弋阳年糕加工过程品质及体外消化特性变化

杨晨希，花旺忠，余丽琴，熊 华，赵 强*

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047;2.江西省弋阳县农业局水稻原种场，江西 弋阳 334400;3.江西省农业科学院水稻研究所，江西 南昌 330200)

年糕作为一种传统食品，通常是用糯米等黏性较大的米或米粉蒸制而成，在中国具有悠久的历史。年糕不但味道香甜可口，而且营养丰富，除了碳水化合物外还有蛋白质、钙、钾、镁、磷等营养物质[1]。江西省自然条件得天独厚，稻种资源丰富[2]，在弋阳县有独特的制作弋阳年糕专用水稻品种——弋阳大禾谷，属南方特有粳稻品种，米质特优，非常适宜加工年糕、八宝饭[3]。选用优质纯正的弋阳大禾谷为原料制成的弋阳年糕至今已有1200多年的历史[4]，以白洁玉润、柔韧爽滑、不黏不腻、久煮不糊而著称，已被列为江西省非物质文化遗产。

尽管弋阳年糕在北京、上海、南昌等地具有一定的知名度，但由于传统弋阳年糕多以手工制作，产量低，易老化开裂且不易储存，且具有一定的季节性，因此市场占有率不高。当前，弋阳年糕产业中为数不多的中小企业引入了现代机械化生产工艺(多为自制生产线)，加工效率和卫生指标均超过传统的手工产品，保质期可达一年以上[5]，满足了一定的市场需求。在年糕生产过程中，涉及淀粉的糊化、挤压、高温灭菌和真空包装等环节。淀粉糊化后能形成具有一定弹性和强度的凝胶，凝胶的黏弹性、强度等特性直接影响到淀粉粉条的加工性能及品质[6]；淀粉挤压后会发生部分降解[7]，且会对年糕的结构和品质产生很大影响；短时间高温灭菌已被证实能够最大限度破坏细菌等微生物但较少损失营养成分[8]，但对年糕的理化性质的影响犹未可知；真空包装后年糕储藏不同于散装和传统的清水保存，其无氧环境抑制了霉菌生长，延长了货架期[1]，但隔绝空气的环境对淀粉的结构和特性的影响少见报道。此外，年糕作为淀粉质食品，对餐后血糖应答的影响逐渐受到更多人的关注。摄入低血糖生成指数的碳水化合物对预防和控制慢性病有重要作用[9]。

因此，基于多方面的考虑，尝试采用自制的机械设备加工线优化弋阳年糕制作工艺，在生产线上完成包括大米漂洗后打粉与水混合、挤压制成空芯孔状结构、熟化、挤压成型、高温灭菌、真空包装等环节，对不同阶段结束后年糕取样，研究加工过程对弋阳年糕品质及消化特性的影响及其变化规律，为今后弋阳年糕及地方特色大米制品的加工工艺优化提供理论及数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验原料：弋阳县麻壳大2号大禾谷，GB 5009.3—2010直接干燥法[10]测得水分含量为12.54%，Megazyme试剂盒法测得淀粉含量为73.34%，GB/T 15683—2008方法[11]测得直链淀粉含量占淀粉总量的15.55%，GB/T 5009.5-2003 凯氏定氮法[12]测得蛋白质含量为6.95%，GB 5009.6—2016索氏抽提法[13]测得粗脂肪含量为0.85%，GB 5009.4-2016方法[14]测得总灰分含量为0.56%。

试验试剂：α-淀粉酶、葡萄糖苷酶购于sigma公司；葡萄糖测定(GOPOD法)试剂盒购于爱尔兰megazyme公司；浓盐酸、乙酸钠、乙醇均为分析纯，购于西陇化工股份有限公司；甲醇、氢氧化钠、氢氧化钾、十二烷基苯磺酸钠、碘化钾为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；碘试剂为分析纯，购于天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

