胡萝卜抗冻蛋白对亚冻结下冻融面团品质的影响

张艳杰，王金慧，张少辉，艾志录，潘治利，李 真，范会平

·农产品加工工程·

胡萝卜抗冻蛋白对亚冻结下冻融面团品质的影响

张艳杰，王金慧，张少辉，艾志录，潘治利，李 真，范会平※

（1. 河南农业大学食品科学技术学院，郑州 450002；2. 农业农村部大宗粮食加工重点实验室，郑州 450002；3.河南省冷链食品工程技术研究中心，郑州 450002）

为了探究胡萝卜抗冻蛋白（Carrot Antifreeze Proteins,CaAFPs）对不同冻融循环下面团性质的影响，该研究将CaAFPs按照0.5%的比例添加到面团中，并以未加入CaAFPs的面团作为对照。通过比较4 ℃冷藏、-12 ℃亚冻结冻藏以及-18 ℃冻藏下3种储藏温度下，以冻融处理为辅助手段，测定不同条件下面团的含水率、失水率、可冻结水含量、质构特性以及pH值等指标的变化趋势，以此来研究CaAFPs对冻融下亚冻结面团性质的影响及机理。结果表明：经过5次冻融循环后，对照组面团的失水率呈现不同程度的上升趋势（<0.05），加入CaAFPs后，有助于延缓面团水分的散失，各组失水率均有所下降。对照组含水率呈现不同程度下降趋势（<0.05），加入CaAFPs后，含水率较对照组高（<0.05）。对照组面团的可冻结水含量呈现不同程度的上升趋势（<0.05），加入CaAFPs后，对面团的网络结构有一定的保护作用，可冻结水含量均有所下降。对照组硬度、胶着性呈现上升趋势（<0.05），弹性、黏聚性和咀嚼性呈现下降趋势（<0.05），加入CaAFPs后，在一定程度上可以改善面团的质构特性，使得质构变化缓慢些。对照组面团的pH值呈现不同程度下降趋势（<0.05），加入CaAFPs后，可以延缓面团酸化现象，面团的pH变化趋势变小。以上说明添加CaAFPs对冻融面团品质具有一定的保护作用。研究结果为CaAFPs在冷冻面团中的应用以及优化冷冻储藏温度等提供一定的参考，面团在亚冻结冻藏-12 ℃下能够保持较好的性质，故可考虑将面团储藏在-12 ℃下以节约能源消耗并能保持其较佳的状态，同时也拓宽了在亚冻结状态下研究抗冻蛋白的性质的研究思路。

蛋白；品质控制；胡萝卜；抗冻蛋白；冷冻面团；冻融循环；亚冻结

0 引 言

目前，冷冻面团在各个国家应用十分普及，尤其是在面包加工以及馒头制作等面制品加工行业中应用十分广泛[1]。中国拥有非常悠久的面制品加工历史，食品种类经过长时间的发展已经变得相当丰富，面食作为传统主食包括了非常多的种类，如馒头、春卷、饺子等传统食物，以及面包等[2]。冷冻面团的发展将会给中国面制品的发展带来很大的助力。在北京、上海、广州等地区，有些连锁面包店为了能更好统一生产标准，已经开始采用冷冻面团类的半成品进行后续产品加工。冷冻面团技术从20世纪50年代才开始发展，在切断和面之后，将处理好的面团整形分装后进行冷冻，运往其他地区后进行后续加工。冷冻面团被研制出来的目的是为方便贮存和运输，其在很大程度上可以起到扩大销售面积，减少生产成本，以及提高生产的标准化的作用[3]。冷冻面团还具有优越性，在保证面团质量的同时可减少生产成本和劳动力，目前已经被国内外烘焙行业使用，并在全球得到迅速发展[4]。尽管中国的冷冻面团技术发展十分迅速，但是相较于国外冷冻面团在面包上的应用，仍有许多不足之处，如理论研究相对较少，且在应用时也存在着许多问题，如冷冻过程中的干耗，冻烧结现象会导致面团干裂以及变质等问题[5]。

冷冻面团在运输和贮存过程中会受到诸多因素的影响，如温度的波动会导致重结晶现象，影响到面团的许多性质，致使面团的加工性能变差[6]。此外，面团中的可冻结水在冻结过程中会破坏酵母的细胞结构，使得酵母细胞内的还原性物质如谷胱甘肽等外泄，破坏面团的面筋结构，致使面团的质构特性改变，如硬度增加，咀嚼性变差等[7]。

