复合改良剂对后发酵馒头冷冻面团冻藏品质的影响

周一鸣，张亚园，吕欣东，刘 倩，李云龙，蒋晴怡，周小理,3※

（1. 上海应用技术大学 香料香精技术与工程学院，上海 201418；2. 山西省农业科学院农产品加工研究所，太原 030031；3. 美丽中国与生态文明研究院，上海高校智库，上海 201418）

0 引 言

中国是一个以发酵面食为主食的国家，其中，馒头是中国传统的发酵面食制品，在膳食结构中占有主要的地位。近年来，随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，馒头类传统发酵面食已成为消费者欢迎的速食产品，逐渐由家庭制作走向工业化生产[1]。但馒头货架期短且极易老化，这在很大程度上影响了馒头的工业化生产。而冷冻面团技术可以为其提供一条经济有效的技术途径。

冷冻面团技术是应用食品的冷冻原理来处理面团成品或半成品，它的出现使部分面食制品的生产分为两个独立环节，即面团制作和熟制[2-3]。冷冻面团技术改革了馒头类传统发酵面食生产模式，工厂将冷冻馒头半成品运往各连锁店，门店根据需要合理安排蒸制的时间和数量，这样既可以减少人力资源的浪费，又能更好地控制库存[4-5]。但冷冻面团技术在亚洲地区起步较晚，且研究程度较浅，目前市面上出现的冷冻面团中式发酵面制品常用的生产工艺是冷冻熟坯面团解冻后复蒸，这样会使面制品特有的口感、风味和质感下降，而冷冻生胚面团可以对此进行改善，消费者或连锁店铺根据需要合理的安排蒸制的数量和时间，面团不经历复蒸，能够最大限度的保持面制品的新鲜和口感，同时面团速冻前不发酵更利于面团的储存和运输，也可以减少人力和成本[6]。

然而，相关研究报道指出[7-8]，面团在冻藏过程中面团中的水形成冰晶，因温度波动会发生再结晶，破坏面筋网络结构，使面团冷冻后出现裂纹、持气能力降低，影响冷冻面团及其熟制品的品质。同时，冰晶还会导致酵母细胞损伤、破裂，使其呼吸系统受损，导致酵母活力降低、产气不足，从而使面团比容下降、质地和感官等品质变差[9-10]。杜浩冉等[6]的研究中，利用复合食品添加剂抑制冰晶的重结晶，减弱冰晶对混合发酵剂和面筋网络结构的破坏，从而提高了面团的加工品质和成品的质量。但复合食品添加剂对于面团长期存储的品质变化并未研究说明。

面团品质改良剂的使用可以增强面筋网络结构、保护酵母活力、改善面团的品质、延长冷冻面团的贮藏期[10-13]。研究不同改良剂对冷冻面团及其熟制品品质的影响，筛选出对产品品质有较好改善作用的复合品质改良剂，在实际生产中具有一定的现实意义。本研究选取卡拉胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、双乙酰酒石酸单双甘油酯、羧甲基纤维素、

谷氨酰胺转氨酶、葡萄糖氧化酶和海藻糖进行单因素实验，通过响应面优化试验，研究复配改良剂对冷冻面团馒头比容、质构特性和感官品质的影响，以期改进冷冻过程中冰晶对面团结构的破坏和酵母的损伤，为改善冷冻面团品质提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

高筋粉 江苏南顺面粉有限公司；中筋粉 中粮东海粮油工业（张家港）有限公司；S 品牌酵母市售；细砂糖太古糖业（中国）有限公司；卡拉胶 河南恩苗食品有限公司；瓜尔豆胶 深圳振芯嘉贸易有限公司；海藻酸钠 安徽中旭生物科技有限公司；双乙酰酒石酸单双甘油酯 河南兴泰实业有限公司；羧甲基纤维素钠 河南兴泰实业有限公司；谷氨酰胺转氨酶 河南兴泰实业有限公司；葡萄糖氧化酶 河南兴泰实业有限公司；海藻糖 安徽中旭生物科技有限公司。均为食品级。

