抗凍蛋白對預發酵冷凍面團發酵流變特性和饅頭品質的影響

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(1.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002; 2.農業部大宗糧食加工重點實驗室,河南鄭州 450002)

饅頭作為我國傳統主食之一,具有不可替代的地位,我國約40%的小麥用于饅頭的制作生產中[1-2]。但隨著國家現代化的發展,人民生活節奏加快,傳統加工方式已不能滿足現代消費者的需求。冷凍面團技術是運用低溫冷凍技術處理半成品或成品,為方便食品的加工而被廣泛應用,發展成商業化生產的新型工藝[3]。將冷凍面團技術應用于饅頭生產中,有利于加快饅頭的工業化發展。但冷凍面團饅頭的品質與新鮮饅頭還有一定差別,由于凍藏期間溫度的波動引起重結晶,破壞面筋蛋白結構,使冷凍面團品質下降[4-5],且長時間凍藏產生面團蛋白質組分和結構變化,淀粉顆粒分離等問題[6-7],更易出現皺縮、裂紋等現象,使得最終成品的感官品質下降[8]。因此如何改善冷凍面團品質的問題是現今的一個重要問題。

冷凍面團饅頭品質較傳統饅頭較差的原因主要是酵母和面團的面筋網絡結構受到破壞,所以可以通過添加冷凍保護劑來改善面團品質?？箖龅鞍?antifreeze protein,AFPs)作為一類新型的食品添加劑,目前發現的此類型AFPs有冬黑麥、歐白英以及胡蘿卜素等[9]。正在廣泛地運用于冷凍食品中。AFPs可通過直接混合、浸泡、真空滲透等物理手段添加到食品中,在凍藏、運輸過程中AFPs通過抑制食品中冰晶的生長,減少細胞損傷,從而降低食品的品質惡化[10-11],可以改善冷凍食品在低溫狀態下的品質。杜浩冉等[12-13]利用響應面法分別優化了冷凍面團饅頭的工藝配方,和混合發酵劑制作冷凍面團饅頭的復配添加劑配方,王沛[14]研究發現凍藏降低了面筋蛋白與水的結合作用,且隨著凍藏時間的延長,面筋蛋白發生解聚,從而使得面筋網絡結構退化。對冷凍面團饅頭而言,酵母的發酵活力比它們的存活率更重要[15],干酵母與鮮酵母相比,冷凍條件下,發酵活性更好,能較好的保持冷凍面團的穩定性[16]。目前國內外研究抗凍蛋白在食品中的應用主要在冷凍甜品和冷藏肉中,對于抗凍蛋白在面團體系中的應用研究還不多。而且對于冷凍面團經冷凍后品質的下降,國內外研究也是大多傾向于研究改善冷凍面團面包品質[17],對于抗凍蛋白在中式冷凍面制品的應用研究還不多,因此本實驗為中國傳統食品規?；?、標準化生產提供技術和理論支持。

本文采用F4型流變發酵儀研究凍藏和凍融處理抗凍蛋白對預發酵冷凍面團發酵流變特性的影響,和抗凍蛋白在提高冷凍面團凍藏和溫度波動條件下的穩定性及提高冷凍面團饅頭品質的作用效果。為抗凍蛋白提高中式冷凍面團產品品質提供理論依據。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

高筋小麥粉鄭州金苑面粉廠;安琪高活性干酵母安琪酵母股份有限公司;AFPs鄭州奇華頓化工產品有限公司。

B5A型多功能攪拌機廣州威萬事實業有限公司;HDGDJ-150型高低溫交變實驗箱上海衡鼎儀器設備廠;FX-15S型面包發酵箱廣州市賽思達機械設備有限公司;TA-XT物性測試儀美國TA儀器公司;F4型發酵流變儀法國肖邦技術公司。

1.2　實驗方法

1.2.1面粉基本指標測定水分含量:參照GB 5009.3-2016;粗蛋白含量:參照GB/T 5009.5-2003,凱氏定氮法;灰分含量:參照GB/T 5009.4-2003,馬弗爐法;濕面筋含量:參照GB/T 14608-93;降落數值:參照GB/T 10361.2008。

1.2.2冷凍面團及冷凍面團饅頭制備將面粉(100%)與AFPs(0.5%)混合均勻(不含AFPs的為空白面團);將混好的面粉倒入和面機,加入預活化的酵母(1%),水(50%),用和面機混合均勻,到面團無生粉夾雜,表面光滑,取出靜置10 min。

將靜置好的面團用壓面機壓面5次(5 mm),然后將面團分割成30 g的面團,經整形后放入溫度35 ℃,相對濕度為85%的醒發箱中發酵20 min。待面團溫度下降后放入-40 ℃低溫實驗箱中速凍30 min取出,放入-18 ℃冰箱中凍藏待用。

