膠凝化工藝對年糕水分分布狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

胡文軒，陳 潔*，呂瑩果，陳 玲

（1 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 鄭州450001 2 華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 廣州510640）

年糕是中國傳統(tǒng)民間特產(chǎn)之一，其歷史可追溯到2000 多年前，一直深受消費者喜愛。在傳統(tǒng)意義上粳米是制作年糕的主要原材料，用其制作的年糕表面光滑，晶瑩剔透，吃起來軟糯而有嚼勁，米香味十足。國內(nèi)外有對年糕保鮮、品質(zhì)改良與新產(chǎn)品開發(fā)的相關(guān)研究報道，如：Kim 等[1]發(fā)現(xiàn)采用濕熱處理的糙米粉制成的年糕，其回生值與消化率較低；Ren 等[2]研究發(fā)現(xiàn)交聯(lián)抗性淀粉添加量為10%時制成的年糕，其黏結(jié)性與回彈性均高于對照組；蔡懷依等[3]發(fā)現(xiàn)乙醇噴涂處理能抑制年糕硬度升高及褐變，有效防止年糕水分散失并延緩pH 值的下降，使年糕在貯藏過程中保持優(yōu)良品質(zhì)；樊月等[4]研究表明添加馬鈴薯全粉，可使年糕結(jié)構(gòu)更緊實，孔隙減少，硬度、咀嚼性增加，當(dāng)馬鈴薯全粉的添加量為40%時，年糕的品質(zhì)最佳。

傳統(tǒng)年糕的制作工藝包括浸泡、沖洗、打漿、壓榨、粉碎、蒸煮、擠壓成型等，工藝較為繁瑣，耗時較長[5]。經(jīng)過浸泡、沖洗、打漿、壓榨與粉碎制得的粳米粉，水溶性營養(yǎng)成分損失較大，并含有一定量的破損淀粉。破損淀粉包括天然顆粒、顆粒碎片和低分子質(zhì)量可溶性物質(zhì)，可導(dǎo)致淀粉的吸水率與溶解度增大，溶脹勢降低[6-7]。此外，在干燥過程中，粳米粉中破損暴露的部分成分在一定水分條件下發(fā)生氧化反應(yīng)及褐變，使粳米粉品質(zhì)下降，進(jìn)而影響年糕的整體品質(zhì)。

年糕為傳統(tǒng)水膠體類食品，水對其品質(zhì)的影響巨大。Bosmans 等[8]運用低場核磁共振技術(shù)（LFNMR） 研究淀粉-水與面粉-水模型中水分的分布狀態(tài)及糊化過程中的淀粉及面粉的變化，發(fā)現(xiàn)2種模型的變化主要歸因于淀粉糊化。Ozel 等[9]運用LF-NMR 研究微波加熱對淀粉糊化的影響，發(fā)現(xiàn)相對于玉米和小麥淀粉，大米淀粉顆粒具有更好的水合特性使其糊化更均勻。Chen 等[10]通過LFNMR 發(fā)現(xiàn)普魯蘭多糖能抑制大米淀粉凝膠在冷藏期間的水分遷移與淀粉回生，降低凝膠的硬度并且提高凝膠的彈性。這是因為水是一種極好的淀粉增塑劑，在將分散的淀粉糊轉(zhuǎn)化為具有彈性的凝膠過程中，水的含量、流動性、位置及其與食品基質(zhì)中其它物質(zhì)的相互作用，對淀粉基食品的穩(wěn)定性與功能特性有顯著影響[11-12]。

本研究在傳統(tǒng)工藝上有較大改進(jìn)，采用潤米、擠出與膠凝化工藝制作年糕，此工藝較為簡單，營養(yǎng)流失少，風(fēng)味好，并且成本低，耗時短，操作簡便。通過控制膠凝化時間、膠凝化溫度和膠凝化濕度，比較年糕制作過程中不同控制條件對年糕的色澤、糊化度、蒸煮特性與質(zhì)構(gòu)特性等品質(zhì)的影響，同時，分析年糕膠凝化過程中的水分分布狀態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)的變化，為優(yōu)化年糕的生產(chǎn)工藝，改善產(chǎn)品品質(zhì)，提供技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

