丝胶抗冻肽在马铃薯冷冻馒头中的应用研究

张 莉,王晨笑,陈姗姗,马鸿承,吴金鸿,王正武,谢 凡,兰小红

(上海交通大学农业与生物学院,上海 200240)



丝胶抗冻肽在马铃薯冷冻馒头中的应用研究

张 莉,王晨笑,陈姗姗,马鸿承,吴金鸿*,王正武,谢 凡,兰小红

(上海交通大学农业与生物学院,上海 200240)

在马铃薯冷冻面团中加入不同比例的丝胶肽,通过测定冷冻面团及其馒头产品的体积变化研究丝胶肽对冷冻馒头产品的比容和发酵力的影响,利用低频核磁共振仪和质构仪分别测定冷冻馒头的水分迁移情况和质构特性的变化。结果表明,丝胶肽的添加可以显著提高马铃薯馒头的比容和冷冻面团的发酵力。冻融8 d时,与空白对照组馒头相比,添加4%与8%丝胶肽的馒头比容分别增加了0.16 mL/g和0.19 mL/g;面团发酵4 h后,体积分别增加了7.5 mL和11.5 mL。与空白对照组相比,添加4%丝胶肽的马铃薯馒头的T22、T23弛豫时间均较小,峰面积A22、A23、A总均较大,具有较强的水分结合力,可以减缓水分的迁移与流失。质构特性结果表明,丝胶肽的添加对冷冻马铃薯馒头的硬度、弹性、咀嚼性的下降和黏聚性的上升趋势有减缓作用。冻融8 d时,与空白对照组相比,添加8%丝胶肽使马铃薯馒头的硬度、弹性、咀嚼性的下降分别减缓7.14%,4.91%,17.86%,使黏聚性的上升减缓18.76%。研究结果表明丝胶肽的添加对冷冻面团中的酵母有冷冻保护作用,可以抑制冷冻馒头产品的水分迁移与流失,使其保持良好的质构特性。

丝胶肽,冷冻面团,马铃薯馒头,质构特性

2015年中国正式启动马铃薯主食化战略,预计2020年50%以上的马铃薯将作为主粮消费。与小麦和水稻等传统主粮相比,马铃薯低热量、低脂肪,且食用后饱腹感强,因此具有减肥的功效;马铃薯含有半纤维素组分使其具有调节胆固醇、预防心血管系统的脂肪沉积、阻止动脉粥样硬化发生的功能[1];马铃薯含有大量的膳食纤维,能够防止便秘和改善肠道功能;马铃薯富含钾元素,具有降血压作用等[2]。因此,马铃薯代替传统主粮可以促进均衡营养和健康消费。馒头是我国具有鲜明民族特色的传统食品,其制作工艺简单,可以通过添加不同成分进行改良,得到具有较高营养价值的产品,如各类杂粮馒头和保健馒头。将马铃薯粉与小麦粉混合制作馒头,可以改善和丰富人们的膳食结构,将是推动马铃薯主食化开发的重要产品之一。

表1 核磁共振仪操作参数设定Table 1 Parameters of nuclear magnetic resonance instrument

冷冻面团技术是利用食品冷冻原理与技术,先制作面团成品或半成品,经过冷冻后将面团运送到销售点进行二次加工,便于实现连锁化规模生产与销售。在冷冻过程中,面团中的水会形成冰晶,并且在不稳定的温度变化中会发生再结晶。随着冰晶的增大,冷冻面团组织所受到的机械损伤增大,从而破坏面筋网络结构,降低产品的持水性,面团持气性能下降,且酵母菌受损活力下降[3-4],导致产品表面出现裂纹或皱缩[5-6]。寻找合适的冷冻保护剂添加入面团中,防止冷冻面团品质的下降,是推动冷冻面团技术发展的重要途径[7]。徐云峰等[8-9]发现添加乳化剂能够改善面团的流变学特性和冷冻面团馒头的品质;李书国等[10]发现添加复合葡萄糖氧化酶等酶制剂能有效地改善面团流变学性质,抑制冰晶对面筋网络结构的破坏,改善冷冻面团和成品的品质。

