馒头不同冷却方法的比较

于 瑞，邹同华，宋晓燕，洪乔荻

（天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）

馒头不同冷却方法的比较

于 瑞，邹同华，宋晓燕，洪乔荻

（天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）

分别对馒头进行自然冷却、冷风冷却、真空冷却、混合冷却（a.自然冷却与真空冷却相结合；b.冷风冷却与真空冷却相结合），比较不同冷却方法对馒头的冷却后品质、冷冻贮藏期品质、失水率、开裂率的影响以及冷却过程中的能耗，得出自然冷却与真空冷却相结合的混合冷却为馒头最佳冷却方法。

馒头；冷却方法；混合冷却；品质；耗能

馒头是人们在日常生活中不可缺少的主食，尤其是在北方地区。据统计，馒头的面粉用量占面粉总量的40%左右。随着生活水平的提高，人们对食品的卫生和品质要求越来越高，馒头的生产状况与人们的生活节奏和营养、卫生要求不相适应。近年来，馒头的生产环境虽有改善，但仍然停留在作坊式阶段[1]。解决工业化生产馒头的问题是一个具有重要社会意义的课题。生产工艺中，馒头的冷却过程一直以来被人们忽视，但其作用却很重要。为了便于大规模生产和大范围销售，馒头必须经过冷却这道工艺，然后再进行贮藏、运输、销售[2-3]。现阶段馒头多采用自然冷却、冷风冷却、真空冷却的方式，在冷却过程中，特别是在20～50 ℃时，细菌极易繁殖，自然冷却、冷风冷却、冷水冷却[4]等很难在短时间将馒头冷却。近些年真空冷却技术能够使食品迅速通过20～50 ℃这一温度区，具有快速降温且均匀的特点[5]，提高了食品的品质，又延长了食品的保存期[6-7]。但真空冷却技术使食品大量失水，降低其口感及品质[8-12]，本研究通过实验对比，旨在得出馒头的最佳冷却方法。

1 材料与方法

1.1 材料

馒头从天津商业大学同一食堂购得，同一工艺标准生产，为直径大约10 cm的半球状，单个质量约为68 g，单批用于实验的馒头质量约为6.5 kg。

1.2 仪器与设备

DV-25A真空急速冷却机 上海洽爱纳食品机械有限公司；KYT33-30E电风扇 上海华生电器有限公司；

TA-XT plus质构测试仪 英国Stable Micro Systems公司；WT500功率计 日本横河公司；HIOKILR8400-21数据记录仪 日置公司。此外，实验还用到蒸锅、电磁炉、冰箱、恒温恒湿培养箱及装馒头用的支架等。

1.3 方法

1.3.1 自然冷却

将刚蒸熟的馒头快速称质量，然后摆放于支架上，放在温度25 ℃、相对湿度58%的室内，将热电偶插到馒头中心处，记录不同层数支架上馒头的温度变化，馒头摆放方式及热电偶布置如图1所示。馒头温度降低至25 ℃时，停止实验，再称质量。记录实验前后馒头的质量变化。实验重复3 次，实验结果取平均值。

图1 馒头之间的位置关系Fig. 1 The positional relationship between steamed buns

1.3.2 冷风冷却

将蒸熟的馒头放在与自然冷却相同的环境条件下，且馒头摆放与自然冷却相同。利用电风扇进行强制对流换热。冷却风速分别为0.86、1.5、2.2 m/s。冷却至25 ℃后停止实验，记录与自然冷却相同的参数数据。重复3 次实验，实验结果取平均值。

1.3.3 真空冷却

将蒸熟的馒头快速称质量然后放在支架上，将其带支架一起放入真空冷却槽内，设定冷却终温为25 ℃，再开启设备（图2）。装置可以在产品达到设定终温后自行停止。记录与自然冷却相同的数据。