粳米，安徽省巢湖市；糯米，黑龍江哈爾濱市；α-淀粉酶，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

多功能一步成型機，廣東恒聯(lián)食品機械有限公司；AL204 分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；電熱恒溫水浴鍋，上海維誠儀器有限公司；TU-1810 紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；CR-400 色差儀，柯尼卡美能達(dá)（中國）有限公司；HWS-080 恒溫恒濕箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；TA.XT.plus 物性測試儀，英國Stable Micro System 公司；MicroMRCL-I 變溫型核磁共振食品農(nóng)業(yè)成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；Quanta250FEG 掃描電子顯微鏡，美國FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 年糕制作的工藝流程 見圖1。

圖1 年糕制作的工藝流程Fig.1 Technological process of making rice cake

1.3.2 年糕色澤的測定 色差儀預(yù)熱后，將年糕等距平整切片，在試樣杯中鋪滿不留間隙，擰上杯帽測定，記錄L*，a*，b*值，重復(fù)3 次。采用亨氏白度公式[13]計算白度：

式中，w——代表亨氏白度；L*——亮度（亮度越高，值越大）；a*——紅綠值（+代表紅色增加，-代表綠色增加）；b*——藍(lán)黃值（+代表黃色增加，-代表藍(lán)色增加）。

1.3.3 年糕糊化度的測定 根據(jù)陳小聰?shù)萚14]與趙思明等[15]的方法加以改進(jìn)。稱取0.3 g年糕于研缽中碾碎；用25 mL 蒸餾水沖入50 mL 容量瓶中，加入2 mL α-淀粉酶（5%）；39 ℃水浴振蕩1.5 h；加入1 mL HCl（0.1 mol/L），定容至50 mL；濾紙過濾；取1 mL 濾液用DNS 法測定還原糖含量，并以蒸餾水加酶液作對照。糊化度根據(jù)式（2）計算。

1.3.4 蒸煮特性的測定

1） 吸水率 將5 g 左右的年糕樣品在盛有50 mL 蒸餾水的燒杯中蒸煮1.5 min；蒸煮后，將內(nèi)容物轉(zhuǎn)移到濾紙上以除去表面水；然后將煮熟的樣品精確稱重，計算樣品的吸水率[16]。

2） 蒸煮損失 將5 g 左右的年糕樣品在盛有50 mL 蒸餾水的燒杯中蒸煮1.5 min；除去固體試樣，將溶液轉(zhuǎn)移至鋁盒中在110 ℃烘箱中蒸發(fā)，直至完全干燥；稱量干燥的固體質(zhì)量，計算蒸煮損失[16-17]。

1.3.5 年糕質(zhì)構(gòu)特性的測定 將年糕切成長度1 cm、直徑1.2 cm 的圓柱，在100 ℃水中蒸煮1.5 min，撈出后濾紙擦干測定。采用P/35 探頭，測試條件：測前速度1 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度1 mm/s，壓縮比50%，觸發(fā)力5 g。測定3 次，取平均值。

1.3.6 感官評定 按照1.3.4 節(jié)的試驗方法對年糕進(jìn)行蒸煮后，由6 名專業(yè)感官評分人員按表1年糕感官評分細(xì)則進(jìn)行評價。

1.3.7 試驗設(shè)計 由預(yù)試驗確定在保證品質(zhì)較好的條件下，對年糕品質(zhì)影響較大的因素分別為膠凝化時間、膠凝化溫度和膠凝化濕度?；A(chǔ)工藝參數(shù)為膠凝化時間18 h，膠凝化溫度30 ℃，膠凝化濕度70%，分別改變單因素條件為：膠凝化時間梯度為6，12，18，24，30 h；膠凝化溫度20，25，30，35，40 ℃；膠凝化濕度50%，60%，70%，80%，90%。選取合適的工藝參數(shù)及響應(yīng)指標(biāo)做L9（34）正交優(yōu)化試驗。

1.3.8 膠凝化過程中低場脈沖核磁共振分析 截取3 mm年糕斷面，置于核磁共振專用管中，采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列進(jìn)行掃描，參數(shù)設(shè)置：采樣頻率SW=333 kHz，采樣間隔時間TW=1 500 ms，回波個數(shù)Echo Count=3 000，累加次數(shù)NS=32。將結(jié)果反演，即可得到T2弛豫時間反演圖譜。

