汤圆粉团混料设计及抗冻性优化

陆益钡 杜童申 马骏骅 樊 炯 杨 华 杨留明

汤圆在冷冻过程中粉团极易开裂、坍塌，导致在食用、售卖过程中发生品质、口感劣变。原因是糯米粉作为速冻汤圆的主要制作原料，其延展性较差，其中淀粉吸水性低于蛋白质，导致糯米粉持水不均匀，和面过程中易出现干裂、松散、难成形等问题，影响冷冻后食品质量[1]。添加剂的合理使用能够改善此类情况，但随着绿色生活的普及，对原料进行复配、添加天然抗冻物质从而改善食品品质、增加营养价值逐渐成为一个食品研发的热点[2-3]。

小麦淀粉是一种天然的高分子多糖化合物，由直链淀粉和支链淀粉组成，在加工食品中还可用作增稠剂、稳定剂和脂肪替代品等[4]。红薯淀粉由营养丰富的红薯提取而来，其吸水性、增稠性较好。抗冻蛋白(Antifreeze proteins，AFPs)是一类具有提高生物抗冻能力的蛋白质类化合物的总称[5]，其对冷冻液中冰晶的生长有抑制作用，能抑制冰晶重结晶，阻止冰晶迁移，使小冰晶无法聚集成大冰晶，结构规则，分布均匀[6]。研究拟在无添加剂的情况下，通过加入小麦淀粉、红薯淀粉及天然抗冻蛋白来改善汤圆粉团的整体品质，以期为速冻米面制品配方提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要材料

水磨糯米粉：宁波市江北五桥粮油有限责任公司；

红薯淀粉、小麦淀粉、娃哈哈纯净水：市售；

深海鱼抗冻蛋白(简称抗冻蛋白)：河南亿勤生物科技有限公司。

1.2 主要仪器

TA-XT Plus物性分析仪：TMS-PRO型，美国FTC公司；

电子天平：JE1002型，上海浦春计量仪器有限公司；

冷场高分辨扫描电镜：SEM7型，日本电子株式会社。

1.3 试验方法

1.3.1 汤圆粉团的制作方法 将原料粉与纯净水混合，调制面团得到含水量为45%的面团。静置5 min平衡水分，称量分块，搓圆粉团(为了减少馅料对感官评价等主观指标的影响，因此不包制)[7]。将制作完成的汤圆装盘，-30 ℃冷冻30 min后于-20 ℃冷冻24 h。

1.3.2 汤圆粉团的煮制方法 设置电磁炉功率为1 600 W，将水煮沸后，取5个汤圆为一组放入500 mL沸水中煮制至汤圆浮起。

1.3.3 汤圆粉团混料配方的确定

(1) 单因素试验：选用红薯淀粉、小麦淀粉，按比例等量替换糯米粉，各粉添加量均为0.0%，2.5%，5.0%，7.5%，10.0%，12.5%，15.0%[8]。以此来探究原料粉与添加量对汤圆粉团品质的影响。

(2) 混料试验设计：根据单因素试验结果，红薯淀粉与小麦淀粉的合理添加范围为5%～15%，再采用Design Expert(V.8.0.6)中的(D-optimal)设计。每个试验组红薯淀粉、小麦淀粉与糯米粉的总量为100%，以汤圆粉团主观的感官品质及冻裂率、质构特性为指标，进行试验探究与回归方程分析。

1.3.4 抗冻蛋白添加量的确定 设计抗冻蛋白添加比例为1%，2%，3%，4%，5%，6%，以混料粉重量为基准。在汤圆经过混料设计已改善质构、感官等情况下，探究抗冻蛋白添加量对汤圆冻裂率及外观评定的影响。

1.3.5 汤圆粉团的品质测定方法

(1) 质构(TPA)：参考朱津津[9]的方法并略作修改，将煮制后的汤圆放置于容器中，1 min后用质构仪进行TPA测试。采用P/25探头，应变力为0.1 N，测试速度为60 mm/min，形变量为60%，室温下完成测定。