年糕熟化挤压切片连续生产机械(自制)，江西弋阳慈母家年糕厂；BS 224S电子分析天平，上海奕宇电子科技有限公司；磁力搅拌水浴锅，金坛市良友仪器有限公司；DHG-9240电热恒温鼓风干燥箱，上海柏欣仪器设备厂；FD-1真空冷冻干燥机，北京神泰伟业仪器设备有限公司；TU-1900紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；JSM 6701F场发射扫描电镜，日本日立公司；D8-FOCUS粉末衍射仪，德国Bruker公司；Nicolet 5700傅里叶红外光谱仪，美国Thermo公司；TA-XT质构分析仪，美国TA Instrument公司。

1.3 试验方法

1.3.1 弋阳年糕的制作

将弋阳大米在液位没过物料的水中浸泡24 h，清洗一次，滤除水分，将大米粉碎并挤压成外径7 mm，内径3 mm，长30 mm的小段空芯结构(挤压阶段)，利用105 ℃高温加热15 min(熟化阶段)，机械挤出成型(成型阶段)，稍冷却后真空包装，放入高压灭菌锅中灭菌20 min(105 ℃，0.15 MPa，高温灭菌阶段)，室温储藏2个月(储藏阶段)。分别在挤压成空芯结构之后、高温加热15 min之后、挤出成型之后、灭菌20 min之后、储藏2个月之后取适量样品用于接下来的实验。

1.3.2 年糕基本成分

水分测定采用GB 5009.3—2010直接干燥法[10]。

淀粉含量测定采用Megazyme试剂盒法：准确称量100 mg样品加入试管，确保位于试管底部。加入5 mL乙醇溶液(80%V/V)，80 ℃～85 ℃孵育5 min。涡旋混匀，再加入5 mL乙醇溶液(80%V/V)，1 800 g离心10 min，去除上清。加入2 mL 2 mol氢氧化钾溶液，冰水混合浴中搅拌20 min，重悬粉末和溶解抗性淀粉。加入8 mL 1.2 mol的醋酸钠缓冲液(pH 3.8)至每个试管，立即加入0.1 mL 1000 U·mL-1耐热α-淀粉酶(pH 5.0，100 mM醋酸钠稀释)和0.1 mL 3 300 U·mL-1淀粉葡萄糖苷酶，充分混合，在50 ℃下孵育30 min，间断混匀。将全部溶液转移至100 mL容量瓶中，定容后取部分溶液1 800 g离心10 min。取0.1 mL上清液，加入3 mL GOPOD溶液，50 ℃孵育20 min，在510 nm下测定吸光度。设置葡萄糖对照和试剂空白对照组。

直链淀粉含量测定参考GB/T 15683—2008方法[11]。

1.3.3 年糕的蒸煮特性

蒸煮特性的测定参照胡文轩等[15]的方法，稍作改动。将5 g左右的年糕样品在含有50 mL蒸馏水的烧杯中沸水浴中蒸煮6 min；蒸煮后，将内容物转移到滤纸上以除去表面水；然后将煮熟的样品精确称重，以计算样品的吸水率。将5 g左右的年糕样品在含有50 mL蒸馏水的烧杯中沸水浴中蒸煮6 min；除去样品的固体试样，将溶液转移至铝盒中在110 ℃下在烘箱中蒸发直至完全干燥；称量干燥的固体，以计算蒸煮损失。

1.3.4 年糕的质构特性

将年糕样品沸水煮6 min，使用p/36R探头的TA-XT plus质构分析仪在TPA模式下测定样品的硬度、弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性和回复性，以1 mm/s的速度将每个样品压缩2次，变形水平设置为原始样品的50%。

1.3.5 年糕的感官评价

年糕的食用品质评价参考郭镧等[16]的方法，稍作改动。蒸煮20 min后的年糕由经过训练的10位感官评价人员对年糕的外观、色泽、气味、口感和杂质进行感官综合评价，评价标准见表1。

表1 年糕感官评分

1.3.6 傅里叶红外图谱

利用傅立叶红外光谱仪对冻干后的年糕样品进行扫描，扫描范围为4000～400 cm-1，扫描次数为32次，分辨率为4 cm-1。采用PeakFit 4.12软件对红外光谱的1200～800 cm-1段进行Gauss去卷积，其中半峰宽设置为19 cm-1，记录去卷积后1047和1022 cm-1处的吸光度并计算比值。