大量文献表明抗冻蛋白对于延缓冷冻面团品质劣变，保护面筋蛋白网络结构等方面具有一定的积极作用。抗冻蛋白（Antifreeze Proteins，AFPs）是一类能够抑制冰晶生长，能以非依数形式降低水溶液冰点，但不影响其熔点的特殊蛋白质[8]。抗冻蛋白所具有的这些性质使其成为一种良好的食品添加剂，与其他来源的添加剂相比，消费者更能够接受植物中提取的天然性抗冻蛋白，因此抗冻蛋白具有非常大的潜在价值。其功能特性主要概括为以下几类：热滞活性，修饰冰晶的生长形态，抑制重结晶等[8-9]。

本试验将冷诱导后的胡萝卜中的蛋白质通过盐析的方法提取得到胡萝卜抗冻蛋白（Carrot Antifreeze Proteins, CaAFPs），并将其添加到冷冻面团中进行不同循环次数的冻融处理，分别比较经过4、−12、−18 ℃冷/冻藏后测定面团的品质指标，为探究CaAFPs在冷冻面制品中的应用及选择面团保藏和运输的合适温度提供参考。

1 材料与设备

1.1 材料与设备

金苑特一粉（含质量分数为17%蛋白质，2%脂肪和25%碳水化合物），河南金苑粮油有限公司；安琪活性干酵母，安琪酵母有限公司；CaAFPs（实验室提取）。

1.2 仪器与设备

SCIENTZ-11型无菌均质机，宁波心芝生物科技股份有限公司；TA-XAPLUS型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；DSC-214型差示扫描量热仪，德国耐驰公司；TSK．9416和面仪，厦门灿坤实业股份有限公司；JA2003型电子天平，上海精密科学仪器有限公司；RC-4型单温度记录仪，江苏省精创电器股份有限公司；PHS-3C型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司。

2 试验方法

2.1 胡萝卜抗冻蛋白CaAFPs的提取

参考Ding等[10]的方法，取一定质量于4 ℃条件下冷驯化6 周的胡萝卜块根组织，置于含2倍体积冰缓冲液A（20 mmol /L 抗坏血酸（Vitamin C，Vc）、10 mmol /L乙二胺四乙酸（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid, EDTA）、50mmol /L 三氨基甲烷盐酸盐（Tris Aminomethane Hydrochloride, Tris-HCl），pH值7. 4）的搅拌器中均匀碾磨，然后用单层纱布过滤。液体混合物于4 ℃，100 000 r /min 离心30 min，上清液用2.2～3.5 mol/L硫酸铵沉淀。利用透析袋将沉淀于缓冲液B（50 mmol/L Tris-HCl，pH值7. 4）中复溶透析除盐，后冷冻干燥，即为CaAFPs粗蛋白。以新鲜胡萝卜中总蛋白含量为基数，计算得CaAFPs粗蛋白的得率约为10%。

2.2 热滞活性检测

THA=T−0（1）

（2）

2.3 冻结温度的确定

参考Meng 等[12]的研究，确定了一个亚冻结温度−12 ℃，将其与正常冷冻储藏温度−18 ℃和冷鲜温度4 ℃进行对比。

2.4 面团制作

将原料按照以下比例进行混合，面粉100%，高活性干酵母1.5%，蒸馏水50%，CaAFPs0.5%（CaAFPs组）。和面机和面10 min，压延5次，用保鲜膜包裹，醒发40 min。将醒发后的面团排气后按照每块20 g大小分装，分装好的面团放入塑料盘内保鲜膜包裹，于−30 ℃分别存放10、45、50 min使面团中心温度下降到4 ℃、−12 ℃、−18 ℃，转移入相对应温度冰箱内进行冻藏或冷藏24 h，取出于室温下分别进行0、45、50 min解冻，使其中心温度解冻至到4 ℃。以此为1个冻融循环，共进行5个冻融循环，测定0～5次冻融循环的面团的品质指标。

2.5 冻结-解冻温度曲线

取3个新鲜面团放入−30 ℃冰箱内，利用TP9000数字温度计探头置于面团中心部位，每相隔1 min测定并记录一次样品温度，在面团中心温度分别下降到4 ℃，−12 ℃，−18 ℃时，转移入对应冰箱存放60 min。将冷冻面团从对应冰箱中取出于室温下进行解冻，每隔1 min记录面团中心温度。

2.6 面团失水率的测定

分别称量冷冻前的面团质量1（g）和冻融后的面团质量为2（g），计算面团失水率，如式（3）所示：

2.7 面团含水率的测定

将铝盒置于105 ℃烘箱中烘干至恒量，称量其质量0（g），取1 g左右面团，置于室温下解冻至中心温度4 ℃，将其放入铝盒内，称取质量1（g），在105 ℃烘箱中烘干至恒量，记录质量2（g）。含水率计算公式如下

