冷冻改良剂在速冻面条中的应用现状及其研究进展

曹佳兴，张国治*

（河南工业大学 粮油食品学院，郑州 450001）

面条是我们日常生活中最为常见的一类主食。特别是在北方，面条更是餐桌上的“常客”。面条有着较好的特性，同时也有着较大的缺陷。由于面条中水分和营养物质含量较高，所以通常只能作为新鲜食品，在短时间内被食用，否则品质将会下降。

通过现有的工业技术生产的速食面主要有鲜湿面、方便面、挂面和速冻面。近年来，人们对于食品的营养性、健康性有了更高的要求[1]，方便面含油脂过高，在高温处理过程中往往会产生一些对身体不利的物质；挂面食用口感风味不佳往往也影响人们消费。速冻面、米制品等深加工食品发展时间较短[2]，近年来随着冷链物流的出现，速冻面食得到迅速发展，即便如此我国在速冻制品领域还与发达国家有着不小的差距。因此，分析研究速冻面在生产运输贮藏中存在的物性学变化具有非常重要意义[3]。

到目前为止，冷链技术还无法精确控制温度恒定，改善冷冻面制品品质和延长货架期的方法还需要依靠改良剂。在工业应用中，改良剂可以弥补冷冻加工工艺的不足之处，能够有效地改善面条在冷冻贮藏过程中的品质。对冷冻面制品中冷冻改良剂的研究状况和进展进行综述，以便为将来的进一步研究提供充足的理论依据。

1 冷冻储藏对面条的影响

冷冻过程中面条内产生冰晶，会对面条品质产生较大影响。面条的烹饪性能会降低。并且随着冷冻贮藏时间的延长，面条的剪切力、拉伸力、延伸率等抗冻性能会有较大变化。

1.1 对面条质构的影响

质构是评价面条的重要参考因素，它决定了消费者对产品的接受程度[4]。硬度和粘度分别代表了面条的强度和拉伸性能，是非常重要的烹饪参数[5]。在长时间的冷冻过程中，面条的质构会发生较大的变化；长时间冷冻储藏会导致面条硬度降低，从而导致面条劣变。其原因主要是因为在长期冻藏过程中，面条内部产生冰晶，冰晶的生长和迁移会对面筋蛋白构成的网络造成机械损伤，从而对面条筋度、硬度产生影响[6]。

Edwards,Izydorczyk等[7]通过拉伸试验发现，随着冷冻储藏时间延长，拉伸力和拉伸距离逐渐降低，经过长时间冷冻后，该下降趋势显著。面条拉伸品质的变化可能是面条在冷冻贮藏过程中自身结构变化造成的；也可能是由于面条内部的水分迁移以及冰晶体的形成和生长，破坏面筋网络，同时使蛋白质二级结构破坏，导致面筋结构松散从而对面条的拉伸品质产生负面影响。

1.2 蒸煮性能的影响

蒸煮性能主要是根据蒸煮损失和吸水率来确定。蒸煮损失定义为面条经过煮制后残留在面汤中固形物的总量，造成蒸煮损失的主要原因可能是在蒸煮过程中面条内直链淀粉的溶出和一些可溶性蛋白的溶解[8]。蒸煮损失是面条品质的重要表现，蒸煮损失越大，浑汤越严重，面条品质就越差；而面汤内固形物的含量常常被用于评价面条蒸煮性能的重要指标。

贮藏初期面条质量良好，但随着冷藏时间延长，面条经过蒸煮后面汤内固形物质量增加，面条损失增加。说明在冻藏过程中面条结构受到了破坏。在冷冻过程中，冰晶的形成、生长和再结晶是造成面条蒸煮损失增加的主要原因。自由水转化成冰导致面条内部的空隙变大，面筋网络结构变得松散，面筋网络与淀粉结合程度降低，从而导致淀粉颗粒更容易析出。吸水率是指面条的吸水能力，是冷冻面条持水能力的一个指标[9]。冷冻面条的吸水率随着冷冻贮藏时间延长而降低，面条水分吸收率的下降与冷冻面在冷冻贮藏过程中持水能力的改变有关；主要还是因为冰晶造成面筋网络结构的破坏，使得面筋网络的持水能力降低，从而导致冷冻面条在煮制时吸水率降低。

1.3 水分的影响

水作为一种活性物质，对于食品质量有着重要的影响，特别是对于冷冻食品的影响尤为明显[10]。由于冷冻面条的含水量较高，大部分水分可以转化为冰晶；其中与面筋和淀粉结合的水流动性较差[11]；另一类水与面筋、淀粉结合较弱。结合度低的水相比结合度高的水有着更强的活性和流动性[12]。面条内的半结合水和游离水对冰晶的数量、大小以及分布起着至关重要的作用。随着冷冻贮藏时间延长，面条内可冻结水含量增加，导致面条的感官和质构下降[13]。