表1 年糕感官評分細(xì)則及分值表Table 1 The score rules and sensory evaluation of rice cake

1.3.9 膠凝化過程中掃描電子顯微鏡分析 將年糕冷凍干燥48 h 后，掰開，取其斷裂截面，制備掃描電鏡樣品，在3 kV 電壓下，放大2 000 倍，觀察其微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 制備工藝對年糕品質(zhì)的影響

圖2 膠凝化時間對年糕品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of different gelation time on rice cake quality

2.1.1 膠凝化時間對年糕品質(zhì)的影響 圖2和表2可知，在不同膠凝化時間條件下，各指標(biāo)均具有顯著性差異（P＜0.05）。糊化度與白度隨膠凝化時間的延長而減小，蒸煮損失先減小后增大，而吸水率呈升高的趨勢。在膠凝化過程中，伴隨水分的散失，年糕中的直鏈淀粉基質(zhì)短期內(nèi)進(jìn)行不可逆的凝膠化與重結(jié)晶，而凝膠硬度的長期增加主要與貯存過程中支鏈淀粉可逆有序化的重結(jié)晶有關(guān)，使連續(xù)相形成有一定強度及韌性的水膠體[18]。膠凝化時間在6～24 h 范圍內(nèi)，隨膠凝化時間的延長，年糕的水分不斷散失，光反射率減小，白度減小；網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的密集程度逐漸增加，大分子團(tuán)簇在較高水分含量時，優(yōu)先與水形成化學(xué)鍵，而不是相互之間交聯(lián)，使得年糕的硬度、咀嚼性增大，包裹在年糕里的糊化淀粉分子碎片鍵合到有限的直鏈淀粉和支鏈淀粉的聚集物上，使得蒸煮損失、糊化度及黏附性減小。膠凝化24 h 后，凝膠網(wǎng)格逐漸由疏到密，強度由弱變強，由于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和糊化的淀粉分子碎片鍵合作用增強，年糕由內(nèi)到外的微晶束逐漸增多，并且水分散失多，白度值降低，吸水率大幅上升。蒸煮過程中，水分不易進(jìn)入年糕內(nèi)部，水滲透不強，熱量傳遞到內(nèi)部的程度小，糊化度低，硬度與咀嚼性升高；對微晶束結(jié)構(gòu)有一定破壞，致使顆粒殘留物溶出，蒸煮損失略微增加，然而由于較強的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，黏附性并未增大，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)部空洞，彈性下降。年糕的感官評分呈先增加后減小的趨勢，膠凝化18～30 h 的分值急劇減少，18 h 時得分最高。周顯青等[19]與李里特等[20]認(rèn)為短期回生在淀粉凝膠的形成中起重要作用，且凝膠特性（如硬度、彈性、黏性等）是解析米粉加工特性及其食味品質(zhì)形成的理論基礎(chǔ)，而長期膠凝化往往會引起凝膠產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，影響其貨架期。

表2 膠凝化時間對年糕質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effects of gelation time on textural properties of rice cake

2.1.2 膠凝化溫度對年糕品質(zhì)的影響 由圖3和表3可知，隨膠凝化溫度的升高，白度與蒸煮損失不斷減少，硬度與咀嚼性先減少后增加，彈性與感官評分先增加后減少，而糊化度、吸水率與黏附性呈增加的趨勢。溫度上升，加劇了水分子的運動，致使年糕水分散失，色澤偏黃，白度下降，且各指標(biāo)呈顯著性差異（P＜0.05）。已有研究報道4 ℃下淀粉糊的膠凝化速率快于25 ℃下的淀粉糊，而25℃下淀粉糊的凝膠彈性和結(jié)構(gòu)好于4 ℃。在4 ℃下淀粉糊成核較快，為一次成核，而在25 ℃下為不斷成核，其成核的差異造成了凝膠膠凝化結(jié)構(gòu)方面的差異[21]。膠凝化溫度影響年糕網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密程度及支鏈淀粉晶核的生長方式，在所選溫度段，支鏈淀粉的晶核生長方式為不斷成核。在20～25 ℃范圍內(nèi)，隨溫度的上升，支鏈淀粉的晶核生長更加緩慢且均勻，糊化度高，回生度小，硬度與咀嚼性低。在30～40 ℃范圍內(nèi)，溫度升高，水分的蒸騰作用加劇，抑制了年糕的膠凝化（35 ℃與40 ℃時年糕的糊化度沒有顯著性差異），形成的凝膠網(wǎng)格較為粗糙，且年糕由于過度的水分散失，表面粗糙干裂，彈性較差，硬度與咀嚼性較高，吸水率升高；由于水分的蒸騰作用過于劇烈，蒸煮過程中，水分未能進(jìn)入到年糕內(nèi)部，包裹在內(nèi)部的淀粉溶出減少，蒸煮損失降低，而過高的熱量對水分滲透到的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有一定破壞作用，黏附性增加。25 ℃時水分含量達(dá)到飽和，在水分的推動下，大分子團(tuán)簇之間的鍵合作用更強，更易搭聯(lián)形成“水橋”，凝膠的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加均勻，彈性與吸水率較高，蒸煮損失較低，感官評分最高。丁文平等[22]與Lu 等[23]也認(rèn)為相比于4 ℃，25 ℃膠凝化時大米淀粉凝膠與馬鈴薯淀粉凝膠的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加致密均勻，水合淀粉粒殘片較小，且凝膠更加柔軟，富有彈性。