2.8 面团质构的测定

冷冻面团解冻至4 ℃，用质构仪（P50探头）测定面团的质构特性。得到硬度、弹性、凝聚性、咀嚼性等指标。测试的试验参数是：测前2 mm/s，测中1 mm/s，侧后1 mm/s，压缩比70%，触发力0.049 N，压缩时间间隔5 s[13]。

2.9 面团pH值的测定

面团解冻至4 ℃后，取10 g样品于无菌袋中，向其中加入无二氧化碳的蒸馏水90 mL，利用均质机以12 T/s（每秒12次），均质1 min后测定pH值[14]。

2.10 可冻结水含量的测定

采用差示扫描量热仪对4、−12以及−18 ℃3个水平且冻融循环次数不同的面团进行可冻结水测定。用剃刀取约10 mg不同冻融循环次数下解冻冷冻面团的中心部位样品并称量，密封于小坩埚中，放置于DSC样品池中，以一个空坩埚作为参比。温度程序为在−30 ℃平衡5 min，然后以10 ℃/min升温至15 ℃。记录扫描曲线。通过热分析软件TA Universal Analysis，获得面团的冰晶熔化焓[15]。样品可冻结水含量（F）的计算式如下：

式中∆w为熔化焓，J；∆ Hm=333.3 J/g；为样品质量，g；为样品含水率，g/g。

2.11 数据处理

所有试验数据均重复3次，并以平均值±标准差的数据形式来表示，数据间的差异显著性均采用单因素方差分析（One-way-ANOVA）的方法进行分析，所用软件为SPSS16.0，以<0.05表示所得数据间在统计学上存在显著性差异，并采用Origin2019软件制图。

3 结果与分析

3.1 胡萝卜抗冻蛋白CaAFPs的THA

抗冻蛋白能以非依数性降低溶液的冰点，使其低于熔点，而形成差值，这种差值称之为热滞活性THA[16]。目前，THA是表征抗冻活性的重要指标。

通过DSC对CaAFPs的热流进行测定，其冻融曲线如图1所示。对不同保留温度下的曲线进行分析，测定结果如表1所示。

图1 胡萝卜抗冻蛋白的热流曲线

表1 胡萝卜抗冻蛋白的热滞活性检测结果

3.2 面团冻结-解冻温度曲线分析

利用温度测定仪对面团的中心温度进行测定。如图2所示，将20 g面团置于−30 ℃的冰箱中，使之温度下降至−18 ℃，在−18 ℃的冰箱中储藏60 min，取出于室温下进行解冻，面团中心温度的变化趋势如图2所示。同样将20 g面团置于−30 ℃冷冻，当其中心温度分别下降到4、−12和−18 ℃后，分别将该面团转移到对应的温度下进行储藏，以确定用于储藏面团冰箱的稳定性，其测定结果如图3所示。

图2 冻结-解冻面团中心温度曲线

图3 不同储藏温度面团温度曲线

如图2所示，在−30 ℃冰箱内面团中心温度下降到4 ℃所需时间为10 min左右；下降到−12 ℃所需时间为45 min左右；下降到−18 ℃所需时间为50 min左右。将下降到−18 ℃的面团置于−18 ℃下储藏60 min后，将该面团在室温下解冻。由解冻曲线可知，面团中心温度由−18 ℃上升为4 ℃所需时间为50 min；由−12 ℃上升为4 ℃所需时间为45 min。

由图3可知，在一定的储藏条件下，每个温度下的冰箱中面团的中心温度波动不大，说明冰箱具有一定的储藏稳定性，储藏状态良好。

从该指标中可以得出20 g发酵面团在−30 ℃条件下进行速冻时使其中心温度下降到4、−12、−18 ℃所需时间分别是10、45、50 min，在后续试验中可根据该时间对面团进行速冻。同样，−12和−18 ℃的20 g冷冻面团在室温下进行解冻至4 ℃所需时间也不同，分别为45和50 min。因此，在后续的试验中将以该测试时间对面团进行冷冻和解冻。

3.3 CaAFPs对冻融面团失水率的影响

含水率是影响冷冻面团品质最直接因素之一，冷藏面团在运输和贮藏过程中会发生干耗，冰晶升华等现象，面团内部水分向表面迁移，在面团表面散失，最终使得冷冻面团表皮干燥，含水量下降，加工性能降低，及后续加工产品的品质下降[17]。失水率作为衡量冷冻面团品质的重要指标之一，冻融过程中面团失水率的变化很大程度上反映了面团品质的波动情况。在4、−12、−18 ℃下储藏的添加CaAFPs冷冻面团与对照组面团在不同冻融循环次数下的失水率变化如图4所示。