1.2 仪器与设备

TA-XT plus 物性测定仪 英国 Stable Micro System有限公司；S-3400NⅡ型扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）日本 HITACHI 公司；K-544AF 速冻机 上海科麦食品机械有限公司；JM-7LG和面机 新麦机械（无锡）有限公司；LC-LG601 冰箱 海信电器有限公司；SPC-40FP 醒发箱 上海龙跃仪器设备公司；AL204 电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 冷冻面团馒头配方设计

面团的基本配方（以面粉100%计算）：面粉（中筋粉∶高筋粉 2∶1）100%，水 52%，即发干酵母 1.2%，细砂糖5%，其中改良剂添加量如表1

表1 冷冻面团改良剂添加量Table 1 Additive amount of frozen dough improver

1.3.2 冷冻面团及后发酵馒头的制作流程

辅料混匀→和面→切割→整型→速冻（-30 ℃，30 min）→袋封→冻藏（-18 ℃，7 d）→冷冻面团成品→解冻（25 ℃，相对湿度70%，30 min）→醒发（35 ℃、相对湿度70%，42 min）→蒸制（20 min，焖3 min）→馒头成品

1.3.3 冷冻面团复合改良剂响应面优化试验

通过分析影响冷冻面团馒头品质的单因素试验，得到乳化剂（A）、增稠剂（B）、酶制剂（C）和海藻糖（D）的较优值，以比容（Y）为响应值对每个因素做响应面分析。

1.3.4 馒头品质测定

1）比容测定

参照刘燕琪[7]的方法采用小米置换法测定馒头比容。将蒸制后的馒头于室温下冷却30 min 后测量其质量M，用小米替换法测量馒头体积V，比容λ公式如下：

2）质构测定

参照杨二林[13]的方法作如下修改，利用质构仪测定馒头芯的硬度、弹性等指标。馒头常温下冷却1 h，将其切成厚度为1.5 cm 的均匀薄片，取中部两片，采用P36R探头，进行TPA 测试。参数设定如下：测试前速度：3.00 mm/s，测试速度：1.00 mm/s，测试后速度：2.00 mm/s，下压程度：50 %。

3）感官评价

参照 GBT17320—1998 设计馒头感官评分标准（如表2）。评价小组由10 人组成，对馒头每项感官性质进行分级评分，结果取平均值。

表2 馒头感官评分表Table 2 Steamed bun sensory rating scale

1.3.5 后发酵馒头冷冻面团扫描电子显微镜观察微观结构

参照忻晨[14]的方法，将冷冻7 d 的改良面团切成1 cm长的正方形，放入冷冻干燥机中干燥，然后固定，喷金，置于扫描电子显微镜（SEM）下观察，与空白组进行对照。

1.3.6 数据处理

采用SPSS20 和Excel 软件进行数据处理分析，并采用Origin 2018 软件制图。

2 结果与讨论

2.1 复合乳化剂对冷冻面团馒头品质的影响

乳化剂对冷冻面团馒头品质的影响见图1。由图1 可知，随着乳化剂添加量的增加，馒头感官评分、比容和弹性先升高后降低，馒头的弹性先下降后上升。当添加量为0.4%时，冷冻面团馒头挺立度、手指按压复原性较好，冷冻面团馒头的比容、感官评分和弹性达到较大值，分别为3.21 mL/g、91 分、0.939，而馒头硬度也达到较小值，为1 338.523 g，与空白组相比，硬度减小了25.63%。这是因为适宜的乳化剂可延长淀粉糊化时间，提高面团的耐柔性，使面团具有更好的弹韧性和可膨胀度，从而提升冷冻面团馒头的比容和弹性，改善冷冻面团馒头的品质[15]。

