冷冻面团馒头研究进展

黄伟志,黄桂东,钟先锋,*

(1.佛山科学技术学院食品科学与工程学院,广东佛山 528231;2.广州市东鹏食品饮料有限公司,广东广州 511330)

冷冻面团制品主要采用冷冻原理及方法来加工,使食品内部各种化学活动能量降低,不借助任何添加剂,抑制面包、馒头等面食制品的老化,延长保质期,同时让人们随时都可吃到新鲜的面食制品[1]。在国外,冷冻面团技术主要应用在面包上,其将面团制作和后期的熟制、成品分成两个独立部分[2]。只要食品生产加工厂制备好冷冻面团以后,进行低温储存、运输,就可以供给一些买卖厂家或者终端消费者,他们只需熟制[3],就可以得到新鲜的产品,因此国外面包产业发展规模相对较大;我国主要以传统的发酵面食馒头为主,其主要成分包括面粉、水、酵母,经过以上原料混合、和面、发酵等操作过程,能形成具有一定风味和营养价值的馒头[4]。但新鲜面食制品馒头货架期较短,难以实现产业化发展,而冷冻面团技术的出现,在一定程度上促进了我国传统面食制品馒头的工业化发展。本文介绍了冷冻面团馒头的生产工艺,综述了影响冷冻面团馒头品质的因素,探讨了目前我国改良剂对冷冻面团品质的改良效果,为我国冷冻面团馒头的发展提供参考依据。

1 冷冻面团馒头生产工艺

目前,冷冻面团技术主要集中在面包生产上[5],关于冷冻面团馒头的生产工艺报道较少,因此根据冷冻面团面包的制作方法进行模仿及改进,主要有以下5种冷冻面团馒头的生产工艺(图1)。

图1 冷冻面团馒头的制作工艺Fig.1 The making process of frozen dough steamed bread

1.1 冷冻面团法

相对较大的面食制品厂将配好的原辅料和面、发酵、整形后的面团进行速冻,得到冷冻面团后将其冷藏,配送到各个市场、超市、面点零售店等销售门店,这些销售门店只需要醒发箱、蒸炉等简单设备,对冷冻面团馒头进行解冻、醒发及蒸制,就能得到新鲜馒头(图1中的A所示)。

1.2 冷冻预醒发面团法

将配好的原辅料和面、发酵、整形、醒发,醒发结束的面团进行冷冻处理,得到冷冻预醒发面团,然后进行冷藏保存、配送,各门店在需要时进行解冻、蒸制,即可得到新鲜馒头(图1中的B所示)。

1.3 冷冻预蒸制面团法

该方法是指将醒发结束后的面团放入蒸炉进行蒸制,蒸制馒头到六、七分熟,立刻取出半成品,冷却至室温,再进行速冻、冷藏配送,各门店在需要时对半成品进行解冻、蒸制,即可得到新鲜馒头(图1中的C所示)。

1.4 冷冻馒头法

冷冻馒头是指将已经蒸制好的馒头冷却至20～30 ℃后进行速冻、冷藏配送,各个门店在需要时进行解冻、蒸制,得到新鲜馒头(图1中的D所示)。

1.5 冷藏面团法

该方法是指将已经调粉、和面等制作工艺完成的面团放在0～10 ℃下缓慢发酵后进行冷藏(-20 ℃)、配送,各个门店在需要时进行解冻、整形、醒发、蒸制,得到新鲜馒头(图1中的E所示)。

1.6 不同工艺优势对比

5种冷冻面团馒头生产工艺中,冷藏面团法在加工工艺上相对于其它冷冻面团法较为繁琐,成本也相对较高,且冷藏面团法冷藏期较短,馒头品质相对较差,较少工厂、企业采用;而冷冻预醒发面团法、冷冻预蒸制面团法及冷冻馒头法相对于冷冻面团法来说,在工艺成本上要高一些,同时面团预发酵后进行速冻会使面团水分增多,产生更多的冰晶,进一步损害酵母细胞及破坏面筋网络结构,从而导致馒头品质劣变[6-7],因此不符合企业生产经营发展。综合以上方法考虑,冷冻面团法相对于其他4种方法而言,是一种较为经济、可行、发展空间较大的冷冻面团馒头的加工方法。

