《食品科学》：河南农业大学杨勇副教授等：不同菊粉质量分数对冻融循环下冷冻粽子品质特性的影响

近年来，随着人们消费需求的升级和生活节奏的加快，速冻食品凭借其安全性高和食用便捷等优势，日益受到消费者和生产商的青睐。在这一发展趋势下，粽子作为我国独具传统特色的节令食品，其生产加工也逐渐实现了标准化和工业化。速冻工艺不仅赋予粽子便捷性和耐储存性，还能较好地保持其传统风味与营养成分，促进冷冻粽子市场需求和生产规模的持续扩大。然而，在从生产、存储、运输到终端销售的整个过程中，温度波动难以完全避免，往往造成冰晶的反复生长以及淀粉的加速老化。冻融处理对淀粉基食品的影响已有充分的文献记载，Lu Shiyi等研究表明，经过反复冷冻和解冻后方便熟米的淀粉老化、硬度增加。此外，温度波动下汤圆内部水分会发生迁移，硬度和黏着性增加，口感变差，导致产品质量严重下降。目前，针对粽子的研究多集中于传统粽子加工工艺的优化及产品品质的评价方面，而关于温度波动对冷冻粽子品质影响的内在机制仍不清楚。

值得注意的是，冷冻粽子的品质劣变与其核心基质糯米淀粉凝胶的结构特性密不可分。相较于小麦、玉米等其他谷物类淀粉，糯米淀粉中具有高的支链淀粉含量和较低的直链淀粉含量，使其水合能力增强。但在温度波动环境下，糯米淀粉的高支化结构易发生分子链的重新排列与缔合，导致老化加剧，其体系更易析出水分，表现出较弱的冻融稳定性。因此，如何克服温度波动对冷冻粽子产品质量的影响，提升冷冻粽子的冻融稳定性，成为推动其产业化发展的关键问题。

目前，添加抗冻保护剂（如亲水胶体、乳化剂和变性淀粉等）是改善冷冻米面食品品质的常用策略，主要通过抑制冰晶生长与淀粉老化的作用提升产品品质。随着消费者对清洁、天然、健康配料需求的日益增强，开发安全且天然的冷冻保护剂已成为当前研究的重要方向。菊粉具有卓越的抗冻保护潜力，其分子由D-呋喃果糖通过β-(2→1)糖苷键聚合而成，末端带有葡萄糖残基，这种多羟基和高度聚合的结构赋予了菊粉优异的持水能力和凝胶特性，冷冻过程中能够抑制冰晶的生长以及形成凝胶网络的空间位阻作用。同时，菊粉作为一种天然植物多糖和优质的益生元，它不仅热量低，且甜度温和，能更好地契合食品原有的口感与风味。相比之下，其他天然抗冻剂如魔芋葡甘聚糖、果胶等虽然具有较强的增稠作用，但其作为外源性胶体常常会显著改变体系的流变特性和质构特性，且难以渗透到米粒内部。菊粉依赖其小分子、溶解性好的特点在浸泡过程中能够渗入糯米内部，实现从内源层面对品质调控。作为卫生部批准的新资源食品，菊粉已被广泛应用于食品品质改良。现有研究表明，菊粉可增强鲢鱼鱼糜中肌原纤维蛋白的抗冻性，降低冻藏引起的蛋白结构损伤，提高鱼糜冻藏品质的稳定性。经菊粉浸渍的冷冻牛肉也表现出更强的冻融稳定性，这与菊粉对冰晶生长的抑制作用及其对冻融损失的控制相关。此外，菊粉在速冻米面食品中也有一定的应用，在冷冻面团中加入菊粉，可以提高酵母的发酵性，减少水分迁移，保护面筋结构，提高抗冻能力；添加菊粉后的面条可以延缓冷冻面条在贮藏过程中硬度与黏度的增加。当前关于菊粉在冷冻食品中抗冻保护机制的研究，多集中于以“面筋-淀粉”复合网络为骨架的面制品，或以肌原纤维蛋白为主体的肉制品。然而，对于冷冻粽子这一完整淀粉凝胶体系，菊粉在冻融循环中的抗冻保护及品质改善机制尚不清楚。

