米发糕的质构特性及数学模型.pdf

2009年3月第24卷第3期中国粮油学报Journal of the Chin僦Cereals and Oils Associationv0124，No3Mar2009米发糕的质构特性及数学模型刘小翠 胡 坚 赵思明(华中农业大学食品科技学院，武汉430070)摘要采用传统工艺制作米发糕，用质构仪研究米发糕的质地，发酵条件对米发糕质构的影响，建立质构的数学模型，为米发糕的品质控制提供试验数据。结果表明，米发糕具有较好的强度、黏弹性和稠厚的口感，米发糕的应力应变模型符合修正的卡松公式。建立的基于发酵条件的米发糕的表观黏度和应变系数指数的预测模型，具有很高的拟合精度。较高的发酵温度，较短的发酵时间，较少的发酵剂添加量会引起米发糕的表观黏度和稠厚感的降低，强度和弹性的升高。关键词米发糕应力应变质构数学模型中图分类号：TS2133；TS2623 文献标识码：A 文章编号：10030174(2009)03000705米发糕是我国传统的大米发酵食品，具有独特的风味及较高的营养保健功能1-3J。米发糕的质构特征能够很好的反映米发糕的质地和食用品质【4J，分子结构与食品质构的关系【5】5，目前对于食品质构特征的研究主要集中在通过质构及感官评定来优化生产工艺6-7，数学模型可以定量描述食品的特点，预测食品的品质【8J。采取自制的发酵剂用传统工艺制作米发糕，研究米发糕的质构特征及发酵条件对其质构的影响，建立质构的应力应变模型和米发糕的表观黏度和质地的预测模型，可为米发糕的品质控制提供试验数据。1材料与方法11材料早籼米、安琪酵母、脱脂奶粉：市售；植物乳杆菌：华中农业大学食品科技学院食品大分子结构及功能特性实验室。真空冷冻干燥机：北京博医康实验仪器有限公司生产；质构仪：TAXT2型，英国SMS公司。12方法12。l乳酸菌菌悬液的制备将植物乳杆菌接入MRS(M趴，Rogosa and Sharpenlt地Uln，乳酸菌典型培养基)液体培养基中，于30基金项目：湖北省重大科技攻关项目(20D4从204y7)收稿日期：20080225作者简介：刘小翠，女，1982年出生，硕士，食品科学通讯作者：赵思明，1963年出生，教授，博士生导师，食品大分子结构及功能特性培养24 h，得到乳酸菌的菌悬液。121米发糕的制作工艺发酵剂原料米一洗米一浸泡一磨浆一发酵一醒发一蒸煮一米发糕一质构分析工艺说明：称取一定量的原料米，洗米两遍；以料液比1：2于一定温度下浸泡；用自来水清洗数遍后磨浆；将自制的发酵剂7接入米浆中，混匀；将米浆放人恒温培养箱内静置发酵；加入一定量的蔗糖调味，将米浆调至一定的浓度；混匀后放入恒温箱醒发10 min；放入蒸煮锅沸水蒸煮15 lain，取出，冷却至室温(25)，即得米发糕。122发酵剂的制作采用文献9的方法。123质构的测定采用P36R探头。参数设置：下降速度l mm$，测试速度1 tinl8，返回速度1 mms，压缩50，触及力5 g。压缩功为压缩距离与压缩力的积分面积，应变为压缩距离与压缩前高度之比。13数据处理用Excel和SAS81进行数据处理，应力应变模型的建立运用Excel的规戈求解功能，以预测与实测应力的偏差和最小为求解条件对模型参数进行规划求解111 2I。万方数据8 中国粮油学报 2009年第3期2结果与分析21米发糕的压缩曲线米发糕的压缩过程中，响应力随压缩距离的增大而增大，压缩到50后探头开始上升，不同发酵条件制作的米发糕的应力应变曲线规律相似，以发酵剂添加量为5，于32下发酵1 h所制作的米发糕的应力应变曲线为例，压缩应力应变曲线如图1所示。不同发酵条件制作的米发糕的压缩功及回弹功如图2。喜墨巷O1 O。2 03 04 05 06应变注：c=5，Te=32，t=l h图1压缩距离与受力曲线应变注：c=5，Te=32，t=1 h图2米发糕预测与实测应力图1可知，压缩前期，米发糕的响应力很小，压缩20后，响应力迅速增大。相同压缩比时压缩应力较同弹应力大。前后两次压缩相比，第一次压缩过程所产生的响应力较大，但两次回弹的响应力很接近，表明米发糕在咀嚼过程中的强度逐渐减小，但弹性变化不大。米发糕是一种典型的凝胶体，在压缩过程中，外力对米发糕做功，而在回弹过程中，米发糕凝胶内部高分子链产生相对位移，体现出黏稠的性质，使回弹功W2均小于压缩功w，(图3)，第一次压缩与第二次压缩功与回弹功变化情况一致。wl；越大表示弹性越大，w：越小表示黏性越大，AWI越小表明米发糕变形后恢复原状的能力越强，咀嚼性越好。