冷冻华夫面团保质期内品质提升的研究

陈晶晶，孙 卿，张 慜*

（1.海通食品集团有限公司，浙江 慈溪 315300；2.食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏 无锡 214122）

冷冻面团[1]主要是指以面粉为原料经揉制、速冻等加工后形成的半成品，广泛应用于糕点、馒头等产业。随着中央厨房等全新商业模式的出现，冷冻面团具有独特的优势。根据市场需要，面团生产商可以生产出不同标准的产品，配送至不同的门店，提高效率，减少人力资源的浪费。与欧美相对发达的冷冻面团生产技术相比[2-3]，我国相关技术研发起步较晚，但冷冻面团技术的优越性已经引起了相关企业和社会的广泛关注。

随着贮藏时间的延长，冷冻面团出现发酵能力下降、醒发时间延长、水分散失严重、产品口感变差等问题。阐明品质劣变机理，延长冷冻面团保质期，提升产品品质成为当前冷冻面团研究中迫切需要解决的问题。

作者通过对冷冻华夫面团贮藏期间不同指标的系统性研究，探明品质劣变机制，确定关键控制因素；同时，对产品配方进行优化改良，复配出适合高油体系冷冻面团的保护剂配方，以期为冷冻华夫面团的品质改良提供新的研究思路和方法，扩大冷冻面团技术在食品领域中的应用范围。

1 材料与方法

1.1 实验材料

预拌粉（小麦粉）：上海金山日粉食品有限公司产品；珍珠糖：品元实业有限公司产品；高活性干酵母：日本钟渊化学工业公司产品；纯牛奶：青岛快利行食品有限公司产品；黄油：恒天然集团产品；马铃薯葡萄糖琼脂培养基：国药集团化学试剂有限公司产品；盐酸：国药集团化学试剂有限公司产品；谷朊粉：上海维景科技有限公司产品；羟丙基甲基纤维素（甲基取代度为28%~30%，羟丙基取代度为7%~12%）：上海麦克林生化科技有限公司产品；结冷胶（高酰）：郑州欧宝生物科技有限公司产品；黄原胶：卓觉商贸（上海）有限公司产品。

1.2 仪器与设备

BSAl24S电子分析天平：德国Sartorius公司产品；C21-KT2134电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司产品；R3旋转流变仪：美国TA公司产品；SPX-250B-Z型生化培养箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂产品；5K5SS升降式搅拌机：美国惠而浦资产公司产品；DSC-3型差示扫描量热仪：瑞士梅特勒-托利多公司产品；WJ-DW-100冷冻柜：深圳长旭制冷设备有限公司产品；800Y高速多功能粉碎机：永康市铂欧五金制品有限公司产品；核磁共振分析仪：上海纽迈电子科技有限公司产品。

1.3 实验方法

1.3.1 冻华夫面团制作与加工冷冻面团制作：将预拌粉、黄油、牛奶、鸡蛋等配料按一定比例混合，充分搅打至混合均匀，将调制完成的面团，分割成（50±5）g的小面团，搓圆后放置于自封袋，放入-65℃冰箱中冷冻120 min，使面团中心温度达到-20℃，后将面团放入-18℃冰箱冷冻保存。

冷冻面团解冻：将面团从自封袋中取出，放置于托盘中，在25℃、相对湿度80%条件下解冻30 min，使面团中心温度达到5℃。

冷冻面团醒发：将解冻后的面团置于醒发箱中，醒发温度37℃、湿度80%、时间2 h。

1.3.2 冻藏时间对冷冻华夫面团体系指标的影响试验取冻藏时间为0、90、120、150 d的冷冻面团，分别测定冷冻华夫面团的水分含量、水分分布、酵母含量、产气能力、持气能力、DSC，研究不同冷藏时间对冷冻华夫面团体系指标的影响。

那么，从什么时候开始就让孩子意识到他不是家庭的核心比较好呢？按照《法国妈妈育儿经》的说法，从孩子婴儿期就可以开始，不是他饿了，就第一时间送上食品；也不是他想半夜起床7次，父母就跟着睡不到好觉……听上去法国父母好像蛮冷血的，我们不一定要做到那么严苛，但至少可以做到不要在孩子面前，24小时、365天都是牺牲狂。要知道，很多熊孩子，不一定是因为父母特霸道，恰恰是因为父母在他面前，太圣母太圣父。

