冷却速率对绿豆凉粉及其贮藏品质的影响

梁成浩 李 明 张影全 巨明月 郭波莉， 赵海燕

（1青岛农业大学食品科学与工程学院，山东 青岛 266109；2中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193）

绿豆作为中国的传统栽培作物，富含多种类黄酮、酚类和蛋白质，因此也是药食同源的食品［1-2］。在绿豆中，淀粉含量约占其干物质含量的25%～60%，不仅作为主要的能量来源，还对绿豆的加工性能产生重要影响［1］。绿豆淀粉中的直链淀粉含量较高，相较于一般的谷物淀粉［3］，其含量介于33.10%～44.08%之间［4］。利用绿豆淀粉加热搅拌而成的绿豆凉粉则是一种典型的绿豆淀粉凝胶食品，以其特有的特性，即清暑解热、口感嫩滑，赢得了广大消费者的喜爱。然而，凉粉在贮藏过程中淀粉分子持续老化，导致凉粉的体积收缩、析水，口感逐渐变硬变脆［5］。如何在常温下保持凉粉的品质成为一个极为重要的问题。

目前，为了提升淀粉类凝胶产品的品质，常常采用添加改性淀粉（如改性马铃薯淀粉［6］）或亲水性胶体（如阿拉伯胶［7］、瓜尔胶［8］、魔芋胶［9］）等方法来调控和延缓淀粉的老化过程。消费者更期望获得清洁标签的方便食品，因此，通过控制加工条件提升淀粉基食品的品质是目前研究的热点和重点。

温度是淀粉类凝胶食品老化的重要影响因素，冷却温度和贮藏温度与淀粉基食品品质密切相关。目前关于贮藏温度对淀粉老化的研究较多。代云飞等［10］研究了红薯淀粉在3、0、-3、-6、-9 ℃温度下恒温静置24 h 对淀粉老化的影响，发现淀粉的凝沉稳定性与贮藏温度呈负相关，淀粉的老化程度会随贮藏温度降低而减缓。在亚冻结温度（-3 ℃）下，马铃薯淀粉凝胶相对结晶度和结晶度增加速度最高，凝胶的回生速率最快［11-12］。伏佳静［13］研究了贮藏温度对凉皮老化的影响，发现贮藏温度从4 ℃升至35 ℃时，凉皮的硬度逐渐降低，回生程度减小，并明确了凉皮的老化机制［14］，即贮藏过程中，晶型逐渐从A 型向B 型转变，短程有序、相对结晶度以及回生焓值增加，淀粉老化导致凉皮硬度增大，贮藏品质下降。

冷却是凉粉制作的关键环节之一，但目前的研究多集中于其他面制食品。李慧芳等［15］研究发现，自然冷却与真空冷却相结合的混合冷却可以有效抑制馒头硬度的增加，延缓淀粉的老化。何学勇等［16］研究发现，在冷却风速6～8 m·s-1、冷却温度25～30 ℃、冷却相对湿度30%～50%条件下，馒头的贮藏品质保持良好。但是，冷却作为凉粉加工中的关键工序，是否影响凉粉的品质？冷却方式和冷却速率如何影响凉粉贮藏品质尚不清楚。基于此，本研究通过设计冷却方式和冷却温度，构建不同的冷却速率条件，探讨其对绿豆凉粉储存期间的质构、色泽、结晶含量和老化特性的影响，旨在为开发方便即食、长货架期的淀粉凝胶类食品提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

绿豆淀粉，由河南念怡食品有限公司提供，样品水分含量为14.73%，直链淀粉含量为40.03%。

1.2 主要仪器与设备

MVAG803202 型微量快速黏度仪，德国Brabender GmbH食品仪器公司；L93-1L温度记录仪，杭州路格科技有限公司；CR-400便携式色差计，日本Konica Minolta公司；TA-XT2i 质构仪，英国 Stable Micro System 公司；DSC8000型差示扫描量热仪，美国PE公司；D8 Advance X射线衍射仪，美国Bruker公司。

1.3 样品制备

称取绿豆淀粉10 g 于微量快速黏度仪采样杯中，添加蒸馏水95 g，设定糊化程序：转速250 r·min-1，以7.5 ℃·min-1的速度从30 ℃升至95 ℃，持续15 min；将热淀粉糊装入已知质量（m0）的培养皿中。

1.4 样品冷却和贮藏

将制备好的绿豆凝胶立即放入冰箱和恒温恒湿箱中进行冷却。将冰箱温度设置为4、-10、-18 ℃（静冷），恒温恒湿箱温度设置为4、15、25 ℃（风冷），从而实现将凝胶冷却至30 ℃的过程。使用温度记录仪记录绿豆凉粉冷却过程中的温度变化，依此计算冷却速率。冷却后的凉粉样品转入4 ℃冰箱中冷藏1、4、7、10、14 d，待测。

