石媛媛， 劉燕琪， 李夢琴,2， 安艷霞， 張 劍,2， 王慧榮

(1.河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002; 2.農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州 450002)

冷凍保護劑對冷凍面團饅頭品質及水分狀態(tài)的影響

石媛媛1， 劉燕琪1， 李夢琴1,2， 安艷霞1， 張 劍1,2， 王慧榮1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002; 2.農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州 450002)

利用質構儀和核磁共振等技術對凍藏條件下添加冷凍保護劑的冷凍面團發(fā)酵力、饅頭比容和質構，以及饅頭水分存在狀態(tài)進行測定。結果表明，隨著凍藏時間的延長，冷凍面團的發(fā)酵力下降、冷凍面團饅頭的比容和質構特性呈現(xiàn)下降趨勢，冷凍面團失水率明顯升高，馳豫時間T2隨凍藏時間的延長逐漸變大，面團水分流動性增大。添加冷凍保護劑海藻糖、轉谷氨酰胺酶(TGase)和甘油的冷凍面團的發(fā)酵力、比容和質構特性有所改善，且當3種冷凍保護劑添加量分別為海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1，甘油4.0 g·kg-1時，冷凍面團的發(fā)酵活力，饅頭的比容和質構表現(xiàn)最好；添加冷凍保護劑后，冷凍面團的水分分布情況變化不明顯、失水率明顯降低，其中海藻糖對于維持冷凍面團凍藏期間水分存在狀態(tài)效果最顯著。

冷凍保護劑；冷凍面團饅頭；凍藏期；核磁共振；失水率

饅頭作為中國傳統(tǒng)主食，因其質地松軟，麥香味特殊，在中國尤其是北方人民的日常飲食中占主要位置[1]。目前人們的生活節(jié)奏加快，對饅頭類傳統(tǒng)發(fā)酵面食的即食性提出了新的要求。隨著中國的現(xiàn)代化發(fā)展，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式已滿足不了現(xiàn)代化的發(fā)展需求，機械化、自動化、工業(yè)化已成為中國饅頭生產(chǎn)的新方向。由于饅頭在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，機器設備不完善，產(chǎn)品品質不穩(wěn)定，連續(xù)性和自動化程度較低，使得最終饅頭與傳統(tǒng)饅頭品質差距較大。而冷凍面團技術在饅頭生產(chǎn)中的應用實現(xiàn)了饅頭生產(chǎn)的工業(yè)化[2]。冷凍面團饅頭的便捷顯而易見，但與新鮮面團相比，面團經(jīng)冷凍后會出現(xiàn)醒發(fā)時間變長，產(chǎn)品比容下降、質地和感官品質變差等問題[3]，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因是冷凍面團生產(chǎn)和凍藏過程中，酵母活性受到影響，面團中的水在冷凍過程中會形成冰晶，在凍藏過程中冰晶又會發(fā)生重結晶現(xiàn)象，使最終產(chǎn)品因酵母產(chǎn)氣量不足和面團持氣力下降而出現(xiàn)比容下降，表面皺縮等現(xiàn)象。冷凍保護劑的加入可延長冷凍面團的貯藏期并保護酵母的產(chǎn)氣力，提高面筋網(wǎng)絡結構的持氣能力，改變冰晶的數(shù)量和大小[4-5]，改善冷凍面團饅頭的品質[6-8]。研究冷凍保護劑對冷凍面團及饅頭的影響對于推廣冷凍面團技術在中式發(fā)酵食品行業(yè)的應用和發(fā)展具有積極的理論指導意義和實踐應用價值。隨著冷凍面團技術的廣泛應用，冷凍保護劑對冷凍面團及饅頭影響的研究越來越多，但這些研究大多集中在冷凍保護劑對酵母特性和品質影響的研究[9-10]，而有關冷凍保護劑對冷凍面團中水分存在狀態(tài)的影響研究較少[11-12]。本研究分別添加海藻糖、轉谷氨酰胺酶(TGase)和甘油3種冷凍保護劑，測定冷凍面團發(fā)酵力、饅頭比容和質構特性，并運用核磁共振技術測定凍藏過程中冷凍保護劑對冷凍面團的水分的存在狀態(tài)，為推廣冷凍面團技術提供理論依據(jù)和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉(鄭州金苑面粉廠)；安琪高活性干酵母(安琪酵母股份有限公司)；谷朊粉(北京瑞麥嘉禾商貿有限公司)；泡打粉(安琪酵母股份有限公司)；海藻糖(河南華諾海藻生物工程有限公司)；谷氨酰胺轉胺酶(TGase)(上海東圣生物科技有限公司產(chǎn)品)；甘油(廣州華匯生物實業(yè)有限公司)。