图1 乳化剂对冷冻面团馒头品质的影响Fig.1 Effect of emulsifier on the quality of frozen dough

综合以上指标分析，添加0.4%乳化剂，能获得较好品质的冷冻面团馒头，因此选取0.2%～0.6%水平进行响应面试验方案。

2.2 复合增稠剂对冷冻面团馒头品质的影响

复合增稠剂对冷冻面团馒头品质的影响见图 2。由图 2 可知，随着增稠剂添加量的增加，馒头评分总体呈现先升高后降低的趋势。当添加量为 0.8%时，冷冻面团馒头比容、弹性及感官评分均达到较大值，分别为3.17 mL/g、0.898、91 分，同时硬度也达到较小值，为1 557.452 g，与空白组相比，硬度减小了13.47%。这是主要是由于面团在速冻过程中，增稠剂分子中的亲水基团与水、淀粉、蛋白质等发生作用形成等复合体，从而使冷冻面团中的面筋网络结构处于最佳水合状态，改变了面团的流变特性[16]，同时，适宜的增稠剂可以增强蛋白质与淀粉的粘合，减少面团中自由水的迁移，控制面团中冰晶的生长，从而减小了冻藏对酵母和面筋结构的损害，加强了面筋的网络结构，提高了面团的持气能力，改善了冷冻面团品质[17-18]。但随着增稠剂增多，过量的增稠剂会使面团面筋弱化，网络结构松散，从而使冷冻面团馒头各指标值下降[19-20]。

图2 增稠剂对冷冻面团馒头品质的影响Fig.2 Effect of thickener on the quality of frozen dough

综合以上指标分析，添加0.8%的增稠剂，能获得较好品质的冷冻面团馒头，因此选取0.4%～1.2%水平进行响应面试验方案。

2.3 酶制剂对冷冻面团馒头品质的影响

酶制剂对冷冻面团馒头品质的影响见图3。由图3 可知，当酶制剂添加量为60 mg/kg 时，由于酶制剂与面筋蛋白结合，从而增强了冷冻面团的网络结构，提升了面团的持气能力，改善了面团内部组织[21-23]，从而使冷冻面团馒头的比容较大，馒头体积大、挺立度好，且感官评分较高，比容和感官评分分别为3.15 mL/g、92 分。随着酶制剂添加量的增加，冷冻面团馒头的硬度先下降后上升，当添加量为60 mg/kg 时，冷冻面团馒头的硬度达到较低值，为 1072.865 g，与空白组相比，硬度减小了40.39%，而弹性无明显变化。

综合以上指标分析，添加60 mg/kg 酶制剂，能获得较好品质的冷冻面团馒头，因此选取30 mg/kg～90 mg/kg水平进行响应面试验方案。

2.4 海藻糖对冷冻面团馒头品质的影响

海藻糖对冷冻面团馒头品质的影响见图4。海藻糖是一种新型冷冻保护剂，可以提升冷冻条件下酵母的耐受力[23]，由图 4 可知，随着海藻糖添加量的增加，馒头感官评分总体呈现先升高后降低的趋势。在 0～2%的范围内，由于海藻糖具有较好的水溶解性，可以改善面团的流动性和灰黏性，使面团面筋的弹性和延伸性增强[24]，因此，随着海藻糖添加量的增加，冷冻面团馒头的硬度逐渐减小；当添加量为2 %时，冷冻面团馒头比容、弹性及感官评分均达到较大值，分别为3.11 mL/g、0.901、89分，硬度也达到较小值，为1122.302 g，与空白组相比，硬度减小了37.64 %。

图3 酶制剂对冷冻面团馒头品质的影响Fig.3 Effect of enzyme preparation on the quality of frozen dough

图4 海藻糖对冷冻面团馒头品质的影响Fig.4 Effect of trehalose on the quality of frozen dough

综合以上指标分析，添加2%海藻糖，能获得较好品质的冷冻面团馒头，因此选取1%～3%水平进行响应面试验方案。

2.5 响应面试验设计

通过分析影响冷冻面团馒头品质的单因素试验，得到了乳化剂（A）、增稠剂（B）、酶制剂（C）和海藻糖（D）的较优值，以比容（Y）为响应值对每个因素做响应面分析。响应面分析因素及水平见表3，试验设计方案及结果见表4。