圖3 膠凝化溫度對年糕品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of different gelation temperature on rice cake quality

表3 膠凝化溫度對年糕質(zhì)構(gòu)特性影響Table 3 Effects of gelation temperature on textural properties of rice cake

2.1.3 膠凝化濕度對年糕品質(zhì)影響 圖4和表4可知，隨膠凝化濕度的升高，年糕與膠凝化體系能在較短時間內(nèi)達(dá)到平衡，水分散失程度減小，白度、黏附性和彈性增大，硬度和咀嚼性減小。膠凝化濕度在60%～90%范圍內(nèi)，隨著膠凝化濕度增大，糊化度和蒸煮損失升高，吸水率降低。直鏈淀粉以其高度線性有序化的結(jié)構(gòu)，從溶脹的淀粉糊中脫離出來，通過氫鍵鍵合形成三維立體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的結(jié)點，隨時間的延長，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展，結(jié)點尺寸增大，間距縮小，從而導(dǎo)致淀粉糊剛性增加，老化程度加深[24]。隨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的增強，支鏈淀粉分支鍵合的水分子從網(wǎng)格中被排擠出來，暴露的基團(tuán)之間發(fā)生締合，支鏈淀粉的流動性增加，體系的有序化加強。即在此濕度段內(nèi)，水分散失與網(wǎng)格形成是同時進(jìn)行的，而速率不一；高濕度條件下，水分子在年糕與環(huán)境之間的交換速率較低且較早達(dá)到平衡，高水分年糕體系內(nèi)黏稠度較大，阻礙了直鏈淀粉的脫離，抑制了結(jié)點的形成，由于支鏈淀粉鍵合的水分子較多，流動性降低，體系的無序性增加，相同膠凝化時間內(nèi)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)較為稀疏，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為松弛，吸水率、硬度、彈性與咀嚼性較低，白度、糊化度與黏附性較高。在濕度50%條件下，水分子在年糕與環(huán)境之間的交換速率過快，水分子過量流失，年糕表現(xiàn)出較高的硬度與咀嚼性，及較低的白度，然而體系內(nèi)部分子的流動性變差，抑制淀粉分子鏈的遷移、纏繞及交聯(lián)，進(jìn)而減弱其重排及結(jié)晶，導(dǎo)致年糕膠凝化程度低，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)較差，彈性較低，而體系的無序性較高，故表現(xiàn)出較低的吸水率與較高的蒸煮損失及黏附性。在濕度為80%條件下，年糕內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成較好，網(wǎng)格之間的空洞中，水分子與嵌合物填充較為緊密，成鍵較好，彈性與糊化度較高，吸水率、黏附性、硬度與咀嚼性較低，感官評分最高。

圖4 膠凝化濕度對年糕品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of different gelation humidity on rice cake quality

表4 膠凝化濕度對年糕質(zhì)構(gòu)特性影響Table 4 Effects of gelation humidity on textural properties of rice cake

2.1.4 各因素中感官評分與各指標(biāo)相關(guān)性分析由表5可知，對年糕感官評分影響最大的是彈性，呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；其次是糊化度，呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。彈性在一定程度上反映了年糕的結(jié)構(gòu)與水分的堆積程度，當(dāng)水分與小顆粒物碎片充分填充到凝膠內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中時，能賦予年糕一定的韌性與適宜的口感；糊化度在一定程度上反映了年糕的細(xì)膩程度，糊化程度越高，淀粉顆粒溶脹破裂更充分，顆粒物碎片更小，口感更細(xì)膩，品質(zhì)更好。