图2 真空冷却装置图Fig. 2 Schematic diagram of the vacuum cooling device

1.3.4 混合冷却

混合冷却方法是将2种不同的冷却方法结合起来使用，以达到较好的冷却效果的一种冷却方法。本实验采用2种混合冷却方法，一种是自然冷却与真空冷却相结合（简称N&V混合冷却），一种是冷风冷却与真空冷却相结合（简称W&V混合冷却）。进行混合冷却前，需要先确定2种混合冷却方式中降温速率开始变慢的时刻，通过自然冷却和冷风冷却的降温曲线可以观察到自然冷却降温速率开始变慢的时刻，因此在2种冷却方法中，在降温速率开始变慢的时刻再将馒头放入真空速冷机内进行真空冷却。故N&V混合冷却的实验方法是：先将蒸熟的馒头放在与自然冷却相同的环境条件下冷却到温度T1，然后再将其放入真空冷却槽内进行真空冷却。W&V混合冷却的实验方法是：先将蒸熟的馒头采用与冷风冷却相同的实验方法冷却到温度T2，再将其放入真空冷却槽内进行真空冷却。记录2种不同混合冷却方法的相关数据。

1.3.5 品质的测定

确定馒头最佳冷却方法的一个重要指标就是冷却后馒头的品质，包括硬度、黏附性、咀嚼性、回复性等主要指标，物性质构仪能较好反映出食品的这些特性。对不同冷却方法后的馒头分别进行质构测试，记录数据。再将不同方法冷却后的馒头分别标记用保鲜袋密封，放在-20 ℃冰箱冷冻室内贮藏，每隔20 d取样品放于室内先微波-蒸汽[13-15]解冻2 min[16]，再在温度25 ℃、相对湿度60%的条件下自然复温至室温25 ℃时[17]，测试一次品质，测试周期为6 个月，记录硬度、黏附性、咀嚼性、回复性等的变化，对比分析。

1.3.6 功率的测定

采用WT500型功率计对冷风冷却、真空冷却及混合冷却设备耗能进行测定。WT500型功率计的接线方式采用三相四线制。

1.3.7 失水率的测定

馒头在冷却过程中的质量损失主要是因为失水，质量损失直接反映了冷却过程中的失水率。失水率的计算如式（1）所示：

式中：L为失水率/%；X1为处理前馒头的质量/g；X2为处理后馒头的质量/g。

1.3.8 开裂率的测定

在馒头冷冻贮藏过程中，肉眼观察馒头表面裂纹，记录馒头经不同冷却方法后的开裂，对比分析。本研究中选取经冷却后的第5层12 个馒头为观察对象，开裂率计算如式（2）所示：

2 结果与分析

2.1 不同冷却方法的温度变化

2.1.1 自然冷却馒头的温度变化

图3 自然冷却馒头中心温度变化Fig. 3 Changes in interal temperature of steamed buns during natural cooling

由图3可知，最上层馒头温度下降较快，这是由于其与空气接触面积最大，自然换热系数大；由于馒头降温放出大量的热使得周围室温升高，随着馒头温度的降低，馒头周围的空气与室内空气换热，温度逐渐恢复室温25 ℃；自然冷却将馒头从95 ℃降至25 ℃大致需要4 400 s左右，冷却时间较长，同时可看出大约在500 s时馒头温度降到大约60 ℃，随后降温速率开始下降。

2.1.2 冷风冷却馒头的温度变化

图4 冷风冷却馒头中心温度变化Fig. 4 Changes in internal temperature of steamed buns during cold air cooling

由图4可知，风速越大，对流换热越明显，馒头降温越快；在2 500 s时，不同大小风速均可使馒头从95 ℃降至室温，且降温速率变慢的时刻大约发生在630 s，馒头温度降到50 ℃左右。

2.1.3 真空冷却和混合冷却馒头的温度变化

图5 真空冷却和混合冷却馒头中心温度变化Fig. 5 Changes in internal temperature of steamed buns during different cooling processes

