冻藏对馒头水分状态以及品质影响研究

钱晓洁，孙冰华，王晓曦

（河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

馒头是深受我国人民喜爱的传统主食之一，在我国膳食结构中占有十分重要的地位[1]。与焙烤过程不同，蒸制过程使馒头具有柔软、湿润和致密的质地以及薄而光滑的白色表皮，同时可以很好地保留多种营养物质[2]。然而，由于馒头的含水量高、营养物质丰富，导致其易受微生物的污染、发霉变质，货架期缩短，不利于馒头的规模化生产和销售。冷冻能够将食品中的部分水分冻结，降低水分活度，同时低温能够抑制微生物的生长以及各种导致食品变质的生物化学反应的发生[3]。随着冷冻储藏技术的应用，速冻馒头以其方便性和耐储藏性备受青睐[4]，逐渐成为馒头工业化进程中的关键技术手段。

随着我国城市化的加快，速冻面米制品行业2017 年产量达600 万吨。尽管速冻工艺能延长货架期，具有方便快捷等优点，但其整体品质尤其是感官品质与现制现售品还有一段距离。具体表现为经冻藏再复蒸后的馒头，其表面易发生开裂，内部组织结构变差，质地变粗，风味减退等质量缺陷[5-6]。Ribotta 等[7]研究冷冻面团在冻藏过程中的品质劣变，发现冰的重结晶会引起谷蛋白大聚体的解聚、进而导致蛋白网络结构的破坏。王沛等[2]研究冻藏对冷冻面团馒头品质的影响，发现面团不断失重、馒头水分含量降低、馒头硬度变大等现象。Maria Eugenia 等[8]研究在冻藏过程中冷冻半焙烤面包品质的变化，发现冰的重结晶导致面筋基质遭到破坏，面包硬度增大，面包品质下降。Kontogiorgos 等[9]利用时域核磁共振仪（time domainnuclear magnetic resonance，TD-NMR）研究冷冻面团发现在冷冻过程中，与面筋蛋白结合最为紧密的刚性水含量降低，变化最显著，表明水分发生了重新分布，水分流动性增强。

基于上述研究可知，在冻藏过程中冰晶的形成和再结晶现象会破坏食品结构。然而，目前关于速冻馒头的研究多关注的是冷冻面团以及冷冻面团馒头水分状态以及品质的变化，有关馒头蒸制后再进行冷冻的速冻馒头在冻藏过程中的水分状态以及品质的变化往往被忽略。基于此，本文以蒸制后的馒头为研究对象，探究馒头在不同冻藏时间下的可冻结水含量、水分状态以及比容、质构的变化规律，旨在为后续速冻馒头品质改良提供基础的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

香满园优质特一粉：益海嘉里粮油有限公司，水分含量为（13.25±0.02）%，蛋白质（湿基）含量为（11.10±0.03）%，粉质吸水率为（60.3±0.1）%；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

LGJ-10C 冷冻干燥机：北京四环科学仪器有限公司；Q20 差示扫描量热仪（differential scanning calorimeter，DSC）：美国 TA 仪器有限公司；Micro MR-CL-l 核磁共振分析仪：上海纽迈电子科技有限公司；GDW 系列速冻机：无锡科隆试验设备有限公司；TA-XT2i Plus 质构仪：德国 Stable Micro System 公司；HWS-250F 恒温恒湿培养箱：上海丙林电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 速冻馒头样品的制备

馒头制作采用酵母二次发酵法，参照GB/T 17320-2013《小麦品种品质分类》，并稍作改进，制作馒头。称取面粉100%、酵母0.7%、水46%（酵母先在38 ℃的温水中活化），在立式搅拌机中和面6 min （5 min 低速、1 min 高速），在温度为38 ℃，相对湿度为85%的醒发箱中发酵40 min，然后压面10 次，手工分割（80 g/份）并搓圆至面团表面光滑，再次置于同样条件的醒发箱中醒发10 min，最后上锅蒸制30 min。

