)浸入,重復(fù)浸入直至餃子中心溫度值達(dá)到-18 ℃為止。
1.2.2.1 液氮浸入時(shí)間對(duì)餃子凍裂率的影響 以20 s為單次浸漬基準(zhǔn)時(shí)間,5 s為時(shí)間梯度,依次測(cè)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(shí)間對(duì)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(shí)間、間隔時(shí)間和浸入次數(shù)對(duì)餃子凍裂率的影響 以單次浸入液氮時(shí)間2、3、4 s為基準(zhǔn),分別間隔10、12、15 s,重復(fù)浸入次數(shù)直至中心溫度值達(dá)到-18 ℃為止,探究液氮單次浸入時(shí)間、間隔時(shí)間和浸入次數(shù)對(duì)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(jié)處理 將餃子皮分別采用低溫冰箱凍結(jié)(-24 ℃,2 h)、螺旋隧道凍結(jié)(-37 ℃,30 min)、液氮間歇式浸漬凍結(jié)(-196 ℃,每次浸入2 s,間隔10 s,總浸入次數(shù)2次)三種凍結(jié)方式處理,分別進(jìn)行色差值、質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定及微觀結(jié)構(gòu)的觀察。
將包制好的餃子分別采用低溫冰箱凍結(jié)(-24 ℃,2 h)、螺旋隧道凍結(jié)(-37 ℃,30 min)、液氮間歇式浸漬凍結(jié)(-196 ℃,每次浸入時(shí)間2 s,間隔時(shí)間10 s,總浸入次數(shù)8次)三種凍結(jié)方式處理,進(jìn)行感官指標(biāo)的測(cè)定。
1.2.4 餃子凍裂率的計(jì)算 判斷餃子凍裂的規(guī)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(zhǎng)或者寬的裂紋即為凍裂[12]。餃子凍裂率按下列公式計(jì)算:
凍裂率(%)=n/N×100
式(1)
式中:n為凍裂餃子總數(shù);N為實(shí)驗(yàn)樣品總數(shù)。
1.2.5 餃子皮色差的測(cè)定 餃子皮色澤測(cè)量采用CIE(Commission Internationale de L′Eclairage)L*a*b*表色系統(tǒng)測(cè)定法。其中,L*表示亮度;a*正值表示偏紅,負(fù)值表示偏綠;b*正值表示偏黃,負(fù)值表示偏藍(lán)[21]。取新鮮餃子皮作為空白對(duì)照,測(cè)定樣品色差。
1.2.6 餃子皮質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 取新鮮餃子皮作為空白對(duì)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(zhì)構(gòu)測(cè)定樣品臺(tái)中央,進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定[22],質(zhì)構(gòu)測(cè)定參數(shù)為:采用P/50探頭,壓縮比70%,測(cè)前、測(cè)中、測(cè)后速度分別為3、1、5 mm·s-1,觸發(fā)力為0.05 N。
1.2.7 餃子皮微觀結(jié)構(gòu)的觀察 將1.2.3凍結(jié)處理的餃子皮進(jìn)行真空冷凍干燥[23],凍干參數(shù):捕水器溫度-60 ℃,加熱溫度25 ℃,真空度設(shè)定值1 Pa,干燥時(shí)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(tái)上,利用噴涂?jī)x對(duì)其進(jìn)行鍍金處理,使用掃描電子顯微鏡分別放大1000、2000倍對(duì)樣品觀察拍照,觀察樣品剖面形貌。
1.2.8 餃子感官品質(zhì)的測(cè)定 每組隨機(jī)拿取25個(gè)餃子放入3000 mL開水鍋中進(jìn)行煮制,煮制時(shí)間為5 min,將煮熟的餃子撈出20個(gè)進(jìn)行感官品嘗,鍋中剩余5個(gè)餃子繼續(xù)煮5 min,測(cè)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(píng)定小組,對(duì)餃子進(jìn)行感官評(píng)定,記錄感官評(píng)定的結(jié)果,評(píng)分取平均值,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 餃子感官品質(zhì)評(píng)分表Table 1 Dumpling sensory quality score sheet
使用SPSS 16.0、Excel 2016分析處理數(shù)據(jù),每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)9次,數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。