丝胶肽是一种对人体具有抗氧化、美容、降血糖等特殊功能作用的生物活性肽[11-12]。研究表明丝胶肽具有抗冻保护作用,可以防止细胞、组织等冷冻变性。将丝胶抗冻肽加入冷冻食品中,既提高产品营养价值,又能改善产品的品质特性。因此,本研究采用TA.XT Plus质构仪和MesoMR23-060H-I核磁共振仪等多种检测手段,综合分析添加不同比例的丝胶肽对马铃薯冷冻面团及冷冻馒头制品特性的影响,为开发一种高品质的马铃薯冷冻馒头产品提供一定的理论基础和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

丝胶肽 湖州新天丝生物技术有限公司;马铃薯粉 兴化市联富食品有限公司;多用途麦芯粉 滨州中裕食品有限公司。

澳柯玛家用全自动馒头机 青岛澳柯玛生活电器有限公司;TA.XT Plus质构仪 英国SMSTA公司;MesoMR23-060H-I核磁共振仪 纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 添加丝胶肽的马铃薯冷冻面团及馒头产品制备 以马铃薯粉80 g、小麦粉200 g、糖15 g、盐1.5 g、改良剂3 g、复配亲水胶体4.5 g、干酵母3 g、水约145 mL作为基本配方。在此配方中分别加入比例为0%、4%、8%的丝胶肽,依传统方法制作面团[13]。将面团用保鲜膜包裹后置于-20 ℃冻藏。将冷冻面团取出后置于20 ℃恒温箱中解冻30 min,面团中心温度在4 ℃左右,再次将面团放回-20 ℃冷冻24 h。冻融天数分别为2、4、6、8 d。冻融后的面团依照传统方法制成馒头后室温冷却30 min,以备后续质量评估。

1.2.2 比容测定 比容测定参照国标GB/T 21118-2007[14]附录A评定方法进行。通过排体积法测定马铃薯冷冻馒头样品的体积。实验进行3次重复,取平均值作为实验结果。

1.2.3 添加丝胶肽对马铃薯冷冻面团发酵力的影响 取30 g冷冻面团样品解冻至中心温度为4 ℃左右,揉捏均匀后,放入100 mL量筒底部。将量筒放置于36.0 ℃、85%湿度的恒温恒湿箱中进行发酵,每隔0.5 h测定一次面团的体积,发酵4 h。实验进行3次重复,取平均值作为实验结果。

1.2.4 添加丝胶肽对马铃薯冷冻馒头水分迁移的影响 利用MesoMR23-060H-I低频核磁共振仪测定冷冻馒头的水分迁移情况[15]。所用核磁共振仪共振频率为23 MHz,磁体强度为0.5 T,线圈直径为40 mm,磁体温度为32.00 ℃。取一定质量的样品放入线圈中,采用CPMG序列,测试参数如表1所示。使用核磁共振分析测量软件采集得到面团的T2信号,使用 SIRT算法1×106次迭代拟合。实验进行3次重复,取平均值作为实验结果。

1.2.5 添加丝胶肽对马铃薯冷冻馒头质构特性的影响 利用TA.XT Plus质构仪研究丝胶肽对马铃薯冷冻馒头质构特性的影响[16]。馒头冷却后,用刀片切成厚度15 mm的薄片。选取最中心的两片,采用平底柱形探头P50进行TPA测试。经5 min平衡后,放置于质构仪平台上,在常规模式下测定其硬度和黏聚性指标的差异,质构仪操作参数设定如表2所示。实验进行6次重复,取平均值作为实验结果。

表2 质构仪操作参数设定Table 2 Parameters of texture analyzer

2 结果与分析

2.1 马铃薯冷冻馒头比容测定结果

图2 不同丝胶肽添加比例对马铃薯冷冻面团发酵力的影响Fig.2 Effect of different proportion of sericin peptides on the fermenting force of frozen potato dough