基于此，河南农业大学食品科学技术学院的蔡静静、郑帅帅、杨勇*等的研究系统探讨不同菊粉质量分数对冻融处理下冷冻粽子冻结速率、失水率、水分状态、质构特性、淀粉老化、微观结构以及感官评价的影响，旨在深入阐明菊粉在抑制冻融后完整的糯米制品体系中冰晶生长与淀粉老化的作用机制，达到改善产品品质的目的。以期为提升冷链流通过程中冷冻粽子的品质稳定性提供理论依据和数据支持，扩大菊粉在食品工业中的应用范围。

1 不同菊粉质量分数对冷冻粽子中心温度的影响

冻结曲线能够直观地反映物体在冷冻过程中其中心温度随时间的动态变化。图1为不同菊粉质量分数下冷冻粽子的冻结曲线。由表2可知，不添加菊粉和添加菊粉的冻结速率从1.659 cm/h到2.271 cm/h，在一定范围内，随菊粉质量分数的增加而提高，当菊粉质量分数为5%时，改善效果最佳，冻结速率较对照组（CK）提高了0.612 cm/h，通过最大冰晶生成带的时间减少了35.66%。食品冷冻过程伴随冰晶的成核与生长，相变阶段潜热释放远大于显热，导致降温减缓，通过该区域的时间越短，冰晶对食品微观结构的破坏越小。此外，冻结速率直接调控冰晶尺寸与分布，是决定最终产品品质的关键因素。加入菊粉后，其具有良好的亲水性、持水性和稳定性，能够限制水分子流动，在冻结过程中抑制冰晶聚集，减少大冰晶的形成，从而缩短相变时间、提高冷冻速率（P＜0.05），促使形成更加稳定的冰晶结构，减少对内部结构的破坏，提升产品的质量。结果表明，添加菊粉能够提高冻结速率，显著提升冷冻粽子的质量。

2 不同菊粉质量分数对冷冻粽子失水率的影响

通过测定冻融过程中的失水率，可以直观地评估冷冻粽子的持水能力。添加不同质量分数菊粉下样品的失水情况如图2所示。CK组失水率较低（0.22%），体系内部水分分布均匀，水分的结合能力较强。与CK组相比，经过5 次冻融处理后样品的失水率显著升高，达到3.25%（P＜0.05），当菊粉质量分数从1%增加到5%时，失水率从3.32%下降到1.32%。这表明，随着菊粉质量分数的增加，样品的失水率呈现下降趋势，并在质量分数5%时达到最低值。这是由于在样品冷冻时，游离水会形成冰晶，当样品解冻后，这部分水很容易从凝胶网络中释放出来，从而导致其硬度增加。加入的菊粉能够通过氢键与水分子结合，抑制了水分子的运动，从而减少水分的流失，显著提高了样品的持水能力，同时也细化了冰晶体积，减轻了大冰晶对粽子内部结构的物理损伤，表现出优异的抗冻融保护作用。

3 不同菊粉质量分数对冷冻粽子水分分布状态的影响

采用低场核磁共振技术可以分析冷冻粽子水分状态的变化。如图3a所示，T2弛豫图中不同位置的峰分别代表不同状态的水分，样品中始终只含有两种水，结合水（0.1～10 ms）和不易流动水（10～100 ms）。前者表征与淀粉、蛋白质等大分子紧密结合的水分，其含量的高低直接影响冷冻粽子在冻融循环处理下品质的稳定性，后者代表与蛋白质和淀粉相关的松散的结合水，表现出更大的流动性，是糯米中水分的主要存在状态。低场核磁共振信号幅度与各状态水分的相对含量成正比，如图3b所示，CK组的A21最高（14.56%），A22最低（85.44%），经过5 次冻融处理后，FT组中A21降低至11.95%，A22升高到88.05%。添加菊粉后，样品中强结合水比例较FT组均有所增加，在质量分数5%时达到最高，相较于FT组提高了1.18%，其水分分布最接近CK组。这可能是因为菊粉的加入提高了样品的冻结速率，减弱了冻融过程中冰晶的聚集效应，限制了水分的迁移，抑制淀粉的老化，表现出更好的持水能力。上述结果表明，冻融循环导致粽子内部水分向外迁移，水分流动性增加；菊粉的加入可以抑制强结合水向弱结合水的转化。