(2) 感官品质：参考胡育铭[10]的方法并略作修改，总分100分，具体分类如表1所示。

(3) 冻裂率：冻裂率的测定分为两种。单因素试验及混料试验：将制作完整的汤圆-30 ℃冷冻30 min，后转移至-20 ℃冷冻24 h进行冻裂率测定。抗冻试验：将添加了不同含量抗冻蛋白的最优混料汤圆粉团进行加速试验，具体方法为将制作完成的汤圆-30 ℃冷冻30 min，后转移至-20 ℃冷冻23 h，再置于室温解冻1 h，将经过4次冻融的汤圆进行冻裂率测定。从直观上，汤圆冻裂情况可分为两种，且都有其不同的评价标准，根据汤圆表面冻裂的实际形貌与冻裂率的评定标准进行分类，若一个汤圆处于冻裂与未冻裂两者之间，可看作冻裂0.5个[11]36。具体分类如表2所示。

冻裂率计算：

(1)

式中：

表1 汤圆感官评价表Table 1 Sensory evaluation table of glutinous rice balls

表2 汤圆冻裂率评定标准Table 2 Evaluation standard of glutinous rice balls freeze cracking rate

η——冻裂率，%；

n1——冻裂个数；

n2——总个数。

(4) 外观评定：将经过4次冻融的汤圆进行外观评定。对于食品市场，外观是消费者在消费过程中会考虑的一个重要因素。参考王韵[12]的方法对冻融后的汤圆进行评价。具体分类如表3所示。

(5) 扫描电镜分析：在最优混料条件下，对比纯糯米粉组、混料组、混料+5%抗冻蛋白组的微观结构。参考朱婵婵[11]39的方法并略作修改，对反复冻融后的汤圆进行冷冻干燥，后将表皮进行喷金处理，使用双面胶将其固定在样品台上，进行扫描电镜观察拍照。

表3 汤圆外观评价标准Table 3 Appearance evaluation criteria of glutinous rice balls

1.3.6 数据处理 所有数据均取平均值(n≥3)，采用GraphPad软件作图，SPSS Statistics软件进行显著性分析。D-最优混料设计采用Design Expert(V.8.0.6)中的D-optimal进行设计分析。

2 结果分析

2.1 淀粉添加量对汤圆质构特性的影响

2.1.1 硬度 由图1(a)可知，硬度随小麦淀粉添加量的增大而减小，后趋于平缓。当添加量为10%时，硬度值最小。据报道[13]，谷物淀粉会影响米制品糊化特性，经糊化后，淀粉分子中的直链淀粉渗透出来，以双螺旋的形式相互缠绕形成三维网状结构，将充分糊化的淀粉颗粒包裹其中，可推断小麦淀粉的加入导致汤圆粉团的崩解值上升，降低了回生程度，使汤圆硬度减小。

由图1(b)可知，红薯淀粉的添加使汤圆的硬度值显著减小(P<0.05)。添加量为10.0%，12.5%时硬度值较低且与其他组差异显著(P<0.05)。这可能是由于红薯淀粉的溶解度与膨胀度较高，使汤圆质量不变体积略微变大，硬度相对减小。添加量过大时，红薯淀粉凝胶强度增大，导致硬度上升，咀嚼性增加。对于汤圆而言，蛋白质含量、淀粉含量、含水量以及添加剂均能影响其硬度[14]。

2.1.2 胶黏性 由图2(a)可知，小麦淀粉添加量增至10%～15%时，胶黏性得到显著改善(P<0.05)。推断小麦淀粉与糯米粉复合经加热后发生一定程度凝胶化，提高了汤圆粉团的糊化峰值，使得汤圆胶黏性降低且更爽口。

由图2(b)可知，红薯淀粉的添加对胶黏性有显著改善作用(P<0.05)，且随着添加量的增大而减小后趋于平缓。这可能是因为红薯淀粉自身凝胶性、成膜性较强，混入糯米粉后汤圆粉团整体结构黏合度增强，使得其表面更光滑且改善了粘牙的现象。

2.2 两种淀粉添加量对汤圆冻裂率的影响

由图3(a)可知，随着小麦淀粉添加量增大，冻裂率逐渐降低，当小麦淀粉添加量为10%时，汤圆冻裂率最低，说明小麦淀粉对于汤圆抗裂改善有一定效果。这可能是由于小麦淀粉的增稠性比较强，添加小麦淀粉后使得粉质颗粒之间结构更加紧密，从而降低了汤圆粉团的冻裂率。当小麦淀粉添加量为5%～15%时，冻裂率改善效果明显。