液氮浸入時(shí)間對(duì)餃子凍裂率的影響見表2,由表2可以看出,液氮浸入時(shí)間為20、25、30、35 s時(shí)餃子中心溫度不能全部達(dá)到-18 ℃以下,在40 s時(shí)餃子的中心溫度均達(dá)到-18 ℃以下,但餃子的凍裂率為66.7%,破損嚴(yán)重,與實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果一致[7]。這可能是由于液氮的溫度極低,導(dǎo)致冷凍速度極快,從而在餃子表面與中心之間會(huì)產(chǎn)生極大的瞬時(shí)溫差,膨脹壓力較大,因此,液氮浸入時(shí)間越長(zhǎng),餃子越容易發(fā)生破裂[25]。
表2 液氮浸入時(shí)間對(duì)餃子凍裂率的影響Table 2 Effects of immersion time of liquid nitrogen on freezing cracking rate of dumplings
以單次浸入液氮時(shí)間2、3、4 s為基準(zhǔn),間隔時(shí)間10、12、15 s為梯度,分析間隔時(shí)間和浸入次數(shù)對(duì)餃子凍裂率的影響,結(jié)果見表3。結(jié)果表明:隨著浸入次數(shù)增加及單次浸入時(shí)間的延長(zhǎng),餃子中心溫度呈下降趨勢(shì),凍裂率的總體變化呈上升趨勢(shì);隨間隔時(shí)間的延長(zhǎng),凍裂率呈減小趨勢(shì),但是間隔時(shí)間過長(zhǎng),對(duì)液氮的消耗量較大。這可能是由于把餃子放入液氮凍結(jié)液的初期,液氮的凍結(jié)速度極快,餃子皮表面迅速吸附凍結(jié)液,餃子內(nèi)部的水分開始凍結(jié),當(dāng)單次浸入液氮時(shí)間較短時(shí),直接與液氮接觸的餃子外部溫度低、內(nèi)部溫度較高,因此在離開液氮凍結(jié)液的液面間隔時(shí)間內(nèi)餃子由外向內(nèi)發(fā)生溫度傳遞,此時(shí)餃子整體凍結(jié)速率相對(duì)降低,不會(huì)使其因瞬時(shí)溫差產(chǎn)生的膨脹壓力而發(fā)生破裂[26-27]。當(dāng)凍結(jié)速度超過一定極限時(shí),熱應(yīng)力會(huì)引起食品的低溫?cái)嗔?凍結(jié)速度越快,低溫?cái)嗔言絿?yán)重[28]。隨著餃子浸入次數(shù)的增加,整體溫度持續(xù)降低,達(dá)到一定的溫度后由于溫度過低餃子仍易發(fā)生凍裂;當(dāng)單次浸入時(shí)間較長(zhǎng)或間隔時(shí)間較短時(shí),溫差仍較大則易發(fā)生破裂;當(dāng)間隔時(shí)間過長(zhǎng),則總體用時(shí)過長(zhǎng)且液氮消耗量較大。因此,綜合分析可得:液氮凍結(jié)餃子的最佳工藝時(shí)間參數(shù)為單次浸入2 s,間隔10 s,浸入8次時(shí)餃子中心溫度均達(dá)到-18 ℃以下且凍裂率為0。本文液氮凍結(jié)處理餃子均按照此方法進(jìn)行。
表3 液氮單次浸入時(shí)間、間隔時(shí)間 和浸入次數(shù)對(duì)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
以常規(guī)凍結(jié)方式螺旋隧道凍結(jié)、冰箱凍結(jié)處理為對(duì)比,液氮間歇式浸漬凍結(jié)對(duì)餃子皮色差的影響見表4。由表4可知,采用不同方式凍結(jié)后,餃子皮亮度均有不同程度的提高,凍結(jié)溫度越低,亮度值越高,其中液氮間歇式浸漬凍結(jié)餃子皮L*值、a*值顯著高于其他組別(P<0.05),與新鮮未凍結(jié)餃子皮差異最大。與新鮮餃子皮相比,隧道凍結(jié)組、液氮凍結(jié)組b*顯著下降(P<0.05)。這可能是由于急速凍結(jié)過程形成極其細(xì)小的冰晶,使冷凍狀態(tài)下的食物顏色變淺,從而更有效地散射光線,而隨著凍結(jié)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(jié)對(duì)餃子皮色差的影響Table 4 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on the color difference of dumpling wrappers
液氮間歇式浸漬凍結(jié)對(duì)餃子皮質(zhì)構(gòu)特性的影響見表5。由表5可知:三種不同凍結(jié)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(jié)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(jié)方式處理后餃子皮彈性無(wú)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(nèi)部組織水分分布有關(guān),凍結(jié)過程中,水分發(fā)生遷移,冰晶的生長(zhǎng)對(duì)餃子皮內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成一定機(jī)械破壞,使得餃子皮內(nèi)外層含水量發(fā)生改變,硬度值提高,凍結(jié)速率越快,形成冰晶速度越快,水分遷移越小[31-32]。液氮凍結(jié)時(shí)凍結(jié)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(zhì)構(gòu)品質(zhì)特性。