将上述馒头样品室温冷却1 h，-35 ℃下速冻1 h，迅速袋封，存储于-18 ℃的冰箱中。分别在冻藏0、10、20、30、40 d 和 60 d 时取样，其中一批冷冻馒头在室温解冻2 h 后进行品质测定，另一批馒头则直接复蒸（无解冻程序）后进行品质测定。为了考察冻藏的影响，选取冻藏0 d，直接复蒸25 min 后的样品作为空白样。

1.3.2 馒头水分含量以及失水率的测定

解冻以及冷却的馒头去皮后取其中心部分约2 g，参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》测定水分含量。

馒头失水率测定：馒头失水率的测定参照Phimolsiripol 等[10]方法，2 min 内快速测完速冻馒头样品的质量。失水率计算按照如下公式计算：

式中：WL 为失水率，%，m0和 m1分别为新鲜馒头和冷冻馒头的质量，g。

1.3.3 馒头可冻结水含量的变化

冷冻馒头可冻结水的含量可通过DSC 测定[11]。取10 mg 新鲜馒头样品密封于DSC 铝坩埚中，然后置于-35 ℃下速冻1 h，并在-18 ℃冻藏不同的时间。将样品盒置于放有干冰的保温盒中，迅速转移至DSC 样品槽中。DSC 仪预设至-20 ℃，样品在该温度下平衡5 min，再以 1 ℃/min 升至 10 ℃。采用 TA 系统中 Muse 软件分析计算对应冰融化焓变（ΔH，J/g 冰）。

1.3.4 馒头水分状态分析

利用低场核磁共振仪（low field-nuclear magnetic resonance，LF-NMR）测定横向弛豫时间T2。解冻以及复蒸冷却后的馒头样品，取样0.25 g，置于永久磁场中心位置的射频圈的中心进行Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲系列试验，记录质子自由感应衰减曲线，测定样品的自旋-自旋弛豫时间（T2）。参数设置为：回波时间DL1=0.1 ms，重复扫描次数NS=32，回波个数6 000。利用T2_FitFrm 软件中sirt 算法对CPMG 序列采样数据进行拟合得到各样品的波谱图和T2值，同时计算所对应的质子信号幅度[12]。

1.3.5 馒头比容的测定

馒头比容的测定参照GB/T 21118-2007《小麦粉馒头》，解冻以及冷却后的馒头进行称重，并用菜籽置换测量法测量馒头体积，每个样品重复测定3 次。比容计算公式如下：

式中：λ 为馒头比容，mL/g；V 为体积，mL；m 为馒头质量，g。

1.3.6 馒头质构的测定

解冻以及冷却后的馒头在切片机下切成厚度为15.0 mm 的均匀薄片，选取中间两片。采用TA-XT2i Plus 物性分析仪测定馒头片中心位置的质构特性。选用的探头型号为P/36R，测定前速度设为3.0 mm/s，测定速度设为1.0 mm/s，测定后速度设为3.0 mm/s，压缩形变比例设为60%，感应力为5 g，两次压缩间隔时间5 s。每个样品平行测定6 次。测试后选择硬度、粘附性、回复性、内聚性及咀嚼性对馒头的质构特性进行评价[13]。

2 结果与讨论

2.1 冻藏对馒头水分含量以及失水率的影响

冻藏对馒头水分含量的影响见表1，对馒头失水率的影响见图1。

表1 冻藏时间对馒头水分含量的影响Table 1 Effect of frozen storage time on moisture content of steamed bread

图1 冻藏过程中馒头失水率的变化Fig.1 Changes of water loss rate of steamed bread during frozen storage