由图5可知，真空冷却过程中馒头的初始温度低于混合冷却的初始温度，其主要原因是将馒头从蒸锅内拿出直接放入真空室内所用时间较长，造成馒头与环境空气进行了换热。从图5可以看出，真空冷却耗时较短，冷却至25 ℃只需要250 s，而N&V混合冷却方法需要730 s，W&V混合冷却方法需要820 s，真空冷却耗时与其他2种混合方法相比，节省约65%～70%的时间。

根据自然冷却和冷风冷却过程中馒头降温速率下降的时刻，本实验选取自然冷却500 s后和冷风冷却630 s后2个时刻作为混合冷却的分割点。

对比图5中3 条曲线可知，真空冷却所用时间最短，而W&V混合冷却所用时间最长，N&V混合冷却方法所用时间介于两者之间。同时观察3 种冷却方法在真空冷却室内的冷却时间可知，产品初始温度越高，冷却时间越长。由于产品初始温度不同，真空冷却所对应的产品初温大约为85℃，而N&V混合冷却方法中，真空室内的产品初温大约为60 ℃，W&V混合冷却方法中，真空室内的产品初温大约为48 ℃，故其所对应的产品内水分开始蒸发的饱和压力也不同，温度越高，其饱和压力也越高。

2.2 不同冷却方法的失水率

图6 不同冷却方法的失水率Fig. 6 Percentage water loss of different cooling methods

如图6所示，各个方法的失水率分别为：自然冷却4.3%、冷风冷却6.37%、真空冷却10.58%、N&V混合冷却7.26%、W&V混合冷却8.62%。可知自然冷却失水最少，真空冷却失水最多。

2.3 馒头冷却后的品质变化

采用质地剖面分析测试法[18-19]对馒头进行品质测定，通过模拟人体口腔对食物的咀嚼运动对样品进行压缩，压缩2次，在计算机上显示样品的测试曲线，从而分析食物的质构特性如硬度、黏附性、咀嚼性和回复性等。取冷却后的馒头样品进行测试，将样品切成边长约为3 cm的正方体，测试探头P50，测试前速率、测试速率和测试后速率均为5 m/s，压缩比为35%，测试时间间隔为5 s。

2.3.1 馒头冷却后的硬度变化

图7 馒头冷却后的硬度Fig. 7 Effect of different cooling methods on hardness of steamed buns

如图7所示，同种冷却方法中，处于不同位置处的馒头经冷却后的硬度有差别，自然冷却方法中，位于最顶层第8层的馒头硬度最大，处于中间位置第5层的馒头硬度最小。对比5 种冷却方法可知，混合冷却方法中，W&V混合冷却方法冷却后的馒头硬度最大，而N&V混合冷却方法冷却后的馒头硬度较小。主要原因是馒头在冷风冷却和真空冷却过程中失水率较大，且风速较大，造成硬度较大。

2.3.2 馒头冷却后的黏附性变化

图8 馒头冷却后的黏附性Fig. 8 Effect of different cooling methods on cohesiveness of steamed buns

从图8可以看出，同种冷却方式下，馒头的黏附性差异并不明显，对比不同冷却方式可以发现，真空冷却后馒头的黏附性最低，因为其失水最多。而不同冷却风速冷却后的馒头黏附性有明显差异，且风速越小黏附性越大。经N&V混合冷却后的馒头黏附性与自然冷却后馒头的黏附性最接近。黏附性在一定程度上反映了淀粉的特性，较低的风速虽然降低了馒头的失水率，保证了馒头内部结构的细腻程度，但降低了馒头的挺立度和表面的亮度。

2.3.3 馒头冷却后的咀嚼性变化

从图9可以看出，W&V混合冷却中风速最大位置处的馒头咀嚼性最大，而自然冷却条件下的馒头咀嚼性最小。咀嚼性越大，表明人体将其咀嚼成吞咽状态时所耗费的能量越大，人体感觉就越吃力，其品质越差。同时真空冷却过程中，不同位置处的馒头咀嚼性差异较小，主要是因为真空冷却过程中流场比较均匀，不同位置处的馒头温度波动较小，故其品质差异性较小。

图9 馒头冷却后的咀嚼性Fig. 9 Effect of different cooling methods on chewiness of steamed buns