4 不同菊粉质量分数对冷冻粽子可冻结水含量的影响

根据食品中水分的冻结状态，分为可冻结水和非冻结水两种。其中，可冻结水在温度降低时会发生相变形成冰晶，其含量直接影响冰晶的数量、大小与分布。图4展示了不同处理下粽子中可冻结水含量的变化，可以观察到，CK组的可冻结水质量分数最低（49.65%），FT组的可冻结水质量分数最高（69.41%）。温度波动导致冷冻粽子中原本冻结形成的冰晶融化，当再次冷冻时冰重结晶，过程中水分的分布发生变化，导致重结晶后的冰晶数量增多、体积增大。冰晶生长破坏了淀粉分子与水分子之间的氢键，削弱了淀粉分子与水分子的结合能力，导致粽子中非冻结水逐渐转变为可冻结水。在相同冻融条件下，添加菊粉的样品可冻结水含量均低于FT组，其中FT-5%组的可冻结水质量分数相较于FT组下降最多（9.69%）。Ye Yuan等也报道了添加4%～5%菊粉的新鲜米粉贮藏7 d后可显著降低其可冻结水含量。这表明菊粉通过强大的亲水能力，竞争性地与部分可冻结水结合，将其转变为具有更低冻结点或无法冻结的结合水，分子间氢键作用延缓了样品中非冻结水向可冻结水的迁移，宏观热力学上表现为不可冻结水含量显著增加，这与微观水分状态中不易流动水（T22）向结合水（T21）的转变一致，有效抑制了因冰晶生长造成的结构损伤与品质劣化。

5 不同菊粉质量分数对冷冻粽子质构特性的影响

质构特性作为模拟口腔咀嚼过程中感官反应的重要指标，在食品品质评价中具有指导意义。如图5所示，冻融处理及菊粉的添加均影响产品的硬度、咀嚼度与黏着性。其中，CK组的硬度、咀嚼度及黏着性绝对值均为最低（1 652.65 g、724.87 g、584.72 g·s），与CK组相比，FT组的硬度升高到2 540.65 g，咀嚼度增加到1 280.45 g，黏着性增强。这是由于反复冻融会导致冰晶形成与重结晶，破坏淀粉与蛋白质的网络结构，促使水分迁移与淀粉分子的重排，进而导致质地劣化，硬度与咀嚼度升高。在相同冻融条件下，添加不同质量分数菊粉处理组的硬度和咀嚼度随质量分数的增加呈下降趋势，黏着性减弱，冷冻粽子的质构特性更接近CK组。这可能是因为添加的菊粉部分吸附于淀粉颗粒表面，抑制淀粉颗粒膨胀与直链淀粉的溶出，有助于维持样品在冻融处理后的黏着性。结果表明，添加菊粉可以延缓冻融过程中硬度和咀嚼度的增加以及黏着性的增强，改善冷冻粽子的质构特性。

6 不同菊粉质量分数对冷冻粽子长程有序性的影响

XRD能够通过测定晶体衍射峰的位置反映其结构变化，可用于分析淀粉的长程有序性。图6a直观展示了所有样品的XRD图谱，冻融处理及菊粉的添加均未形成新的特征衍射峰，表明样品的晶体类型均未发生改变。XRD图谱中约17°附近的衍射峰与支链淀粉的重排密切相关，其强度可反映淀粉的老化程度。与CK组相比，处理组在该处的衍射峰强度均有所增加，其中FT组最为显著，FT-5%组的增强幅度最小，这表明冻融过程促进了支链淀粉的重排与重结晶。由图6b可知，CK组淀粉的相对结晶度最低（16.30%），FT组淀粉的相对结晶度最高（21.28%），表明冻融循环促进了淀粉分子链的重排与有序化，显著加剧了淀粉的老化，进而导致粽子硬度的增加。添加菊粉后，淀粉的相对结晶度随菊粉质量分数的增加呈下降趋势；当菊粉质量分数为5%时，相对结晶度降至17.89%（P＜0.05），相较于FT组下降了3.39%。这是由于菊粉中含有大量的羟基，能够通过氢键与糯米中支链淀粉上的羟基结合，显著抑制淀粉分子链之间的重排，延缓淀粉的老化所带来的品质劣变；同时，加入菊粉后可冻结水含量降低，有效抑制了水分的流动，从而减少淀粉分子在低温下的重结晶。陈妍妍也报道了类似结果，将菊粉与小麦淀粉复配 后贮藏7 d，复合体系的相对结晶度显著低于未添加菊粉的对照组，进一步证实了菊粉在抑制淀粉老化方面的积极作用。