馒头的水分含量是影响其质构和内部纹理结构的关键因素，也决定了馒头最终品质的好坏。由表1和图1可知，在冻藏60 d 后，冻藏馒头的水分含量明显降低，由原来的40.43%降至39.50%。由表1和图1可知，冻藏馒头的水分含量与冻藏过程中馒头失水率呈负相关。其原因在于冻藏过程中，由于蒸气压的影响，馒头中的水分会转移至包装膜上形成冰霜，导致了馒头重量的损失以及水分含量的降低[10]。Vulicevic等[14]在建立冷冻半焙烤面包在长期贮藏过程中质量参数恶化的动力学预测模型时发现，水分在贮藏4 周后恶化显著，是最敏感的品质属性之一。复蒸馒头其水分含量随着冻藏时间的增加而降低。Maria Eugenia 等[8]在研究冻藏过程中冷冻半焙烤面包品质的变化时发现，完全焙烤面包的水分含量随着冻藏时间的增加而降低，通过超低温扫描电子显微镜发现在冻藏过程中变性的面筋网络发生破裂，微观结构出现裂纹，导致蛋白的持水能力降低。Ban 等[15]在冷冻速率对面团中冰晶大小影响的研究中指出冰晶的形成破坏了面筋蛋白的三维网络结构。同一冻藏时间下，复蒸馒头的水分含量明显高于冻藏馒头，推测这主要与复蒸过程中湿度较大有关。

2.2 冻藏对馒头可冻结水含量的影响

DSC 融化特性可以从冰晶融化吸热的角度来反映其可冻结水的含量。在0 ℃左右的吸热峰很可能是由于冰的融化而引起的，可用来估计样品的可冻结水的含量[16]。冻藏对馒头可冻结水含量的影响见图2。

新鲜馒头的△H 为27.54 J/g。随着冻藏时间的延长，△H 逐渐增加，反映了可冻结水含量的增多，在冻藏60 d 内，△H 增加了6.32 J/g。研究认为，冻藏过程中冰晶的形成会导致各组分持水能力的降低，水分游离出从而导致冰晶含量增多。考虑到水分子结冰后其体积比原来增加9%，随冰晶含量的增多，以及部分冰晶发生冰的重结晶现象，生成较大冰晶，会加剧面筋网络结构的破坏[17]。

图2 冻藏期间馒头可冻结水的融化焓（ΔH）变化Fig.2 Changes in the melting enthalpy for freezable water in steamed bread during frozen storage

2.3 冻藏对馒头水分状态的影响

冻藏对馒头水分状态的影响见图3和表2。

图3为冻藏馒头和复蒸馒头的T2弛豫时间分布图谱。在弛豫图谱上有3 个拟合峰，其中峰1 和峰2 统称为T21，主要代表的是与馒头中淀粉和面筋等大分子物质紧密结合在一起的水分，这部分水分子的流动性最低，为结合水或不可冻结键合水；第3 个峰T22位于10 ms 左右，通常被认为是与面筋蛋白、淀粉等大分子结合的弱结合水，流动性相对较大，为半结合水或可冻结键合水[18]。

图3 冻藏馒头和复蒸馒头的T2 弛豫时间分布图Fig.3 Typical T2 relaxation time distribution curves of frozen steamed bread and re-steamed bread

由图3可知馒头中的水分以结合水和半结合水状态存在，各状态的弛豫时间以及相对应的质子密度如表2所示。在图3（a）中，峰3 朝着高T2方向偏移且峰值降低，表明在冻藏过程中，馒头中的半结合水含量减少，且变得更易流动。推测这与冻藏过程中产生的冰晶减弱了蛋白质分子间的氢键作用，进而破坏了面筋网络结构有关。试验结果和关于馒头可冻结水含量和失水率的变化与此结果相一致。

由表2可知，在冻藏60 d 内，复蒸馒头的T21从0.61 ms 显著降低到 0.30 ms（P＜0.05），而冻藏 40 d 内复蒸馒头的A21没有显著变化，表明结合水在淀粉和面筋分子间迁移，然后同这些分子结合的更紧密，结合水的含量并没有显著变化，只是在淀粉和面筋分子间发生了重新分布。复蒸馒头的质子强度A22随着冻藏时间的增加显著降低（P＜0.05），表明半结合水含量有所降低，可能是因为面筋网络遭到破坏后，导致弱结合状态的水更易流失，与复蒸馒头水分含量的降低一致[19]。

2.4 冻藏对馒头比容的影响

冻藏对馒头比容的影响见图4。

图4 冻藏时间对馒头比容的影响Fig.4 Effect of frozen storage time on the specific volume of steamed bread

