冷冻保护剂对冷冻面团馒头品质及水分状态的影响

石媛媛， 刘燕琪， 李梦琴,2， 安艳霞， 张 剑,2， 王慧荣

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002; 2.农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州 450002)

冷冻保护剂对冷冻面团馒头品质及水分状态的影响

石媛媛1， 刘燕琪1， 李梦琴1,2， 安艳霞1， 张 剑1,2， 王慧荣1

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002; 2.农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州 450002)

利用质构仪和核磁共振等技术对冻藏条件下添加冷冻保护剂的冷冻面团发酵力、馒头比容和质构，以及馒头水分存在状态进行测定。结果表明，随着冻藏时间的延长，冷冻面团的发酵力下降、冷冻面团馒头的比容和质构特性呈现下降趋势，冷冻面团失水率明显升高，驰豫时间T2随冻藏时间的延长逐渐变大，面团水分流动性增大。添加冷冻保护剂海藻糖、转谷氨酰胺酶(TGase)和甘油的冷冻面团的发酵力、比容和质构特性有所改善，且当3种冷冻保护剂添加量分别为海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1，甘油4.0 g·kg-1时，冷冻面团的发酵活力，馒头的比容和质构表现最好；添加冷冻保护剂后，冷冻面团的水分分布情况变化不明显、失水率明显降低，其中海藻糖对于维持冷冻面团冻藏期间水分存在状态效果最显著。

冷冻保护剂；冷冻面团馒头；冻藏期；核磁共振；失水率

馒头作为中国传统主食，因其质地松软，麦香味特殊，在中国尤其是北方人民的日常饮食中占主要位置[1]。目前人们的生活节奏加快，对馒头类传统发酵面食的即食性提出了新的要求。随着中国的现代化发展，传统生产方式已满足不了现代化的发展需求，机械化、自动化、工业化已成为中国馒头生产的新方向。由于馒头在现代化生产中，机器设备不完善，产品品质不稳定，连续性和自动化程度较低，使得最终馒头与传统馒头品质差距较大。而冷冻面团技术在馒头生产中的应用实现了馒头生产的工业化[2]。冷冻面团馒头的便捷显而易见，但与新鲜面团相比，面团经冷冻后会出现醒发时间变长，产品比容下降、质地和感官品质变差等问题[3]，产生这些现象的主要原因是冷冻面团生产和冻藏过程中，酵母活性受到影响，面团中的水在冷冻过程中会形成冰晶，在冻藏过程中冰晶又会发生重结晶现象，使最终产品因酵母产气量不足和面团持气力下降而出现比容下降，表面皱缩等现象。冷冻保护剂的加入可延长冷冻面团的贮藏期并保护酵母的产气力，提高面筋网络结构的持气能力，改变冰晶的数量和大小[4-5]，改善冷冻面团馒头的品质[6-8]。研究冷冻保护剂对冷冻面团及馒头的影响对于推广冷冻面团技术在中式发酵食品行业的应用和发展具有积极的理论指导意义和实践应用价值。随着冷冻面团技术的广泛应用，冷冻保护剂对冷冻面团及馒头影响的研究越来越多，但这些研究大多集中在冷冻保护剂对酵母特性和品质影响的研究[9-10]，而有关冷冻保护剂对冷冻面团中水分存在状态的影响研究较少[11-12]。本研究分别添加海藻糖、转谷氨酰胺酶(TGase)和甘油3种冷冻保护剂，测定冷冻面团发酵力、馒头比容和质构特性，并运用核磁共振技术测定冻藏过程中冷冻保护剂对冷冻面团的水分的存在状态，为推广冷冻面团技术提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面粉(郑州金苑面粉厂)；安琪高活性干酵母(安琪酵母股份有限公司)；谷朊粉(北京瑞麦嘉禾商贸有限公司)；泡打粉(安琪酵母股份有限公司)；海藻糖(河南华诺海藻生物工程有限公司)；谷氨酰胺转胺酶(TGase)(上海东圣生物科技有限公司产品)；甘油(广州华汇生物实业有限公司)。

1.2 仪器与设备

B5A多功能搅拌机(广州威万事实业有限公司)；DMT-5电动家用压面机(龙口市复兴机械有限公司)；程控人工气候箱(上海精宏实验设备有限公司)；TA-XA PLUS质构仪(英国Stable Micro Systems公司)；HDGDJ-150高低温交变试验箱(上海衡鼎仪器设备厂)；低场NMR成像仪(上海纽迈电子科技有限公司)；FA2104A电子天平(上海精天电子仪器厂)。

