涼皮(面皮)貯藏過程中的回生行為及其機理

黃峻榕，伏佳靜，蒲華寅，馬珂瑩，鄺吉衛(wèi)

(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

0 引言

涼皮起源于陜西省岐山縣，被認定為中華名吃之一[1].根據(jù)原料和加工工藝的不同，涼皮分為面皮[2]、搟面皮[3]和米面皮.涼皮生產(chǎn)除了現(xiàn)制現(xiàn)售外，還有小規(guī)模的方便涼皮生產(chǎn)方式.方便涼皮主要分為保鮮涼皮、冷凍涼皮、干燥涼皮三種[4].淀粉的回生使涼皮食味及其它性能顯著變劣，因此分析涼皮中淀粉回生的機理是涼皮工業(yè)化及標準化加工生產(chǎn)的重要課題.

糊化后的淀粉在低溫下自然冷卻，淀粉分子趨向于有序排列，這個過程稱為淀粉的回生[5-7].近年來國內(nèi)外學(xué)者對淀粉及食品回生特性進行大量研究.盧蕓[8]研究表明油糕的回生進程在7 d內(nèi)最快，主要原因是直鏈淀粉的重結(jié)晶.錢平等[9]研究表明饅頭中蛋白質(zhì)含量增多會加速饅頭的回生.Li等[10]研究了淀粉鏈長分布和米飯短期回生特性之間的因果關(guān)系，研究表明支鏈淀粉和直鏈淀粉分子都參與了短期回生過程，對米飯的質(zhì)構(gòu)特性(硬度和粘性)有顯著影響.張雨等[11]研究表明青麥糕中的淀粉重結(jié)晶方式為瞬間成核，短時間內(nèi)回生嚴重.Zhu[12]研究表明饅頭回生與水分遷移有關(guān).Gong等[13]研究表明大米淀粉的回生涉及直鏈淀粉和長支鏈淀粉內(nèi)部鏈之間的相互作用.卜宇[14]研究表明燕麥面條回生時間長于48 h時，面條蒸煮損失隨著老化時間的繼續(xù)增加而升高，而回生值、相對結(jié)晶度隨著老化時間的增加而降低.

總之，目前國內(nèi)外關(guān)于食品及淀粉回生的研究主要集中在淀粉鏈長分布、直鏈淀粉與支鏈淀粉比例、蛋白、水分等各種因素對淀粉回生特性影響的研究，國內(nèi)外有關(guān)傳統(tǒng)食品涼皮回生行為的研究尚未見報道.涼皮的回生縮短其貨架期，因此明晰涼皮的回生規(guī)律及機理，對延長涼皮貨架期，促進其工業(yè)化發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義.

基于此，本研究的目的是系統(tǒng)研究涼皮在貯藏期間回生行為并分析其品質(zhì)變化的原因，為涼皮的工業(yè)化及加工生產(chǎn)提供理論依據(jù)，從而提高涼皮經(jīng)濟效益，拓展涼皮產(chǎn)品的市場空間.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 主要材料與試劑

小麥淀粉，上海正寶惠食品有限公司；無水乙醇 (色譜純)，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；溴化鉀 (色譜純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司.

1.1.2 主要儀器

TA.XT Plus C物性分析儀，美國SMS公司；Q2000 型示差掃描量熱分析儀，美國TA公司；D8 Advance X-射線衍射儀，德國布魯克公司；STA449 F3傅里葉紅外光譜儀，德國布魯克公司；Q45型掃描電鏡，美國FEI公司；

1.2 實驗方法

1.2.1 涼皮樣品制備

選取小麥淀粉進行涼皮制作.淀粉與水比例為1∶2，調(diào)制成淀粉乳.涼皮羅底部刷上少量食用油，倒入適量的淀粉乳使其均勻分散在羅底，加熱熟制3 min之后放入涼水中冷卻至室溫，涼皮表面刷油防止粘連.將成品涼皮進行真空包裝，將包裝好的涼皮置于4 ℃溫度下分別存放0 d、1 d、3 d、5 d、7 d，以0 d作為對照組.利用水分活度儀測定涼皮水分含量.

1.2.2 質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用TA.XT Plus C物性分析儀進行測定.將樣品置于物性分析儀中進行測試，選擇二次壓縮(TPA)模式和A/LKB型探頭.

參數(shù)設(shè)置：測試速度都設(shè)定為1.00 mm/s；樣品壓縮程度為75%；兩次壓縮之間停留時間為5 s，觸發(fā)力5 g；壓縮次數(shù)2次，每項測試重復(fù)3次.

1.2.3 熱學(xué)特性測定

利用Q2000型差式掃描量熱儀(美國TA公司)測定涼皮熱學(xué)參數(shù).分別取儲存不同時間涼皮樣品凍干粉于鋁盤中，加入蒸餾水配成質(zhì)量分數(shù)為30%的懸浮液，壓盤密封.利用Q2000型差式掃描量熱儀測定.

