楊靜潔 張 波 張影全 郭波莉 顧熟琴

(北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院1,北京 102206)(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所2,北京 100193)

冷凍非發(fā)酵面團(tuán)一般用于中國傳統(tǒng)面制品如速凍湯包、蒸餃、燒麥的生產(chǎn)，受到廣大消費(fèi)者的青睞[1]。凍藏過程中面團(tuán)品質(zhì)會逐漸發(fā)生劣變，進(jìn)而降低產(chǎn)品食用品質(zhì)，縮短了產(chǎn)品的貨架期[2]。Bhattacharya等[3]將面團(tuán)進(jìn)行84 d凍藏、Phimolsiropol等[4]將面團(tuán)進(jìn)行118 d凍藏后，均發(fā)現(xiàn)凍藏過程中，面團(tuán)質(zhì)量降低，醒發(fā)時(shí)間延長，面團(tuán)持氣性下降；Rashidi等[5]研究凍藏對法棍面包質(zhì)構(gòu)影響發(fā)現(xiàn)，在45 d的凍藏期內(nèi)，面包的硬度、咀嚼性逐漸增加。Gaikwad等[6]研究冷凍雜糧面包面團(tuán)發(fā)現(xiàn)，在凍藏的45 d內(nèi)，面團(tuán)黏性不斷上升，內(nèi)聚性降低。Yi等[7]認(rèn)為凍藏時(shí)間顯著影響面包面團(tuán)的拉伸性；Sharadanant等[8]將面團(tuán)凍藏112 d后發(fā)現(xiàn)，凍藏時(shí)間越長，面團(tuán)的最大抗拉阻力越小，延伸性越大。

目前，國內(nèi)外對于發(fā)酵面團(tuán)及其加工制品在凍藏期間品質(zhì)的變化已經(jīng)有了較為全面的研究, 但是對傳統(tǒng)中式非發(fā)酵面團(tuán)凍藏期間品質(zhì)的變化鮮有報(bào)道。面團(tuán)中游離巰基含量(-SH)可以反映面筋形成程度[9, 10]，面團(tuán)中谷蛋白大聚體(GMP)含量決定面團(tuán)面筋強(qiáng)度和面團(tuán)特性[11]，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化與蛋白質(zhì)的聚集行為有關(guān)[12]；流變學(xué)特性是面團(tuán)最重要的特性之一，蠕變與恢復(fù)性可以反映面團(tuán)加工過程中宏觀結(jié)構(gòu)的變化[13]。本研究將非發(fā)酵面團(tuán)在-18 ℃下進(jìn)行凍藏，研究不同凍藏時(shí)間對非發(fā)酵面團(tuán)質(zhì)構(gòu)的影響，并從動態(tài)流變特性、蠕變與恢復(fù)性、游離巰基含量、谷蛋白大聚體含量、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)方面探究其品質(zhì)變化，為傳統(tǒng)中式非發(fā)酵冷凍面團(tuán)產(chǎn)品的冷凍工藝提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用市售小偃22號小麥籽粒，采用Buhler MLU 202 實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ品郏龇勐始s為70%。

實(shí)驗(yàn)用小麥粉質(zhì)量性狀見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用小麥粉質(zhì)量性狀

1.2 方法

1.2.1 面團(tuán)制作

為保證面團(tuán)的均一性，采用827504型粉質(zhì)儀和面，當(dāng)面團(tuán)稠度達(dá)到500BU時(shí)取出面團(tuán)，將面團(tuán)分割成60 g的小面團(tuán)，整形后用保鮮膜包裹，置于-30 ℃超低溫冰箱中進(jìn)行冷凍。當(dāng)面團(tuán)中心溫度降至-18 ℃時(shí)，將面團(tuán)轉(zhuǎn)移至-18 ℃冰箱中進(jìn)行凍藏備用。取樣時(shí)間分別為1、30、60 d。以不進(jìn)行冷凍處理的面團(tuán)為對照組。

1.2.2 面團(tuán)處理方法

冷凍面團(tuán)于25 ℃、相對濕度85%的恒溫恒濕箱中解凍，至面團(tuán)中心溫度達(dá)25 ℃后，取部分樣品用于質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、動態(tài)流變、蠕變及恢復(fù)性。另取部分解凍面團(tuán)樣品于液氮中快速冷凍后，用ALPHA 1-2LD PLUS 真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行真空冷凍干燥72 h，絕對真空度為3.7×10-5MPa，冷凍阱溫度-50 ℃，凍干后樣品采用MM400研磨儀粉碎，過60目篩，樣品粉末于4 ℃冷藏，用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析。