1.3 试验方法

1.3.1 冷冻面团馒头配方及制备 在冷冻面团馒头的配方(表1)基础上添加冷冻保护剂海藻糖、TGase和甘油，海藻糖添加量为1.0、1.4、1.6、1.8、2.0 g ·kg-1，TGase添加量为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g·kg-1，甘油添加量为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g·kg-1(均以面粉质量的100%计)。

工艺流程：干酵母→活化30 min→和面→静置10min→压片→分割成型(20 g·个-1)→预醒发45 min(36 ℃、湿度85%)→速冻(-35 ℃、30 min)→冻藏(-18 ℃)→解冻60 min(30 ℃，湿度 85%)→蒸制(20 min)

表1 冷冻面团馒头配方Table 1 Basic formulation of frozen dough steamed bread

注：以面粉质量的100%计

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

1.3.2 酵母发酵能力测定 面团中的酵母在发酵后会释放气体，从而使面团质量下降，酵母发酵力越强，单位时间面团质量就减少得越多，因此可通过测定面团单位时间内质量的减少量来测定面团发酵力的强度[13]。将冷冻面团馒头冻藏1，7，30 和60 d后完全解冻后放入发酵箱中，在85 ℃、湿度85%条件下发酵60 min，测定样品发酵前后的质量差。计算公式：

式中：Y为馒头发酵力(g·min-1)；m1为面团发酵后质量(g)；m2为面团解冻后质量(g)；t为发酵时间(h)。

1.3.3 冷冻面团馒头比容的测定 将冷冻面团馒头冻藏1、7 、30 和60 d后蒸制，室温冷却1 h后，采用菜籽替代法测定馒头的比容。 计算公式：

P=V/m

式中：P为馒头比容(mL·g-1)；V为馒头体积(mL)；m为馒头质量(g)。

1.3.4 馒头芯质构的测定 将冷冻面团馒头冻藏1、7 、30 和60 d后蒸制，室温冷却1 h后，将冷冻面团馒头沿同一方向切成厚度为10 mm的均匀薄片，取中间部分，采用P35压盘式探头进行质构测定[14]。TPA测试参数：测前速率：2.00 mm·s-1；测试速率：1.00 mm·s-1；测后速率：2.00 mm·s-1；压缩程度：40 %；触发力：5 g。

1.3.5 核磁共振弛豫时间测定 利用FID试验调节共振中心频率，利用CPMG脉冲序列测量样品的自旋—自旋弛豫时间(T2)。称取面团(1.00±0.01)g放入试管中，置于永久磁场中心位置的射频线圈的中心，进行CPMG脉冲序列的扫描试验[15]。CPMG试验参数：采样点数TD=80 140，重复扫描次数NS=8，重复时间TR=2 000 ms，半回波时间τ=210 μs。利用T2反演拟合软件对CPMG弛豫衰减曲线进行反演得到弛豫图谱和T2。

1.3.6 失水率测定

式中：m1为样品冻藏前质量(g)，m2为样品冻藏后质量(g)。

2 结果与分析

2.1 冻藏期间冷冻保护剂对冷冻面团发酵力的影响

由表2可以看出，冷冻面团的发酵力随冻藏时间的延长逐渐降低，且在30 d后冷冻面团的发酵力下降明显。这可能是因为冷冻与冷藏过程产生的冰晶会对酵母细胞产生破坏，从而降低酵母细胞的存活力和面团的发酵力。而且冻藏会使部分冰晶发生重结晶现象，生成较大冰晶，进一步破坏酵母细胞和面筋网络结构[16]。与空白样品相比，添加3种冷冻保护剂后，随着冷冻保护剂添加量的增加，冷冻面团馒头的发酵力有不同程度的增加，说明3种冷冻保护剂可以保护酵母细胞和面筋网络结构。综合考虑各冻藏时间馒头发酵力大小可知，海藻糖添加量为1.8 g·kg-1，TGase添加量为2.0 g·kg-1，甘油添加量为 4.0 g·kg-1时，酵母发酵活力最强。

表2 冷冻保护剂对冷冻面团馒头酵母发酵力的影响Table 2 Effects of different cryoprotectants on yeast fermenting vitality

2.2 冷冻保护剂对冷冻面团馒头比容的影响

由表3可看出，随着冻藏时间的延长，冷冻面团馒头的比容逐渐减小，且在冻藏60 d后比容明显下降。这是因为在低温状态下，面团中的冰晶会对细胞产生破坏作用，不利于保持细胞的完整性，因此随着冻藏时间的延长，面团中的酵母细胞被不断破坏，导致馒头的比容逐渐下降。与空白样品相比，添加冷冻保护剂的馒头比容显著升高(P<0.05)，而添加冷冻保护剂到一定量时，其比容无明显差异性。这表明3种添加剂能够有效提高冻藏后冷冻面团馒头的比容。