測試參數(shù)：升溫速率為10 ℃/min，升溫范圍為20 ℃～100 ℃.測試結(jié)束得到起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)及焓值(ΔH)等熱學(xué)參數(shù).

1.2.4 結(jié)晶特性測定

將貯存不同時間(0 d、1 d、3 d、5 d和7 d)的涼皮凍干粉采用D8 Advance X-射線衍射儀進行表征，測定參數(shù)設(shè)置：波長1.542 ?，管壓40 kV，管流40 mA，掃描速度4 °/min，2θ變化范圍4 °～40 °，DS：1 °，SS：1 °，RS為0.3 mm.相對結(jié)晶度利用分析軟件Jade 6.0計算.

1.2.5 掃描電子顯微鏡觀察

采用Q45掃描電子顯微鏡(美國FEI公司)對涼皮截面的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察.在掃描電鏡(SEM)的專用的載物臺上粘貼雙面導(dǎo)電膠，凍干后的樣品經(jīng)預(yù)處理后固定于導(dǎo)電膠上，樣品截面朝上.經(jīng)過真空噴金處理后，將載物臺放入樣品室進行觀察并拍照.操作過程中的模式為高真空二次電子成像，電壓設(shè)置為15 kV.

1.2.6 短程有序結(jié)構(gòu)測定

采用溴化鉀(KBr)壓片法，按照淀粉樣品1%比例與KBr充分混合、研磨、壓片進行測試.測試條件為：掃描波數(shù)設(shè)置為全波長4 000～400 cm-1(4 000～1 300 cm-1為官能團區(qū)，1 300～800 cm-1為指紋區(qū))，分辨率為4 cm-1，使用OMNIC軟件對樣品圖譜進行去卷積處理.

1.2.7 涼皮感官評價

根據(jù)相關(guān)文獻中的感官評價標準，制定出涼皮感官評價標準，對涼皮色澤(10分)，口感(20分)、表觀(10分)、粘性(25分)、韌性(25分)、光滑性(5分)、味道(5分)進行評分.

1.2.8 統(tǒng)計學(xué)分析

使用Origin 2018軟件進行繪圖，運用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 涼皮貯藏過程中水分含量的變化

圖1是貯藏不同天數(shù)涼皮的水分含量圖.由圖1可知，新鮮涼皮的水分含量約為33.17%，隨著貯存時間的延長，涼皮水分含量逐漸減少，由0 d的33.17%逐漸減少到3 d的29.99%.5 d水分含量為28.87%，7 d水分含量為28.54%，5 d至7 d水分含量的變化趨勢比較平緩，這是因為真空包裝在一定程度上減少了涼皮水分的散失[15].涼皮是水分含量較高的食品，水分含量的高低能夠很大程度地說明涼皮的新鮮程度.水分含量影響食品的口感及食用品質(zhì)，水分含量的減少和重新分布均會導(dǎo)致食品質(zhì)構(gòu)特性的變化.含淀粉較多的食品中水分含量會影響淀粉回生的速度，當(dāng)?shù)矸垲愂澄镏械乃趾吭?0%～60%之間時，食物中的淀粉最容易發(fā)生回生[16].

圖1 貯藏不同天數(shù)涼皮的水分含量

2.2 涼皮貯藏過程中質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的變化

經(jīng)過真空包裝的涼皮在4 ℃條件下貯存0 d、1 d、3 d、5 d、7 d后進行全質(zhì)構(gòu)測定，其質(zhì)構(gòu)參數(shù)變化結(jié)果如表1所示.由表1可知，隨著涼皮貯存時間的延長，涼皮的硬度變化整體上呈現(xiàn)出持續(xù)性增大的趨勢.硬度是測定淀粉回生的一個典型的宏觀特性，是一個與淀粉回生直接相關(guān)的因素[17].0 d涼皮的硬度是169.83 g，在3 d時硬度迅速增大至243.79 g，在貯存至第7 d時，涼皮的硬度增大到294.38 g.咀嚼性是食物被咀嚼到可以直接吞下時所需的能量[18]，涼皮的咀嚼性從61.37逐漸增大至118.51.涼皮在貯藏過程中硬度和咀嚼性明顯增加，是由于涼皮中的淀粉發(fā)生回生.隨著淀粉分子重新有序排列，淀粉鏈之間相互作用增強，食品體系的堅實性和強度增加，表現(xiàn)為硬度、咀嚼性顯著增大[19].

表1 貯藏不同天數(shù)涼皮質(zhì)構(gòu)特性的變化

感官評價數(shù)據(jù)表明，隨著涼皮貯藏天數(shù)增加，評分逐漸降低說明其品質(zhì)逐漸變劣.