表5 液氮間歇式浸漬凍結(jié)對(duì)餃子皮質(zhì)構(gòu)品質(zhì)特性的影響Table 5 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on the quality characteristics of dumpling wrappers
不同凍結(jié)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(shù)1000×?xí)r,冰箱凍結(jié)處理的皮樣淀粉顆粒裸露數(shù)量明顯多于螺旋隧道凍結(jié)處理的皮樣和液氮間歇式浸漬式凍結(jié)處理的皮樣。結(jié)合放大倍數(shù)2000×?xí)r的掃描電鏡圖分析,冰箱凍結(jié)處理的皮樣形成的孔洞明顯較大且少,即凍結(jié)時(shí)形成了大量的大冰晶,較大的孔洞破壞了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的完整性,造成淀粉顆粒裸露在外。螺旋隧道凍結(jié)處理的皮樣形成的孔洞較小且較多,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)較完整,淀粉顆粒被蛋白網(wǎng)絡(luò)包裹在內(nèi),煮制過程中可降低渾湯程度。液氮間歇浸漬式凍結(jié)處理的皮樣由于液氮溫度低,凍結(jié)時(shí)凍結(jié)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(tài)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(zhì)量,同時(shí)改善了速凍產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性等部分品質(zhì),但是過多的孔洞可能破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致餃子耐煮性較差,煮制過程中出現(xiàn)渾湯現(xiàn)象,有待進(jìn)一步研究解決。
圖1 不同凍結(jié)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
由表6可知,與新鮮未處理餃子相比,隧道凍結(jié)組、液氮凍結(jié)組感官總分差異不顯著(P>0.05),冰箱凍結(jié)組顯著降低(P<0.05)。液氮間歇式浸漬凍結(jié)后餃子色澤、外觀評(píng)分顯著提高(P<0.05),均優(yōu)于其它兩組;三種凍結(jié)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(wú)顯著性差異(P>0.05);除隧道凍結(jié)組外,冰箱凍結(jié)組、液氮凍結(jié)組耐煮性顯著降低(P<0.05)??赡苡捎谝旱獌鼋Y(jié)時(shí)凍結(jié)速率較快,餃子皮內(nèi)部形成多而小的孔洞,破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致餃子耐煮性較差,餃子出現(xiàn)混湯現(xiàn)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(jié)對(duì)餃子的感官品質(zhì)的影響Table 6 Effects of intermittent freezing of liquid nitrogen on sensory quality of dumplings
以凍裂率作為指標(biāo),可以得出液氮間歇浸漬式凍結(jié)餃子的最佳凍結(jié)工藝時(shí)間參數(shù)為:單次浸入液氮2 s,間隔時(shí)間為10 s,浸入8次,總時(shí)間86 s,此時(shí)餃子中心溫度值均能達(dá)到-18 ℃以下且餃子凍裂率為0。液氮間歇式浸漬凍結(jié)處理樣品的硬度較低、彈性最好、咀嚼性適中,色澤、感官品質(zhì)和微觀組織結(jié)構(gòu)均優(yōu)于傳統(tǒng)冰箱凍結(jié)、螺旋隧道凍結(jié),同時(shí)感官評(píng)分最接近新鮮未凍結(jié)餃子。通過掃描電子顯微鏡觀察餃子皮微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果表明,液氮間歇浸漬式凍結(jié)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(tài)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(zhì)量,同時(shí)改善了速凍產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性、提高了感官品質(zhì),但是過多的孔洞可能破壞了餃子皮中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致餃子耐煮性變差,有待進(jìn)一步研究解決。本實(shí)驗(yàn)為液氮凍結(jié)在速凍面米食品的應(yīng)用提供了一定的理論支持與技術(shù)支撐。