2 影响冷冻面团品质的因素

2.1 冷冻面团技术应用中存在的主要问题

虽然我国速冻食品发展迅速,但冷冻面团技术的研究仍处于探索阶段,特别是对我国传统发酵食品的冷冻面团技术研究还不够深入,生产工艺改进空间还有待提高。目前我国在应用冷冻面团技术,是以模仿国外冷冻面团制作面包的方法为主,将其应用到馒头上,与新鲜馒头相比,会出现解冻后醒发时间延长、比容变小等品质问题[8]。而导致冷冻面团品质下降的原因主要有(如图2所示):a、面团在冷冻过程中,自由水会形成冰晶,破坏面筋网络结构,同时冷藏温度的不稳定,冰晶发生再结晶,最后形成的大冰晶会进一步破坏面筋网络结构,导致面团筋力弱化,持气力下降[9];b、冷冻产生的冰晶也会损害酵母细胞,导致酵母活力下降甚至死亡,致使后期醒发阶段面团的产气力下降[10];c、损伤后的酵母细胞会释放出谷胱甘肽等还原性物质,进一步破坏面团中的-S-S-,使面筋网络结构弱化,导致面团的持气性下降[11]。因此,为了传统发酵食品的发展,急需研发出适合冷冻面团馒头工业化生产的工艺,并依据中式面点的特点,对产品进行品质改良。

图2 冷冻面团品质下降的机理图Fig.2 The mechanism map of the quality decline of frozen dough

除了上述冰晶理论导致冷冻面团馒头品质下降之外,在制作冷冻面团馒头过程中,酵母、水分、冷冻工艺以及其他制作工艺也会造成冷冻面团馒头品质下降。因此,有较多地学者、专家开展研究制作工艺对冷冻面团品质的影响。

2.2 酵母对冷冻面团品质的影响

有研究报道指出,酵母的生存能力是影响冷冻面团质量的关键因素之一[12-13]。冷冻面团中酵母的生存能力与面团的发酵时间、馒头的比容、硬度、咀嚼性以及馒头内部疏松结构具有相关性,酵母生存能力受到影响,面团发酵时间延长,面团内部不能形成较好的海绵结构,从而导致馒头一系列品质问题。而酵母生存必须有水,其最适合生长温度为20～30 ℃,当温度高于40 ℃或低于0 ℃时,其生存能力将受到很大抑制。研究表明,酵母的耐冻性非常低,会受到冻融,高渗透压和氧化应激等胁迫,且在冷冻过程中,活化酵母受到伤害比直接冷冻酵母更大[14]。因此在冷冻、冷藏期间会有较多的酵母活性受到抑制,甚至死亡[15]。

为提高酵母的活性和冷冻、冷藏期间的耐冻性,许多国内外学者做了较多研究,吕莹果等[16]研究了冷冻速率对发酵面团烘焙性质的影响,且分析了不同冷冻条件对酵母发酵力和内部结构的影响,研究表明在合适的冷冻速率(-5 ℃/min)下,面团内酵母细胞的溶液效应和胞内结晶达到平衡,使冷冻对酵母细胞的破坏最小,能获得较好品质的冷冻面团。也有相关研究认为面团搅拌终温对冷冻面团中酵母活性有影响,在新鲜面团中,面团的搅拌终温通常为24～26 ℃,而冷冻面团搅拌终温一般为19～22 ℃[17],对于此现象,Zounis等[18]分析认为,这可能是因为终温过高导致酵母活性较高,而高活性酵母在冷冻面团制作中更容易受到伤害,最终导致冻藏后面团持气能力丧失。

