劉姁，吳玥琦，張小薇，吳磊燕，涂瑾*，周錦楓,3*

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌 330045）（2.南昌啟華雙語學(xué)校，江西南昌 330103）（3.廣東佳焙食品股份有限公司，廣東東莞 523000)

冷凍面團(tuán)技術(shù)是一種新興的食品加工技術(shù)，是指對面團(tuán)進(jìn)行低溫處理，使面團(tuán)制作和后續(xù)產(chǎn)品加工的過程分離，為烘焙食品行業(yè)帶來新的活力和商機(jī)[1]。低溫處理后的面團(tuán)生產(chǎn)出的面制品質(zhì)量穩(wěn)定。但冷凍面團(tuán)技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)，如面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)在冷凍過程中容易被破壞，酵母的生命活動(dòng)降低甚至死亡，使面團(tuán)的產(chǎn)氣和持氣性能受到影響，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的品質(zhì)下降[2]。添加合適的改良劑是改善冷凍面團(tuán)品質(zhì)最常見有效的方法。Li 等[3]研究發(fā)現(xiàn)高聚合麥芽糊精的面團(tuán)在冷凍8 周后，具有較高的粘結(jié)水比和彈性模量，以及較低的淀粉結(jié)晶度。Tao 等[4]研究發(fā)現(xiàn)將糖酯、硬脂酰乳酸鈉（SSL）、木聚糖和抗壞血酸復(fù)配并加入到冷凍面團(tuán)中，面團(tuán)二級結(jié)構(gòu)不變，而α-螺旋含量在對照冷藏面團(tuán)中下降了7.00%。

乳化劑本質(zhì)是具有表面活性的物質(zhì)，這種物質(zhì)具有親水、親油結(jié)構(gòu)并且能夠與面團(tuán)中不同的成分結(jié)構(gòu)結(jié)合，形成均勻穩(wěn)定的分散體系[5]。乳化劑能改善面團(tuán)的性質(zhì)，提高面包的品質(zhì)。我國被允許添加的食品乳化劑可以分為鹽類、磷脂及其衍生物、多元醇脂肪酸類和其它四大類。多元醇脂肪酸類是目前市場上品種最多，需求量最大的食品乳化劑，大家所熟知的單脂肪酸甘油酯、司盤和吐溫都屬于此類。根據(jù)乳化劑的親水基團(tuán)，乳化劑還可以被分為非離子型和離子型兩種。從安全角度考慮，冷凍面團(tuán)中加入的多為非離子型乳化劑，單脂肪酸甘油酯、司盤和吐溫也都是屬于非離子型乳化劑。即使是屬于同一種乳化劑，其結(jié)構(gòu)也是十分不同的，從而對面團(tuán)的作用機(jī)理、產(chǎn)生效果也不同[6]。由一個(gè)甘油分子跟不同的脂肪酸鏈結(jié)合，形成單甘酯類乳化劑（見圖1 中a～c），如果將甘油分子換成山梨酸醇，就是司盤類乳化劑（見圖1 中d～f），在司盤的基礎(chǔ)上加成環(huán)氧乙烷，用聚氧乙烯基團(tuán)代替了自由羥基就形成吐溫類乳化劑（見圖1 中g(shù) 和h）。這幾類乳化劑在焙烤食品中能較好地改善產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)，對它們的研究很多，但主要集中在工藝合成和與其他改良劑的復(fù)配[4,7,8]，鮮有從化合物結(jié)構(gòu)角度解釋乳化劑對冷凍面團(tuán)及其面包改良效果。

圖1 不同乳化劑的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of different emulsifiers

本文選擇甘油脂肪酸酯、司盤類、吐溫3 類8 種（辛、癸酸甘油酯、松香甘油酯、單辛酸甘油酯、司盤60、司盤65、司盤80、吐溫60、吐溫80）具有不同結(jié)構(gòu)的食品乳化劑作為研究對象，以面團(tuán)的水分分布及其遷移特性、流變學(xué)特性及面包的質(zhì)構(gòu)、比容、紋理等為指標(biāo)，研究不同結(jié)構(gòu)的乳化劑對凍藏期間面團(tuán)及其面包品質(zhì)的影響，為冷凍面團(tuán)產(chǎn)品的研究和工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

金像牌高筋粉（蛋白質(zhì)13.72%，m/m，同下、水分13.52%），南順（山東）食品有限公司；辛、癸酸甘油酯、松香甘油酯、單辛酸甘油酯、司盤60、司盤65、司盤80、吐溫60、吐溫80，廣東佳焙食品股份有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Farinograph-E 自動(dòng)型粉質(zhì)儀，德國布拉本德公司；MicroMR-25 核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；Discovery HR-1 型流變儀，美國TA 儀器有限公司；TA-XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司，Perfection V330 Photo 掃描儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 冷凍面團(tuán)的制備