表3 冷冻馒头复配改良剂响应面试验设计因素及水平Table 3 Design factors and levels of response surface test for frozen steamed bread compounding improver

表4 冷冻馒头复配改良剂响应面试验设计方案及结果Table 4 Design scheme and results of response surface test for frozen steamed bread compounding improver

2.5.1 响应面回归模型的建立与分析

利用Design-Expert 软件对试验数据进行回归分析，经过拟合得到的比容（Y）回归方程为：

对回归模型作显著检验及方差分析，结果见表5。

表5 回归模型方差分析Table 5 Regression model analysis of variance

由表 5 可以看出，回归方差分析显著性表明该模型P<0.000 1，响应值的拟合度达到了极其显著的水平，失拟项P=0.888>0.05，不显著，说明该模型方程极其显著，且对优化冷冻面团馒头品质改良有实际意义。该回归模型的相关系数R2=0.915 4，校正决定系数AdjR2=0.830 8，表明单因素值与响应值关系显著，该模型拟合程度较好，试验误差小，适合用于预测和分析冷冻面团馒头的品质改良。

同时由表5 可知，酶制剂（C）和海藻糖（D）对冷冻面团馒头比容的影响极其显著（P<0.01），乳化剂（A）和增稠剂（B）对冷冻面团馒头比容的影响不显著（P>0.05），所以对冷冻面团馒头比容因素的影响顺序为海藻糖（D）>酶制剂（C）>乳化剂（A）>增稠剂（B）。同时可知因素A2、B2、C2、D2对冷冻面团馒头比容的曲面效应极显著（P<0.01）。

2.5.2 响应面图分析

三维响应面图见图5。由响应面试验的原理可知，三维响应面图的弯曲度越大，表明两因素间影响越显著，从而反映各因素对响应值的影响程度。

由图5a 可知，当固定乳化剂或增稠剂时，冷冻面团馒头的比容随增稠剂或乳化剂添加量的增加，都会呈现先增加后减少的趋势，结合等高线图和表 5 可知，乳化剂和增稠剂两者的交互作用对冷冻面团馒头比容的影响不显著（P>0.05）。由图5b 可知，当固定乳化剂时，随着酶制剂添加量的增加，冷冻面团馒头的比容呈一定的增长趋势；当固定酶制剂时，冷冻面团馒头的比容随着乳化剂添加量的增加，呈现先增加后减少的趋势，结合表 5 可知，乳化剂和酶制剂两者的交互作用对冷冻面团馒头的比容有显著影响（P<0.05）。

图5 冷冻面团馒头响应面图Fig.5 Three-dimensional resPonse surface of frozen dough taro

综合以上分析可知，海藻糖和酶制剂对冷冻面团馒头的比容影响极其显著（P<0.01），这可能是因为在面团冷冻过程中，海藻糖可以代替水，缓解因冷冻失水导致的蛋白质变性；酶制剂因其交键作用可以与蛋白质键合，增强面筋的网络结构，保持冷冻面团的稳定性，使冷冻面团馒头的品质得到改善。

2.5.3 验证试验

利用Design ExPert 8.06 软件综合乳化剂、增稠剂、酶制剂及海藻糖对冷冻面团馒头的比容的影响，分析得出各因素最优添加量的预测值，即 0.4%乳化剂、0.74%增稠剂、44.69 mg/kg 酶制剂、1.73%海藻糖，冷冻面团馒头比容的理论值为3.18 mL/g。

考虑到实际操作的可行性，选择最佳参数为0.4%乳化剂、0.8%增稠剂、45 mg/kg 酶制剂、2%海藻糖。根据以上条件进行验证，试验进行3 次重复测定，结果表明，冷冻面团馒头的比容为3.15 mL/g，与预测值较为接近，同时冷冻面团馒头的硬度也达到较优值，为926.832 g，与空白组相比减少了52.70%。