2.3 水分对冷冻面团品质的影响

水分对面团发酵和馒头质量影响很大,尤其经过速冻、冷藏工艺后对馒头品质的影响进一步加大。在面团形成过程中,水分含量与面筋网络结构形成密切相关,对馒头内部的结构、物化性质及感官品质也有着很大的影响[19-20]。宁娜静[21]研究发现,面团加水量要适中,加水量过多会引起面团发粘,且多余水分不能被面团吸收,还会形成冰晶伤害酵母,导致面团的持气力下降;加水量过少会导致面筋结构较脆,稳定性差。因此适当的加水量,能控制一定数量的冰晶生成,形成较好面筋结构的面团,减少冷冻面团品质的负面影响。Rasanen等[22]研究发现,减少加水量的面团,在冷藏两周后酵母产气量有明显的减少,冷冻面团的硬度有所增加,面包比容减小、内部多孔性变差。李昌文等[23]研究发现,加水量对冷冻面团馒头的柔软度、感官品质和比容有明显影响,当加水量少时,馒头表面干硬、起泡较多,比容小;但加水量过大时,馒头过软,扩展比大,馒头易塌架,且裂纹多,同时形成过多的冰晶,破坏馒头内部质构。

2.4 冷冻工艺对冷冻面团品质的影响

在冷冻过程中,冷冻温度、时间、速率,冷藏温度、时间等因素会对冷冻面团品质造成影响。对此,也有较多的国内外学者进行了研究,Yi[24]研究了不同冷冻速度和冷藏温度对面团品质的影响,发现冷藏温度越低、冷冻速度越快时,面筋网络结构被破坏程度就越低。Ban等[25]研究了冷冻速率(-0.72至-3.56 ℃/min)和冷冻温度(-20、-40和-55 ℃)对冷冻面团中冰晶的形成和酵母活性的影响,结果表明冷冻速率在-3.19 ℃/min时,形成的冰晶最小,对冷冻面团品质影响最高;冷冻温度低于-20 ℃时,会有较多的酵母死亡,对冷冻面团品质影响较大。Le等[26]也通过实验发现,冷冻速率越快,面团的最终发酵力越好,获得的冷冻面团品质也就越好。据研究分析,在冷冻过程中,冰晶的形成会破坏冷冻食品内部结构,慢速冷冻时会形成大小不一的冰晶,对冷冻食品影响较大,快速冷冻则会形成均一小冰晶,能较好地保护冷冻产品质量[27]。

而有些学者研究认为,在冷冻速率小于最佳速率时,酵母细胞损伤的主要原因是溶液效应;在冷冻速率大于最佳速率时,酵母细胞损伤的主要原因是胞内冷冻。因此要获得最佳品质的冷冻面团,就必须达到最佳冷冻速率[28]。

2.5 制作工艺对冷冻面团品质的影响

馒头制作过程中还包括和面、压面、醒发等工艺。和面的目的是使小麦粉与酵母、水等原辅料混合均匀,加快面粉吸水和胀润形成面筋,使巯基转变成二硫键,扩展面筋形成稳定的面筋网络(图3),改善面团持气性。Rouillé等[29]研究认为和面时间能影响冷冻面团品质,充分和面可形成较好面筋结构,而较好的面筋网络结构可减少冻藏带来的损伤;Öhgren[30]也认同和面时间会影响面筋网络结构形成的看法,其研究得出适当延长和面时间能使冷冻面团面筋分布更加均匀,更有效地改善冷冻面团品质。

图3 面筋网络结构的形成Fig.3 The formation of gluten network structure

压面能使面团形成较多的氢键,拉近蛋白质分子的距离,生成二硫键,强化面筋结构,同时将淀粉颗粒融入面筋网络结构中,使面团具有较好的流变学特性[31]。张煌等[32]研究了压面工艺对面团拉伸特性的影响,结果表明在压延30次时,能得到拉伸特性最佳的面团,同时面团的加工性能增加,面团质量较好。

醒发工艺是馒头生产中最重要的一步,因为在面团醒发过程中,面筋将会进一步扩展,增强其延伸性和持气性,利于馒头体积增大。同时醒发促进酵母产气,使馒头内部产生疏松多孔结构,减少馒头硬度,而且面团发酵、醒发过程中可产生丰富的风味物质[33]。冯艺飞等[34]研究表明在面团搅拌时间为12 min,面团发酵时间为101 min,馒头坯醒发时间为13 min时,能得到最小硬度、咀嚼度和最高弹性和回复性的馒头。