冷凍面團(tuán)的基本配方：小麥粉100 g、蒸餾水55 g、白砂糖10 g、高活性干酵母2 g、食鹽1 g、乳化劑0.5 g、黃油5 g。除黃油外，其它原料全部加入Farinograph-E粉質(zhì)儀的揉面缽中，60 r/min，5 min；加入黃油，繼續(xù)揉制20 min；對揉制好的面團(tuán)進(jìn)行切分，30 g/個(gè)，放于-18 ℃冰箱中備用；對揉制好的面團(tuán)進(jìn)行切分，2 g/個(gè)，置于容量為10 mL 的玻璃瓶中，-18 ℃冰箱凍藏，備用。

1.3.2 冷凍面團(tuán)的水分分布特性測定

冷凍面團(tuán)在4 ℃條件下解凍2 h 后，進(jìn)行水分分布及其遷移特性的測定實(shí)驗(yàn)。主要試驗(yàn)參數(shù)：回波個(gè)數(shù)NECH=5 000，重復(fù)采樣點(diǎn)TD=156 992，主頻SF=21 MHz，偏移值O1=79 676.7 Hz（面團(tuán)），重復(fù)采樣時(shí)間TW=1 500 ms，90 °脈沖時(shí)間P1=7 μs，累加采樣次數(shù)NS=64，180 °脈沖時(shí)間P2=14 μs。反演擬合后得到T21、T22和T23[9]。

1.3.3 冷凍面團(tuán)的流變學(xué)特性測定

根據(jù)Silvas 等[10]的方法，并稍作修改。將3 g 解凍好的面團(tuán)置于Discovery HR-1 型流變儀平板上，放置4 min 以平衡面團(tuán)中的應(yīng)力，并在測定過程采用二甲基硅油密封以防止測定過程中面團(tuán)水分的蒸發(fā)。使用40 mm 直徑的平板模具，設(shè)置參數(shù)：溫度25 ℃，夾縫距離為2 mm，頻率掃描應(yīng)變力0.1%，掃描頻率0.1～10.0 Hz。

1.3.4 面包比容測定

將冷凍面團(tuán)解凍、發(fā)酵和烘烤（180 ℃、15 min），室溫下進(jìn)行1 h 的冷卻后，使用置換法進(jìn)行面包比容的測定。面包比容按如下公式計(jì)算：

式中：

P——面包比容，mL/g；

V——面包體積，mL；

m——面包質(zhì)量，g。

1.3.5 面包質(zhì)構(gòu)特性測定

厚度為25 mm 的均勻薄片取自面包中心位置，進(jìn)行面包質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測定。參數(shù)：探頭P36/R，形變50%，測前速度4 mm/s，測中速度和測后速度2 mm/s，感應(yīng)力5 g，壓縮間隔時(shí)間5 s[11]。

1.3.6 面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)測定

根據(jù)Zapata 等[12]的方法并稍作修改。厚度為25 mm 的均勻薄片取自面包中心位置，放置在掃描儀在進(jìn)行掃描儀，截取大小為50 mm×50 mm、分辨率為300 dpi 的圖片，再利用Image J 進(jìn)行切面分析。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)處理使用SPSS 20.0、Excel，軟數(shù)據(jù)和作圖使用Origin 8.5。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑對冷凍面團(tuán)水分分布的影響

核磁共振（NMR）可用來研究物體的水分分布，由圖2 可知，冷凍面團(tuán)的水分分布及狀態(tài)T2 圖譜有三個(gè)峰區(qū)，分別代表冷凍面團(tuán)結(jié)合水T21、束縛水T22和自由水T23，峰面積比代表各種水的比例[13]。不同的水分可隨著面團(tuán)環(huán)境改變可以相互轉(zhuǎn)換[14]。由表1 可知，與對照組相比，冷凍60 d 的司盤系列（司盤60、司盤65 和司盤80）和吐溫系列（吐溫60 和吐溫80）的冷凍面團(tuán)結(jié)合水顯著高于對照組（11.73%），自由水比例（6.70%左右）顯著低于對照組（10.33%）（p＜0.05）。朱蝶等[15]研究發(fā)現(xiàn)司盤、吐溫能改良面團(tuán)性質(zhì)；與對照組相比，添加甘油酯的冷凍面團(tuán)（第0 天）的結(jié)合水、束縛水和自由水比例無顯著性差異，而冷凍60 d 后，含有甘油酯類乳化劑面團(tuán)束縛水占比顯著高于對照組，自由水占比顯著低于對照組（p＜0.05）。甘油酸酯類乳化劑親油基為脂肪酸，親水基為甘油，其親油能力較強(qiáng)，常用于W/O 型體系，因此，在面團(tuán)形成初期（未冷凍）對面團(tuán)的水分分布和狀態(tài)改變效果不明顯。