1.3.7 X射线衍射

取适量冻干的年糕粉末放在玻片上，在电压和电流分别为40 kV和40 mA时，利用Bruker X射线衍射仪测定样品的X射线衍射图谱。扫描衍射角范围为5°～40°，扫描速率为2°·min-1，步长为0.02°，通过Jade 6.0软件对图谱进行处理。计算样品的相对结晶度(Relative crystallinity)：

其中Ic和Ia分别代表结晶区和无定形区的XRD峰面积[17]。

1.3.8 水分分子迁移

参考Hu[18]的方法，利用低场核磁共振(LF-NMR)测定年糕样品的分子迁移规律。将年糕样品置于直径为8 mm的NMR测试瓶中，在35 ℃条件下GPMG序列测定自旋-自旋横向弛豫时间(T2)。磁场强度为21 MHz，采样点数为100028，重复扫描次数为8，重复采样等待时间为500 ms，NECH设置为1000。测试结束后，使用T2-FitFrm软件中的指数模型反演得到T2值。

1.3.9 年糕的微观结构

利用场发射扫描电镜(SEM)观察冻干后的年糕切面，将样品放在表面贴有导电胶的试样台上，进行喷金，在5.0 kV的加速电压下观察成像。

1.3.10 年糕的体外消化

年糕的体外消化特性测定参Zhu[19]等的的淀粉体外模拟酶水解的方法，并稍以修改。精确称取冻干的年糕粉末样品200 mg放置于50 mL有旋盖的离心管中，再加入15 mL 0.1 M乙酸钠缓冲溶液(pH 5.2)，混匀之后加入10 mL含有290 U·mL-1α-淀粉酶和15 U·mL-1葡萄糖苷酶的混合溶液，放置于37 ℃的恒温水浴摇床中匀速震荡，在水解0，20，30，60，90，120，150，180 min后，分别取0.1 mL的水解液加入到1 mL的无水乙醇中灭酶。4000 g离心10 min后用GOPOD试剂测定葡萄糖的含量。通过如下公式计算淀粉水解率，同时以时间(min)为横坐标，淀粉水解率(%)为纵坐标，绘制淀粉消化曲线：

其中w为淀粉的水解率(%)；Gt为取样时间点水解液中的葡萄糖含量(mg)；FG为酶水解前淀粉样品中游离的葡萄糖含量(mg)；0.9为葡萄糖换算成淀粉的系数；TS为总淀粉含量(mg)。

同时计算样品中的快速消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。RDS、SDS、RS的计算公式如下：

其中G20为淀粉样品酶水解20 min后产生的葡萄糖含量(mg)；G120为淀粉样品酶水解120 min后产生的葡萄糖含量(mg)。

参考Goni等[20]的方法，以下列公式计算：

EGI=39.71+0.549HI

其中EGI为估计血糖生成指数；HI(%)为水解指数。

1.4 数据处理

使用IBM SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，Duncan检验显著性差异，数据以均值±标准差表示；使用Origin 2018进行作图。

2 结果与分析

2.1 年糕品质

不同阶段弋阳年糕的基本成分如表2所示。经过熟化后年糕的水分含量降低。而在经过成型、灭菌阶段后水分含量增加，储藏2个月后水分含量降低至40%以下。水作为一种增塑剂，决定了淀粉分子链重新聚合的速率，含水量较低时，分子链迁移困难[21]。因此年糕随着储藏时间的增加，淀粉回生速率逐渐降低。年糕的淀粉含量(干基)介于82.96%～89.53%之间，成型阶段淀粉含量最低，可能是由于糊化后淀粉在挤压过程中被再次破坏和降解，水溶性糖含量增加[22]，经过高温灭菌后，淀粉结构再次纠缠与回复，直链淀粉受热浸出，导致淀粉含量上升而年糕中直链淀粉含量降低；经过2个月的储藏，年糕中淀粉含量没有显著变化，而直链淀粉含量恢复至19.25%，说明淀粉的回生作用使淀粉链之间的氢键形成，分散的直链淀粉与支链淀粉聚集[23]；直链淀粉含量介于14.69%～19.25%之间，故弋阳大米属常规低含量直链淀粉大米(直链淀粉含量9%～20%)[24]。