1.2.3 面團(tuán)質(zhì)構(gòu)測定

將解凍后面團(tuán)用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀測定面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。實(shí)驗(yàn)采用探頭：P/50鋁制圓柱形探頭；測定參數(shù)設(shè)置為：測前速度3 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度3 mm/s，壓縮比例70%，2次壓縮時(shí)間間隔10 s，觸發(fā)力10 g。每個(gè)樣品做6次重復(fù)，取平均值。本實(shí)驗(yàn)中選擇硬度、彈性、黏附性、內(nèi)聚性、咀嚼度作為質(zhì)構(gòu)評價(jià)指標(biāo)。

1.2.4 面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)測定

參考Zhang等[14]的方法采用Physica MCR301型應(yīng)變控制流變儀進(jìn)行面團(tuán)動態(tài)流變測定。測定模式為頻率掃描。具體操作為：選擇25 mm平行幾何平板，上下平板之間間隙2 mm。取待測面團(tuán)約2 g置于底部平板，降下頂部平板后，刮去平板以外多余面團(tuán)并在邊緣覆蓋一層硅油水分揮發(fā)，靜置10 min以避免其他外力干擾后開始測試。參數(shù)設(shè)定：應(yīng)變恒定為0.05%(在LVR內(nèi))，頻率由0.1增大至100 rad/s，測定溫度恒定在25 ℃。所得頻率的掃描結(jié)果以頻率(rad/s)為橫坐標(biāo)，G′或者G″為縱坐標(biāo)作圖。

1.2.5 面團(tuán)蠕變及恢復(fù)性測定

為測定面團(tuán)受到外力后的形變抵抗力與恢復(fù)性，采用Physica MCR301型應(yīng)變控制流變儀進(jìn)行面團(tuán)的蠕變及恢復(fù)性測定。具體操作與動態(tài)流變掃描操作相同。測試過程分為兩個(gè)階段：蠕變階段向面團(tuán)施加50 Pa外力，作用300 s；恢復(fù)階段撤去外力，保持300s以使面團(tuán)形變恢復(fù)。測試結(jié)束后可得到面團(tuán)蠕變及恢復(fù)性曲線，利用儀器自帶RHEOPLUS/32軟件分析可得到一系列的參數(shù)：最大蠕變?nèi)崃縅max，零切變黏度η0；瞬時(shí)蠕變?nèi)崃縅0；遲滯蠕變?nèi)崃縅1。

1.2.6 面團(tuán)中游離巰基含量測定

參照Anderson等[15]的方法進(jìn)行測定。

1.2.7 面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量測定

取250 mg凍干面團(tuán)粉末加入23 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的SDS-0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH=6.9)，漩渦振蕩至粉末完全分散于液體后，在30 ℃下以1 000 r/min振蕩振蕩5min后，25 ℃ 11 600 g離心30 min，棄上清液，采用杜馬斯燃燒定氮儀測定沉淀中蛋白質(zhì)含量，即為GMP近似含量。每個(gè)樣品做3次重復(fù)，取平均值。

1.2.8 面團(tuán)中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)測定

采用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)中對面團(tuán)中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定。稱取凍干面團(tuán)粉末樣品2 mg，按照1∶100比例加入優(yōu)級純溴化鉀作為稀釋劑，與樣品一起在瑪瑙研缽中充分研磨后壓片，10 kg壓力保持30 s，然后將制得的均勻透明薄片放入傅里葉變換紅外光譜儀中。圖譜掃描范圍400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，信號掃描累加64次。每種處理的樣品重復(fù)測定3次。

圖譜處理：采用儀器自帶POUS 8.1 和Peak Fit 4.12 對圖譜進(jìn)行分析處理。首先對所得原始吸收圖譜進(jìn)行背景扣除水分、CO2氣體補(bǔ)償，然后對位于酰胺I帶(1 600～1 700 cm-1)的吸收峰進(jìn)行基線校正、傅里葉自退去卷積、二階求導(dǎo)分析，使得疊加的各子峰得到分辨。根據(jù)二級結(jié)構(gòu)對應(yīng)峰面積占總峰面積的比例定量計(jì)算出二級結(jié)構(gòu)含量。根據(jù)宋國勝[16]的方法，各個(gè)波長區(qū)間所對應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)歸屬見表2。