注：上标不同字母表示相同冻融次数下差异显著（P＜0.05），下同。

由图4可知，经过5个周期冻融循环，对照组和CaAFPs组面团失水率均不断上升，添加CaAFPs的面团在经过5个周期冻融循环后，其失水率增大趋势较对照组平缓，在第5个冻融循环周期时，对照组面团的失水率显著高于CaAFPs组面团（<0.05）。其原因可能是CaAFPs对于面团起到保水作用，CaAFPs通过降低面团中自由水的冰点及控制冰晶长大减弱其对面团面筋结构的破坏，保持面团内部结构的完整性，降低了水分的流失，所以失水率在同一冻融循环周期内低于对照组[18]。4 ℃冷藏面团的失水率在经过5个周期冻融循环后增加趋势显著大于−12 ℃和−18 ℃冻藏面团（<0.05），在第5次冻融循环时面团失水率远大于另外两组（<0.05）；−18 ℃冻藏面团在在经过冻融循环后失水率变化趋势最为平缓；−12 ℃冻藏面团的失水率变化趋势显著低于4 ℃冷藏面团（<0.05），与−18 ℃含水率变化趋势接近。其原因可能是面团中的自由水在冰点温度下冻结为冰晶，其水分流失的途径主要为干耗和升华，其水分流失速率远低于4 ℃冷藏条件下水分的挥发流失[19]。因此如果面团需要较长时间运输或者储藏时，为了避免面团水分的流失，应当选择−12 ℃或者−18 ℃进行冻藏，可以有效抑制面团在储藏或者运输过程中因温度波动导致的水分流失现象。

3.4 CaAFPs对冻融面团含水率的影响

对不同冻融循环次数，冻藏温度以及有无添加CaAFPs的面团含水率进行测定，其测定结果如图5所示。

图5 CaAFPs对冻融循环面团含水率的影响

由图5可知，经过5次冻融循环后面团的含水率显著下降（＜0.05），添加CaAFPs后面团的含水率下降趋势相对平缓，失水较少。原因可能是CaAFPs对面团中的水分具有吸附作用，同失水率指标研究结果保持一致。4 ℃冷藏面团含水率随着冻融循环次数的增加下降较为明显，且第5次冻融循环含水率远低于−12 ℃与−18 ℃冻藏面团（<0.05）；−18 ℃面团含水率下降趋势最为平缓，经过5次冻融循环后失水最少；−12 ℃冻藏面团含水率下降趋势明显低于4 ℃冷藏面团，且与−18 ℃相差不大，主要原因一方面是冷藏或冻藏室温度与面团之间的蒸气压和冰晶升华，面团中水分向外迁移[20]；另一方面冷藏或冻藏引起面筋蛋白发生变性，引起面筋蛋白对水的束缚能力减弱[21]，而在4 ℃下的这两种作用机制最强，−12 ℃次之，−18 ℃最小。该结果与上述失水率测定结果保持一致，相互补充。

3.5 CaAFPs对冻融面团可冻结水的影响

根据水分与面团中分子的结合状态，可以将水分分为自由水和结合水。根据其冷冻的状态不同可将其分为2类：不可冻结水和可冻结水。在经过低温处理之后，只有可冻结水才能够结成冰晶。在冻藏过程中，可冻结水会循环再结晶会导致面筋基质损伤和酵母死亡，影响面团的品质特性[22]。

图6 CaAFPs对冻融循环面团可冻结水含量的影响

由图6可知，添加CaAFPs之后的面团在相同水平的冻融循环次数内可冻结水含量均低于对照组面团（<0.05），在第4次冻融循环后对照组面团的可冻结水含量显著高于CaAFPs组面团（<0.05），而CaAFPs组面团的可冻结水含量增加趋势整体来看相对平缓，并未出现较大波动。其原因可能是所添加的CaAFPs能够和面团中的自由水结合，减少了可冻结水的含量，且由于CaAFPs自身的特殊性，在低温下仍能够保持原有结构，降低周围水分的冰点，使之不被冻结。加入CaAFPs后，重结晶现象受到抑制，面团样品的面筋网络得到了加强，减缓大冰晶引起的破坏[23]。对照组面团在第3次冻融循环后可冻结水含量显著增加（<0.05），其原因可能是经过多次冻融循环，面团的面筋网路结构遭到破坏，部分结合水被释放转变为自由水，增加了可冻结水的含量[24]。4 ℃面团的可冻结水含量相比于−12 ℃和−18 ℃，在经过5个冻融循环之后增加的趋势较为显著，且在第5次冻融循环之后可冻结水含量明显高于−12 ℃和−18 ℃保藏面团。其中−18 ℃面团的可冻结水含量变化趋势最为平缓，且增加量最少。−12 ℃保藏面团的可冻结水含量变化趋势与增加量显著低于4 ℃保藏面团（<0.05），且比−18 ℃保藏面团高，其原因可能是低温束缚氢原子的运动，且温度越低，束缚越强[25]。可冻结水属于自由水，因此自由水的减少降低了可冻结水的含量。