2.6 复配改良剂对后发酵馒头冷冻面团微观结构的影响

通过扫描电子显微镜研究馒头冷冻面团微观结构的变化，由图6 可知，网络结构为面筋蛋白，圆形或椭圆形的为淀粉颗粒，淀粉颗粒镶嵌在面筋蛋白中，支撑面筋网络结构。由图6a 可以看出，未添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存0.5 个月时，大部分淀粉颗粒包裹在面筋网络结构中，小的淀粉颗粒依附在面筋蛋白上，内部有少许空洞，可能是面团制作时，酵母产气所致，面团网络结构破坏性不大。由图 6b 可以看出，未添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存1 个月时，面团内部不规则空洞增多，这可能是由于冰晶升华导致，从图中还可以看出，淀粉颗粒排列较稀松，面团内部组织不均匀。由图6c 可以看出，未添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存 1.5 个月时，面团内部空洞变大，淀粉颗粒裸露在外面，面筋网络结构稀薄。由图 6d 可以看出，未添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存2 个月时，面筋网络结构破裂，空隙变多，淀粉颗粒不明显。由图6e 可以看出，未添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存2.5 个月时，面团内部组织较混乱，淀粉颗粒稀疏、裸露在外面零散分布，面筋网络结构破裂，蛋白膜状不明显。由此说明馒头冷冻面团在冻藏过程中，面团微观结构逐渐恶化，主要是面筋网络结构遭到破坏，影响馒头品质。

与空白组对比，添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团微观结构较好。图6a 中，右图添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存 0.5 个月时，面筋网络结构更紧密，膜状结构清晰可见，淀粉颗粒镶嵌在面筋网络结构中，且面团中的空隙较少。图6b 中，右图颗粒排列紧凑，仅少数淀粉颗粒分离，且面团内部空洞较少。由图6c 可知，当添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存 1.5 个月时，大部分淀粉颗粒镶嵌在面筋网络结构中，部分淀粉颗粒分离出来，但添加复合冷冻改良剂后，面团中的空洞明显减少，组织状态比较均匀。由6d 可知，冻存2 个月改良面团中有少许空隙，淀粉颗粒较稀疏，但与添加复合冷冻改良剂前相比，仍能看到大的淀粉颗粒存在。图6e 添加复合冷冻改良剂的馒头冷冻面团在-18 ℃储存 2.5个月时，淀粉颗粒分离，面筋网络结构被破坏，但与添加复合冷冻改良剂前相比，淀粉颗粒较清晰。由此可知当面团冻存时间相同时，添加复合冷冻改良剂的冷冻面团微观结构优于空白组，说明复合冷冻改良剂可以减轻冰晶的面团蛋白网络结构的破坏，增强面团抗冻性，改善冷冻面团品质。

图6 不同储存时间下馒头冷冻面团扫描电镜图（×1.50 k）Fig.6 Frozen dough taro scanning electron micrograph (×1.50 k)

3 结 论

冷冻处理会使面团的发酵力降低，馒头的比容和感官评分降低，硬度增加，使馒头的品质下降。而食品添加剂可以增强面筋的网络结构、提高酵母抗冻性、改善冷冻面团品质。然而使用单一食品添加剂具有一定的局限性，在实际生产使用中，往往通过复配添加剂的形式提升产品的品质。本研究通过响应面试验优化改良剂配方来提高冷冻面团馒头品质，研究表明：0.4%乳化剂、0.8%增稠剂、45 mg/kg 酶制剂、2%海藻糖的复配工艺下，冷冻面团馒头的比容达到较佳水平3.15 mL/g，有效提高了冷冻面团馒头品质，同时冷冻面团馒头的硬度也达到较优值，为 926.832 g，与空白组相比减少了52.70%。通过扫描电子显微镜研究馒头冷冻面团在冻存期间微观结构的变化，发现复合冷冻改良剂能够减少冰晶对面筋网络结构的破坏，增强面团抗冻性，改善面团品质。