郑州轻工业大学研究生，郑州轻工业大学研究生院
冷冻是调节魔芋葡甘聚糖（KGM）凝胶特性的重要手段，可以显著提高KGM凝胶强度，也是以“魔芋爽”为代表的新型KGM凝胶食品加工的重要工艺环节。KGM凝胶在冷冻时，水分子运动受到限制形成冰晶，局部多糖聚集并相互接触，形成高分子聚集微区。解冻后分子重新排列，聚集微区有利于形成更稳定的三维凝胶。虽然冷冻解冻过程可以帮助KGM凝胶形成独特的质构口感，但是也会产生剧烈的脱水现象，导致产品品质下降，已成为行业内亟待解决的关键问题。
相比于传统的空气冷冻（AF），浸渍冷冻（IF）使用导热系数更高的低温冷冻液，可以有效缩短冷冻时间，改善冷冻品质。而超声波辅助冷冻（UF）技术是指食品在IF的同时施加一定功率的超声波，可以进一步缩短冷冻时间，改善冷冻品质。郑州轻工业大学食品与生物工程学院的栗俊广、徐 聪、白艳红*等以AF和普通浸渍冷冻为对照，研究不同功率UF处理对KGM凝胶特性的影响，以期为UF在魔芋凝胶制品中的应用提供指导。
1、不同冷冻处理对KGM凝胶降温曲线的影响
从图1和表1可以看出，AF处理从4 ℃降温至-18 ℃所需冷冻时间显著长于IF和UF处理（P＜0.05），这是由于空气介质的传热系数远低于液体介质。随着超声波功率的增加，冷冻时间先缩短后延长，UF-300 W组的冷冻时间最短，表明适当功率的超声波可以缩短凝胶冷冻时间，这可能是由于超声波空化作用产生的大量气泡作为冰核诱导冰晶的形成，进而缩短了冷冻时间。UF-400 W和IF组的冷冻时间相近，可能是由于过大功率的超声波在凝胶周围产生了过多热量，影响了凝胶传热，导致凝胶冷冻时间延长。
2、不同冷冻处理对冻融KGM凝胶强度的影响
由图2可知，AF组KGM凝胶强度显著低于IF和UF组（P＜0.05），这可能是由于AF处理的冷冻时间明显长于IF和UF处理，冷冻时间越长，冰晶尺寸越大，对凝胶内部网络结构破坏越大，进而降低了凝胶强度。随着超声波功率的增大，KGM凝胶强度先增大后减小，UF-300 W的凝胶强度最大，为（744.91±14.02）g，相比于AF组提高了61.23%。
3、不同冷冻处理对冻融KGM凝胶析水率的影响
由图3可知，AF和IF组析水率显著高于UF组（P＜0.05），且在UF组中，随着超声波功率的增大，析水率呈先减小后增大的趋势，UF-300 W组KGM凝胶的析水率最低，为22.61%，相比于AF组降低了23.56%。这可能是超声波的空化作用诱导冰晶成核且减小了冰晶尺寸，使得在解冻时凝胶网络结构得以更好地保留，内部重吸收冰晶所融化的水分也更多。
4、不同冷冻处理对冻融KGM凝胶水分分布的影响
由图4可知，与AF和IF组相比，UF组KGM凝胶的氢质子分布更多、更均匀，即凝胶内含有更多水分且水分分布更均匀，这与析水率分析结果相印证。随着超声波功率的增加，UF-300 W凝胶内部的氢质子分布最均匀，这表明UF-300 W处理可以使凝胶保留更多的水分，且更均匀地分布于凝胶内部。但UF-400 W凝胶内部氢质子密度及分散度低于UF-300 W，表明过高功率的超声波不仅使KGM凝胶的析水率增加，也使凝胶内部的水分分布更不均匀。
5、不同冷冻处理冻融KGM凝胶的差示扫描量热分析结果
由图5及表2可知，在降温和升温过程中，不同冷冻处理冻融KGM凝胶中，UF-300 W凝胶的共晶点最高、解冻温度最低，AF组的共晶点最低、解冻温度最高。共晶点的提高和解冻温度的降低意味着凝胶内水分与多糖的相互作用减弱。含有多糖和水的凝胶在冷冻过程中，温度下降至结晶点后，水分开始形成冰晶，多糖浓缩于非冻结微区。在非冻结微区中，局部多糖浓度提高，多糖与水的缔合作用加强，而UF-300 W组析水率最低，冻融后凝胶内部水分含量更多，凝胶内局部多糖浓度相对降低，与水的缔合作用减弱，影响水分子结晶，从而提高了共晶点。