3.6 CaAFPs对冻融面团质构特性的影响

面团的质地品质和感官评分可以通过质构特性反映，利用质构仪对不同冻融循环次数、冻藏温度以及有无添加CaAFPs下面团质构特性进行测定，其结果如表2所示。

表2 CaAFPs对冻融循环面团质构特性的影响

注：相同温度同列均值有不同上标字母者表示差异显著（<0.05）。

Note: Different superscript letters in the same column mean indicated significant difference under same temperature (<0.05).

由表2可知，在4 ℃冷藏条件下未经过冻融循环的面团，CaAFPs组和对照组的面团的硬度并无显著差异。随着冻融循环次数的增加，包括对照组面团和CaAFPs组面团的硬度都随之增大。并且在相同的冻融循环内，添加CaAFPs的面团硬度要明显小于对照组面团的硬度，且存在着显著性差异（<0.05）。在相同的冻融次数下，两组面团之间的硬度、弹性、胶着性、咀嚼性、黏聚性均存在着明显的差异（<0.05），CaAFPs组面团的弹性、黏聚性、咀嚼性均比对照组显著增加（<0.05），而胶着性则明显降低（<0.05）。分析原因：对照组面团在冻融循环过程中重结晶破坏了面筋网络结构，导致面团的弹性及咀嚼性变差。添加CaAFPs后面团中水分的重结晶受到抑制，一定程度上保护面团原有结构，弹性及咀嚼性变化较小[25]。未添加CaAFPs面团水分流失严重，使面团硬度增加及咀嚼性变差。

随着冻融循环次数的增加，面团的弹性、黏聚性以及咀嚼性都在逐渐降低，而硬度、胶着性则在不断增大。不同处理面团的硬度、弹性、黏聚性、回复性、咀嚼性等指标在同一温度下均具有显著性差异（<0.05）。其中硬度在−18 ℃除第0次冻融循环外，在其他相同冻融循环水平内均要低于−12 ℃与4 ℃保藏组。而−12 ℃的硬度明显低于4 ℃冷藏组，但是与−18 ℃保藏组的差异不大。4 ℃的硬度在3个温度水平的同一冻融次数内均比较高。原因可能是速冻之后−18 ℃和−12 ℃条件下保藏时冰晶生长比较快，且冰晶数量较多，保证了面团的结构完整性[26]，因此其多项指标要明显优于在4 ℃条件下面团。而在4 ℃下保藏时，面团内的水分并没有结成冰晶，因此挥发严重，导致面团水分含量降低，从而使得其弹性、黏聚性、咀嚼性等指标的测定结果低于冻藏条件下面团[27]。

3.7 CaAFPs对冻融面团pH值变化的影响

pH值可以在一定程度上间接反映发酵面团的发酵程度和发酵速率[28]，通过测定面团pH值的变化可以大致了解面团在经过多次冻融循环之后的发酵情况，以及分析面团是否处于良好的发酵状态下。面团的pH值的变化很大程度上取决于酵母菌作用，酵母菌将糖类物质转化为小分子物质，从而导致pH值的降低。面团pH值保持在这一范围内可以提高其利用性，便于在解冻之后继续发酵[29]。利用pH仪对不同状态下的面团测定，其结果如图7所示。

图7 CaAFPs对冻融循环面团pH值的影响

由图7可以看出，添加CaAFPs的面团的pH值在未冻融循环时就高于对照组，之后在相同水平冻融循环次数内其pH值都高于对照组面团（<0.05）。pH值越大所代表的酸度就越小,说明多次冻融循环影响了面团的发酵程度。在经过5次冻融循环之后面团的pH值总体都在降低（<0.05），而添加CaAFPs的面团的pH值的变化趋势相对平缓，对照组面团的pH值变化趋势较大。这说明添加CaAFPs后，面团的发酵程度有所减轻，有效提高了冷冻面团的应用范围，延长其储藏期。4 ℃经过5次冻融循环的面团pH值相比于在−12 ℃和−18 ℃经过5次冻融循环的面团pH值下降程度显著大，在第5次冻融循环后其pH值远低于−12 ℃与−18 ℃保藏面团（<0.05）。−18 ℃冻藏面团在经过5次冻融循环之后其pH值相比于其他两组下降最少，且下降趋势最为平缓。−12 ℃保藏面团的pH值变化与4 ℃保藏面团的差距十分显著，相较于−18 ℃冻藏面团的pH值前两次冻融差异不大。其原因可能是经过冻结之后，面团中能够被酵母菌利用的自由水减少，冻结成冰。且温度较低时不利于酵母菌生长和繁殖，因此酵母菌进入休眠状态，减少了对于糖分的分解和小分子物质的生成[30]，从而使得经过5次冻融循环之后在−12 ℃和−18 ℃冻藏面团的pH值变化不大。