由图3可知，不同发酵条件下，样品的压缩功、回弹功及差值有较大差异，35和38发酵的W1l、w12和AW均大于32的，试验范围内，Wll、W12和XWl随发酵剂添加量的增大先增大后减J、o注：W。为第一次压缩功，w。2第一次为加弹功。W2。为第二次压功，w五为第二次回弹功，AWl为第一次压缩功与回弹功之差，AW2为第二次压缩功与回弹功之差图3不同发酵条件下米发糕的压缩功及回弹功图4米发糕的结构示意图米发糕的黏弹性取决于发酵产生的气孔的数量、大小、密度及淀粉等高分子链的网络结构和变形时线型高分子的相对位移，米发糕的结构示意图见图4。气孔大小适宜，数量多则米发糕弹性较强，气孔小而少、高分子网络结构的缺陷大，则黏性较强。与大米凝胶相比，米发糕的弹性较强而黏性较Jx5J，这是由于没有酵母菌发酵产生的气孔以及发酵过程大分子的降解，所以大米凝胶弹性较小而黏性较大。发酵温度较高(35)时，Wll、W12和AWl都比较大，表明此时发糕的弹性大，黏性小，耐咀嚼。这是因为发酵温度较高时，酵母菌和乳酸菌等微生物生长较快，蛋白质、脂肪等营养物质消耗较万方数据第24卷第3期 刘小翠等米发糕的质构特性数学模型 9快【肛15I，产气充足，气孔多而均匀，同时发酵产生的葡甘露聚糖增强大分子网络的密度，使能相对移动的线型分子减少，所以米发糕的弹性和强度大，黏性较小【16J。发酵剂添加量适中(6)时，也会导致发酵过程微生物产气较多，使米发糕气孔多而小，淀粉等高分子轻微降解，所形成的高分子链网络致密，所以米发糕的wll、w12和wl都比较大。但添加量过大或过小也会影响其产气性，导致米发糕的强度和弹性小，黏性大。22米发糕质构的数学模型根据米发糕应力应变曲线的变化趋势，运用式(1)卡松公式拟和米发糕的应力应变关系：石=佤+弘” (1)式中：o为应力gm2；a；D为屈服应力gm2，可从应力应变曲线图直接得到；m为表观黏度gm；为应变；m为应变指数，nl=85时。采用最小二乘法计算得到不同发酵条件下两次压缩与上升的四个阶段的参数Tla和In，见图5。所有方程的F值均大于104，a值均小于8081，表明数学模型的拟合精度较高。由图5可知，模型中的应变指数111值均比1要大，表明咀嚼会导致发糕强度的快速增加，这可能是外力诱发了米发糕中高分子链的网络形成和结点增加，使应力随应变迅速增大，从而表现出稠厚的口感。由于发酵使大米淀粉颗粒的微观结构发生改变，淀粉颗粒在发酵后虽然还保持着完整的颗粒形状17，但颗粒内部营养物质的溶出【培-19使淀粉颗粒形成一部分空隙。过高的发酵温度(38)和较长的发酵时间，水分子更容易进入颗粒内部，淀粉更容易糊化伽，高分子链之间的相互作用更强，网络致密，表观黏度118越小。同时，较高温发酵还会导致nl值较小，使米发糕的稠厚感降低。回弹阶段仇和m值均比压缩阶段的值大，且第二次压缩时的11a和in值均比第一次压缩大。根据发酵条件对表观黏度、指数以及压缩功的影响趋势，采用公式(2)和(3)拟和它们的关系，经最小二乘法计算得模型参数见表1。kct2丁 (2)6m：kcf车 (3)式中：c为发酵剂添加量；t为发酵时间h；T为发酵温度；k和b为回归系数。 注：下标II为第一次压缩，12为第一次回弹。21为第二次压缩，所有方程的F值均大于20，a值均小于0081，表 22为第二次回弹圈5不同发酵条l牛下的质构参数万方数据10 中国粮油学报 2009年第3期明数学模型的拟合精度较高。表1非线性模型参数由表1可知，和m在压缩阶段的k和b值均比回弹阶段的小，且第一次压缩的k和b值均比第二次压缩的值小，反映了米发糕在二次压缩、回弹过程质地的差异。Te=32，W=5，t=1 h时，根据(1)(3)式计算的Tla、m和应力应变曲线图见图2。图2表明相同的应变下，预测与实测的应力基本重合，说明模拟模型具有较高的拟合精度。3 结论米发糕是具有一定的强度、黏弹性和稠厚口感的凝胶体。米发糕质构的数学模型符合修正的卡松模型，其中指数ITI1，反映了米发糕稠厚的质地和口感。表观黏度m符合1】=垒笋，指数In符合。较高的发酵温度T，较短的发酵时间t，较小的发酵剂添加量制作的米发糕的表观黏度低，稠厚感较低，强度和弹性较大。参考文献1杜鹏，霍贵成传统发酵食品及其营养保健功能J中国酿造，2004(3)：682刘小翠，李云波，赵思明生米发酵食品的研究进展J食品科学，2006，27(10)：6156183李明华，张大伟，郝永任，等益生菌的营养保健功能及其在食品中的应用J中国食物与营养，2006(11)：45474王灵昭，陆启玉。