1.2 儀器與設備

B5A多功能攪拌機(廣州威萬事實業(yè)有限公司)；DMT-5電動家用壓面機(龍口市復興機械有限公司)；程控人工氣候箱(上海精宏實驗設備有限公司)；TA-XA PLUS質構儀(英國Stable Micro Systems公司)；HDGDJ-150高低溫交變試驗箱(上海衡鼎儀器設備廠)；低場NMR成像儀(上海紐邁電子科技有限公司)；FA2104A電子天平(上海精天電子儀器廠)。

1.3 試驗方法

1.3.1 冷凍面團饅頭配方及制備 在冷凍面團饅頭的配方(表1)基礎上添加冷凍保護劑海藻糖、TGase和甘油，海藻糖添加量為1.0、1.4、1.6、1.8、2.0 g ·kg-1，TGase添加量為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g·kg-1，甘油添加量為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g·kg-1(均以面粉質量的100%計)。

工藝流程：干酵母→活化30 min→和面→靜置10min→壓片→分割成型(20 g·個-1)→預醒發(fā)45 min(36 ℃、濕度85%)→速凍(-35 ℃、30 min)→凍藏(-18 ℃)→解凍60 min(30 ℃，濕度 85%)→蒸制(20 min)

表1 冷凍面團饅頭配方Table 1 Basic formulation of frozen dough steamed bread

注：以面粉質量的100%計

Note：Take 100% of the flour quality as the basis

1.3.2 酵母發(fā)酵能力測定 面團中的酵母在發(fā)酵后會釋放氣體，從而使面團質量下降，酵母發(fā)酵力越強，單位時間面團質量就減少得越多，因此可通過測定面團單位時間內質量的減少量來測定面團發(fā)酵力的強度[13]。將冷凍面團饅頭凍藏1，7，30 和60 d后完全解凍后放入發(fā)酵箱中，在85 ℃、濕度85%條件下發(fā)酵60 min，測定樣品發(fā)酵前后的質量差。計算公式：

式中：Y為饅頭發(fā)酵力(g·min-1)；m1為面團發(fā)酵后質量(g)；m2為面團解凍后質量(g)；t為發(fā)酵時間(h)。

1.3.3 冷凍面團饅頭比容的測定 將冷凍面團饅頭凍藏1、7 、30 和60 d后蒸制，室溫冷卻1 h后，采用菜籽替代法測定饅頭的比容。 計算公式：

P=V/m

式中：P為饅頭比容(mL·g-1)；V為饅頭體積(mL)；m為饅頭質量(g)。

1.3.4 饅頭芯質構的測定 將冷凍面團饅頭凍藏1、7 、30 和60 d后蒸制，室溫冷卻1 h后，將冷凍面團饅頭沿同一方向切成厚度為10 mm的均勻薄片，取中間部分，采用P35壓盤式探頭進行質構測定[14]。TPA測試參數(shù)：測前速率：2.00 mm·s-1；測試速率：1.00 mm·s-1；測后速率：2.00 mm·s-1；壓縮程度：40 %；觸發(fā)力：5 g。

1.3.5 核磁共振弛豫時間測定 利用FID試驗調節(jié)共振中心頻率，利用CPMG脈沖序列測量樣品的自旋—自旋弛豫時間(T2)。稱取面團(1.00±0.01)g放入試管中，置于永久磁場中心位置的射頻線圈的中心，進行CPMG脈沖序列的掃描試驗[15]。CPMG試驗參數(shù)：采樣點數(shù)TD=80 140，重復掃描次數(shù)NS=8，重復時間TR=2 000 ms，半回波時間τ=210 μs。利用T2反演擬合軟件對CPMG弛豫衰減曲線進行反演得到弛豫圖譜和T2。