由图3(b)可知，当红薯淀粉添加量在一定范围内时，汤圆粉团冻裂率下降显著，可能是由于红薯淀粉吸水性、保水性较好，淀粉颗粒形成弹性凝胶状网络结构，使得汤圆冷冻时粉团整体稳定性增强，表皮冻裂率降低。

2.3 两种淀粉添加量对汤圆感官评定的影响

由图4(a)可知，随着小麦淀粉的添加，感官评分上升幅度较小。说明小麦淀粉的添加对汤圆粉团整体的感官影响较小，可能是由于其支链淀粉含量较高，糊化温度接近糯米粉，因此熟制后的汤圆食味性并未出现明显差异。

由图4(b)可知，红薯淀粉添加量为7.5%时，感官评分最高。添加红薯淀粉后的汤圆煮制完成后，颗粒较为饱满，入口软糯。红薯淀粉与糯米粉混合后经糊化汤圆表皮凝胶性增强而黏度下降，在一定程度上改善了汤圆的粘牙现象，在冷冻过程中也能较好凝结淀粉颗粒，在整体上改善了汤圆粉团的感官品质。

小写字母不同表示具有显著性差异(P<0.05)图1 两种淀粉添加量对汤圆硬度的影响Figure 1 The effects of two kinds of starch on the hardness of glutinous rice balls

小写字母不同表示具有显著性差异(P<0.05)图2 两种淀粉添加量对汤圆胶黏性的影响Figure 2 The effects of two kinds of starch addition on the viscosity of glutinous rice balls

小写字母不同表示具有显著性差异(P<0.05)图3 两种淀粉添加量对汤圆冻裂率的影响Figure 3 The effects of two kinds of starch addition on the freeze cracking rate of glutinous rice balls

2.4 混料设计

D-最优混料设计方案及试验结果见表4。

2.4.1 基于硬度的分析

(1) 回归方程的建立与方差分析：运用Design Expert(V.8.0.6)软件对硬度的试验值进行回归拟合，得回归模型：

Y=1.83A+2.99B+0.80C-4.31AB-0.80AC-2.77BC-3.01ABC。

(2)

小写字母不同表示具有显著性差异(P<0.05)图4 两种淀粉添加量对汤圆感官评价的影响Figure 4 The effects of two kinds of starch addition on the sensory evaluation of glutinous rice balls

表4 D-最优设计方案及试验结果Table 4 D-optimal design scheme and test results

(2) 原料比例变化对汤圆粉团硬度的影响：由图5可知，在合理添加范围内，随着糯米粉添加量的上升，硬度逐渐减小。随着小麦淀粉、红薯淀粉添加量的增大，硬度值先下降后上升。

2.4.2 基于感官评分的分析

(1) 回归方程的建立与方差分析：运用Design Expert(V.8.0.6)软件对感官评分的试验值进行回归拟合，得回归模型：

Y=15.83A+25.45B+63.48C+241.36AB+113.62AC+83.3BC-25.07ABC。

(3)

(2) 原料比例变化对汤圆粉团感官评分的影响：由图6可知，在合理添加范围内，随着糯米粉添加量的上升，感官评分逐渐降低，且下降幅度较大。随着小麦淀粉、红薯淀粉添加量的增大，感官评分先上升后下降。

表5 方差分析结果†Table 5 Results of analysis of variance

图5 原料比例变化对汤圆粉团硬度影响的等高线图及3D响应面图Figure 5 Contour plot and 3D response surface plot of the effect of raw material ratio changes on the hardness of glutinous rice balls

表6 方差分析结果†Table 6 Results of analysis of variance

图6 原料比例变化对汤圆粉团感官评分影响的等高线图及3D响应面图Figure 6 Contour plot and 3D response surface plot of the influence of the ratio of raw materials on the sensory score of glutinous rice balls

2.4.3 基于冻裂率的分析

(1) 回归方程的建立与方差分析：运用Design Expert(V.8.0.6)软件对冻裂率的试验值进行回归拟合，得回归模型：

Y=72.30A+156.80B+99.28C-253.45AB-54.92AC-192.97BC-385.52ABC。

(4)

(2) 原料比例变化对汤圆粉团冻裂率的影响：由图7可知，在合理添加范围内，随着糯米粉添加量的上升，冻裂率逐渐上升，且上升幅度较大。随着红薯淀粉添加量的增大，冻裂率逐渐下降，小麦淀粉在合理添加范围内能有效降低冻裂率，超出一定范围则反之。