圖2 不同凍藏時(shí)間內(nèi)乳化劑對冷凍面團(tuán)T2 分布的影響Fig.2 Effects of emulsifiers on T2 distribution of frozen dough during different storage time

表1 乳化劑對不同冷凍時(shí)間內(nèi)面團(tuán)水分分布的影響Table 1 Effects of emulsifiers on T2 area ratio of frozen dough during different storagetime

周錦楓等[16]也研究發(fā)現(xiàn)甘油酯對冷凍面團(tuán)水分分布改良的趨勢隨著凍藏時(shí)間的增加愈發(fā)明顯。雖然辛、癸酸甘油酯、松香甘油酯和單辛酸甘油酯都屬于甘油酯類乳化劑，但是凍藏60 d 后它們的T21、T22、T23還是存在部分顯著差異的，說明同類乳化劑，結(jié)構(gòu)不一樣，對面團(tuán)中的水分作用也不同。

2.2 乳化劑對冷凍面團(tuán)粘彈性的影響

流變性質(zhì)是面團(tuán)性質(zhì)的一個(gè)重要方面，客觀反映面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[17]。由表2 可以看出，在凍藏期間，含有乳化劑的冷凍面團(tuán)與對照組一樣，彈性模量（G'）、黏性模量（G"）降低，tanδ增大。不同的是，隨著凍藏時(shí)間的增加，含有乳化劑冷凍面團(tuán)的G'均顯著高于對照組的G'（p＜0.05），tanδ均顯著低于對照組（p＜0.05）。乳化劑的加入并沒有改變面團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化趨勢，而是延緩。這可能是因?yàn)殡S著溫度的降低，面團(tuán)組分分子間相互作用力減小，水分更易發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成的大冰晶的對面團(tuán)結(jié)構(gòu)造成破壞，但乳化劑能改善面團(tuán)中的水分分布及狀態(tài)，從而延緩了面團(tuán)的劣變[18]，這與上文乳化劑對面團(tuán)水分分布的影響結(jié)果一致。

表2 不同凍藏時(shí)間內(nèi)乳化劑對冷凍面團(tuán)粘彈性的影響Table 2 Effects of emulsifiers on the viscoelasticity of frozen dough during different storage time

乳化劑除了能影響面團(tuán)中的水分分布和狀態(tài)外，還能與面團(tuán)中的脂類、蛋白質(zhì)和淀粉類物質(zhì)發(fā)生相互作用，比如乳化劑的親油端（脂肪酸基團(tuán)）與面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鏈接，增強(qiáng)面團(tuán)強(qiáng)度，提高面團(tuán)的彈性。通過與面團(tuán)中成分形成氫鍵或絡(luò)合物，起到改善面團(tuán)的性質(zhì)。乳化劑結(jié)構(gòu)不同，這種改善效果也不一樣，其中司盤的效果最好。冷凍60 d 后，含司盤60 冷凍面團(tuán)的tanδ僅為0.40，而含單辛酸甘油酯的冷凍面團(tuán)的tanδ為0.44（p＜0.05）。

圖3 乳化劑對不同凍藏天數(shù)冷凍面團(tuán)粘彈性的影響Fig.3 Effects of emulsifiers on the viscoelasticity of frozen dough during different storage time

2.3 乳化劑對冷凍面團(tuán)面包比容的影響

一般來說，大比容的面包更容易受到消費(fèi)者的青睞。由表3 可以看出，凍藏時(shí)間增加，所有面包的比容都下降，其中對照組面包比容下降最大，從4.33 mL/g下降至2.32 mL/mg（p＜0.05）。凍藏0 d，含乳化劑面包的比容與對照組相差不大（除松香甘油酯、司盤65、司盤80）；凍藏60 d 后，含乳化劑面包的比容在下降，但均顯著大于對照組。凍藏時(shí)，面團(tuán)中的大冰晶會(huì)破壞面團(tuán)的持氣結(jié)構(gòu)及產(chǎn)氣酵母，導(dǎo)致烘烤后的成品面包比容下降[19]。雖然乳化劑可以分散到面團(tuán)氣泡的表面，并與不溶性顆粒接觸，改善面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及面團(tuán)中的水分分布及狀態(tài)，但隨著冷凍時(shí)間延長，冷凍對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞增大，水分發(fā)生遷移和重新分布，影響了乳化劑穩(wěn)定氣泡的作用，這也是添加了乳化劑的面包的比容變化趨勢與對照組相同卻又優(yōu)于對照組的原因。當(dāng)乳化劑與面團(tuán)中可移動(dòng)水分及面筋-淀粉網(wǎng)絡(luò)的成分的結(jié)合達(dá)到一個(gè)平衡時(shí)，面團(tuán)中的氣泡才能穩(wěn)定，這就需要乳化劑具有合適的HLB 值。不同結(jié)構(gòu)的乳化劑，其HLB 不同，最后面包比容呈現(xiàn)的差異也是巨大的。