袁传光用质构仪评价面条质地品质的研究J郑州工程学院学报，2(103，3：29335YongLiang Xu，ShahBai Xiong，YunBo“，siMiIlgZhaoStuay on creep properties of indiea rice gelEJJournal ofFood Engineering 86(2008)10一166梁灵，魏益民，康立宁，等冷冻面片制作工艺的优化J食品与发酵工业，2007，8：36397刘兴余，金邦荃，詹魏，等猪肉质构的仪器测定与感官评定之间的相关性分析J食品科学，2007，4：57608刘小翠，王莲，赵思明籼米甜酒的发酵动力学及工艺优化J食品科学，2007，12：2632679赵思明，熊善柏，刘小翠，等一种作为微生物发酵剂的菌株，包含该菌株的复合发酵剂及应用P专利申请号，2007153611210余家林农业多元试验统计M北京：北京农业大学出版社，1993：10912311熊善柏，李建林，赵思明米饭的压力无沸腾蒸煮及其工艺优化J华中农业大学学报，2002，5：46647012赵思明主编食品科学与工程中的计算机应用J北京：化学工业出版社，2(105：45913李里特编食品物性学M北京：中国农业出版社，1998：23023414李里特，鲁战会，闵伟红，等自然发酵对大米理化性质的影响及其米粉凝胶机理研究J食品与发酵工业，2001(168)：1615SingHsuan Chen，Christine JBe卿Method for determiIliI唔the amyl06e eonlent，molecular weights，and weightand molarbased distributions of degree of polymerization ofamylose and fineffa-tleture of amylopeetinJCarbohydrate、Polymers，200r7(69)：56257816Min Huang，JFKennedy，BLiCharacters of flee starchgel modified by gellml c,arragl觉nan，and西眦刈m：A textureprofile analysis nayJCarbohydrate Polymers，2007(69)：4ll一41817王锋，鲁战会，薛文通，等自然发酵对大米淀粉颗粒特性的影响J中国粮油学报，2003，6(18)：252818关东胜，成明华，张慧敏，等不同条件对大米浸泡效果的研究J粮油食品科技，2002，6(10)：192219王锋浸泡发酵大米成分的研究J】粮食与饲料工业，2003(1)：ll1520闵伟红，李里特，王朝辉乳酸菌发酵对大米淀粉物理化学性质的影响J食品科学，2004，25：7376万方数据第24卷第3期 刘小翠等米发糕的质构特性数学模型 1lTexture Properties and Mathematic Model ofFermented Rice C akeUu Xiaocui Hu Jian Zhao Siming(Department of Food Science and Technology of Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070)Abstract To offer p目trameters for quali哆control of fermented rice cake，texture of fem舱nted rice cake made by tra-ditional technology was determined with a textmanalyzer and the effects of fermentation conditions on the texture of fer-mented rice cake w眦also analyzedResults show that the femmnted rice cake displays great strength，Sood viscoelasticityand satisfied mouth feelingArevised Casson formula model could well describe the s1essstrain properties of a fermentedrice cake，and the established nonlinear numerical forecasting model could be used to describe the apparent viscosity andstrain index accuratelyRelatively hish fermentation temperature，short fermentation time and less concentration of starterculture could result in smaller apparent viscosity and wDIse mouth feeling。