表2 不同阶段弋阳年糕的基本成分

不同阶段弋阳年糕的蒸煮特性如表3。成型的弋阳年糕的吸水率最大，达到30.11%，而在之后阶段的年糕在蒸煮后吸水率显著降低。这意味着高温灭菌对年糕的吸水率有显著影响。熟化期的年糕由于结构松散，蒸煮损失最大。在经过机器挤压后蒸煮损失显著降低，介于0.65%～0.97%之间。机器挤压将使淀粉之间的键合更加紧密，形成坚韧的大分子团簇结构和骨架，大分子物质及进入的水被牢固的锁在内部结构中。在经过高温灭菌后，淀粉稳定的结构遭到破坏，可能形成了小的空隙，使得水分逃离但仍限制大分子物质如脂质、游离糖等的进出[15]。沈庆霞[25]以东北大米、苏北大米为原料机械加工制成水磨年糕，其蒸煮损失在4.24%～7.23%之间，相比较下弋阳年糕有更低的蒸煮损失，不易糊烂。

表3 不同阶段弋阳年糕的蒸煮特性

由表4可知，弋阳年糕的硬度、弹性、咀嚼性随着加工工序的延伸而增大，内聚性和回复性没有显著差异。熟化后再次经过挤压成型的年糕硬度、弹性、咀嚼性显著增加，灭菌后年糕的弹性和咀嚼性显著增加，对年糕的硬度没有显著影响，储藏期的年糕胶着性显著增加。年糕的感官评价如表4和图1所示，熟化阶段年糕感官评价总分最低，成型和灭菌后年糕的外观、色泽、气味、口感方面有显著提升，储藏期的年糕较为粗糙粘牙，米香味略淡。综合来看，灭菌后的年糕更有嚼劲和更柔和的口感，使其获得了更高的感官评价总分。

表4 不同阶段弋阳年糕的质构性质和感官评价

图1 不同阶段弋阳年糕的感官评价

2.2 年糕中淀粉的有序结构

红外光谱中的800～1200 cm-1范围主要对应于C=O和C-C键的伸缩振动，对淀粉的分子构象和水合变化敏感。其中1047和1022处的谱带反映了结晶区域和非结晶区域的含量，它们的强度比值反映了晶体的有序程度[26]。由图2可知，糊化后淀粉的去卷积红外谱图峰高降低，成型与灭菌的影响较小，2个月的储藏后谱图变化明显。各阶段年糕的1047/1022谱带强度比值如表5所示，熟化后年糕的有序程度显著降低，说明糊化后淀粉颗粒溶胀，原淀粉的有序结构被破坏。储藏期年糕由于淀粉回生，直链淀粉和支链淀粉通过氢键重新缔合成新的有序结构，有序程度显著增加[18]。

表5 不同阶段淀粉的短程、长程有序结构参数和弋阳年糕自旋-自旋弛豫时间(T2)

λ/cm-1

2.3 年糕中淀粉的结晶结构

生大米粉中淀粉X射线衍射显示为典型的A型衍射，在15°，17°，18°，23°处有强衍射峰[27]。熟化后淀粉糊化，晶体结构破坏，结晶度降为0。成型阶段淀粉在5.6°，15°，17°，20.8°，22°，24°处出现衍射峰，可能是淀粉的短期回生，相邻淀粉分子上的羟基之间形成氢键，直链淀粉分子之间相互作用以及直链淀粉和支链内长链之间相互作用[28]。高温灭菌后淀粉XRD衍射结晶度从5.52%降低至4.41%，这说明淀粉长程结构的有序程度降低。储藏期间由于淀粉回生，淀粉晶型逐渐从A型转变为B型，结晶度增大至17.61%。