可冻结水量的增加可能是面条中部分自由水游离于面筋网络或淀粉中,在冷冻贮藏过程中由于温度变化形成冰晶和再结晶，使面团内的面筋结构受到了较大程度的破坏，而面筋网络的破坏又导致其保水能力下降，进而使面条中出现更多的可冻结水，这些可冻结水又会形成更大的冰晶,对面筋网络造成进一步地破坏，导致原来结合紧密的网络结构形成疏松、破碎的结构，这会使面筋的保水能力进一步下降，从而在冷冻面条内部出现恶性循环，面条的持水能力大幅度降低。这一影响在冷冻面条复热的过程体现的尤为明显，有研究表明，随着冷冻贮藏时间延长，面条内高湿度区域减少，这说明长时间的冻藏使面条的吸水率降低，面条的持水能力下降，面条品质劣变[14-15]。

2 冷冻改良剂

在冷冻面条的生产加工过程中，抗冻剂可提升面条抗冻性能，这是改善面条在冷冻贮藏期间品质的重要手段。冷冻改良剂通常能够提高面条内结构的稳定性；强化面筋网络结构；抑制可冻结水的形成；延缓冰晶的生长，从而能够使冷冻面条在冷冻贮藏期间更加稳定。目前工业生产中常用到的抗冻改良剂可分为以下几类：食用胶体、乳化剂、抗冻酶制剂及复合磷酸盐。

2.1 乳化剂

乳化剂是食品生产中一种重要的添加剂，作为表面活性物质，乳化剂是由非极性的亲油性基团和极性的亲水性基团组成。这两部分分别处于分子两端，因此乳化剂具有良好的亲水、亲油性。

在冷冻面条生产中它能够降低水表面张力，减缓面条内冰晶的生长，保持面条结构强度。蓝天凤[16]研究发现β-环糊精和硬脂酰乳酸钠都会对水分迁移产生影响，它们都能够降低面条内自由水含量，增加结合水含量，有效抑制面条在冻藏时水分的迁移。使其无法生长成较大的冰晶，从而能够有效地抑制面条在冷冻贮藏过程中的损伤。除此之外，乳化剂还有乳化、分散、增稠、润滑等效果，在食品生产中也都有较好的体现。乳化剂与蛋白质的结合形式取决于蛋白质的结构和乳化剂的类型，在冷冻面条生产过程中，乳化剂亲水基团与麦醇溶蛋白结合，亲油基团与麦谷蛋白结合，面筋结构相互缠联形成大分子面筋网络。Ribotta等[17]发现添加DATEM可以增加冷冻面团的面筋强度。面团内面筋结构进一步加强，制得的面条也有较好的弹性和韧性，在冷冻贮藏时也会更稳定。乳化剂与淀粉主要是通过疏水作用结合，少部分也会以形成氢键的方式结合。刘海燕等[18]研究发现冷冻面条烹煮时，淀粉颗粒从面筋网络结构中析出，溶于面汤，导致浑汤，造成蒸煮损失。而乳化剂与淀粉结合形成络合物，能增强面条内淀粉分子与面筋网络的结合度，面条在复热时能够减少淀粉的析出，降低蒸煮时的面汤的浑浊度，提高其烹饪性能。除此之外乳化剂还能延缓淀粉的老化，提高面条的弹性、韧性、咀嚼性以及营养性。任顺成等[19]发现SSL与面筋蛋白发生强烈的交互作用，形成面筋-蛋白复合物，这种复合物能与直链淀粉发生交联作用，形成稳定的复合结构。虽然目前关于乳化剂在食品中的研究较多，但是不同加工工艺中所需要的乳化剂还是有较大差异。

2.2 食用胶体

亲水胶体是含有大量亲水基团的高分子长链聚合物，其化学成分以蛋白质和天然多糖为主,在自然界中分布较广泛。在面制品中能与蛋白质和淀粉等聚合物竞争水分，亲水胶体具有良好的凝胶性、增稠性、稳定性、持水性、附着性[20]。亲水胶体的结构以及添加量在很大程度上决定其性能；同时，冷冻面条的配方以及生产工艺也会对其性能产生较大影响。生产冷冻面条时，利用亲水胶体的增稠性和凝胶特性，添加少量的亲水胶体便能使面团粘度提高而且不易发生脱水[21]。胶体具有很强的持水性，在冷冻过程中，胶体可以减少自由水的移动，提高面条的冷藏稳定性，减缓冰晶对面条内面筋网络结构的破坏[22]。使冷冻面条的质量得到较大的改善。