比容大小与面团中酵母的发酵力密切相关。由图1分析可知,随着冻融天数的延长,马铃薯冷冻面团的比容呈先上升后下降的趋势,但添加丝胶肽的马铃薯馒头比容下降较为缓慢。冻融开始前6 d,与对照组比较,丝胶肽的添加作用效果无明显区别,但当冻融天数超过6 d达到8 d后,添加4%与8%丝胶肽的馒头比容分别为1.96 mL/g和1.99 mL/g,而未添加丝胶肽的对照组馒头比容为1.80 mL/g,可见添加丝胶肽的马铃薯馒头的比容明显大于未添加丝胶肽的马铃薯馒头。这主要是由于随着冻藏时间的延长和冻融次数的增加,面团中的重结晶作用越来越明显,面团中的酵母活性逐渐降低,且随着冷冻环境中温度的降低和波动,面筋结构受损加剧。丝胶肽具有抑制重结晶的作用[17],并且粘稠性较高,有利于减缓酵母活性的降低,增强面团的粘稠度,提高面团的强度和面筋的网络稳定性以及面团的持气和膨胀能力,从而有助于增大马铃薯馒头的比容[18]。其中4%丝胶肽添加后馒头比容反而先降低再趋于稳定,这主要是由于丝胶肽吸水能力强,添加后面团的粘性增大,但还不足以稳定面筋网络结构,导致面团发酵时面筋伸展受限制,所以当酵母活性降低不是很明显时相比未添加丝胶肽的馒头其比容变小,但随着冻藏时间延长,由于丝胶肽对酵母的冷冻保护作用减缓了酵母活性的下降,从而保持了面团较好的持气和膨胀能力,减缓比容变化。

图1 不同丝胶肽添加比例对马铃薯冷冻馒头比容的影响Fig.1 Effect of different proportion of sericin peptides on the specific volume of frozen potato steamed buns

2.2 添加丝胶肽对马铃薯冷冻面团发酵力的影响

在冷冻过程中,由于冰晶通过重结晶作用形成较大的颗粒对酵母产生一定的损伤作用,导致面团中的酵母细胞活性下降而使其发酵力降低,同时冷冻过程中面筋结构随着冷冻环境温度的降低和波动而受损加剧,因此冷冻过程一般会降低面团的持气和膨胀能力,使面团体积减小。不同丝胶肽添加比例对马铃薯冷冻面团发酵力的影响如图2所示。结果表明,冻融4 d后,丝胶肽对面团的冷冻保护作用效果才明显呈现出来,当冻融天数达到8 d同时面团经过4 h发酵时,添加4%与8%丝胶肽的面团体积分别为68.4 mL和72.4 mL,而未添加丝胶肽的对照组馒头面团体积为60.9 mL,可见添加丝胶肽的面团体积显著高于未添加丝胶肽的面团体积,并且随着丝胶肽添加量的增加其保护作用效果更加显著。这说明抗冻保护剂丝胶肽的添加可以抑制冰晶重结晶作用,减缓冷冻对面筋网络结构的破坏作用,进而提高面团的持气和膨胀能力及酵母发酵力,使面团体积增大。

图4 不同丝胶肽添加比例对马铃薯冷冻馒头水分迁移的影响Fig.4 Effect of different proportion of sericin peptides on the moisture transfer of frozen steamed buns

2.3 添加丝胶肽对马铃薯冷冻馒头水分迁移的影响

在冷冻过程中,面团中的水会形成冰晶,在不稳定的温度变化中冰晶还会发生再结晶。随着冰晶的增大,冷冻面团组织所受到机械损伤也会增大,从而破坏其中的网络结构,面团中的水分发生迁移,降低产品的持水性[19-20]。图3为样品的核磁共振T2波谱图。T2弛豫时间反映了样品内部氢质子所处的化学环境,与氢质子所受的束缚力及其自由度有关。氢质子受束缚越大或自由度越小,T2弛豫时间越短,在T2谱上峰位置较靠左;反之则T2弛豫时间越长,在T2谱上峰位置较靠右[21-22]。

图3 核磁共振T2波谱图Fig.3 Nuclear magnetic resonance T2 spectroscopy注：不同曲线代表不同样品质量，#0.8：6.6962 g、#4.8:5.6011 g、#8.8:5.5224 g、#0.10：5.6437 g、#4.10:5.6142 g。