3 改良剂对冷冻面团品质的影响

目前常用的改良剂有食品胶、酶制剂、乳化剂、氧化剂等,可改善食品中各组分的理化性质,对食品的外形和质构起着重要的改善作用[35],其作用机制见图4。

图4 改良剂改善冷冻面团品质的作用机制Fig.4 The effect mechanism of additives on improving the quality of frozen dough

3.1 食品胶对冷冻面团品质的影响

食品胶是一种能溶解于水中形成凝胶的食品添加剂,它可提高面团黏度,促使淀粉颗粒与面筋网络结构充分结合,同时起到增稠、黏合、胶凝和稳定等作用,改善面团加工品质[36]。目前常用的食品胶包括黄原胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素钠、卡拉胶等,其含有较多亲水基团,能使面团中蛋白质、淀粉等分子发生作用,形成高分子复合体,构建出稳定地面筋网络结构,使面团获得较好的流变特性,以及促进面团表面光滑等作用[37]。kara等[38]研究了果胶、瓜尔豆胶、菊糖对冷冻面团面包品质的影响,结果表明黄原胶和瓜尔豆胶交互作用显著,黄原胶0.9%～1%、瓜尔豆胶0.3%～0.4%和菊糖3%的复合改良剂能明显提高冷冻面团面包的比容、减少馒头硬度、咀嚼性。Mandala等[39]研究发现,添加羟丙基甲基纤维素、刺槐豆胶等复合食品胶能改善比容、质构,提高冷冻面团面包的品质。禹洁等[40]研究表明向面团中添加黄原胶、瓜尔豆胶等添加剂后,能显著缩短面团形成时间,增强面团稳定性,减少面筋弱化和淀粉回生。Xin等[41]研究证明添加羟甲基纤维素钠(CMCNa)可以减缓冻藏过程中面团的冻结含水量和tanδ的增加(tanδ增加即粘弹性下降),且高取代度的CMCNa对抑制冻结含水率和tanδ的变化有较大的促进作用,制成的面包具有较大的比容和较小的硬度。

3.2 酶制剂对冷冻面团品质的影响

酶制剂是一种从生物体中提取的、具有酶特性的蛋白质,能催化食品加工过程中的各种化学反应,改进食品品质。目前常用于改良冷冻面团品质的酶制剂主要有葡萄糖氧化酶、α-淀粉酶和谷氨酰胺转胺酶、木聚糖酶等。其中葡萄糖氧化酶在有氧气的条件下,能将葡萄糖转化为葡萄糖酸,同时产生H2O2,而H2O2能够将蛋白分子中的-SH氧化为-S-S-,增强面筋强度[42]。谷氨酰胺转胺酶是一种酰基转移酶,能使蛋白质或多肽发生共价交联作用,增强面筋蛋白筋力和胶凝能力,有效改善面团流变学特性、提高面团弹性,降低面筋弱化度[43]。Kim等[44]研究指出,含有α-淀粉酶的冷冻面团,可加快冷冻面团发酵速度,缩短醒发时间,改善冷冻面团成品品质。岑涛、王军杰等[45-46]研究表明,木聚糖酶可以改善面团的延展性,增强面筋弹性,降低面包的硬度,明显改善面团、面包的品质。陈书明[47]、Jiang[48]等也得出α-淀粉酶、木聚糖酶等酶制剂能有效改善面团品质。

3.3 乳化剂对冷冻面团品质的影响

乳化剂也是食品加工和面团品质改良过程中常用的一类表面活性剂,它能与麦谷蛋白形成复合物,强化面团网络结构,改善面团持气能力、醒发速率、吸水率,增强面团的柔韧性和耐加工性[35]。目前,常用的乳化剂包括硬脂酰乳酸钠、双乙酰酒石酸单(双)甘油酯(DATEM)、山梨醇酐单硬脂酸酯(SPAN 60)、单硬脂酸甘油酯(GM)、蔗糖脂肪酸酯(SE)等。这些乳化剂能与淀粉形成不溶复合物,防止淀粉重结晶,降低面团中水的表面张力,减少大冰晶的形成,降低面筋蛋白网络结构的破坏深度[49]。樊海涛等[50]实验证明乳化剂能降低面团中自由水含量,并提高面团的玻璃化转变温度Tg′,甚至实现玻璃化贮藏,减少冰晶数量。Minervini等[51]研究发现添加甘油双乙酰酒石酸单酯复合添加剂能降低冷冻面团面包的硬度和色差红值。Ribotta等[52]分析了DATEM对冷冻面团面包特性的影响,结果表明DATEM能使冷冻面团面包的硬度下降,减少冷藏对面筋结构的破坏。Selomulyo等[53]研究了DATEM和SE对冷冻面团品质的影响,其研究认为复配乳化剂对冷冻面团品质的改善效果要优于单一乳化剂。