2.5 配方优化

经Design Expert(V.8.0.6)软件优化得到模拟米制品的最佳配方为：红薯淀粉11.687%、小麦淀粉10.704%、糯米粉77.609%，预测值硬度为0.846 N，感官为82.300分，冻裂率为40.588%。考虑到试验的可行性，调整最优工艺条件为红薯淀粉12%、小麦淀粉11%、糯米粉77%，并进行验证实验(n=3)，得到实际硬度为0.874 N，感官为84.500分，冻裂率为42.220%。与预测值无明显差异，所以该模型可靠。因此，D-混料设计结果为红薯淀粉12%、小麦淀粉11%、糯米粉77%。

2.6 抗冻蛋白添加量对加速试验后的混料汤圆粉团冻裂率、外观评分的影响

由图8可知，抗冻蛋白对汤圆粉团冻裂率有显著改善效果。当添加量为5%及以上时，冻裂率接近于0。说明抗冻蛋白的添加对汤圆粉团起到了抗冻的效果。这得益于抗冻蛋白在食品冷冻过程中能抑制冰晶的再结晶作用，其阻止了冰晶迁移，使小冰晶无法聚集成大冰晶，结构规则，分布均匀，减少了汤圆表皮的开裂。有研究[15]报道，将抗冻蛋白应用于冰淇淋中，可有效抑制生成大冰晶，提高冰淇淋的口感。程毛等[16]将胡萝卜抗冻蛋白添加于冷冻面团中，减少了游离水含量，抑制了冰晶的再结晶作用，降低了面团在冷冻中发酵力的损耗。而外观评分随着添加量的上升而上升，后趋于平缓。当添加量超过5%以后，外观评分已达高分。因此从抗冻蛋白成本考虑，抗冻蛋白最适宜添加量为5%。在外观上较好地保证了汤圆的品质，使其在售卖时以完整、光滑的形态展示给消费者。Kong等[17]使用3种基于天然防冻肽的合成物对经过冻融试验的胡萝卜进行抗冻性试验，研究发现经过处理的胡萝卜色泽、质地、汁液流失都得到了一定的改善，与试验结论相符。

表7 方差分析结果†Table 7 Results of analysis of variance

图7 原料比例变化对汤圆粉团冻裂率的等高线图及3D响应面图Figure 7 Contour plots and 3D response surface plots of the ratio of raw materials to the freeze cracking rate of glutinous rice noodles

小写不同字母表示具有显著性差异(P<0.05)图8 抗冻蛋白添加量对混料汤圆粉团冻裂率及外部评分的影响Figure 8 Effects of antifreeze protein addition on the freezing cracking rate and external score of mixed glutinous rice balls

2.7 不同种类汤圆粉团的微观结构对比

由图9可知，纯糯米粉组内部结构松散，淀粉颗粒较容易破损，在煮制过程中，吸收较大的热量，结晶胶束区中弱的氢键易被破坏，淀粉颗粒吸水膨胀而破裂，溶于水中导致汤汁浑浊度上升[18]；混料组由于小麦淀粉与红薯淀粉的保水性、黏结性强，提升了产品的流变性能，优化了组织结构，经过冻融后部分淀粉依旧相互粘连，结构较为致密，发生冻裂的概率低于纯糯米粉组；混料+抗冻蛋白(5%)组经过反复冻融后抗冻蛋白仍粘连于淀粉颗粒，使得汤圆内部结构十分紧密，游离水减少，生成大冰晶破坏汤圆结构的概率降低，能在一定程度上保证其货架期上的低冻裂率。

3 结论

试验优化得出汤圆最优配方为：红薯淀粉12%、小麦淀粉11%、糯米粉77%、抗冻蛋白5%。此配方下的汤圆粉团(不含添加剂)经过冷冻处理后品质相对于纯糯米粉粉团有较大提升。而抗冻蛋白在米制品中也表现出优异的抗冻效果，其在冷冻食品中有较大的发展前景。由于试验技术原因，经分离纯化后得到的天然抗冻蛋白量较少，若添加于汤圆粉团中，其成本较高，若后续分离技术得到提升则将能更好、更广泛地应用于速冻食品中。