图4为T2波谱图的分析结果。氢质子大致分为三种相态,分别由T21、T22、T23表示。其中T21(0～0.5 ms)表示结合水,其对应的峰面积为A21;T22(0.5～30 ms)表示中间水,其对应的峰面积为A22;T23(30～100 ms)表示自由水,其对应的峰面积为A23。峰面积为样品的信号量,信号量与其组分含量成正比关系,因此组分含量越高,积分得到的峰面积越大[23]。

由图4分析可知,随着冻融天数的增加,当冻融天数达到10 d时,添加4%丝胶肽的T22、T23弛豫时间分别为5.93 ms和56.42 ms,A22、A23、A总分别为2444.68、94.67和2702.73,而未添加丝胶肽的对照组T22、T23弛豫时间分别为6.08 ms和59.27 ms,A22、A23、A总分别为2410.51、75.81、2654.79。与未添加丝胶肽的马铃薯馒头相比,丝胶肽添加比例为4%的马铃薯馒头的T22、T23弛豫时间均较小,峰面积A22、A23、A总均较大。说明在冻融过程中,添加丝胶肽的马铃薯馒头水分结合力要强于未添加丝胶肽的马铃薯馒头,丝胶肽在冻融过程能够起到与水分结合,防止水分迁移与流失、维持产品的结构、提高持气性和持水率、控制水分迁移、保持产品质量的作用。

图5 不同丝胶肽添加比例对马铃薯冷冻馒头质构特性的影响Fig.5 Effect of different proportion of sericin peptides on textural properties of frozen steamed buns

2.4 添加丝胶肽对马铃薯冷冻馒头质构特性的影响

硬度、黏聚性、弹性和咀嚼性是馒头质构品质的重要指标。有研究表明经冷冻后面团的黏弹特性直接影响最终产品的质构特性和感官特性[24-25]。研究结果表明冻融处理对马铃薯馒头的质构特性具有显著影响。由图5分析可知,在冻融过程中,由于冰晶的形成对面团的面筋蛋白网状结构造成破坏,使得馒头的硬度和弹性下降,咀嚼性降低。而丝胶肽的添加对这种下降趋势有抑制作用,并且丝胶肽的添加比例越大,这种抑制作用越明显。当冻融天数达到8 d时,与未添加丝胶肽的对照组相比,添加8%丝胶肽的马铃薯馒头的硬度由4254.38 g下降到3789.00 g,与对照组比减缓了7.14%;弹性由0.43下降到0.39,减缓了4.91%;咀嚼性由3.86下降到1.73,减缓了17.86%。这种作用可能与丝胶肽可以通过抑制冰晶形成或抑制重结晶作用有内在关联。另外,在冻融过程中,由于面筋结构被破坏,持水性下降,发生水分迁移,使馒头的黏聚性上升。而丝胶肽的添加可以防止水分迁移,对黏聚性上升趋势具有减缓作用,并且丝胶肽的添加比例越大,这种减缓作用越明显。当冻融天数达到8 d时,与未添加丝胶肽的对照组相比,添加8%丝胶肽的马铃薯馒头黏聚性由0.79升到0.82,减缓了18.76%。

丝胶肽是亲水性很强的一种多肽,研究表明其具有明显的抗冻作用,可以防止细胞、组织等冷冻变性,对冷冻面团的酵母也具有低温保护作用。在冻融过程中,将丝胶抗冻肽添加入冷冻面团中,由于丝胶肽对面团中的面筋结构和酵母细胞具有良好的保护作用,因此通过添加丝胶肽可以减少冻融过程对面团造成的影响。另外,丝胶肽本身的氨基酸含量较高,对人体具有特殊的生理功能作用。因此在冷冻面团中添加丝胶肽既可以提高产品的营养价值,又能改善产品的品质特性,包括使冷冻面团的发酵力上升,改善产品的硬度、弹性、咀嚼性和黏聚性等,减缓产品在冻融过程中的品质特性的劣变。本研究通过对不同丝胶肽添加比例的马铃薯冷冻面团进行数次冻融处理,测定在冻融过程中面团的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性和发酵力等特性指标。研究结果发现在冻融过程中,面团的硬度、弹性和咀嚼性下降,黏聚性上升,酵母的发酵力也随着冻融次数的增大而降低。因此,结果证明在冻融过程中,丝胶抗冻肽的添加对马铃薯冷冻面团中的面筋结构和酵母细胞具有良好的抗冻保护作用,对马铃薯面团制作的馒头品质也具有显著的影响。