由图4可知，随着冻藏时间的增加，冻藏馒头以及复蒸馒头的比容显著降低（P＜0.05），在冻藏60 d 时比容分别降低了约20%、12%。冻藏30 d 时，冻藏馒头以及复蒸后的馒头比容都有明显增大。两种馒头的比容与馒头失水率都呈显著负相关，复蒸馒头的比容与可冻结水含量呈显著负相关（P＜0.05）。表明馒头比容的减小主要是因为冻藏过程中馒头水分的损失和可冻结水含量的增加导致水分状态变化以及面筋网络结构遭到破坏所引起的[20]。

2.5 冻藏对馒头质构特性的影响及其与水分指标间的相关性分析

质构是综合评价食品的重要品质[21]。质构分析有助于客观评价馒头品质、反映馒头的适口性。其中，硬度指馒头达到一定形变所必须的力；黏附性表示探头与样品接触时用以克服两者表面间吸引力所必须做的功；回复性表示样品的回弹能力；内聚性表示馒头内部结合的紧密程度；咀嚼性指咀嚼固体样品所需的能量。冻藏对馒头质构特性的影响见表3。为进一步探讨冻藏期间以及复蒸后馒头水分变化与质构特性的相关性，现建立指标间的相关性分析，见表4和表5。

由表3可知，在馒头冻藏过程中，随着冻藏时间的逐渐增加，馒头的硬度和咀嚼性都显著升高（P＜0.05），在60 d 的冻藏期内，冻藏馒头的硬度增加了近60%，馒头口感变硬。当冻藏30 d 时，馒头的硬度和咀嚼性都有一定程度的降低，此时馒头的比容也有显著增大，馒头的品质较好。馒头的回复性以及内聚性显著降低（P＜0.05），回复性和内聚性与馒头品质呈正相关，数值越大，馒头柔软爽口、不黏牙。同样发现，复蒸馒头的硬度和咀嚼性随着冻藏时间的增加显著增加（P＜0.05），回复性和内聚性显著降低（P＜0.05）。表明随着冻藏时间的增加，馒头口感变硬，内部结构变差。

表4 冻藏馒头水分指标与质构特性之间的相关性分析Table 4 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of frozen steamed bread

表5 复蒸馒头水分指标与质构特性之间的相关性分析Table 5 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of re-steamed bread

在表4中，馒头的失水率与冻藏馒头的硬度、黏附性和咀嚼性呈显著正相关，与回复性和内聚性呈极显著负相关。在表5中，馒头的可冻结水含量与复蒸馒头的硬度和咀嚼性呈显著正相关，与回复性和黏附性呈显著负相关。

以上可以看出，馒头硬度在冷冻30 d 后显著升高，这可能与冰晶的生长有关。冰晶的生长会破坏蛋白质网络结构，导致馒头质地变硬。而且，冻藏过程中，馒头水分的减少会导致淀粉聚合物或蛋白与淀粉中氢键的形成，使馒头变硬，这与Besbes[22]等的研究结果一致。此外，水分从馒头芯向馒头表皮的迁移，半结合水与大分子物质结合的紧密程度降低和含量减少也是馒头硬度增大、品质劣化的一个原因[17]。

3 结论

随着冻藏时间的增加，馒头的水分含量显著降低，馒头可冻结水含量的增加会导致失水率的显著增大。同时，两种馒头中半结合水含量减少，且变得更易流动。馒头的比容显著减小，硬度和咀嚼性显著增大。馒头复蒸后，品质还是有显著的劣变。发现在冻藏30 d时，冻藏馒头比容变大，质构特性有所改善，馒头品质较好；30 d 后，馒头品质显著劣化。冻藏馒头的失水率与馒头的硬度和咀嚼性呈显著正相关，可冻结水含量与复蒸馒头的硬度和咀嚼性呈显著正相关。馒头水分的变化有助于冰晶的生长以及蛋白与淀粉间形成氢键，从而导致馒头品质的劣化。研究发现，在长时间的储藏过程中，冰晶会破坏馒头的质地，建议储藏时间不要超过30 d。