7 不同菊粉质量分数对冷冻粽子短程有序性的影响

FTIR可用于分析特定波数区间特征吸收峰的变化，常用于探究淀粉分子间的相互作用机制。在淀粉的红外光谱中，1 022 cm－1处的吸收峰与无定形区结构相关，1 047 cm－1处的吸收峰则反映有序结构，二者峰强的比值（R1047/1022）表征淀粉的短程有序性。图7a为各组样品的FTIR图谱，所有实验组均未出现新的特征吸收峰，表明冻融处理与菊粉添加未引起共价键形成，其作用主要发生在物理层面。位于3 400 cm－1附近的宽吸收峰归属于O—H的伸缩振动，其位置与强度变化可反映氢键相互作用的变化。菊粉加入后，该吸收带发生红移，说明体系中氢键作用增强。这可能是由于菊粉分子中含有大量亲水性羟基，可与淀粉分子中的羟基形成额外氢键，增强体系中的氢键相互作用，导致吸收峰向低波数方向移动。由图7b可知，CK组的R1047/1022值最低（0.596），FT组显著升高至0.659（P＜0.05），这表明冻融过程中淀粉分子之间通过交联重组形成更有序的结构，这与XRD检测的结晶度变化趋势一致。添加菊粉后，R1047/1022值有所降低（FT-1%：0.657；FT-5%：0.638），当菊粉质量分数为5%时，相较于FT组R1047/1022值降低了0.021，这可能是因为菊粉通过其亲水作用束缚水分子，抑制了淀粉颗粒的膨胀与直链淀粉的溶出，从而减少了淀粉分子链在冻融过程中的相互作用与重排，表明添加菊粉缓解了冻融导致的淀粉的有序化进程。

8 不同菊粉质量分数对冷冻粽子微观结构的影响

通过扫描电子显微镜观察冻融过程中糯米微观结构的变化。本研究中扫描电子显微镜的样品通过冷冻干燥制备，过程中可冻结水首先形成冰晶，干燥后冰晶升华处留下孔隙，因此，孔隙数量越多，间接表明可冻结水含量越高。如图8所示，未经冻融处理的冷冻粽子孔隙较小且分布均匀，结构紧密连续；经过冻融处理后，冷冻粽子的孔隙明显增大，数量增多，网络结构呈蜂窝状，连续性变差，这与Ye Yuan等的研究结果一致，经过冻融处理后，大米淀粉凝胶微观结构孔隙变大且清晰。随着菊粉质量分数的增加，微观结构中的孔隙逐渐减小，分布趋于均匀，结构破坏程度减轻，当菊粉质量分数为5%时，糯米微观结构最接近CK组。这表明，反复冻融过程中形成的大冰晶对淀粉网络结构产生挤压破坏，同时大量水分迁移导致可冻结水含量增加，解冻后米粒失去支撑，结构塌陷形成空洞，这与2.4节的结果相符。加入菊粉后，菊粉分子能在淀粉分子之间形成连续、亲水的三维凝胶网络，具有一定的物理屏障作用，有效束缚了水分，抑制水分迁移，进而减弱冰晶生长和体积膨胀对结构造成的机械损伤。这与可冻结水含量的变化一致，可冻结水含量降低，冷冻过程中冰晶的总体积减小，微观结构得到改善。结果表明，冻融循环及菊粉的添加对糯米微观结构具有显著影响。菊粉能够有效缓解冻融循环引起的微观结构劣变，进一步印证其在改善冷冻粽子品质方面的积极作用。