6、不同冷冻处理对冻融KGM凝胶结晶度的影响
如图6所示，所有组别均仅在2θ约20°及22°附近有较大的弥散峰，没有明显特征峰，表明不同冷冻处理对KGM凝胶的结晶度影响微弱。
7、不同冷冻处理对冻融KGM凝胶微观形貌的影响
如图7所示，KGM凝胶内部整体呈疏松多孔的网状片层结构，其褶皱丰富且方向各异。对比AF、IF组可以发现，UF组凝胶内部网状结构更加致密，片层结构之间孔隙也更均匀，AF和IF组凝胶的片层结构松散无序，这可能是由于超声波一定的均质效果使凝胶内部片层结构更加致密。对比不同功率UF组凝胶微观结构可以发现，UF-300 W组凝胶内部结构最致密有序，UF-400 W组凝胶内部结构出现溃散，表明适当功率超声波产生的均质效果可能改善凝胶的内部结构，但过高功率的超声波对凝胶内部结构起破坏作用。
本实验发现300 W的UF可以缩短KGM凝胶的冷冻时间，与AF相比，UF-300 W凝胶的析水率降低了23.56%，凝胶强度提高了61.23%，水分分布更均匀，且不影响KGM凝胶的结晶度。差示扫描量热分析结果显示，相比于AF和IF，UF可以提高凝胶的共晶点，降低解冻温度，使凝胶更容易冷冻和解冻。冷场扫描电子显微镜观察发现，相比于AF和IF组，UF-300 W组凝胶的网络结构更加致密，凝胶片层结构之间孔隙更小。综上，UF可以有效改善冻融KGM凝胶析水严重的问题，且提高凝胶强度。
通信作者简介
白艳红，女，博士，教授，博士生导师，郑州轻工业大学副校长，河南省学术技术带头人，河南省肉品加工与质量安全控制创新型科技团队带头人，兼任河南省冷链食品质量安全控制重点实验室主任，河南省食品科学技术学会副理事长，中国畜产品加工研究会理事， Food Science of Animal Products科学主编， Journal of Food Safety、《食品科学》《肉类研究》《食品质量安全检测学报》编委。主要研究领域为畜产品加工与质量安全控制。发展了原料肉低温等离子体非热杀菌技术与基础研究理论；开发了冷鲜肉类加工安全追溯体系，实现了从养殖到餐桌全程质量安全溯源；研发了具有自主知识产权的原料肉冰温保鲜技术、凝胶肉制品变压耦合乳化成型技术、酱卤肉制品产业化精准加工技术。先后主持承担了国家自然科学基金面上项目、“十三五”国家重点研发计划子课题、河南省重大专项等项目12 项。发表SCI/EI收录论文60余篇，其中ESI高被引论文3 篇；出版著作5 部，其中共同主编国家级规划教材1 部；授权国家发明专利6 件，参与制修订国家、行业标准4 项，获河南省科学技术进步奖二等奖2 项，中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖1 项。
本文《不同冷冻处理对魔芋葡甘聚糖凝胶特性和结构的影响》来源于《食品科学》2022年43卷21期111-116页，作者：栗俊广，徐聪，张旭玥，庞杰，陈历水，陈宇豪，白艳红。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211103-035。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
图片来源于文章原文及摄图网。
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
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