1.3.3 冻藏时间对冷冻华夫面团体系指标的影响试验按照试验方法1.3.1方法，制备不同添加剂种类和质量分数的冷冻华夫面团。谷朊粉（1%、2%、3%、4%、5%），黄原胶（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%），羟丙基甲基纤维素（HPMC）（0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%），结冷胶（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）。取冷冻华夫面团在4℃条件下解冻12 h，后将样品放入-65℃条件下冷冻120 min，放入-18℃条件下冷冻储存10 h，此为冻融一次。反复冻融5次后测定冷冻华夫面团的水分分布、酵母含量、产气能力、持气能力。

1.3.4 冷冻华夫面团水分质量分数测定参考GB 5009.3—2016方法[4]，直接干燥法。取洁净的玻璃制扁形称量瓶，置于101~105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热1 h，取出盖好，置干燥器内冷却0.5 h，称量，并重复干燥至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重。称取5 g（精确至0.000 1 g）解冻后的冷冻华夫面团，放入此称量瓶中，均匀铺满底部，加盖，精密称量后，置于101~105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥12 h后，盖好取出，放入干燥器内冷却0.5 h后称量。然后再放入101~105℃干燥箱中干燥1 h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5 h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重，计算出面团的水分质量分数。每个样品重复3次。

1.3.5 冷冻华夫面团酵母含量测定参考GB 4789.15—2016方法[5]，酵母平板计数法，并结合实际做出略微改动。称取1 g解冻后样品，加入9 mL蒸馏水，充分振摇，制成体积比为1∶10的样品匀液。取1 mL样品匀液注入含有9 mL蒸馏水的试管中，在旋转混合器上混匀，得到1∶100的样品匀液。重复上述操作，直至得到适宜稀释倍数的样品匀液。分别吸取两个浓度的样品匀液各1 mL于无菌平皿内。同时分别吸取1 mL蒸馏水加入2个无菌平皿作空白对照。将15~20 mL冷却至46℃的马铃薯葡萄糖琼脂倾注平皿，并转动平皿使其混合均匀。置水平台面待培养基完全凝固。后转至（28±1）℃培养箱培养3 d，观察并记录菌落总数。

1.3.6 冷冻华夫面团水分分布测定利用低场核磁共振技术（LF-NMR）对冷冻面团的水分进行研究[6]，测定结合水、半结合水、自由水。试验参数：重复采样等待时间TW=2 000 ms、回波时间TE=1 ms、采样点数TD=300 028、回波次数NECH=3 000、重复扫描次数NS=8。每个样品重复3次。

1.3.7 冷冻华夫面团产气能力测定冷冻面团产气能力测定[7]，装置如图1所示，测定前，将25 g冷冻面团在25℃、相对湿度80%的条件下解冻30 min。当面团中心温度达到5℃左右时，取出面团。立即将面团放入锥形瓶中置于37℃水浴锅中水浴加热，将导管插入盛有稀酸溶液的倒立量筒中，记录面团投入后5 min的气体体积为V1，60 min后记录气体体积为V2，产气能力F按公式（1）计算，每个样品重复3次。

式中：F为面团产气能力，mL/g；m1为称取的面团质量，g；V1为5 min时气体体积，mL；V2为60 min时气体体积，mL。

1.3.8 冷冻华夫面团持气能力的测定冷冻华夫面团持气能力的测定步骤如下：将冷冻面团在25℃、相对湿度80%的条件下解冻30 min。当面面团中心温度达到5℃左右时，取出面团。取5 g面团铺满10 mL量筒底部，记录此时面团体积为V3，将量筒放入(37±1)℃恒温培养箱中醒发60 min，后记录此时面团体积为V4，面团持气能力C按公式（2）计算，每个样品重复3次。

图1 排水法测定产气能力装置示意图Fig.1 Schematic diagram of measuring gas production capacity by drainage method

式中：C为面团持气能力，mL/g；m2为称取的面团质量，g；V4为60 min时面团体积，mL；V3为0 min时面团体积，mL[8]。

2 结果与分析

2.1 冻藏时间对冷冻华夫面团品质特性的影响

2.1.1 冻藏时间对水分质量分数的影响由图2可知，高油脂冷冻面团的吸水过程主要集中冻藏初期。当冻藏时间为90 d时，水分质量分数为25.36%，与对照组相比，增幅高达13.62%。120、150 d的水分质量分数分别为25.40%和25.44%，变化不大，趋于稳定。在冷冻面团速冻过程中，冷冻环境中的水分在浓度差的作用下迁移至面团内部，因此，冻藏初期是水分质量分数变化的主要阶段。在整个冻藏过程中，水分质量分数的变化处于酵母发酵最适水分含量范围，因此，冻藏过程中水分质量分数的变化不是导致面团品质变化的主要影响因素。