9 不同菊粉质量分数对冷冻粽子感官评价的影响

感官评价可反映食品整体品质以及消费者接受度。如图9所示，经过冻融循环处理后粽子的感官评分均显著低于CK组，综合得分从8.64 分降到6.90 分，FT组的口感发生显著变化，由8.65 分降至6.21 分，整体接受度从8.51 分降至6.43 分。宏观上表现为质地变硬、黏牙、咀嚼所需的力增加，粽叶香气较弱，色泽变暗偏黄绿色，糯米香味减弱。这可能归因于反复冻融导致体系中淀粉的老化以及水合能力降低以及失水率升高，导致光反射均匀性降低。随着菊粉质量分数的增加，口感和整体接受度均显著升高，当菊粉质量分数为5%时，口感达到8.20 分，整体接受度升高到8.26 分，综合得分提高到8.11 分，与FT组相比，粽子的口感细腻，软糯有弹性，黏牙感降低；粽体色泽均匀，整体接受度高，更接近于CK组。但菊粉的加入对外观和气味没有明显的改善效果。感官评价结果表明，冻融循环处理显著劣化了粽子的感官品质，而菊粉的加入在口感和整体接受度上表现出显著的改善效果。

结 论

本实验探讨了不同质量分数菊粉对冻融循环下冷冻粽子品质特性的影响。研究发现，经过冻融处理后，冷冻粽子在水分迁移、冰重结晶及淀粉老化的共同作用下，其硬度和咀嚼度均显著增加，微观结构受到破坏，导致冷冻粽子品质劣变，感官得分下降。而菊粉的添加能有效缓解这一劣变过程，其抗冻保护作用随质量分数增加而增强，当菊粉质量分数为5%时，粽子的质构特性、感官评分以及淀粉结构和微观形态最接近未冻融组。具体而言，菊粉能够通过氢键与水分子及淀粉分子结合，减少水分损失、抑制水分迁移并降低可冻结水含量，从而改善微观结构；另一方面，它能干扰冻融过程中淀粉分子的有序重排，显著延缓淀粉老化，降低硬度和咀嚼度，显著提高冷冻粽子的冻融稳定性及感官评分。综上，菊粉可作为一种冷冻保护剂和品质改良剂应用于冷冻粽子产品中，为解决冷冻粽子制品在储运中因温度波动引起的品质下降问题提供了有效的解决方案和理论依据。

作者简介

通信作者

杨勇 副教授

河南农业大学

杨勇，博士，河南农业大学副教授/系副主任，硕导，河南省青年托举人才，担任省科技特派员、省科技副总、“头雁”导师，农业农村部大宗粮食重点实验室办公室主任、商丘市高端智库专家等，主要从事主食与速冻食品加工品质控制理论研究。主持/参与国家自然基金项目、省青年人才托举工程、省科技攻关、“十四五”国家重点研发计划课题、省重大专项等8 项；以第一/通信作者在Food Hydrocolloids、Food Research International、Food Bioscience、LWT、Journal of Food Engineering等杂志上发表SCI论文20 篇，EI论文9 篇，授权专利3 项，成果鉴定3 项，获省直个人嘉奖、省教育厅优秀科技论文一等奖，担任Journal of Future Foods青年编委，International Journal of Biological Macromolecules、Food Reviews International等杂志审稿人。

第一作者

蔡静静 硕士研究生

河南农业大学

蔡静静，硕士研究生，就读于河南农业大学食品科学技术学院，导师为艾志录教授和杨勇副教授。参与“十四五”国家重点研发计划课题，主要研究方向为速冻米面制品加工及品质控制。在校期间多次获得一等奖学金，共发表SCI论文1 篇，EI论文1 篇，核心论文2 篇，授权专利1 项。

引文格式：

蔡静静, 郑帅帅, 雷萌萌, 等. 不同菊粉质量分数对冻融循环下冷冻粽子品质特性的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(14):326-334. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260107-060.

CAI Jingjing, ZHENG Shuaishuai, LEI Mengmeng, et al. Effects of different inulin concentrations on the quality characteristics of frozen Zongzi under freeze-thaw cycles[J]. Food Science, 2026, 47(14): 326-334. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260107-060.

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实习编辑：刘芯；编辑：阎一鸣；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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