表5 感官評分與各指標(biāo)相關(guān)性分析Table 5 Correlative coefficient between all indexs and sensory evaluation

2.2 年糕制備工藝優(yōu)化

選取與感官評分呈極顯著正相關(guān)的彈性，另外選取蒸煮損失為響應(yīng)值做L9（34） 正交優(yōu)化試驗。試驗設(shè)計與結(jié)果見表6，方差分析見表7。

表6 年糕工藝參數(shù)正交試驗結(jié)果Table 6 Orthogonal array design and results for technological parameters of rice cake

（續(xù)表6）

表7 年糕正交試驗方差分析結(jié)果Table 7 Analysis of variance for the orthogonal array design for technological parameters of rice cake

由表6可知，各因素對彈性的影響大小依次為A＞C＞B，對蒸煮損失影響依次為A=C＞B；表7可知，各因素對彈性及蒸煮損失均有極顯著差異（P＜0.01）；考慮以彈性最佳，蒸煮損失最小為標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化結(jié)果均為A3B2C2，即膠凝化時間18 h，膠凝化溫度25 ℃，膠凝化濕度80%。

優(yōu)化工藝后制得的年糕彈性平均數(shù)為99.66±0.32，大于正交試驗中9 組處理任一結(jié)果；蒸煮損失平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（1.56±0.02）%，小于正交試驗中9 組處理任一結(jié)果，表明優(yōu)化工藝較為合理。

2.3 優(yōu)化工藝下年糕的膠凝化分析

2.3.1 年糕膠凝化過程中的水分分布情況 圖5與表8及表9為優(yōu)化工藝制作的年糕在不同膠凝化時間中的水分分布反演結(jié)果?？芍衷谀旮饽z凝化過程中有3 種形態(tài)，T21（0.01～0.12 ms）為深層結(jié)合水，主要為稻米糊化過程中進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，且在溶脹的淀粉及變性蛋白質(zhì)形成的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定結(jié)合的水分子；T22（0.21～1.67 ms）為弱結(jié)合水，位于糊化后的淀粉與蛋白質(zhì)的內(nèi)部或者鏈狀的末端，結(jié)合能力較差，轉(zhuǎn)化能力較強，不易流動；T23（2.15～28.48 ms）為自由水，水的結(jié)合能力跨度較大，相比弱結(jié)合水流動性強[25-26]。隨膠凝化時間的延長，3 種形態(tài)的水群在年糕中的含量顯著降低（P＜0.05）且結(jié)合能力發(fā)生改變，物料中質(zhì)子橫向馳豫時間的大小與含水量有密切關(guān)系，且水分子與其它組分之間的相互作用也是影響質(zhì)子馳豫行為的重要因素[27]。