3.4 氧化剂对冷冻面团品质的影响

氧化剂具有提高冷冻面团网络结构稳定性的能力,其原理在于氧化剂将蛋白质中的-SH键,转化为-S-S-键,从而强化面团筋力,提高面团韧性、持气性以及弹性,改善冷冻面团品质。此外氧化剂还可以氧化一部分由破壁酵母细胞释放出来的谷胱甘肽等还原性物质,减少对冷冻面团网络结构的进一步破坏[54]。目前关于氧化剂应用在冷冻面团品质改良的报道相对较少,常用的氧化剂有脱氢抗坏血酸、偶氮甲酰胺、过氧化钙等,其中抗坏血酸(易被空气氧化形成脱氢抗坏血酸而具有氧化性)为常用的“氧化剂”,其安全性最高,过量添加也不会对面筋产生不良影响,其反应原理是抗坏血酸在面团中被氧化成脱氢抗坏血酸,脱氢抗坏血酸可与-SH反应生成-S-S-键,同时抗坏血酸可再生,继续循环参与氧化反应。王欣等[55]研究表明抗坏血酸能明显增大面团的抗拉伸应力,显著缩短拉伸时间,改善冷冻面团品质,在添加量为0.4%时效果最佳。Faccio等[56]研究发现添加抗坏血酸和巯基氧化酶复配物于冷冻面团中,能显著提高冷冻面团的冷藏稳定性、可延展性。

3.5 其他改良剂对冷冻面团品质的影响

目前,为进一步改善冷冻面团品质,国内外学者除了研究以上改良剂对冷冻面团品质的影响之外,开始集中研究新型改良剂。如Wang等[57]研究发现水溶性阿拉伯木聚糖具有抗冻蛋白的功能和防止二硫键转变成巯基的能力,从而保护酵母免受伤害和维持面筋网络结构的稳定性。Park等[58]也有研究发现添加果糖寡糖和异麦芽低聚糖于冷冻面团中后,能增加面包比容,降低面包硬度。此外,研究热点更多地集中在抗冻蛋白对冷冻面团品质的影响,Zhang等[59]研究了胡萝卜抗冻蛋白(CATPs)对冷冻面团品质的影响,发现加入了胡萝卜抗冻蛋白的冷冻面团可减少大冰晶的生成,从而减少酵母死亡率,认为胡萝卜抗冻蛋白在冷冻面团中会有很好的应用前景。Ding等[60]研究表明添加大麦抗冻蛋白(BATPs)能增加冷冻后面团的表观比热,提高熔融温度、冷冻温度和玻璃化转变温度,并降低面团的熔化焓和可冷冻含水量。通过以上研究,未来的研究重点可往多糖、低聚糖以及抗冻蛋白等方向进行改善冷冻面团品质。

4 展望

虽然冷冻面团技术促进了我国传统中式面食制品的发展,但是直接仿照国外冷冻面团技术在中式面点馒头中应用,会出现一定的品质问题,其主要原因在于速冻过程中冰晶的产生,导致面筋网络结构受到破坏,酵母细胞损伤以及释放谷胱甘肽,致使面团产气减少和持气能力下降,馒头品质变差。综合以上问题,较多国内外学者从冷冻面团馒头的制作原料、工艺及改良剂等方向对冷冻面团品质进行改良。但常规的改良剂效果较差,因此研究新型改良剂(多糖、低聚糖以及抗冻蛋白)逐渐成为今后改善冷冻面团品质的研究热点,新型改良剂的开发应用将具有一定的发展前景。