表3 乳化劑對冷凍面團(tuán)面包比容的影響（mL/g）Table 3 Effects of emulsifiers on the specific volume of frozen dough bread

2.4 乳化劑對冷凍面團(tuán)面包質(zhì)構(gòu)的影響

由表4、5 可知，無論是否添加乳化劑，冷凍后面團(tuán)制成的面包硬度增加，彈性降低。這是因?yàn)殡S著凍藏時(shí)間的增加，面團(tuán)結(jié)構(gòu)被破壞，面包品質(zhì)在劣化[20]。添加乳化劑后的面包（未冷凍時(shí)）比不加乳化劑的面包硬度小，彈性大。隨著冷凍時(shí)間的延長，雖然面包硬度增加，彈性降低，但與同期的對照組面包比，硬度更小，彈性更大，說明加入乳化劑能顯著改善面包產(chǎn)品的質(zhì)量。冷凍60 d 后，添加司盤類乳化劑面團(tuán)烘烤出的面包彈性最好，均大于0.70（p＜0.05），其次是吐溫類和甘油酯類。

表4 乳化劑對不同凍藏時(shí)間面團(tuán)面包硬度的影響（g）Table 4 Effects of emulsifiers on hardness of frozen dough bread during storage time

表5 乳化劑對不同凍藏時(shí)間面團(tuán)面包彈性的影響Table 5 Effects of emulsifiers on elasticity of frozen dough bread during different storage time

2.5 乳化劑對面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的影響

圖3 乳化劑對不同凍藏時(shí)間面團(tuán)面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of emulsifiers on the internal texture of frozen dough bread during different storage time

表6 和表7 是冷凍面團(tuán)做成面包后的氣孔密度和氣孔直徑數(shù)據(jù)表，分別代表面包中氣體的量及其直徑大小。從表可以看出，不論是否添加乳化劑，隨著冷凍時(shí)間的延長，面包的孔隙直徑增大，孔隙密度減小。這與Zapata 等[12]的研究結(jié)果一致，凍藏時(shí)間的延長會(huì)使面包的孔隙尺寸和分布逐漸不均勻。但乳化劑加入面團(tuán)后，能降低氣泡表面張力，同時(shí)，增加氣泡表面的粘彈性，起到穩(wěn)定氣泡作用[21]。因此，與對照組面團(tuán)相比，冷凍30 d、60 d 后，添加乳化劑的面團(tuán)（除冷凍30 d 含司盤60 的面團(tuán)），泡沫破裂及融合相對較少，面包中氣泡直徑較小（p＜0.05）。

表6 乳化劑對不同凍藏時(shí)間面團(tuán)面包氣孔密度的影響（個(gè)/cm2）Table 6 Effects of emulsifiers on stomatal density of frozen dough bread during different storage time (PCS/cm2)

表7 乳化劑對冷凍面團(tuán)面包氣孔均直徑的影響（mm）Table 7 Effects of emulsifiers on average pore diameter (mm) of frozen dough bread during different storage time

3 結(jié)論

隨著凍藏時(shí)間的延長，冷凍面團(tuán)中的冰晶逐漸破壞面團(tuán)的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和使酵母細(xì)胞的活性變?nèi)?，?dǎo)致面團(tuán)的自由水比例增加和結(jié)合水比例減少，面團(tuán)的流變特性劣化，面包的比容變小，口感變硬和失去彈性。這八種乳化劑的親水基團(tuán)中，吐溫的親水性最好，增加冷凍面團(tuán)的結(jié)合水比例和降低自由水比例，延緩凍藏過程中冰晶對冷凍面團(tuán)的面筋蛋白的破壞。冷凍60 d 后，含吐溫60 面團(tuán)的T21、T23 占比在13.80%、6.60%，而對照組的T21、T23為11.73%、10.33%（p＜0.05）。司盤和吐溫等含C18 脂肪酸基團(tuán)（硬脂酸和油酸）能與面筋蛋白有較好的絡(luò)合能力，提高面筋蛋白的凝聚程度，提高冷凍面團(tuán)的黏彈性，同時(shí)，其脂肪酸長鏈與直鏈淀粉螺旋結(jié)構(gòu)絡(luò)合，形成不溶性復(fù)合物，使得冷凍面團(tuán)所烤面包的比容更大，面包質(zhì)地更柔軟，冰延緩直鏈淀粉的再結(jié)晶，從而起到抗老化的作用。八種乳化劑的相比，司盤組面包品質(zhì)最好。在冷凍60 d 后，含司盤乳化劑的面包，tanδ最低，為0.40，比容最大，均大于3.00 mL/g，硬度最低，彈性最大且孔隙分布均勻（p＜0.05）。