在膠凝化過程開始時，由于粳米通過擠出熟化需要過量的水分存在，致使體系的總含水量較高；0～2 h 范圍內(nèi)，年糕始終擁有較高的水分含量，深層結(jié)合水的量變化不大并無顯著性差異，是因為水作為一種增塑劑，可決定淀粉分子鏈交聯(lián)纏繞和重新締合的速率，所以在較高與較低水分含量條件下，淀粉分子鏈的遷移都會受到阻礙，進(jìn)而減緩淀粉凝膠的老化速率[28-29]。當(dāng)膠凝化時間為2 h 時，結(jié)合水峰拖尾增加表明部分深層結(jié)合水的結(jié)合程度降低，向弱結(jié)合水遷移反應(yīng)的熵值增加，而自由水由于較強的流動性，減少了29.39%，較易轉(zhuǎn)化的弱結(jié)合水為填補自由水的量保持動態(tài)平衡，減少了30.34%，說明在膠凝化開始的短期內(nèi)，較高的水分含量抑制了3 種水群之間的轉(zhuǎn)交，體系主要表現(xiàn)為水分的散失。膠凝化時間在2～12 h 范圍內(nèi)，年糕中的自由水含量沒有顯著變化，峰型也近乎一樣，整個體系與環(huán)境中的可交換水分保持一個動態(tài)平衡，弱結(jié)合水下降程度較小，峰型大體保持不變，可認(rèn)為其作為結(jié)合態(tài)水與自由水之間相互轉(zhuǎn)換的橋梁，保證體系中水分子的傳輸及整體的有序化行為，而該階段可主要認(rèn)為是深層結(jié)合水向弱結(jié)合水的遷移；膠凝化時間在2～4 h 范圍內(nèi)深層結(jié)合水含量降低了29.82%，弛豫時間由0.057 ms 減少到0.048 ms，且峰尾向較小弛豫時間處遷移，即深層結(jié)合水中部分鍵合程度較小的水分子被排擠出來，淀粉分子之間的交聯(lián)程度加深；膠凝化時間在4～9 h 范圍內(nèi)深層結(jié)合水的弛豫時間未發(fā)生較大改變，然而其含量降低說明膠凝化行為在不斷進(jìn)行，6 h 時體系的弱結(jié)合水有一定程度的堆積，可能由于體系中的自由水與環(huán)境中水分子的交換量達(dá)到動態(tài)平衡所致；膠凝化時間在9～12 h 范圍內(nèi)深層結(jié)合水的減少量為52.89%，弛豫時間由0.048 ms 減少到0.038 ms，且峰尾向較小弛豫時間處遷移的程度較大，深層結(jié)合水的整體鍵合能力和穩(wěn)定性大幅上升，可認(rèn)為有一定程度的質(zhì)變，深層結(jié)合水的穩(wěn)定程度增加，也能反應(yīng)出此階段年糕的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)十分致密。膠凝化時間在12～30 h 范圍內(nèi)膠凝化行為不斷進(jìn)行，3 種形態(tài)的水從年糕中不斷被排擠出來，體系穩(wěn)定性大幅上升，24 h 時由于年糕的有序性較高，自由水也鍵合十分緊密，到30 h 時改變量不大，且此時未檢測到深層結(jié)合水，說明在此試驗程度上膠凝化行為近乎完全。

圖5 膠凝化時間對年糕水分弛豫時間T2 的影響Fig.5 Effects of gelation time on water transverse relaxation time T2 from rice cake

在整個膠凝化過程中，深層結(jié)合水與自由水都隨膠凝化程度的加深而更加穩(wěn)定，即鍵合程度更強，而弱結(jié)合水卻更加松弛，說明弱結(jié)合水是在此過程中充當(dāng)深層結(jié)合水向自由水轉(zhuǎn)化的中間成分。當(dāng)膠凝化行為完全時，深層結(jié)合水將轉(zhuǎn)化為自由水分布在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之中。由3 種水群在每階段中所占比例可知，深層結(jié)合水和弱結(jié)合水不斷減少，而自由水占比增加，即2 種結(jié)合水群不斷轉(zhuǎn)換為自由水，通過自由水向環(huán)境的轉(zhuǎn)移來降低體系的含水量，促進(jìn)膠凝化行為的發(fā)生。

表8 膠凝化時間對年糕水分弛豫時間T2 的影響Table 8 Effects of water transverse relaxation time T2 in gelation time from rice cake

表9 膠凝化時間對年糕水分弛豫時間T2 峰面積的影響Table 9 Effects of gelation time on T2 peak area of rice cake moisture relaxation time

圖6 不同膠凝化時間年糕的掃描電鏡圖（×2 000）Fig.6 SEM images of different gelation time on rice cake（×2 000）