2.3 涼皮貯藏過程中微觀形貌的變化

對貯藏不同天數(shù)涼皮的形貌進行觀察，如圖2所示.0 d的涼皮表面光滑，具有良好的色澤與透明度(如圖2(a)所示).當(dāng)涼皮放置1 d后，表面的光澤度降低(如圖2(d)所示)；貯藏時間增加至3 d后，由于涼皮的硬度增大導(dǎo)致涼皮折疊處斷裂，這與質(zhì)構(gòu)參數(shù)中的硬度參數(shù)變化一致(如圖2(g)、2(j)、2(m)所示).使用掃描電鏡對涼皮的微觀形貌進行觀察.涼皮在制作過程中小麥淀粉經(jīng)過糊化后形成網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠結(jié)構(gòu).0 d的涼皮內(nèi)部分布大小不一的孔洞，內(nèi)部呈光滑的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)且連接緊密(如圖2(b)、2(c)所示)，網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)是由于冷凍干燥時脫水而形成的；當(dāng)貯存天數(shù)為1 d時，部分孔隙邊緣出現(xiàn)塌陷(如圖2(e)所示)，部分網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)斷裂(如圖2(f)所示)，這是因為在貯藏期間伴隨著水分的丟失及淀粉回生，網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)失水塌陷.貯藏3 d之后，孔隙邊緣出現(xiàn)大范圍斷裂的情況(如圖2(h)所示)，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大范圍的塌陷(如圖2(i)所示).放置5 d后的樣品內(nèi)部出現(xiàn)大范圍的塌陷，孔洞變得粗糙、不均勻，內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接處變窄，且出現(xiàn)刺突狀的斷裂點(如圖2(k)、2(l)所示).7 d后的樣品內(nèi)部表面粗糙，結(jié)構(gòu)疏松多孔，網(wǎng)絡(luò)狀連接減弱，出現(xiàn)大范圍的斷裂，說明其品質(zhì)已出現(xiàn)劣變.

(a)、(b)、(c)貯藏0 d (d)、(e)、(f)貯藏1 d (g)、(h)、(i)貯藏3 d (j)、(k)、(l)貯藏5 d (m)、(n)、(o)貯藏7 d圖2 貯藏不同天數(shù)涼皮的掃描電鏡圖像

2.4 涼皮貯藏過程中熱學(xué)性質(zhì)的變化

使用DSC對涼皮的淀粉熱學(xué)特性進行測定，得到其DSC曲線如圖3所示，熱力學(xué)參數(shù)值如表2所示.從表2所示實驗結(jié)果可以看出，隨著貯藏時間的延長，融化淀粉結(jié)晶的起始溫度(To)從0 d的42.86 ℃升高到47.14 ℃.峰值溫度(Tp)從49.99 ℃增大至51.74 ℃.終止溫度(Tc)從53.28 ℃增加至58.96 ℃.

表2 貯藏不同天數(shù)涼皮的熱力學(xué)參數(shù)

圖3 貯藏不同天數(shù)涼皮DSC曲線

熱焓值表示的是融化淀粉重結(jié)晶所需的能量，涼皮的熱焓值(ΔH)從3.02 J/g增加至3.92 J/g，熱力學(xué)參數(shù)都增大，表明涼皮重結(jié)晶不斷增加，回生程度增加.淀粉回生形成的有序晶體結(jié)構(gòu)重新熔融需外加能量，DSC分析圖譜中吸熱峰面積所表示的淀粉晶體融化的熱焓焓變(ΔH)，與淀粉回生程度成正相關(guān).隨貯藏天數(shù)的增加，涼皮吸熱峰逐漸增大，表明涼皮回生程度增大.這是因為在貯藏過程中，淀粉分子逐步趨向于低能態(tài)有序化結(jié)構(gòu)，淀粉分子間形成氫鍵而發(fā)生聚集重排，形成結(jié)晶聚合物[20].

2.5 涼皮貯藏過程中晶體結(jié)構(gòu)變化

XRD用于分析淀粉樣品的無定形/結(jié)晶狀態(tài)[21].A-型特征峰出現(xiàn)在2θ為15 °、17 °、18 °和23 °，一般認為是谷物淀粉晶型[22].原小麥淀粉為典型的A-型結(jié)晶.小麥淀粉和涼皮中的淀粉X-射線衍射圖和相應(yīng)的結(jié)晶度如圖4所示.由圖4可知，在17 °和20 °處有兩個主要的寬峰.涼皮中淀粉的重結(jié)晶類型為B-型，B-型結(jié)晶的特征是在2θ角為17 °處有一個明顯的峰，該峰的形成與支鏈淀粉在回生過程中有序重結(jié)晶有關(guān)[23].淀粉的晶型從A型向B型的轉(zhuǎn)變表明天然小麥淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)在糊化和回生過程中被破壞.出現(xiàn)晶型變化的原因是淀粉在糊化時顆粒破裂重組，直鏈淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，原小麥淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞.隨著涼皮的回生，直鏈淀粉及支鏈淀粉的排列趨于有序化，體系內(nèi)分子聚集形態(tài)發(fā)生變化.涼皮中的淀粉結(jié)晶化程度不斷增加，逐步變成一種更穩(wěn)定的B-型結(jié)晶模式[24].