2θ/(°)

2.4 年糕中水分分子迁移

LF-NMR是一种常用作分析食品系统中水分的自由度和分布的检测技术。T2值对分子迁移的变化十分敏感，T2越低，说明水与淀粉的结合越紧密，水分子的流动性减弱。T2会受到温度、样品中水分含量等的影响[29]。糊化后年糕的分子迁移显著增加，而成型后较熟化时明显降低，说明水分子的自由运动减缓；通过灭菌过程后水分含量增加，T2值升高，说明体系中水的自由度增加，可能是由于再次高温糊化使淀粉分子结构再次破坏，加剧了水分在淀粉颗粒内部和外部的交换[30]；储藏期的年糕中淀粉由于回生作用，结晶区域中的水分子重排，来自液体组分的信号减少，T2值减少。

2.5 年糕的微观结构

如图4所示，生大米粉颗粒呈光滑的多面体形状，熟化阶段淀粉糊化，直链淀粉和支链淀粉缠绕形成了疏松多孔的三维网络结构。挤压成型后年糕的切面光滑，经过冻干后，水分的分离使年糕切面形成浅坑。灭菌后年糕切面的SEM图像中的坑加深且表面粗糙，说明高温灭菌使年糕中的水分活动剧烈，产生聚集。和灭菌期相比，处在储藏期的年糕切面的坑变浅且表面变光滑，说明淀粉的回生使淀粉分子间及与水分子在空间构象上相互匹配重排，达到体系平衡的有序排列稳定态[31]。

A，B:挤压阶段；C，D:熟化阶段；E，F:成型阶段；G，H:灭菌阶段；I，J:储藏阶段。

2.6 年糕的体外消化特性

Englyst等[32]根据淀粉在人体内消化释放葡萄糖的快慢将淀粉分为快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)。血糖生成指数(glycemic index，GI)反映了食物对餐后血糖的影响，GI>70为高GI食物，55

不同阶段的年糕淀粉消化曲线如图5所示，各阶段年糕在0～60 min时淀粉水解率显著升高，60 min后淀粉水解速率趋于平稳。180 min时，储藏阶段的淀粉水解率最大，为71.40%，其次为成型阶段，为68.36%。生大米粉的EGI值为42.71，熟化及后续阶段的年糕的EGI均大于70，为高GI食物，人体摄入后血糖会快速升高，不适宜糖尿病患者食用。

t/min

熟化后淀粉颗粒溶胀，此时淀粉分子处在无定型状态，酶作用位点的暴露使其易受消化酶的影响[34]，因此水解率从39.07%增加至59.79%，RS含量显著降低，EGI值也升高至78.34。挤压成型和高温灭菌对年糕的RDS、SDS、RS含量没有显著影响，而储藏期年糕的SDS显著增加，RS含量显著减少，这与之前的研究结果不同，通常较长的储存时间会提高淀粉的抗酶解能力[35]。这可能是由于年糕处在真空包装中储存，水分逐渐聚集在年糕表面，使年糕表面平整并出现粘液，年糕内部水分的逃逸使淀粉链间的氢键断裂，回生淀粉和淀粉-脂肪酸复合物结构被破坏，使得SDS比例升高，RS比例降低。

表6 不同阶段弋阳年糕的消化模型参数和估计血糖生成指数

3 结论

弋阳年糕在生产加工过程中年糕品质变化明显。熟化后的年糕中淀粉溶胀，破坏了有序结构，EGI值增大；经过机械成型后，疏松多孔结构挤压团聚，年糕的表面变光滑；高温灭菌会降低淀粉的有序程度，同时加剧水分交换，提升口感；储藏期的年糕的淀粉回生作用使品质降低，EGI显著增加，这可能是水分子和淀粉的共同作用的结果。因此在生产过程中，成型对年糕的口感有很大提升，合适的高温灭菌并不会降低年糕品质，储藏阶段年糕的回生和水分子分布起重要作用，需要寻找合适的储藏方法来延缓淀粉回生。