表2 酰胺I帶經(jīng)處理后各個(gè)條帶對應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)歸屬

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010 、Origin 8.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和圖表繪制。采用SPSS 19.0 中One-way ANOVA 程序進(jìn)行方差分析。采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍藏時(shí)間對面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性影響

凍藏時(shí)間對面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性具有顯著性影響(表3)。隨著凍藏時(shí)間的延長，面團(tuán)的硬度呈上升趨勢，彈性、內(nèi)聚性和咀嚼度呈降低趨勢，而黏附性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。凍藏1～30 d時(shí)，面團(tuán)硬度、彈性、內(nèi)聚性變化幅度較大，30～60 d時(shí)，面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性繼續(xù)發(fā)生變化，但變化幅度減小，因此凍藏前30 d內(nèi)面團(tuán)質(zhì)構(gòu)變化最為明顯。凍藏1 d后面團(tuán)黏附性略有增加，但隨著凍藏時(shí)間繼續(xù)延長，面團(tuán)的黏附性呈現(xiàn)降低趨勢。這可能是因?yàn)殚L時(shí)間的凍藏使面團(tuán)中的自由水含量減少，并且凍藏過程中水分不斷重結(jié)晶導(dǎo)致了面團(tuán)中水分的重新分布，最終導(dǎo)致了面團(tuán)黏附性的變化[7]。

表3 不同凍藏時(shí)間下解凍面團(tuán)TPA指標(biāo)值

2.2 凍藏時(shí)間對面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性的影響

凍藏時(shí)間對非發(fā)酵面團(tuán)流變特性的影響如圖1所示。凍藏過程中，非發(fā)酵面團(tuán)的彈性模量G′和黏性模量G″都隨著凍藏時(shí)間的延長而降低。這可能與面團(tuán)中面筋蛋白結(jié)構(gòu)以及與其他大分子物質(zhì)之間作用力的改變有關(guān)。與凍藏1 d面團(tuán)相比，面團(tuán)凍藏至30 d時(shí)，彈性模量G′出現(xiàn)顯著降低；繼續(xù)凍藏至60 d時(shí)，彈性模量G′繼續(xù)下降，但下降幅度明顯減小。該結(jié)果與面團(tuán)質(zhì)構(gòu)結(jié)果中彈性、內(nèi)聚性變化規(guī)律相似。

圖1 不同凍藏時(shí)間對非發(fā)酵面團(tuán)流變特性的影響

2.3 凍藏時(shí)間對面團(tuán)蠕變和回復(fù)性的影響

蠕變及恢復(fù)性可以反映面團(tuán)在實(shí)際加工過程中的宏觀性質(zhì)，特別是面團(tuán)在受到外力作用后的形變抵抗力和回復(fù)性。在蠕變階段，Jmax值越大，代表面團(tuán)越柔軟；η0值越大，面團(tuán)在外力撤去時(shí)的流動性越高，越難以保持形狀。在恢復(fù)階段，J0和Jm分別代表面團(tuán)在恢復(fù)階段的彈性、黏性性能。由表4可知，隨著凍藏時(shí)間的延長，面團(tuán)的最大蠕變?nèi)崃拷档?，零切變黏度不斷增加。與凍藏1 d面團(tuán)相比，凍藏30 d面團(tuán)的Jmax顯著降低，η0顯著增加，而凍藏30 d與凍藏60 d面團(tuán)的Jmax、η0無顯著性差異。在恢復(fù)階段，J0與J1均發(fā)生下降，說明隨著凍藏時(shí)間的延長，面團(tuán)受到外力后的恢復(fù)力下降，面團(tuán)結(jié)構(gòu)受到破壞。

表4 不同凍藏時(shí)間下面團(tuán)蠕變恢復(fù)性曲線擬合后參數(shù)

2.4 凍藏時(shí)間對蛋白結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 凍藏時(shí)間對游離巰基含量的影響

面團(tuán)中的游離巰基可以用來表征面筋形成程度[17, 18]。凍藏時(shí)間對面團(tuán)中游離巰基含量影響顯著(圖2)。與對照組面團(tuán)相比，凍藏1、30、60 d面團(tuán)中游離巰基分別上升了1.18、2.99、4.85 μmol/L。不同凍藏時(shí)間面團(tuán)中游離巰基含量差異顯著。