4 结 论

向发酵面团中按照0.5%的比例添加胡萝卜抗冻蛋白（Carrot Antifreeze Proteins，CaAFPs），研究有无添加CaAFPs面团的失水率、含水率、可冻结水、质构特性、pH值变化等指标得出结论：CaAFPs能够有效减少面团在冻融循环过程中水分的流失，提高面团冻融循环后的含水率，有效缓解面团在冻藏状态下的干耗现象，添加CaAFPs面团的可冻结水经过冻融循环后增加量显著低于对照组（<0.05）。添加CaAFPs后，能够显著降低冻融循环面团的硬度，胶着性；提高面团的咀嚼性、弹性、黏聚性等（<0.05）；可以减缓面团pH值的降低，提高面团的利用性，扩大其应用范围。

4 ℃面团经过5次冻融循环之后所测得的曲线变化率均显著大于−12 ℃与−18 ℃冻藏面团，其性质相比于冻融循环前相差较大，不适合应用于长时间的保藏与运输。−12 ℃与−18 ℃冻藏面团所测得曲线变化率相对较小，且两者在冻融两次前相差不明显，考虑到运输与保藏成本的因素，选择对速冻面团进行−12 ℃冻藏更为经济节能，同时能够较好保持面团性质，适合较短时间下的保藏。

[1] Xie Q R, Liu X R, Xiao S S, et al. Effect of Mulberry leaf polysaccharides on the baking and staling properties of frozen dough bread[J]. Journal of The Science of Food and Agriculture, 2022, 102(13): 6071-6079.

[2] Lu L, Yang Z, Guo X N, et al. Effect of NaHCO3and freeze-thaw cycles on frozen dough: From water state, gluten polymerization and microstructure[J]. Food Chemistry, 2021, 358: 129869-129869.

[3] Zhu X W, Yuan P P, Zhang T, et al. Effect of carboxymethyl chitosan on the storage stability of frozen dough: State of water, protein structures and quality attributes[J]. Food Research International, 2022, 151 : 110863-110863.

[4] 袁婷婷，张栩，向小青，等. 冷冻面团品质劣变及改良研究进展[J]. 农业工程学报，2021，37(8)：296-306.

Yuan Tinging, Zhang Xu, Xiang Xiaoqing, et al. Research progress in the deterioration and improvement of frozen dough quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 296-306. (in Chinese with English abstract)

[5] 张艳杰，王金慧，艾志录，等. 植物源抗冻蛋白对面筋蛋白性质影响研究进展[J]. 食品与发酵工业，2022，48(9)：267-273，279.

Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Ai Zhilu, et al. Effect of plant-derived antifreeze proteins on properties of gluten: A review[J]. Food and Fermentation Industries, 2022, 48(9): 267-273, 279. (in Chinese with English abstract)

[6] Zhao Y X, Kweon M. Impacts of enzyme, vitamin C and emulsifiers on the quality of pre-fermented frozen dough of pocket bread filled with red bean paste[J]. Korean Journal of Food and Cookery Science, 2019, 35(4): 357-366.

[7] Jiang Y L, Zhao Y M, Zhu Y F, et al. Effect of dietary fiber-rich fractions on texture, thermal, water distribution, and gluten properties of frozen dough during storage[J]. Food Chemistry, 2019, 297: 124902.

[8] Zhang Y J, Zhang H, Ding X L, et al. Purification and identification of antifreeze protein from cold-acclimated oat (L.) and the cryoprotective activities in ice cream[J].Food and Bioprocess Technology, 2016, 9(10): 1746-1755.

[9] Zhang Y J, Zhang Y, Ai Z L, et al. Thermal, rheological properties and microstructure of hydrated gluten as influenced by antifreeze protein from oat (L.)[J]. Journal of Cereal Science, 2020, 93: 102934-102934.

[10] Ding X L, Zhang H, Liu W H, et al. Extraction of carrot () antifreeze proteins and evaluation of their effects on frozen white salted noodles[J]. Food & Bioprocess Technology, 2014, 7(3): 842-852.

[11] Zhang Y J, Zhang H, Wang L, et al. Extraction of oat (L.) antifreeze proteins and evaluation of their effects on frozen dough and steamed bread[J]. Food and Bioprocess Technology, 2015, 8(10): 2066-2075.