1.3.6 失水率測定

式中：m1為樣品凍藏前質量(g)，m2為樣品凍藏后質量(g)。

2 結果與分析

2.1 凍藏期間冷凍保護劑對冷凍面團發(fā)酵力的影響

由表2可以看出，冷凍面團的發(fā)酵力隨凍藏時間的延長逐漸降低，且在30 d后冷凍面團的發(fā)酵力下降明顯。這可能是因為冷凍與冷藏過程產(chǎn)生的冰晶會對酵母細胞產(chǎn)生破壞，從而降低酵母細胞的存活力和面團的發(fā)酵力。而且凍藏會使部分冰晶發(fā)生重結晶現(xiàn)象，生成較大冰晶，進一步破壞酵母細胞和面筋網(wǎng)絡結構[16]。與空白樣品相比，添加3種冷凍保護劑后，隨著冷凍保護劑添加量的增加，冷凍面團饅頭的發(fā)酵力有不同程度的增加，說明3種冷凍保護劑可以保護酵母細胞和面筋網(wǎng)絡結構。綜合考慮各凍藏時間饅頭發(fā)酵力大小可知，海藻糖添加量為1.8 g·kg-1，TGase添加量為2.0 g·kg-1，甘油添加量為 4.0 g·kg-1時，酵母發(fā)酵活力最強。

表2 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭酵母發(fā)酵力的影響Table 2 Effects of different cryoprotectants on yeast fermenting vitality

2.2 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭比容的影響

由表3可看出，隨著凍藏時間的延長，冷凍面團饅頭的比容逐漸減小，且在凍藏60 d后比容明顯下降。這是因為在低溫狀態(tài)下，面團中的冰晶會對細胞產(chǎn)生破壞作用，不利于保持細胞的完整性，因此隨著凍藏時間的延長，面團中的酵母細胞被不斷破壞，導致饅頭的比容逐漸下降。與空白樣品相比，添加冷凍保護劑的饅頭比容顯著升高(P<0.05)，而添加冷凍保護劑到一定量時，其比容無明顯差異性。這表明3種添加劑能夠有效提高凍藏后冷凍面團饅頭的比容。

在相同凍藏時間下，3種冷凍保護劑對饅頭比容的影響基本一致，即隨著冷凍保護劑添加量的增加，饅頭的比容呈逐漸上升趨勢，由表3可知，海藻糖添加量為1.8 g·kg-1, TGase添加量為 2.0 g·kg-1，甘油添加量為4.0 g·kg-1時，凍藏期間饅頭的比容較其他組高，且3種冷凍保護劑中海藻糖對維持冷凍面團饅頭比容效果最好。

海藻糖可以在冷凍失水后形成玻璃態(tài)結構，降低分子移動性，從而減少冰晶形成及其對細胞結構的影響，提高酵母的抗凍性[17]；TGase能催化蛋白質分子內及與其他分子之間的連接，即TGase能夠維持面筋蛋白的網(wǎng)路結構，并影響面筋蛋白與淀粉間的水分分布，進而形成具有剛性和彈性的網(wǎng)絡結構[18]；甘油作為細胞保護劑，能有效抑制面團體系中冰晶的形成，提高酵母細胞的存活率及酵母抗凍性，從而提高面團發(fā)酵活力[19]。因此,3種冷凍保護劑能夠提高酵母的耐凍性，穩(wěn)定面筋網(wǎng)絡結構，從而提高冷凍面團的發(fā)酵力和冷凍面團饅頭的比容。

表3 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭比容的影響Table 3 Effects of different cryoprotectants on specific volume of steamed bread

注：同一列不同字母表示差異性顯著，顯著水平P<0.05。下同。

Note： Different letters in the same column mean significant difference (P<0.05).The same as below.

2.3 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭質構的影響

由表4和表5可以看出，隨著凍藏時間的延長，冷凍面團饅頭的硬度逐漸升高，彈性逐漸下降，說明凍藏時間的延長，使饅頭的質構品質有所降低，且在凍藏30 d后，其質構品質指標下降明顯(P<0.05)。添加冷凍保護劑后，冷凍面團饅頭的質夠特性顯著提高。在相同冷凍貯藏時間下，隨著海藻糖添加量的增大，饅頭芯硬度呈明顯下降趨勢，而饅頭芯的彈性出現(xiàn)了先增大后減小的趨勢。當海藻糖添加量相同時，隨著凍藏時間的延長，饅頭的質構特性下降，硬度升高，彈性降低，添加海藻糖后饅頭的質構品質明顯提高。從表中還可看出，添加TGase和甘油對冷凍面團饅頭的硬度與彈性影響與添加海藻糖基本一致。由此可見，3種冷凍保護劑均可提高凍藏條件下冷凍面團饅頭的質構特性，且當海藻糖添加量為1.8 g·kg-1, TGase添加量為2.0 g·kg-1，甘油添加量為4.0 g·kg-1時，饅頭的質構在凍藏期間較其他組好。