2.4 馒头贮藏期间的品质变化

2.4.1 贮藏期间的硬度变化

2.4.1.1 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却

图10 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却硬度随时间的变化Fig. 10 Changes in hardness with frozen storage time

从图10a可以看出，自然冷却方法中，处于不同位置处的馒头其硬度变化趋势一致，随着贮藏时间的延长其硬度值变大，增长速率平缓。位于第5层内的馒头由于冷却速率较慢，冷却较为均匀，故其硬度增长速率较慢。而真空冷却后的馒头其硬度增长速率较N&V混合冷却快，且N&V混合冷却方法中，馒头在贮藏约80 d后，硬度增长速率明显加快（图10b）。

2.4.1.2 冷风冷却和W&V混合冷却

图11 冷风冷却和W&V混合冷却硬度随时间的变化Fig. 11 Changes in hardness with frozen storage time

由图11a可以看出，贮藏大约80 d后，馒头的硬度开始急剧增大，风速越大，馒头硬度增加越快。故在馒头贮藏期间应该避免硬度急剧增大的时刻，因为硬度越大，馒头的口感就越差，同时过大的硬度会导致食品不可食用。而W&V混合冷却后的馒头，其硬度增长速率一直较大，且在贮藏约120 d后增长速率更大（图11b）。由此可以得出，经冷风冷却和W&V混合冷却后的馒头不宜存放较长时间，容易引起硬度过大而无法食用。

2.4.2 贮藏期间的黏附性变化

2.4.2.1 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却

图12 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却黏附性随时间的变化Fig. 12 Changes in cohesiveness with frozen storage time

从图12可以看出，馒头的黏附性随着贮藏时间的延长而下降。从真空冷却和N&V混合冷却方法中黏附性随贮藏时间的变化趋势可以知道，采用该2种方法对馒头进行冷却，贮藏时其黏附性下降速率较快。而自然冷却中，馒头贮藏约60 d后，其黏附性下降速率加快。黏附性表示的是将食品与口、舌、牙齿等分开时所需要的力，黏附性过小时，会降低食物的口感。

2.4.2.2 冷风冷却和W&V混合冷却

图13 冷风冷却和W&V混合冷却黏附性随时间的变化Fig. 13 Changes in cohesiveness with frozen storage time

如图13所示，对于冷风冷却来说，黏附性开始急剧下降的时间是馒头贮藏120 d后，冷却风速越大，黏附性下降越快。对于W&V混合冷却方法来说，风速为0.86 m/s时，黏附性下降速率加快发生在贮藏时间80 d，而风速为1.5 m/s和2.2 m/s时，馒头贮藏60 d后黏附性就开始快速下降。

2.4.3 贮藏期间的咀嚼性变化

2.4.3.1 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却

图14 自然冷却、真空冷却和N&V混合冷却咀嚼性随时间的变化Fig. 14 Changes in chewiness with frozen storage time

如图14所示，3 种冷却方法中，咀嚼性都随着贮藏时间的延长而增大。自然冷却中，位于不同位置处的馒头其咀嚼性增长速率不同。N&V混合冷却方法中，馒头在贮藏120 d后其咀嚼性增长速率加快。

2.4.3.2 冷风冷却和W&V混合冷却

图15 冷风冷却和W&V混合冷却咀嚼性随时间的变化Fig. 15 Changes in chewiness with frozen storage time

如图15所示，风速越大，馒头咀嚼性越大。冷风冷却中，风速越大，其咀嚼性发生急剧增大的时间越早。而W&V混合冷却方法中，馒头咀嚼性急剧增大的时间较晚，大约发生在贮藏140 d后。