2.1.2 冻藏时间对水分分布的影响在低场核磁方法分析中，横向弛豫时间（T2）和弛豫强度（A2）是分析水分在物料中分布情况的重要指标。T2一般指示质子与物料结合的难易程度，常常分为结合水、半结合水和自由水。其中，自由水可用其含量表征冰晶体对面团机械损伤的程度[9-12]。T2分别为T21（0.1~4 ms）、T22（4~100 ms）和T23（100~1 000 ms）。由图3可知，冷冻面团中的水分分布主要以半结合水为主，冻藏时间对结合水的影响不大，但对半结合水和自由水的影响显著。随着冻藏时间的延长，半结合水出现右移现象，同时质量分数降低，0、90、120、150 d的A22相对含量分别为0.79%、0.77%、0.74%和0.72%。冷冻导致自由水质量分数的增加，与空白对照相比，90、120、150 d的自由水质量分数分别增加了0.60%、3.27%和4.45%。这是因为冻藏过程中，伴随着重结晶作用，面团网络结构和成分遭到破坏使得部分不可冻结水转变成可冻结水，因而增加了可冻结水质量分数。由此可知，自由水造成的冰晶体机械损伤是导致面团品质变化的重要因素。

图2 冻藏时间对水分质量分数的影响Fig.2 Effect of freezing time on moisture content

图3 冻藏时间对水分分布的影响Fig.3 Effect of freezing time on water distribution

2.1.3 冻藏时间对酵母含量的影响由图4可知，0、90、120、150 d冷冻面团酵母含量分别为125、98、90、74 CFU/g，可以看出，酵母含量变化显著，5个月内减少了40.8%，并且在120 d后，降速加快，这是由于面团在冻藏过程中，随着冰晶的形成与成长（结晶与重结晶过程），面团的面筋结构受到破坏，酵母受到冰晶体挤压[13-16]，低活力酵母的死亡和冰晶体的机械损伤导致酵母含量减少，活性降低。随着冷冻时间的延长，特别是冻融次数的增加，冰晶体造成的机械损伤成为酵母含量减少的主要原因，因此，控制冰晶机械损伤，减缓酵母死亡是解决冷冻面团品质降低的重要方法。

图4 冻藏时间对酵母含量的影响Fig.4 Effect of freezing time on yeast quantity

2.1.4 冻藏时间对产气能力的影响与酵母含量趋势一致，随着冻藏时间的延长，酵母的产气能力也呈现了下降的趋势，冻藏150 d的面团的发酵能力相比新鲜面团发酵力下降约40%（见图5）。这是因为酵母含量的减少，降低了产气效率。与酵母数量在150 d开始出现数量降速增大的现象不同，从90 d开始，酵母的产气能力就开始下降，说明，随着冷冻时间的延长，酵母不仅在数量上减少，酵母活力也有所下降，并且从90 d开始就出现活力降速增大的现象。

2.1.5 冻藏时间对持气能力的影响由图6可知，随着冷冻时间的延长，面团的持气能力显著降低，在经过冷冻加工后面团的持气能力下降约30%，并且发现，面团持气能力的下降速率大于面团产气能力的下降速率，说明除了酵母活力和数量降低造成的面团持气力降低外，还有别的因素影响影响面团品质。小麦淀粉通过与蛋白质相互作用，即大分子上的部分基团可以相互键合，从而赋予了面团独特的网络结构。冷冻处理增大了面筋蛋白和小麦淀粉的破损程度，造成网络结构不充分，持气能力下降，因此，提高面团中蛋白质含量有助于提升面团的持气性能。

图5 冻藏时间对产气能力的影响Fig.5 Effect of freezing time on gas production capacity

图6 冻藏时间对持气能力的影响Fig.6 Effect of freezing time on gas holding capacity

2.1.6 冻藏时间对持气能力的影响由DSC结果可知，在85~100℃时出现峰，可能为淀粉糊化所需要的焓值，随着冻藏时间的增加，焓变逐渐变小，淀粉糊化所需要的能量变小，可说明随着冷冻面团的冻藏期的增加，对淀粉有损伤，使得淀粉更易糊化，因此焓值变小。通过焓变值发现在长期储存时，淀粉的老化现象才有所体现，但依旧影响很小。同时，未经糊化过程，淀粉的老化更取决于自身的淀粉种类影响。