圖2 不同凍藏時(shí)間面團(tuán)中游離巰基含量

2.4.2 凍藏時(shí)間對谷蛋白大聚體含量變化

谷蛋白大聚體(GMP)與面團(tuán)物理特性、面制品加工特性密切相關(guān)[19, 20]。面團(tuán)品質(zhì)的劣變與GMP的解聚有關(guān)[21]。凍藏過程中，面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量變化如圖3所示。隨著凍藏時(shí)間的延長，面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量不斷降低。與對照組面團(tuán)相比，凍藏1、30、60 d面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量分別降低了0.41%、0.93%、1.35%。Graveland等[9]發(fā)現(xiàn)谷蛋白大聚體主要是通過二硫鍵交聯(lián)而成，面團(tuán)中GMP含量的變化趨勢與游離巰基含量變化趨勢相吻合(圖2)，說明在凍藏過程中GMP是以二硫鍵斷裂的方式發(fā)生解聚，并且凍藏時(shí)間越長，GMP解聚程度越大，面團(tuán)品質(zhì)下降越明顯。Zhao等[22]認(rèn)為谷蛋白大聚體的解聚可能是因?yàn)閮霾剡^程中冰晶不斷生長對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成破壞，而Bhatnager等[23]認(rèn)為除了冰重結(jié)晶帶來的機(jī)械損傷外，長時(shí)間凍藏會導(dǎo)致濃縮和低溫效應(yīng)，這也可能是導(dǎo)致GMP解聚的原因。

圖3 凍藏過程中面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量變化

2.4.3 凍藏時(shí)間對蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響

凍藏過程中面團(tuán)中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化如表5所示。Georget等[12]認(rèn)為，蛋白二級結(jié)構(gòu)的變化可以反映蛋白質(zhì)聚集行為。面團(tuán)由1 d凍至60 d的過程中，α-螺旋結(jié)構(gòu)、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了3.69%、4.16%，β-折疊百分含量上升6.61%，而無規(guī)則卷曲變化無明顯規(guī)律。凍藏30 d時(shí)，β-折疊結(jié)構(gòu)含量顯著上升，繼續(xù)凍藏后，盡管β-折疊結(jié)構(gòu)含量繼續(xù)上升，但是上升幅度不顯著。這說明凍藏過程中，部分α-螺旋與β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了β-折疊結(jié)構(gòu)?？赡苁且?yàn)殚L時(shí)間的凍藏改變了面團(tuán)內(nèi)部的水合環(huán)境，冰晶生長產(chǎn)生的機(jī)械力作用破壞了維持α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的氫鍵，使二者形成小分子物質(zhì)，隨著面團(tuán)中自由水的不斷減少，這些小分子物質(zhì)為達(dá)到能量最低的狀態(tài)來維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定發(fā)生重排形成了β-折疊結(jié)構(gòu)[12, 24]。

表5 凍藏時(shí)間對面團(tuán)中蛋白二級結(jié)構(gòu)相對含量的影響

3 討論

凍藏過程中，面團(tuán)硬度上升，彈性、內(nèi)聚性下降，面團(tuán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，受到外力后恢復(fù)性降低；通過分析面團(tuán)中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，面團(tuán)中游離巰基含量顯著增加，谷蛋白大聚體含量增加，二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋結(jié)構(gòu)降低。根據(jù)前人研究[20]，面團(tuán)物理特性的降低可能與面團(tuán)中蛋白質(zhì)聚合程度、二級結(jié)構(gòu)α-螺旋降低有關(guān)，面團(tuán)質(zhì)地的變化與谷蛋白大聚體以及二硫鍵交聯(lián)程度相關(guān)。除此以外，面團(tuán)形成過程中，小麥淀粉與蛋白質(zhì)相互作用，促進(jìn)了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，其中淀粉顆粒通過吸水膨脹支持與強(qiáng)化面團(tuán)結(jié)構(gòu)，凍藏過程中，淀粉發(fā)生重結(jié)晶，加快了淀粉的老化速率，淀粉顆粒出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象[25, 26]，這也可能是面團(tuán)特性發(fā)生改變的原因之一，還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