目前关于食用胶体在面制品中的研究还是集中在添加食用胶后面团的流变性能以及面团质构改善等宏观方面。万金虎等[23]通过对照工业生产中四种常见亲水胶对面条的影响发现，黄原胶和魔芋胶对面团吸水率的提高较为显著；Lauren Tebben[24]也在研究中发现当黄原胶添加量大于等于0.4%时，面条的粘性较好但延展性较差，添加量为0.1%～0.4%时面团的延展性和粘度提升较为均衡，大量的黄原胶可能会影响面条强度。而Zannini等[25]发现，随着黄原胶添加量的增加，面条强度减弱，并且提出亲水胶体会破坏面筋网络而不是增强面筋网络。在工业生产中，确定食用胶体的最佳添加量是非常关键的。薛淑静等[26]通过正交实验发现添加混合凝胶(0.5%黑木耳多糖、1.0%南瓜多糖、1.0%魔芋粉)时面条的综合得分最高，面条的感官品质最好；同时面条的抗冻性能和蒸煮性能也有了较大的提高。现阶段的研究主要是通过动态力学热分析 （DMTA）、扫描电镜（SEM）、聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS–PAGE）等研究食用胶对面筋蛋白结构的影响。Kontogiorgos[27]采用（Cryo-SEM）发现随着冻藏时间延长面筋网络结构强度明显降低。万金虎[28]利用（SEM）和（DSC）观察冻藏28 d后的添加食用胶的面团发现，面团内可冻结水含量明显降低，面条内冰晶的重结晶现象较弱，面筋网络结构相对完整。

2.3 酶制剂

酶制剂是食品工业中非常重要的一类添加剂，它广泛应用于焙烤行业、面粉深加工、速冻食品生产行业。酶制剂是酶经过提纯或者从生物体中提取，经过一定的处理后具有催化活性的生物制品[29]。酶制剂主要的来源是生物提取，安全性更高，更能让人们接受。而且相比其他添加剂，酶制剂的作用效果更显著、作用条件温和、效率更高。

现阶段的研究主要集中在常用酶制剂 (葡萄糖氧化酶、谷氨酰胺转氨酶、木聚糖酶、α-淀粉酶等)对面团品质的影响和工艺的优化。袁永利等[30]研究发现，在面粉中添加GOD和TG能有效改善面团的稳定性，改善相关制品的冻藏稳定性。Eugenia等[31]研究发现经过GOD处理的面团比容大，抗冻性强。在工业应用中谷氨酰胺转氨酶和葡萄糖氧化酶对面团的改良效果更显著，这也印证了学者们的研究。但是目前大量的研究都集中在面团及其制品品质改良层面，而酶制剂对麦谷蛋白和醇溶蛋白作用机理的研究，蛋白质二级结构变化以及蛋白质的组成等方面的研究仍然不够深入。孔晓雪等[32]通过研究酶制剂对面团蛋白组分的影响发现在面团中加入这两种酶制剂，随着添加量的增加，面筋中的醇溶蛋白下降显著，谷蛋白大聚合体的含量上升，这说明这两类酶制剂都能在面筋蛋白内形成谷蛋白大聚合体，促进蛋白质交联，达到了增筋的效果。而Gupta[33]研究认为，GOD和TG对低分子量蛋白的交联没有显著作用。Steffolani等[34]研究显示，GOD主要通过氧化面筋蛋白中的-SH，促进-SS的生产，从而使蛋白质之间发生交联，使面筋结构更稳定。但是TG酶对面筋蛋白中-SH的减少机制目前还没有明确解释。随着食品工业的发展，越来越多的复合酶制剂应用在工业生产中，相比单一酶制剂，复合酶制剂的协同作用对面团改良效果往往要强于单一酶制剂。严晓鹏等[35]研究发现真菌木聚糖酶、纤维素酶、真菌α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶对面筋结构改良具有显著效果。

目前应用于冷冻面条中酶制剂的种类较多，但是对于酶制剂的作用机理还有待深入研究。单一酶制剂的作用效果往往不及复合酶制剂，因此研发复合酶制剂也有着较大的意义。酶制剂不仅可以与不同种类酶制剂复合使用，还可以将其与其它改良剂复合使用，利用协同作用提高改良效果。改良剂的协同性作用研究也是添加剂研究的热点问题。