2.2 不同添加剂对冷冻华夫面团品质特性影响

2.2.1 不同添加剂对水分分布的影响与空白对照相比，添加剂的加入强化的质子与物料结合的亲密程度，使得T2左移，其中对半结合水和自由水的影响较为显著[17]。HPMC、谷朊粉、结冷胶和黄原胶的T22时间由对照组的22.22 ms分别左移至20.73、16.83、19.34、20.72 ms。由于添加剂的加入增加了氢键的结合位点，强化了质子与物料相互作用的强度，使得部分自由水向半结合水和结合水迁移[6]。HPMC、谷朊粉、结冷胶和黄原胶的自由水水分质量分数相对于对照组分别减少了1.25%、0.29%、1.00%和1.55%。因此，单从对水分分布的影响来看，谷朊粉和黄原胶具有更大的效果，结果见图7。

图7 不同种类添加剂对水分分布的影响Fig.7 Effect of different modifiers on water distribution

2.2.2 不同添加剂对酵母含量的影响在冻藏过程中，冰晶体的机械损伤是造成酵母含量减小的主要原因，配方中添加剂可强化网络结构，限制水分迁移，降低冰晶体的增大，有利酵母的保护和活性的提高。由图8可知，结冷胶作用效果不显著，谷朊粉、黄原胶、HPMC对酵母的保护作用效果明显，随着添加量的增加酵母含量呈现增加的趋势[18]。以质量分数计，当谷朊粉4%、黄原胶0.6%、HPMC1.5%，酵母含量达到最大值，分别为1.87×108、1.68×108、1.72×108CFU/mL，与对照组相比，酵母数量分别增加了130.94%、107.48%和112.63%。但是，过高浓度容易导致酵母含量的减小，这可能是过量的添加剂超过了醇溶蛋白和麦谷蛋白形成面筋的最适比例，导致其对面筋起到弱化作用，面筋空间结构变得松散，各指标呈下降趋势[19]。黄桂东[7]也发现添加剂过量时容易导致面团品质变差的现象。另外，添加剂含量过高时，面团的吸水量和渗透压增加，也会导致酵母细胞生长缓慢甚至死亡[20-21]。

2.2.3 不同添加剂对酵母产气能力的影响影响面团产气能力的因素较多，一般包含酵母含量和活性、面团蛋白网络结构、可利用糖含量等[20]。由图9可知，添加剂的加入对于酵母的产气能力具有一定提升作用[22]，随着添加剂含量的增加呈现先增大后降低的趋势，其中谷朊粉质量分数为4%时，酵母产气能力最大为0.65 mL/g，HPMC质量分数为1%时，酵母产气能力最大为0.57 mL/g，结冷胶质量分数为0.6%时，酵母产气能力最大为0.35 mL/g。在添加黄原胶时，冷冻华夫面团的产气能力随添加量的增加而增加，当黄原胶质量分数为0.6%时，酵母产气能力最大为0.59 mL/g。谷朊粉、黄原胶、HPMC对酵母产气能力的影响较大，同时按影响程度，谷朊粉＞黄原胶＞HPMC＞结冷胶。

图8 不同种类添加剂对酵母含量的影响Fig.8 Effect of different modifiers on yeast quantity

2.2.4 不同添加剂对面团持气能力的影响由图10和图11可知，4种添加剂的加入均可提高冷冻面团的持气能力。其中，谷朊粉对冷冻面团的持气能力影响最为显著，与对照组相比，持气能力由0.05 mL/g提升至0.21 mL/g。黄原胶、HPMC的加入使冷冻面团的持气能力分别由0.05 mL/g提升至0.15 mL/g和0.15 mL/g。鲍宇茹等人[23]，唐语轩等人[24]的研究也有相似规律，黄原胶、HPMC对冷冻面团的持气能力提升有促进作用[22]。结冷胶对冷冻面团持气能力的影响较其他3种添加剂相比提升效果不明显，仅由0.05 mL/g提升至0.13 mL/g。

图9 不同种类添加剂对产气能力的影响Fig.9 Effect of different modifiers on gas production capacity

图10 不同种类添加剂对持气能力的影响Fig.10 Effect of different modifiers on gas holding capacity

3 结语

通过对不同冻藏时间（0、90、120、150 d）的冷冻华夫面团水分质量分数、水分分布、酵母含量、酵母产气能力、面团持气能力等指标性能的研究，发现水分迁移和重结晶形成的机械损伤导致酵母活性降低、面团持气能力下降，产品品质变差，降低冰晶体机械损伤和提升面团网络结构是改善冷冻面团品质的重要方法。研究了4种不同类型的添加剂（谷朊粉、黄原胶、HPMC、结冷胶）对冷冻面团冻藏期间品质的作用效果，发现谷朊粉和黄原胶的效果较佳，与对照相比，谷朊粉提升酵母含量131%，提升产气能力210%，黄原胶提升酵母含量107%，提升产气能力181%。