[12] Meng K, H Gao, Zeng J, et al. Effect of subfreezing storage on the quality and shelf life of frozen fermented dough[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2021, 45(3): 15249.

[13] Ahmed J, Thomas L, Al-Hazza A. Effects of frozen storage on texture, microstructure, water mobility and baking quality of brown wheat flour/-glucan concentrate Arabic bread dough[J]. Journal of Food Measurement and Characterization, 2021, 15(2): 1258-1269.

[14] Rincón A A,Dios F J, Ramírez W B, et al. Effect of nixtamalization with Ca(OH)2, CaCl2, and CaCO3on the protein secondary structure, rheological, and textural properties of soft wheat flour doughs[J]. Journal of Cereal Science, 2021, 101: 103271.

[15] 张艳杰，王金慧，刘胜男，等. 燕麦抗冻蛋白对冻藏期间速冻饺子皮品质的影响[J]. 农业工程学报，2022，38(2)：316-322.

Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Liu Shengnan, et al. Effects of oat antifreeze protein on quick-frozen dumpling wrapper during freezing and storage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(2):316-322. (in Chinese with English abstract)

[16] Ding X L, Zhang H, Chen H Y, et al. Extraction, purification and identification of antifreeze proteins from cold acclimated malting barley (L.)[J]. Food Chemistry, 2015, 175: 74-81.

[17] 王娜，孟利军，黄忠民，等. 加工方式对非发酵面团小麦醇溶蛋白致敏性的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(9)：292-299.

Wang Na, Meng Lijun, Huang Zhongmin,et al. Effects of different processing on allergenicity of wheat gliadin in non-fermented dough[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 292-299. (in Chinese with Englishabstract)

[18] 张艳杰，张垚，崔悦，等. 燕麦抗冻蛋白对面筋蛋白冻融稳定性的影响[J]. 中国粮油学报，2020，35(3)：30-36.

Zhang Yanjie, Zhang Yao, Cui Yu, et al. Effect of oat antifreeze protein on freeze-thaw stability of gluten proteins[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2020, 35(3): 30-36. (in Chinese with English abstract)

[19] 杨勇，郑帅帅，艾志录，等. 不同冻结方式对非发酵面团的水分状态及品质特性的影响[J]. 食品科学，2022，43(5)：11-16.

Yang Yong, Zheng Shuaishuai, Ai Zhilu, et al. Effects of different freezing methods on water state and quality characteristics of non-fermented dough[J]. Food Science, 2022, 43(5): 11-16. (in Chinese with English abstract)

[20] Zhao X W, Li W M, Zhang H, et al. Disparate dynamic viscoelastic responses of wheat flour doughs coated with different oils for preventing water evaporation during time sweeps and their mechanisms decoupled[J]. Journal of Food Science and Technology, 2019, 56(1): 462-472.

[21] Phimolsiripol Y, Siripatrawan U, Cleland D J. Weight loss of frozen bread dough under isothermal and fluctuating temperature storage conditions[J]. Journal of Food Engineering, 2011, 106(2): 134-143.

[22] Yang J J, Zhang B, Zhang Y Q, et al. Effect of freezing rate and frozen storage on the rheological properties and protein structure of non-fermented doughs[J]. Journal of Food Engineering, 2021, 293: 110377.

[23] 于晶，扈莹莹，温荣欣，等. 植物源抗冻蛋白作用机制及其在食品中的应用[J]. 食品科学，2019，40(23)：305-312.

Yu Jing, Hu Yingying, Wen Rongxin, et al. A review of the mechanism of action of plant antifreeze proteins and their application in food[J]. Food Science, 2019, 40(23): 305-312. (in Chinese with English abstract)

[24] 谢新华，毋修远，仵军红，等.-聚谷氨酸对冻藏面团及馒头品质的影响[J]. 食品科学，2020，41(22)：22-27.

Xie Xinhua, Wu Xiuyuan, Wu Juhong, et al. Effect of poly--glutamic acid on quality of frozen dough and steamed bread[J]. Food Science, 2020, 41(22): 22-27. (in Chinese with English abstract)

[25] 孟可心. 面团亚冻结贮藏品质变化与水分迁移机制研究[D]. 新乡：河南科技学院.

Meng Kexin. Study on the Quality Changing and Water Migration Mechanism of Dough in Subfreezing Preservation[D]. Xinxiang: Henan Institute of Science and Technology (in Chinese with English abstract)

[26] Zhao A, Shi P W, Yang R Q, et al. Isolation of novel wheat bran antifreeze polysaccharides and the cryoprotective effect on frozen dough quality[J]. Food Hydrocolloids, 2022, 125: 107446

[27] Meng K X, Gao H Y, Zeng J, et al. Effect of subfreezing storage on the quality and shelf life of frozen fermented dough[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2021, 45(3): 15249.