2.5 不同冷却方法的开裂率

冷却后的面制品品质在冷冻贮藏期内会随着贮藏期的延长而逐渐下降，一般会出现萎缩开裂、表皮变干、内部结构变化、原风味变差等现象[20]。引起馒头开裂的原因有很多，面粉的选择、面团的揉制、馒头的蒸制以及馒头的冷却和贮藏等各个过程都会引起馒头表皮的开裂[21-25]。由于本实验过程中所用都是在食堂购买蒸制好的馒头，所以无法分析其由于制作过程所引起的开裂。而馒头蒸制成熟以后，需要先冷却然后才能进行贮藏，在冷却过程中，如果馒头表面与内部降温速率差距过大[23]，会致使馒头由于降温不均匀而导致表面出现开裂现象。

本实验在保证其他过程都相同的情况下，仅对冷却工艺的选择所引起的开裂进行分析，从而找出能够降低馒头开裂率的最佳冷却工艺条件。即在馒头冷冻贮藏过程中，肉眼观察馒头表面裂纹，记录馒头经不同冷却方法后的开裂率，结果如表1所示。

表1 不同冷却方法的馒头开裂率Table 1 The cracking incidence of steamed bunds cooled by different cooling methods as a function of frozen storage tim

由表1可知，N&V混合冷却后的馒头在贮藏140 d后才出现开裂，是所有冷却方法中最晚出现开裂的，也是开裂率最小的冷却方法；而最早出现开裂的冷却方法是风速为2.2 m/s的冷风冷却和W&V混合冷却，且二者的开裂率也是所有冷却方法中最大的。对比冷风冷却的3 个风速可知，风速越大，出现开裂的时间越早，且其开裂率也随之越大，所以采用冷风冷却馒头时不宜用较大的风速。真空冷却的馒头的开裂率较小是因为在冷却过程中馒头表面与中心的温度梯度和水分梯度都较小，冷却后馒头温度较均匀。

2.6 不同冷却方法的能耗

表2 不同冷却方法的耗电量Table 2 Comparison of power consumption among different cooling methods

如表2所示，自然冷却不需要耗电，但冷却时间是最长的；2种混合冷却方法的耗电几乎相同，但N&V混合冷却方法所用时间较短。综合分析可以得出，N&V混合冷却后的馒头能耗比真空冷却方式节能，比自然冷却方式节省时间，效率高，长期按此工艺对馒头进行冷却后势必会得出良好的经济效益，同时更能保证食品安全。

3 结 论

本研究主要记录了馒头采用不同冷却方法的冷却温度、冷却后品质以及贮藏一定时间后馒头品质变化，同时计算了不同冷却方法造成的馒头失水率、开裂率和冷却过程中设备的能耗。对比5 种方法可以得出，适合馒头的最佳冷却方法是N&V混合冷却方法。

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Comparison of Different Cooling Methods for Steamed Buns

YU Rui, ZOU Tonghua, SONG Xiaoyan, HONG Qiaodi
(Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology, Tianjin Commercial University, Tianjin 300134, China)

In this study, the effects of different cooling methods including natural cooling, cold air cooling and vacuum cooling, and combinations of vacuum cooling with either natural cooling or cold air cooling on the quality of steamed buns. Subsequently, changes in quality characteristics, percentage water loss and cracking incidence of steamed buns during further frozen storage were examined. Moreover, comparison of power consumption among 5 cooling methods was performed. The obtained results led to the conclusion that natural cooling combined with vacuum cooling was the best cooling method for steamed buns.

steamed bun; cooling method; combined use of different cooling methods; quality; energy consumption

10.7506/spkx1002-6630-201610043

TS205.7；TS207.3

A

1002-6630（2016）10-0252-07

于瑞, 邹同华, 宋晓燕, 等. 馒头不同冷却方法的比较[J]. 食品科学, 2016, 37(10): 252-258. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610043. http://www.spkx.net.cn

YU Rui, ZOU Tonghua, SONG Xiaoyan, et al. Comparison of different cooling methods for steamed buns[J]. Food Science, 2016, 37(10): 252-258. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610043. http://www.spkx.net.cn

2015-09-15

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD37B07）；教育部科学技术研究重点项目（211009）

于瑞（1991—），女，硕士研究生，研究方向为制冷系统的节能与优化。E-mail：yu757777472@163.com