1.5 样品品质测定

1.5.1 色泽测定 使用便携式色差计测定绿豆凉粉的L*值和△E值，重复测定5次。

1.5.2 质构品质测定 使用质构仪进行检测。仪器参数设定：测试探头为P/0.5R，测试前速度为1 mm·s-1，测试速度为 1 mm·s-1，测试后速度为1 mm·s-1，压缩比为30%，触发力为 10 g，压缩1次。每个样品重复10次。

1.5.3 老化焓值测定 采用差示扫描量热仪（differential scanning calorimeter，DSC）进行测定。具体方法：称取5 mg淀粉于DSC 铝盘，冻干样品按照1∶3加去离子水平衡24 h，扫描温度范围为20～100 ℃，升温速率为10 ℃·min-1。以密封空白铝盒作参照，样品测试重复3 次以上。记录并计算起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终值温度（Tc）和热焓值（△H）。

1.5.4 X-射线衍射分析 采用D8 Advance X 射线衍射仪分析冻干后的绿豆凉粉晶体结构，在电压40 kV、电流30 mA 条件下，利用Cu K α 辐射发出的X 射线进行检测。扫描衍射角范围为2～40°；速率为5°·min-1，步长为0.02°。结晶度的计算公式如下：

1.6 数据分析

利用Excel 2019 对所得数据进行整理，数据采用平均值±标准偏差表示，采用SPSS 26 软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同冷却方式下冷却速率比较

不同冷却方式、冷却温度下凉粉的冷却速率有显著差异（表1）。相同温度（4 ℃）下，恒温恒湿箱风冷的冷却速率显著高于冰箱静冷的冷却速率，且恒温恒湿箱风冷4 ℃的冷却速率最高。这可能是由于风冷空气流速快，能够促进热量快速散失而提高冷却速率。

表1 不同冷却方式下的冷却速率Table 1 Cooling rates under different cooling modes

2.2 冷却速率对绿豆凉粉色泽的影响

色泽是影响消费者感官的重要因素。在贮藏过程中，随着贮藏时间的延长，绿豆凉粉亮度值（L*）均呈整体增加趋势，色差值（△E）均呈整体降低趋势，且在贮藏1～4 d 时L*、△E值变化最快，4～14 d 时L*、△E值变化趋于平缓。L*值高，说明绿豆凉粉出现发白现象，品质趋于劣变。贮藏14 d 时，恒温恒湿箱风冷的绿豆凉粉L*值整体显著低于冰箱静冷，△E值则相反（表2）。可见，冷却速率对绿豆凉粉色泽有一定的影响，冷却速率越大，绿豆凉粉L*值越低，△E值越高。

表2 不同冷却速率制备的绿豆凉粉在贮藏期间色泽的变化Table 2 Color changes of mung bean jelly prepared at different cooling rates during storage

2.3 冷却速率对绿豆凉粉质构品质的影响

由表3 可知，随着贮藏时间的延长，绿豆凉粉的硬度和弹性均整体显著增加，以硬度增加趋势较明显；且在1～7 d 时，绿豆凉粉的硬度增加幅度最大，7 d之后，硬度增加幅度减小。贮藏期间，恒温恒湿箱4 ℃风冷的硬度值均最低，冰箱4 ℃静冷的硬度值均最高。与冷却速率结合进行分析可以看出，随着冷却速率的增加，绿豆凉粉的硬度显著降低。一般而言，随着老化时间的延长，水分子析出和微观结构崩解导致淀粉凝胶的弹性在冷藏期间呈现减小趋势［17］。但在本研究中，凉粉的弹性随着冷藏时间的延长呈现增加趋势。这可能与绿豆淀粉中较高含量的直链淀粉导致老化初期形成的凝胶结构相对比较稳定有关［18］。冷却速率对绿豆凉粉弹性也有一定的影响，但弹性随冷却速率变化的规律不明显，今后还需要进一步研究。

表3 不同冷却速率制备的绿豆凉粉在贮藏期间质构品质的变化Table 3 Texture properties of mung bean jelly prepared at different cooling rates during storage

2.4 冷却速率对绿豆凉粉老化特性的影响

由表4 可知，随着贮藏时间的延长，绿豆凉粉的老化焓值（△H）有所增加。贮藏前7 d，绿豆凉粉的△H增加幅度较大，7～14 d △H 的增幅趋于平缓。随着冷却速率的增加，△H 呈现降低的趋势，恒温恒湿箱4 ℃风冷冷却样品的△H 在所有贮藏期均最低。可见，冷却速率对绿豆凉粉的老化特性有一定的影响，冷却速率越大，凉粉的老化焓值越低，贮藏品质越好。冷却速率对回生淀粉熔融的起始温度（T0）、峰值温度（TP）有一定的影响，但影响变化规律不明显。

表4 不同冷却速率制备绿豆凉粉贮藏期间老化特性的变化Table 4 Thermal properties of mung bean jelly prepared at different cooling rates during storage