隨著凍藏時(shí)間的延長，面團(tuán)的硬度不斷增加，彈性、內(nèi)聚性不斷降低，該結(jié)果與Bhattacharya[3]、Rashidi[5]、Gailkwad等[6]研究結(jié)果一致。葉曉楓[27]發(fā)現(xiàn)，面團(tuán)彈性在凍藏至20 d時(shí)出現(xiàn)顯著降低(由0.92降至0.55)；Angioloni等[28]研究發(fā)現(xiàn)，對于面包面團(tuán)來說，面團(tuán)彈性在凍藏至30 d時(shí)出現(xiàn)明顯下降，但黏附性沒有明顯變化；而對于餅干面團(tuán)來說，面團(tuán)彈性在凍藏至45 d時(shí)出現(xiàn)明顯降低，但黏附性呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢；但是Akbarian等[29]研究結(jié)果也得出，在56 d的凍藏期間，甜面團(tuán)黏附性不斷降低。這說明，在凍藏期間，不同用途冷凍面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性變化上具有一定的差異，這可能與原料面粉中蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)質(zhì)量特性有關(guān)，也可能與面團(tuán)制作過程中添加的配料不同有關(guān)。

對于面團(tuán)的流變學(xué)特性，本研究中隨著凍藏時(shí)間的增加，面團(tuán)彈性模量、黏性模量均不斷下降，并且在凍藏至30 d時(shí)彈性模量G′出現(xiàn)顯著降低。李杰平等[30]研究湯包皮面團(tuán)流變特性則發(fā)現(xiàn)，在-18 ℃凍藏至21 d時(shí)，湯包皮的G′與G″均出現(xiàn)顯著降低，而在-30 ℃凍藏時(shí)，二者在凍藏至7 d時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的下降。葉曉楓等[27]也發(fā)現(xiàn)，凍藏至15 d，面團(tuán)G″明顯降低，但凍藏至20 d時(shí)，面團(tuán)G′才出現(xiàn)顯著降低。以上結(jié)果中，面團(tuán)的流變特性都在凍藏30天內(nèi)出現(xiàn)較為明顯的變化，因此該時(shí)間點(diǎn)可能是凍藏時(shí)間的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

隨著凍藏時(shí)間的增加，面團(tuán)中GMP含量不斷降低，游離巰基含量不斷增加。該結(jié)果與Wang等[31]研究結(jié)果一致。前人認(rèn)為，冰晶的形成以及水分的遷移是GMP解聚的主要原因，但目前還沒有直接證據(jù)可以證明這一觀點(diǎn)。因此，凍藏過程中谷蛋白大聚體分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的具體機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。凍藏過程中，面團(tuán)中蛋白質(zhì)分子構(gòu)象發(fā)生改變，主要由α-折疊、β-轉(zhuǎn)角向β-折疊轉(zhuǎn)化，姬成宇等[32]有類似的結(jié)論。李學(xué)紅等[33]研究了凍藏時(shí)間對麥谷蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響，雖然與本研究結(jié)論相似，但是麥谷蛋白凍藏至28 d時(shí)β-折疊增加了22%，而α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角分別降低了12.5%、9.5%；王沛[34]則研究了凍藏時(shí)間對面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示凍藏至30 d時(shí)β轉(zhuǎn)角與β-折疊分別上升了3.24%、6.74%，α-螺旋下降了10.47%。由此可見，凍藏對于蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響隨著面團(tuán)體系的不同而存在明顯差異，但是在蛋白單體中變化程度更為明顯。這可能是因?yàn)槊鎴F(tuán)是一個(gè)復(fù)雜的混合體系，其內(nèi)部各種物質(zhì)之間可能形成了更多的非共價(jià)鍵，從而使蛋白二級結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但這還需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

4 結(jié)論

凍藏時(shí)間對非發(fā)酵面團(tuán)具有顯著影響；在凍藏過程中，面團(tuán)硬度增加，彈性、內(nèi)聚性、黏附性、咀嚼度降低；彈性模量G′與黏性模量G″均呈下降趨勢；面團(tuán)在蠕變階段最大蠕變?nèi)崃縅max降低，零切變黏度η0增加，恢復(fù)階段，瞬間蠕變?nèi)崃縅0與遲滯蠕變?nèi)崃縅m均有所下降；面團(tuán)中谷蛋白大聚體含量顯著下降，游離巰基含量顯著上升，蛋白二級結(jié)構(gòu)由α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角向β-折疊進(jìn)行了轉(zhuǎn)變?？傊瑑霾剡^程中非發(fā)酵面團(tuán)品質(zhì)不斷下降，并且在30 d內(nèi)品質(zhì)下降最為顯著。