在相同冻藏时间下，3种冷冻保护剂对馒头比容的影响基本一致，即随着冷冻保护剂添加量的增加，馒头的比容呈逐渐上升趋势，由表3可知，海藻糖添加量为1.8 g·kg-1, TGase添加量为 2.0 g·kg-1，甘油添加量为4.0 g·kg-1时，冻藏期间馒头的比容较其他组高，且3种冷冻保护剂中海藻糖对维持冷冻面团馒头比容效果最好。

海藻糖可以在冷冻失水后形成玻璃态结构，降低分子移动性，从而减少冰晶形成及其对细胞结构的影响，提高酵母的抗冻性[17]；TGase能催化蛋白质分子内及与其他分子之间的连接，即TGase能够维持面筋蛋白的网路结构，并影响面筋蛋白与淀粉间的水分分布，进而形成具有刚性和弹性的网络结构[18]；甘油作为细胞保护剂，能有效抑制面团体系中冰晶的形成，提高酵母细胞的存活率及酵母抗冻性，从而提高面团发酵活力[19]。因此,3种冷冻保护剂能够提高酵母的耐冻性，稳定面筋网络结构，从而提高冷冻面团的发酵力和冷冻面团馒头的比容。

表3 冷冻保护剂对冷冻面团馒头比容的影响Table 3 Effects of different cryoprotectants on specific volume of steamed bread

注：同一列不同字母表示差异性显著，显著水平P<0.05。下同。

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

2.3 冷冻保护剂对冷冻面团馒头质构的影响

由表4和表5可以看出，随着冻藏时间的延长，冷冻面团馒头的硬度逐渐升高，弹性逐渐下降，说明冻藏时间的延长，使馒头的质构品质有所降低，且在冻藏30 d后，其质构品质指标下降明显(P<0.05)。添加冷冻保护剂后，冷冻面团馒头的质够特性显著提高。在相同冷冻贮藏时间下，随着海藻糖添加量的增大，馒头芯硬度呈明显下降趋势，而馒头芯的弹性出现了先增大后减小的趋势。当海藻糖添加量相同时，随着冻藏时间的延长，馒头的质构特性下降，硬度升高，弹性降低，添加海藻糖后馒头的质构品质明显提高。从表中还可看出，添加TGase和甘油对冷冻面团馒头的硬度与弹性影响与添加海藻糖基本一致。由此可见，3种冷冻保护剂均可提高冻藏条件下冷冻面团馒头的质构特性，且当海藻糖添加量为1.8 g·kg-1, TGase添加量为2.0 g·kg-1，甘油添加量为4.0 g·kg-1时，馒头的质构在冻藏期间较其他组好。

2.4 冷冻保护剂对冷冻面团馒头水分分布状态研究

2.4.1 冷冻保护剂对冷冻面团馒头水分分布影响 不同冷冻保护剂最佳添加量 (海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1、甘油4.0 g·kg-1)的冷冻面团馒头经冻藏1 d和30 d后的T2时间变化见表6。

表4 冷冻保护剂对冷冻面团馒头弹性的影响Table 4 Effects of different cryoprotectants on the spring of frozen dough

表5 冷冻保护剂对冷冻面团馒头硬度的影响Table 5 Effects of mycose on the hardness of frozen dough

冻藏条件下冷冻面团T2弛豫时间分布变化如图1所示。由图1可知，在弛豫图谱上有3～4个拟合峰，其中第1个峰在0.5～1 ms之间，第2个峰在1～3 ms之间，这两个峰为T21，表征的是与蛋白质、淀粉等大分子物紧密结合的水分，这部分水的流动性最弱，称为结合水；第3个峰T22在8～10 ms之间，这部分通常被认为是直接与强结合水以氢键结合、间接与大分子结合的弱结水层，相比T21流动性更大，为半结合水；第4个峰T23则代表自由水[20-21]，图1显示面团中水分主要以结合水和半结合水状态存在。随着冻藏时间的延长，冷冻面团的弛豫图谱向右迁移，由表6可知，冷冻面团的T2值随冻藏时间的延长显著增大(P<0.05)，T2值越大代表水分流动性越强，说明冻藏过程加速了冷冻面团中水分的迁移。这是由于冻藏过程中产生的冰晶破坏面团面筋网络结构，造成面团持水能力降低，水分流动增强。

图1 冷冻面团馒头T2弛豫时间分布变化图Fig.1 The distribution of transverse relaxation time of frozen steam bread during storage

表6表示的是冻藏1 d和30 d后海藻糖、TGase和甘油对冷冻面团T2弛豫时间分布变化的影响。由表6可知，添加冷冻保护剂后，冷冻面团T2弛豫时间随冻藏时间延长而增大，其中添加海藻糖后，冷冻面团T2值随冻藏时间的延长变化不显著(P>0.05)；添加TGase后，冷冻面团冻藏1 d和30 d的T2值差异性显著(P<0.05)；添加甘油后，冷冻面团冻藏1 d和30 d的T23变化显著(P<0.05)，T21和T22变化不明显(P>0.05)；但T2弛豫时间变化小于空白面团。