2.5 冷却速率对绿豆凉粉老化晶体结构的影响

绿豆淀粉为C 型晶体结构，但制成凝胶后结晶结构消失，其衍射峰在17°和22°出现新的结晶峰，为B型结晶结构（图1）。随着绿豆凉粉贮藏时间的延长，绿豆凉粉的结晶度升高，和老化焓值的变化趋势一致。相比静冷冷却条件，风冷冷却条件的结晶度变化较大。在-10 ℃冷却条件下，凉粉贮藏1和14 d的结晶度均最高；而在风冷4 ℃冷却条件下的结晶度相对较低（表5）。这一结果也与老化焓值的变化趋势一致。

图1 不同冷却处理的绿豆凉粉在4 ℃贮藏不同时间的X-射线衍射图谱Fig.1 X-ray diffraction patterns of mung bean jelly with varied cooling treatments and storage time

表5 不同冷却处理的绿豆凉粉在4 ℃贮藏不同时间的结晶度Table 5 Crystallinity of mung bean jelly with different cooling treatments stored at 4 ℃ for different times /%

3 讨论

生淀粉分子链间排列紧密，形成了束状胶束。生淀粉在水中经加热后，淀粉分子间的氢键被破坏，淀粉颗粒膨胀，继续加热则使淀粉的结晶结构消失，直链淀粉和支链淀粉分子溶解，溶液的黏度上升，淀粉糊化；降温冷却过程中，淀粉分子间形成氢键，又逐步恢复形成致密、高度晶化的结构，发生老化［19］。淀粉老化是一个连续的过程，包括最初的直链淀粉分子的快速重结晶和随后支链淀粉分子的缓慢重结晶，也称为短期老化和长期老化［20］。短期老化主要是直链淀粉分子间以双螺旋形式相互缠绕，最终形成具有三维网络结构的连续相，支链淀粉形成分散相，最终两相不相容形成非均相的混合体系，也称为凝胶网络［21］。短期老化受含水量［22］、热处理温度以及淀粉源［23］等多因素影响。直链淀粉的回生决定了最初的淀粉凝胶硬度和加工食品的消化性［24］。因此，本研究控制冷却速率主要影响直链淀粉的回生阶段，即短期老化。

高直链淀粉含量能够促进淀粉凝胶的形成［25］。绿豆淀粉中含有较高的直链淀粉，糊化后的绿豆淀粉能够在短时间内形成凝胶网络。本研究发现，绿豆凉粉在贮藏过程中，前7 d质构硬度、老化焓值（△H）增加幅度较大，7 d后增加幅度趋于平缓。与前人研究结果相似，即淀粉凝胶的水分含量越大，贮藏2、4、6 d 三者之间的回生焓值差异越显著，而6～14 d 的回生焓值之间的差异显著性较小［26-27］。

本研究中，冷却速率对凉粉老化过程中的结晶度变化有一定的影响（表6）。结晶度与冷却速率趋向负相关，即冷却速率越高，结晶度越低；贮藏1 d后的凉粉老化焓值与结晶度呈极显著正相关，但贮藏14 d后的凉粉老化焓值与结晶度无显著相关性。前期研究发现，淀粉制品在冷藏初期的硬度变化与直链淀粉的快速结晶有关，且初始结晶度较低的熟面条在贮藏过程中具有较小的硬度［28］。不同冷却条件下，直链淀粉的结晶效果不同，形成的晶核种类有差异。如朱碧骅等［29］研究了直链淀粉糊在不同冷却温度（-80、-18、4和25 ℃）下形成的晶种对淀粉凝胶特性的影响，结果表明，4 ℃下（平均冷却速率为1.78 ℃·min-1）晶核的结晶效果最好。本研究发现，4 ℃静冷的冷却速率为1.81 ℃·min-1，冷却速率最慢，导致淀粉老化较快，绿豆凉粉的质构仪硬度、老化焓值也较高。降温速率较快时，分子链迁移受阻，影响直链淀粉有序重排及晶种的结晶效果，从而抑制淀粉的老化回生，反之，晶核易形成，促进老化［28］。但凉粉冷却过程属于变温冷却，即淀粉的结晶为变温结晶，淀粉老化重结晶如何受到变化温度的影响并进一步调控淀粉凝胶的质构等品质，还有待进一步研究。

4 结论

本研究发现，淀粉糊冷却过程中，不同的冷却速率会对淀粉的短期老化产生影响，进而影响产品后期的长期老化和贮藏品质。冷却速率越大，制备的绿豆凉粉在贮藏期间的亮度值（L*）、硬度及老化焓值越低；且在贮藏前7 d，绿豆凉粉的质构硬度、老化焓值（△H）增加幅度较大，7 d之后，增加幅度减小。同时，绿豆凉粉老化后呈现典型B型结晶结构，冷却速率越高，结晶度越低。综上，冷却速率对绿豆凉粉及其贮藏品质具有明显影响，冷却速率越大，新鲜凉粉及贮藏期间的品质越好。