but great stmngth and sood viscoelasticity of afermented rice cakeKey words fermented rice cake，stIe88一strain，texture，mathematic model万方数据米发糕的质构特性及数学模型作者： 刘小翠， 胡坚， 赵思明， Liu Xiaocui， Hu Jian， Zhao Siming作者单位： 华中农业大学食品科技学院,武汉,430070刊名： 中国粮油学报英文刊名： JOURNAL OF THE CHINESE CEREALS AND OILS ASSOCIATION年，卷(期)： 2009,24(3)被引用次数： 4次参考文献(20条)1.杜鹏;霍贵成 传统发酵食品及其营养保健功能期刊论文-中国酿造 2004(03)2.刘小翠;李云波;赵思明 生米发酵食品的研究进展期刊论文-食品科学 2006(10)3.李明华;张大伟;郝永任 益生菌的营养保健功能及其在食品中的应用期刊论文-中国食物与营养 2006(11)4.王灵昭;陆启玉;袁传光 用质构仪评价面条质地品质的研究期刊论文-郑州工程学院学报 2003(03)5.Yong-Liang Xu;Shan-Bai Xiong;Yun-Bo Li;Si-Ming Zhao Study on creep properties of indies rice gel外文期刊 2008(1)6.梁灵;魏益民;康立宁 冷冻面片制作工艺的优化期刊论文-食品与发酵工业 2007(08)7.刘兴余;金邦荃;詹魏 猪肉质构的仪器测定与感官评定之间的相关性分析期刊论文-食品科学 2007(04)8.刘小翠;王莲;赵思明 籼米甜酒的发酵动力学及工艺优化期刊论文-食品科学 2007(12)9.赵思明;熊善柏;刘小翠 一种作为微生物发酵剂的菌株,包含该菌株的复合发酵剂及应用10.余家林 农业多元试验统计 199311.熊善柏;李建林;赵思明 米饭的压力无沸腾蒸煮及其工艺优化期刊论文-华中农业大学学报 2002(05)12.赵思明 食品科学与工程中的计算机应用 200513.李里特 食品物性学 199814.李里特;鲁战会;闵伟红 自然发酵对大米理化性质的影响及其米粉凝胶机理研究期刊论文-食品与发酵工业2001(168)15.Ming-Hsuan Chen;Christine J.Bergman Method for deter mining the amylose content,molecularweights,and weightand molar-based distributions of degree of polymerization of amylose and fine-structure of amylopectin外文期刊 2007(69)16.Min Huang;J.F.Kennedy;B.Li Characters of rice starch gel modified by gellan carrageenan,andglucomannan:A texture profile analysis study外文期刊 2007(69)17.王锋;鲁战会;薛文通 自然发酵对大米淀粉颗粒特性的影响期刊论文-中国粮油学报 2003(06)18.关东胜;成明华;张慧敏 不同条件对大米浸泡效果的研究期刊论文-粮油食品科技 2002(06)19.王锋 浸泡发酵大米成分的研究期刊论文-粮食与饲料工业 2003(01)20.闵伟红;李里特;王朝辉 乳酸菌发酵对大米淀粉物理化学性质的影响期刊论文-食品科学 2004(10)本文读者也读过(10条)1. 郭蕾.刘小翠.赵思明.GUO Lei.LIU Xiao-cui.ZHAO Si-ming 米发糕复配粉的研究期刊论文-食品科学2008,29(9)2. 陈德文.沈伊亮.吴鹏.李秀娟.徐晓云.潘思轶.Chen Dewen.Shen Yiliang.Wu Peng.Li Xiujuan.Xu Xiaoyun.Pan