由此可知，3种冷冻保护剂中，海藻糖可以有效保持并降低面团中水分的迁移，提高冷冻面团在冻藏期间的稳定性；TGase对于冻藏期间冷冻面团的水分存在状态变化并没有显著性改善；甘油可以有效维持冻藏期间冷冻面团中结合水和半结合水的稳定性，但对于自由水没有明显效果。即3种冷冻保护剂中海藻糖对于维持冷冻面团冻藏期间水分存在状态效果最显著。

表6 冷冻保护剂对冷冻面团T2变化的影响Table 6 Effects of cryoprotectan on the changes in T2 of frozen dough during frozen storage time

2.4.2 冻藏过程中冷冻保护剂对冷冻面团失水率的影响 由图2可知，冷冻面团随着冻藏时间的延长失水率不断提高，空白冷冻面团失水率在冻藏30 d后与冻藏1 d相比显著增加(P<0.05)，这是因为冷冻面团在冻藏时，冻藏室与面团之间的蒸汽压差，以及冷冻面团表面水分不断以冰晶升华方式减少，使得冷冻面团内部水分不断向外迁移[22]，冷冻面团中的水分持续减少。添加冷冻保护剂后冷冻面团在冻藏过程中失水率也有增加，但增加趋势明显缓于空白组，说明在冻藏过程中，冷冻保护剂可以提高面团的持水力，有效地防止冷冻面团水分的减少，其中添加海藻糖的样品冻藏期失水率变化差异不显著(P>0.05)，而添加TGase和甘油的冷冻面团失水率变化显著(P<0.05)，说明3种冷冻保护剂中海藻糖对于降低冷冻面团冻藏期间失水率效果最好，这可能是因为海藻糖可以降低冰晶的形成，保护面筋网络结构，从而维持面团持水性。

2.4.3T2与失水率的相关性分析 为进一步探讨冷冻面团馒头的水分弛豫时间T2与在不同冻藏时间下失水率的相互关性，现对各试验指标建立相关性，相关系分析结果如表7。

由表7可知，冷冻面团馒头的冻藏时间与失水率间具有显著正相关性，弛豫时间T21与T22、T23和失水率均具有极显著正相关性；T22与T23和失水率有显著性正相关；T23与失水率具有极显著正相关性。由此可知，冷冻面团馒头的弛豫时间与失水率均有显著性相关性，说明冷冻面团馒头的水分存在状态对冻藏过程中的失水率具有大的影响。

图2 冷冻保护剂对冷冻面团失水率的影响Fig.2 Effects of cryoprotectant on the water loss rate of frozen dough during frozen storage time

表7 实验主要指标的相关性分析Table 7 The correlation analysis of the main experimental parameter

注：*在0.05水平上显著相关，**在0.01水平上显著相关。

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

3 结论与讨论

随冻藏时间的增加，冷冻面团的发酵力降低，馒头比容和弹性下降，硬度增加，馒头品质变差，添加冷冻保护剂海藻糖、TGase和甘油后冷冻面团发酵力提高，成品体积和质构品质下降减少；且当3种冷冻保护剂添加量分别为海藻糖1.8 g·kg-1，TGase 2.0 g·kg-1，甘油4.0 g·kg-1时，冷冻面团的发酵活力，馒头的比容和质构表现最好；分别添加冷冻保护剂的冷冻面团经冻藏1 d和30 d后，冷冻面团馒头水分分布情况与空白相比变化不大，失水率与空白相比明显降低，说明冷冻保护剂可以有效保持面团水分在冻藏期间的稳定性。由冷冻面团馒头水分弛豫时间T2与失水率的相关性可知：T2与失水率具有显著相关性。

由此可见，3种冷冻保护剂均可以改善冻藏期间冷冻面团及馒头的品质，但3种冷冻保护剂的效果却不一样，其中海藻糖对于改善冻藏期间冷冻面团及馒头品质，以及维持冷冻面团冻藏期间水分存在状态的效果最显著。对于3种保护剂复合对冷冻面团馒头的冻藏期间品质改善的效果，以及冷冻保护剂在其他中式冷冻发酵食品的作用效果，有待于进一步研究。

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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

河南省科技攻关计划(高新领域)项目(162102210108)

石媛媛(1991-)，女，河南濮阳人，硕士研究生，主要从事农产品加工与贮藏工程方面的研究。

李梦琴(1965-)，女，河南漯河人，教授。

1000-2340(2017)06-0871-07

TS213.2

A

朱秀英)