2.3.2 年糕膠凝化過程中的微觀結(jié)構(gòu) 圖6為在優(yōu)化工藝下經(jīng)過不同膠凝化時間（0，4，9，12，18，30 h），年糕的斷裂截面圖，可以看出0 h 時，年糕經(jīng)過擠出熟化工藝后淀粉發(fā)生糊化，糊化后的淀粉之間相互黏聯(lián)纏繞在一起，形成一定的連續(xù)性凝膠結(jié)構(gòu)，然而連續(xù)的結(jié)構(gòu)中充斥著大量的水分子，致使斷裂截面圖中分布著不同孔徑大小的孔洞，結(jié)構(gòu)較為松散，而孔洞的大小受水分子結(jié)合方式的影響，自由水保持較高的流動性，其相互之間通過氫鍵作用形成一定的水分子團(tuán)簇嵌合在凝膠結(jié)構(gòu)中，在圖中表現(xiàn)為較大孔洞；深層結(jié)合水與弱結(jié)合水與淀粉簇末端結(jié)合，不易流動，相對于自由水更加穩(wěn)定，表現(xiàn)為較小的孔洞。到4 h 時，年糕中較大的淀粉簇由于在體系中具有較高的自由度，優(yōu)先發(fā)生聚集，形成連續(xù)的墻壁狀結(jié)構(gòu)，在LF-NMR 結(jié)果中表現(xiàn)為深層結(jié)合水與弱結(jié)合水有大幅降低。9 h 時，斷裂截面中分布的孔洞孔徑較小，形成一定的均勻的孔洞結(jié)構(gòu)，體系的連續(xù)性進(jìn)一步加強。12 h 時，年糕的膠凝化程度剛達(dá)到完全，斷裂截面形成一個近乎完全的墻壁狀結(jié)構(gòu)，然而出現(xiàn)一定程度的裂紋，猜測為連續(xù)結(jié)構(gòu)之間存在大量結(jié)合程度較弱、流動性強的水分子，在冷凍干燥過程中被強行去除所致。對照LF-NMR 結(jié)果可知，12 h 時的弱結(jié)合水與自由水相對于9 h 分別回升了4.61%與2.62%；到18 h 與30 h 時，凝膠化行為已經(jīng)趨近于完全，斷裂截面完整，連續(xù)性強，且兩時間段中未有較大變化，LF-NMR 結(jié)果中的水結(jié)合程度與峰面積也未發(fā)現(xiàn)較大變化，可認(rèn)為在優(yōu)化工藝下18 h 為膠凝化行為完全的轉(zhuǎn)折點。

3 討論

本文研究了膠凝化時間、膠凝化溫度及膠凝化濕度對年糕色澤、糊化度、感官品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性的影響。在優(yōu)化工藝條件下，對不同膠凝化時間年糕的水分分布狀態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)做出系統(tǒng)性的闡述，得出以下結(jié)論：

1） 膠凝化時間通過影響年糕的膠凝化程度，進(jìn)而影響年糕的品質(zhì)。膠凝化時間為18 h 時，年糕的感官評分最高，此時年糕的糊化度及彈性相對較高，蒸煮損失相對較低，有一定的色澤、吸水性、硬度、黏附性及咀嚼性。膠凝化溫度通過影響年糕的膠凝化速率，進(jìn)而影響年糕的品質(zhì)。當(dāng)膠凝化溫度為25 ℃時，年糕的感官評分最高，此時年糕的膠凝化速率平緩，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)均勻，彈性與吸水率較高，蒸煮損失、硬度、黏附性及咀嚼性較低。膠凝化濕度通過調(diào)控水分的遷移影響年糕的膠凝化，進(jìn)而影響年糕的品質(zhì)。在膠凝化濕度為80%的條件下，年糕的彈性與糊化度較高，吸水率、黏附性、硬度與咀嚼性較低，感官評分最高。

2） 優(yōu)化工藝最佳參數(shù)為：膠凝化時間18 h，膠凝化溫度25 ℃，膠凝化濕度80%。優(yōu)化工藝后年糕具有較高的糊化度和白度值，質(zhì)地光滑均勻，軟硬適中，組織細(xì)膩，黏彈性較好，具有米香味。

3） 過高的水分含量與過高的深層結(jié)合水可共同抑制年糕的膠凝化行為；隨時間的延長，深層結(jié)合水脫離為弱結(jié)合水存在于孔洞結(jié)構(gòu)的空隙中，自由水向環(huán)境中的散失促進(jìn)了弱結(jié)合水向自由水的轉(zhuǎn)換，也促進(jìn)了深層結(jié)合水的脫離，加深了年糕凝膠化行為；弱結(jié)合水在此過程中充當(dāng)深層結(jié)合水與自由水的轉(zhuǎn)換中間體來運輸水分子；在微觀結(jié)構(gòu)中，觀察到年糕是以較大團(tuán)簇結(jié)構(gòu)優(yōu)先聚集，來增加連續(xù)性程度，且整體水分向自由水狀態(tài)遷移，以降低體系中含水量的方式促進(jìn)膠凝化行為。

綜上所述，優(yōu)化后的工藝相對于現(xiàn)行工藝更加方便快捷，減少了年糕生產(chǎn)過程中較為繁瑣的步驟，縮短了生產(chǎn)時間，闡述了膠凝化階段的各參數(shù)對年糕品質(zhì)的影響及年糕的膠凝化過程，為年糕的便捷化工業(yè)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。