2.4 复合磷酸盐

复合磷酸盐作为改良剂和食品配料广泛的应用于食品行业，在面制品中磷酸盐可以改善面条弹性，降低冷冻面条表面裂痕，所以近年来磷酸盐在面条生产中的应用越来越广泛。中国食品添加剂使用卫生标准中对食品中磷酸盐种类和标准用量做出了明确规定，面制品中常用的磷酸盐为焦磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸二氢钠。工业中常把这四种磷酸盐按照一定比例复配后添加到面制品中，其分子量及在食品工业中主要用途和用量表见表1[36-38]。

表1 面制品中常用的磷酸盐 单位：g/kg

复合磷酸盐可以改善冷冻生面条的冻藏稳定性、解决面条在复热过程中存在的糊汤、不耐住、弹性差及断条等一系列问题。吴雪辉等[39]研究发现，将焦磷酸钠、磷酸二氢钠、三聚磷酸钠和偏磷酸钠按照一定比例复配后能增强面条的弹性和韧性，改善面条等蒸煮品质，有效降低面条糊汤率。这主要是因为磷酸盐使面筋蛋白充分吸水溶胀，强化了面筋网络结构，使面条稳定性提高，在冷冻贮藏过程中有较好的表现。王佳玮等[40]发现将0.3%的磷酸二氢钠添加到冷冻面团中能够极大程度地增强冷冻面团的弹性和韧性，这说明磷酸二氢钠的加入能改善面团的内部结构。Li等[41]经过研究认为磷酸盐在面条中主要是通过螯合金属离子、强化面筋网络结构、增强面条保水性来改善面条品质，同时磷酸盐的加入可以促进面筋蛋白与淀粉的交联作用，在面条复热时淀粉不易溶出，极大地改善了面条的烹饪性能。

虽然复合磷酸盐对面制品有极其显著的改良效果，但是现阶段磷酸盐的使用仍然存在一系列问题。磷酸盐的适量添加可以提高食品品质，但是过量添加又会造成食品品质劣变。刘瑞莉等[42]将常用的三种磷酸盐按照不同量加入到面条中发现，随着磷酸盐添加量增加，面条的蒸煮损失也在增加。人体对磷酸盐正常摄入量为2.7～4.5 mg/dL，正常摄入磷酸盐有益人体健康，但过量摄入又会诱发一系列疾病[43]。目前食品行业中对磷酸盐应用日益广泛，人们日常摄入磷酸盐的量也会有所增多，因此现阶段在保持食品质量的同时应该尽量减少磷酸盐的使用。今后的研究重心可能会放在寻找磷酸盐与其它添加剂的最佳复配组合、寻找和开发磷酸盐替代品等问题。

3 总结与展望

速冻面制品改良剂可以通过提高面条的吸水能力和保水能力、增强面筋网络结构的强度、控制冰晶的大小、延缓冰晶生长的速度等方面改善面条的品质。但要生产更高质量、高营养的速冻面，对于改良剂的优化还可以从以下几点进行。

3.1 研发优质改良剂和复配改良剂

速冻面的改良剂类型多，其作用机理以及作用效果也有所差异。乳化剂和酶制剂可以强化面筋网络，食用胶有较好的持水能力，对面条的抗冻改良效果较好。使用单一改良剂在添加到一定量时可能会对产品的某一项性能产生劣变影响，而改良剂复配后之间产生协同作用，对产品的改良效果往往要优于单一改良剂。因此复配改良剂研究和开发依然是现阶段及将来速冻食品领域研究的重要内容之一。

3.2 研发天然食品改良剂

营养、健康是现阶段人们对于食品的基本要求，天然食品改良剂更能被消费者接受，但是目前天然改良剂的种类较少，在实际工业生产中的效果也远不及其它改良剂。我国作为小麦、玉米的生产大国，谷阮粉、玉米醇溶蛋白等天然改良剂没有被广泛使用，所以我国天然改良剂的研发还有较大的空间。特别是现在人们生活质量不断提高，“天然”产品越来越受欢迎，因此，加强天然改良剂的研发有着重大的意义和更好的前景。

3.3 深入研究改良剂的作用机理

改良剂作用机理的研究是为了优化速冻食品工艺、提高速冻食品质量是其最基本的研究内容，只有深入研究改良剂机理，才能更好地开发优质改良剂。但是目前对酶制剂作用机理的研究还不够深入，对酶制剂的研究也仅仅是集中在产品品质改良层面。因此在后续的研究过程中，改良剂的作用机理，特别是酶制剂的作用机理将会是研究的重点内容。