[28] Akyüz G, Mazı B G. Physicochemical and sensory charac-terization of bread produced from different dough formulations by Kluyveromyces lactis[J]. Journal of Food Processing and Preservation, 2020, 44(6): 1-10.

[29] Alagöz K S,Türkyılmaz M,Özkan M. Effects of fermentation time and pH on quality of black carrot juice fermented by kefir culture during storage[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2022, 102(6): 2563-2574.

[30] Elizabeth C, Laylah C W, Meaghan R, et al. Cryopreservation and the Freeze-Thaw Stress Response in Yeast[J]. Genes, 2020, 11(8): 235-247.

Effects of carrot antifreeze protein on the quality of freeze-thaw dough under subfreezing

Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Zhang Shaohui, Ai Zhilu, Pan Zhili, Li Zhen, Fan Huiping※

(1.,,450002,; 2.,,450002; 3.,450002,)

Carrot Antifreeze Proteins (CaAFPs) are characterized by the unique anti-recrystallization capacity for potential uses in the food industry. In this study, a systematic investigation was conducted to explore the effect of CaAFPs on the properties of subfrozen dough under different freeze-thaw cycles, in order to determine if -12 ℃ suitable for the frozen dough storage and the state. The CaAFPs were added to the dough at a proportion of 0.5%. The dough without CaAFPs was used as the control. Three kinds of storage temperatures were set as 4℃ refrigerated, -12 ℃subfrozen, and -18 ℃frozen. The freeze-thaw was taken as the auxiliary means to measure the freezable water content, texture, and pH under the different conditions of moisture content and water loss rate. Significance analysis was then made to compare the freeze-thaw CaAFPs under the influence mechanism of the frozen dough properties. The results showed that the water loss rate of the dough in the control group showed an increasing trend in the different degrees (<0.05) after five freeze-thaw cycles. The addition of CaAFPs greatly contributed to delaying the water loss of the dough, indicating a decrease in the water loss rate in all groups. The water content of the control group showed a decreasing trend in the different degrees (<0.05). The water content was higher than that of the control group after adding CaAFPs (<0.05) under freeze-thaw. An increasing trend was found in the freezable water content of the dough in the control group in the different degrees (<0.05) under freeze-thaw. The addition of CaAFPs posed a certain protective effect on the network structure of the dough, indicating the decrease in the freezable water content. There was an upward trend (<0.05) for the hardness and gumminess in the control group, whereas, a downward trend was the springing, cohesiveness, and chewiness (<0.05) under freeze-thaw. After adding CaAFPs, the texture characteristics of the dough were improved significantly to more slowly adjust the texture. The pH of the dough showed a decreasing trend in the different degrees (<0.05) in the control group. The acidification of dough was delayed for the smaller pH change trend of dough, when adding CaAFPs. In general, the moisture content of dough decreased with the increase of freeze-thaw time, where the water loss rate and the content of freezable water increased significantly, the pH value decreased, and the texture was difficult to say. But the opposite trend occurred, as the temperature dropped. Among them, -12 ℃ and -18 ℃ were significantly better than 4 ℃. There was no significant difference between them in the first two times of freeze-thaw, but after three times of freeze-thaw, -18 ℃ was obviously better than -12 ℃. The findings can provide a strong reference for the application of CaAFPs in the frozen dough and the optimization of freezing storage temperature. As such, the dough can be maintained excellent properties at -12 ℃ in the sub-freezing storage. Therefore, the dough can be expected to store at -12 ℃ for energy saving under the better state. At the same time, a new research idea can be offered for the properties of antifreeze proteins in the subfreezing state.

protein; control quality; carrots; antifreeze protein; frozen dough; freeze-thaw; subfrozen

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027

TS201.1

A

1002-6819(2022)-23-0258-08

张艳杰，王金慧，张少辉，等. 胡萝卜抗冻蛋白对亚冻结下冻融面团品质的影响[J]. 农业工程学报，2022，38(23)：258-265.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027 http://www.tcsae.org

Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Zhang Shaohui, et al. Effects of carrot antifreeze protein on the quality of freeze-thaw dough under subfreezing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(23): 258-265. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027 http://www.tcsae.org

2022-07-12

2022-09-24

河南省青年人才托举工程项目（2022HYTP040）；国家自然科学基金项目（31801580）；河南省高等学校重点科研项目计划（21B550002）联合资助

张艳杰，博士，讲师，研究方向为谷物功能成分及速冻食品品质。Email：yanjiezhang@henau.edu.cn

范会平，博士，副教授，研究方向为农产品加工与储藏工程、天然活性成分。Email：fanhuiping1972@hotmail.com