3 结论

在冻融过程中,由于冰晶重结晶作用及面筋网络结构的破坏,导致面团中的部分酵母细胞失活而使其发酵力下降,比容减少,进而使马铃薯冷冻馒头产品的感官和质构特性发生变化。本研究通过添加不同比例的丝胶肽,研究其对马铃薯冷冻面团及其馒头产品的比容、发酵力、水分迁移和质构特性的影响。研究结果表明,经长时间冻藏及冻融处理后,添加丝胶肽的马铃薯冷冻面团的比容和发酵力都高于未添加丝胶肽的马铃薯面团;丝胶肽添加有助于减缓马铃薯冷冻馒头产品硬度、弹性和咀嚼性的降低,减缓黏聚性的上升。此外,添加4%丝胶肽的马铃薯馒头的水分结合力最强,水分迁移与流失程度最低。上述研究结果表明丝胶肽的添加对冷冻面团中的面筋结构和酵母细胞具有较好的抗冻保护作用,可以抑制冷冻馒头产品的水分迁移与流失,使其保持良好的质构特性。本研究探讨了丝胶抗冻肽在冷冻面团技术的应用,相关研究结果将为开发一种高品质的马铃薯冷冻馒头产品提供一定的理论基础和技术参考。

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Application of sericin antifreeze peptides on the frozen potato steamed buns

ZHANG Li,WANG Chen-xiao,CHEN Shan-shan,MA Hong-cheng,WU Jin-hong*,WANG Zheng-wu,XIE Fan,LAN Xiao-hong

(Shanghai Jiao Tong University,College of Agriculture and Biology,Shanghai 200240,China)

In this study,different proportions of sericin peptides were added into the frozen potato dough,and the effects of sericin peptides on the volume and fermentation capacity of frozen steamed buns were investigated by measuring the volume change of the frozen dough and the frozen steamed buns. The moisture transfer of the frozen steamed buns was measured by a low frequency nuclear magnetic resonance instrument,and their texture properties were measured by a texture analyzer. The results showed that the addition of sericin peptides can significantly improve the fermentation capacity of frozen dough. Compared with the control group without the addition of sericin peptides steamed buns,the specific volume of steamed buns with 4% and 8% sericin peptides were increased by 0.16 mL/g and 0.19 mL/g when the freezing thawing days reached 8 days. After 4 hours of fermentation,the volume of dough adding 4% and 8% sericin peptides were increased by 7.5 mL and 11.5 mL,respectively. In addition,compared with the control group,the relaxation time T22,T23of potato steamed buns with 4% sericin peptides were smaller and the peak area A22,A23,ATwere larger during the process of freezing and thawing. The water binding capacity of potato steamed buns with 4% sericin peptides was strong,which can slow down the moisture migration and loss. The texture properties results showed that the addition of sericin peptides could slow down the decrease of hardness,elasticity and chewiness,and the increase of the cohesiveness of frozen potato steamed buns. When the freezing thawing time reached 8 days,the decrease in hardness,elasticity and chewiness of potato steamed buns containing 8% sericin peptides were slowed by 7.14%,4.91% and 17.86%,respectively,while the increase in cohesiveness was slowed by 18.76% compared with the control group. The results showed that the addition of sericin peptides has cryoprotective effects on yeast in frozen dough,and it also has a certain inhibitory effect on the moisture migration and loss of frozen steamed buns products,so as to maintain good texture characteristics.

sericin peptides;frozen dough;potato steamed buns;texture properties

2016-11-18

张莉(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：zhangli4705@163.com。

*通讯作者:吴金鸿(1978-)，女，博士，副研究员，研究方向：功能食品和食品加工，E-mail：wujinhong@sjtu.edu.cn。

国家自然科学基金项目(31471623，21276154)；国家重点研发计划专项课题(2016YFD0400206)资助。

TS201.2

A

1002-0306(2017)11-0050-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.001