2.4 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭水分分布狀態(tài)研究

2.4.1 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭水分分布影響 不同冷凍保護劑最佳添加量 (海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1、甘油4.0 g·kg-1)的冷凍面團饅頭經(jīng)凍藏1 d和30 d后的T2時間變化見表6。

表4 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭彈性的影響Table 4 Effects of different cryoprotectants on the spring of frozen dough

表5 冷凍保護劑對冷凍面團饅頭硬度的影響Table 5 Effects of mycose on the hardness of frozen dough

凍藏條件下冷凍面團T2弛豫時間分布變化如圖1所示。由圖1可知，在弛豫圖譜上有3～4個擬合峰，其中第1個峰在0.5～1 ms之間，第2個峰在1～3 ms之間，這兩個峰為T21，表征的是與蛋白質、淀粉等大分子物緊密結合的水分，這部分水的流動性最弱，稱為結合水；第3個峰T22在8～10 ms之間，這部分通常被認為是直接與強結合水以氫鍵結合、間接與大分子結合的弱結水層，相比T21流動性更大，為半結合水；第4個峰T23則代表自由水[20-21]，圖1顯示面團中水分主要以結合水和半結合水狀態(tài)存在。隨著凍藏時間的延長，冷凍面團的弛豫圖譜向右遷移，由表6可知，冷凍面團的T2值隨凍藏時間的延長顯著增大(P<0.05)，T2值越大代表水分流動性越強，說明凍藏過程加速了冷凍面團中水分的遷移。這是由于凍藏過程中產(chǎn)生的冰晶破壞面團面筋網(wǎng)絡結構，造成面團持水能力降低，水分流動增強。

圖1 冷凍面團饅頭T2弛豫時間分布變化圖Fig.1 The distribution of transverse relaxation time of frozen steam bread during storage

表6表示的是凍藏1 d和30 d后海藻糖、TGase和甘油對冷凍面團T2弛豫時間分布變化的影響。由表6可知，添加冷凍保護劑后，冷凍面團T2弛豫時間隨凍藏時間延長而增大，其中添加海藻糖后，冷凍面團T2值隨凍藏時間的延長變化不顯著(P>0.05)；添加TGase后，冷凍面團凍藏1 d和30 d的T2值差異性顯著(P<0.05)；添加甘油后，冷凍面團凍藏1 d和30 d的T23變化顯著(P<0.05)，T21和T22變化不明顯(P>0.05)；但T2弛豫時間變化小于空白面團。

由此可知，3種冷凍保護劑中，海藻糖可以有效保持并降低面團中水分的遷移，提高冷凍面團在凍藏期間的穩(wěn)定性；TGase對于凍藏期間冷凍面團的水分存在狀態(tài)變化并沒有顯著性改善；甘油可以有效維持凍藏期間冷凍面團中結合水和半結合水的穩(wěn)定性，但對于自由水沒有明顯效果。即3種冷凍保護劑中海藻糖對于維持冷凍面團凍藏期間水分存在狀態(tài)效果最顯著。

表6 冷凍保護劑對冷凍面團T2變化的影響Table 6 Effects of cryoprotectan on the changes in T2 of frozen dough during frozen storage time

2.4.2 凍藏過程中冷凍保護劑對冷凍面團失水率的影響 由圖2可知，冷凍面團隨著凍藏時間的延長失水率不斷提高，空白冷凍面團失水率在凍藏30 d后與凍藏1 d相比顯著增加(P<0.05)，這是因為冷凍面團在凍藏時，凍藏室與面團之間的蒸汽壓差，以及冷凍面團表面水分不斷以冰晶升華方式減少，使得冷凍面團內部水分不斷向外遷移[22]，冷凍面團中的水分持續(xù)減少。添加冷凍保護劑后冷凍面團在凍藏過程中失水率也有增加，但增加趨勢明顯緩于空白組，說明在凍藏過程中，冷凍保護劑可以提高面團的持水力，有效地防止冷凍面團水分的減少，其中添加海藻糖的樣品凍藏期失水率變化差異不顯著(P>0.05)，而添加TGase和甘油的冷凍面團失水率變化顯著(P<0.05)，說明3種冷凍保護劑中海藻糖對于降低冷凍面團凍藏期間失水率效果最好，這可能是因為海藻糖可以降低冰晶的形成，保護面筋網(wǎng)絡結構，從而維持面團持水性。