(a)小麥淀粉X-射線衍射圖

淀粉的回生不僅涉及部分支鏈淀粉的變化，還與直鏈淀粉的變化有關(guān).直鏈淀粉能夠與淀粉顆粒中的脂肪酸和磷脂形成復(fù)合物，產(chǎn)生V-型結(jié)晶，其在2θ為20 °處有明顯的特征峰[25].圖4中20 °出現(xiàn)峰是因為儲存期間形成的V-型結(jié)晶直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的存在.根據(jù)X-射線衍射圖譜計算相對結(jié)晶度，0 d樣品的相對結(jié)晶度為2.1%，隨著貯藏天數(shù)的增加，相對結(jié)晶度在7 d增加至16.8%.相對結(jié)晶度增大的同時，淀粉在2θ為17 °、20 °處的衍射峰變得更尖銳，表明晶體的形成增加，淀粉的有序程度增加[26].

2.6 貯藏不同天數(shù)對涼皮短程有序結(jié)構(gòu)的影響

淀粉顆粒分為結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū).由直鏈淀粉和支鏈淀粉的短鏈形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)稱為淀粉的短程有序結(jié)構(gòu).在淀粉顆粒內(nèi)這些雙螺旋鏈通過分子間相互作用，形成長程有序結(jié)構(gòu)，即晶體[27].淀粉紅外光譜圖中1 047 cm-1處吸收峰與淀粉的結(jié)晶區(qū)有關(guān)，1 022 cm-1處的吸收峰與淀粉無定形區(qū)有關(guān)，995 cm-1處的吸收峰則對應(yīng)羥基的彎曲振動[28,29].涼皮樣品在400～4 000 cm-1范圍內(nèi)的紅外光譜圖如圖5所示.

由圖5可知，樣品在3 600～3 000 cm-1、2 950～2 850 cm-1、1 630 cm-1、800～1 300 cm-1處出現(xiàn)峰，分別對應(yīng)于H鍵、C-H拉伸、淀粉中的結(jié)晶水和淀粉區(qū)域[30].通常將1 047 cm-1與1 022 cm-1處的吸光度之比，1 022 cm-1和995cm-1的吸光度之比表征淀粉的短程有序度[27].

圖5 貯藏不同天數(shù)涼皮淀粉紅外光譜圖

涼皮樣品紅外光譜去卷積之后的比值結(jié)果如表3所示.由表3可知，隨著貯藏天數(shù)的增加，涼皮中淀粉1 047/1 022 cm-1從0.51升高至1.07，1 022/995cm-1從1.16降低至0.91，表明淀粉的短程有序度增大.

表3 儲藏不同天數(shù)涼皮淀粉的短程有序參數(shù)

3 結(jié)論

本研究對涼皮在貯藏期間回生行為引起的品質(zhì)變化及潛在的機理進行分析，結(jié)果表明涼皮的水分含量從33.17%降低至28.54%，質(zhì)構(gòu)參數(shù)表明硬度從169.83 g增大到294.38 g，咀嚼性從61.37增加至118.51.由于水分散失和淀粉回生造成涼皮微觀結(jié)構(gòu)由光滑的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)變?yōu)榇植?、疏松多孔結(jié)構(gòu)，這是導(dǎo)致涼皮口感變差、感官評分下降的主要原因.熱力學(xué)參數(shù)都增大表明淀粉重結(jié)晶不斷增加；淀粉的晶型從A-型轉(zhuǎn)變?yōu)锽-型，且相對結(jié)晶度從2.1%增加至16.8%，涼皮的短程有序度從0.51增大至1.07.

在貯藏過程中，淀粉分子從無序結(jié)構(gòu)重新形成螺旋結(jié)構(gòu)，使得淀粉的短程有序度增加.螺旋結(jié)構(gòu)規(guī)則排列形成結(jié)晶，且相對結(jié)晶度不斷增大，分子的空間排列發(fā)生變化，使得涼皮的持水力下降，硬度增大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)塌陷斷裂.也就是說，涼皮品質(zhì)下降的機理為淀粉分子短程有序結(jié)構(gòu)和相對結(jié)晶度的逐漸增加造成的回生.涼皮回生阻礙了其工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，給生產(chǎn)和消費帶來極大的損失，通過研究涼皮在貯藏期間的品質(zhì)劣變的機理，為進一步改良涼皮品質(zhì)和延長貨架期提供參考價值及依據(jù).