2.4.3T2與失水率的相關性分析 為進一步探討冷凍面團饅頭的水分弛豫時間T2與在不同凍藏時間下失水率的相互關性，現(xiàn)對各試驗指標建立相關性，相關系分析結果如表7。

由表7可知，冷凍面團饅頭的凍藏時間與失水率間具有顯著正相關性，弛豫時間T21與T22、T23和失水率均具有極顯著正相關性；T22與T23和失水率有顯著性正相關；T23與失水率具有極顯著正相關性。由此可知，冷凍面團饅頭的弛豫時間與失水率均有顯著性相關性，說明冷凍面團饅頭的水分存在狀態(tài)對凍藏過程中的失水率具有大的影響。

圖2 冷凍保護劑對冷凍面團失水率的影響Fig.2 Effects of cryoprotectant on the water loss rate of frozen dough during frozen storage time

表7 實驗主要指標的相關性分析Table 7 The correlation analysis of the main experimental parameter

注：*在0.05水平上顯著相關，**在0.01水平上顯著相關。

Note：*means significant difference at 0.05 level, **means significant difference at 0.01 level.

3 結論與討論

隨凍藏時間的增加，冷凍面團的發(fā)酵力降低，饅頭比容和彈性下降，硬度增加，饅頭品質變差，添加冷凍保護劑海藻糖、TGase和甘油后冷凍面團發(fā)酵力提高，成品體積和質構品質下降減少；且當3種冷凍保護劑添加量分別為海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1，甘油4.0 g·kg-1時，冷凍面團的發(fā)酵活力，饅頭的比容和質構表現(xiàn)最好；分別添加冷凍保護劑的冷凍面團經(jīng)凍藏1 d和30 d后，冷凍面團饅頭水分分布情況與空白相比變化不大，失水率與空白相比明顯降低，說明冷凍保護劑可以有效保持面團水分在凍藏期間的穩(wěn)定性。由冷凍面團饅頭水分弛豫時間T2與失水率的相關性可知：T2與失水率具有顯著相關性。

由此可見，3種冷凍保護劑均可以改善凍藏期間冷凍面團及饅頭的品質，但3種冷凍保護劑的效果卻不一樣，其中海藻糖對于改善凍藏期間冷凍面團及饅頭品質，以及維持冷凍面團凍藏期間水分存在狀態(tài)的效果最顯著。對于3種保護劑復合對冷凍面團饅頭的凍藏期間品質改善的效果，以及冷凍保護劑在其他中式冷凍發(fā)酵食品的作用效果，有待于進一步研究。

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Effectsofcryoprotectantsonmoisturestatusandqualityoffrozendough

SHI Yuanyuan1, LIU Yanqi1, LI Mengqin1,2, AN Yanxia1, ZHANG Jian1,2, WANG Huirong1

(1.College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2.Key Laboratory of the Processing of Bulk Grain, Ministry of Agriculture, Zhengzhou 450002, China)

The fermentation capacity, the specific volume, texture quality and the moisture status of frozen dough for steamed bread with frozen cryoprotectants were examined by texture analyzer and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Results showed that extended frozen time resulted in decreases of fermentation capacity, specific volume, texture quality, and increases ofT2, mobility of water molecules and the loss rate of water in frozen dough. However, additional cryoprotectants, mycose, trehalose transglutaminase (TGase), and glycerol could effectively improve fermentation capacity, specifically to the volume and texture of frozen dough at same frozen storage time. The fermentation capacity, the specific volume, and texture of the steamed bread were in the best stage with the contents of trehalose, TGase, and glyceril were 1.8 g·kg-1, 2.0 g·kg-1and 4.0 g·kg-1, respectively. The distribution of water had no evident changes, but the water loss rate was obviously decreased with addition of cryoprotectants. Trehalose, on the other hand, had the most significant effect on maintaining water content in frozen dough during frozen storage.

cryoprotectants; frozen steam bread; frozen storage; nuclear magnetic resonance (NMR)； water loss rate

2017-02-27

河南省科技攻關計劃(高新領域)項目(162102210108)

石媛媛(1991-)，女，河南濮陽人，碩士研究生，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程方面的研究。

李夢琴(1965-)，女，河南漯河人，教授。

1000-2340(2017)06-0871-07

TS213.2

A

朱秀英)