制備冷凍面團饅頭時,將冷凍面團置于溫度35 ℃、濕度85%的醒發箱中解凍并醒發30 min,之后于蒸鍋中添加1 L冷水,將面團置于鍋上蒸20 min(電磁爐上蒸煮鍵,功率1600 W),得到成品饅頭。

1.2.3冷凍面團恒溫凍藏凍融處理

1.2.3.1恒溫凍藏處理制備好的冷凍面團于-18 ℃條件下分別凍藏1、7、15、30、60、90 d,取出不同凍藏時間的樣品,進行分析測定。

1.2.3.2凍融循環處理參照葉曉楓等[18]的方法略作修改,將凍藏3 d的冷凍面團取出,在35 ℃恒溫箱中解凍30 min,取出部分面團進行處理,記做第0次凍融循環(F0);其余面團放入-18 ℃冰箱中凍藏1 d后取出,按上次解凍條件解凍,取出部分面團進行處理,記做第1次凍融循環(F1);其余部分按上述方法分別進行第2次凍融循環(F2),第3次凍融循環(F3),第4次凍融循環(F4),第5次凍融循環(F5)。樣品經凍藏凍融處理后,取出部分進行冷凍干燥,粉碎,過120目篩,裝入自封袋中備用。

1.2.4冷凍面團饅頭比容的測定取蒸制完成的成品饅頭三個,常溫冷卻20 min。之后采用菜籽替代法測定冷凍面團饅頭比容[19]。

1.2.5冷凍面團饅頭質構測定將冷凍面團饅頭沿同一方向切成厚度10 mm的均勻薄片,取中間部分,其中3個做平行樣進行質構測定。采用物性測試儀對冷凍面團饅頭進行質構測定[20],選用二次咀嚼實驗,探頭采用P35壓盤式探頭,每次測試重復七次,去除最大值和最小值,求平均值。實驗參數設定:測前速度(Pre-test speed):2.00 mm/sec;測試速度(Test speed):1.00 mm/s;測后速度(Post-test speed):2.00 mm/s;壓縮程度(Strain):40%;觸發力Trigger Force:5 g;壓縮間隔時間:2 s。

1.2.6冷凍面團發酵流變特性的測定將處理過的冷凍面團置于醒發箱中解凍30 min,解凍溫度為35 ℃,濕度為85%。將解凍好的面團用和面機混勻1 min后用F4發酵流變儀測定面團發酵曲線和氣體釋放曲線。以兩個樣品為一個平行,測試條件為:面團315 g,實驗溫度35 ℃,發酵時間3 h。發酵流變儀參數見表1。

表1　F4發酵流變儀參數Table 1　The parameter of rheofermentometer

表2　面粉的基本指標Table 2　Basic indicators of flour

1.3　數據處理

采用SPSS 13.0對實驗數據進行鄧肯氏新復極差法進行均值的多重比較,簡單的分析和作圖用Origin 8.0軟件。

2　結果與討論

2.1　面粉基本指標測定結果

實驗所用面粉的基本指標測定結果見表2。由2可以看出所選用面粉的濕面筋≥24%,蛋白質含量>9%,表明該面粉的筋力較好,蛋白含量較高,符合制作冷凍面團饅頭的標準[21]。

2.2　抗凍蛋白對冷凍面團饅頭比容的影響

2.2.1凍藏期抗凍蛋白對冷凍面團饅頭比容的影響預發酵冷凍面團饅頭的比容隨凍藏時間和抗凍蛋白的變化如圖1。

圖1　凍藏條件下抗凍蛋白對饅頭比容的影響Fig.1　Effect of AFPs on the specific volume of steamed bread during frozen storage注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，圖2同。

由圖1可以看出,兩組預發酵冷凍面團饅頭的比容都隨著凍藏時間延長而逐漸減小,這是因為在低溫狀態下,體系中的冰晶會對酵母細胞產生破壞作用。最終導致預發酵冷凍面團饅頭的比容逐漸下降[22]。

當凍藏時間相同時,添加抗凍蛋白的饅頭比容均高于空白。由此可見,抗凍蛋白能夠有效地提高恒溫凍藏下預發酵冷凍面團饅頭的比容,這可能是因為抗凍蛋白的修飾冰晶形態特性減小了冰晶對酵母細胞的破壞。

圖2　凍融循環條件下抗凍蛋白對饅頭比容的影響Fig.2　Effect of AFPs on the specific volume of steamed bread during freeze-thaw treatment

2.2.2凍融循環下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭比容的影響圖2表示的是預發酵冷凍面團饅頭的比容隨凍融循環次數和抗凍蛋白的變化趨勢圖。從圖2可以看出,隨著凍融次數的增加,饅頭比容逐漸減小。因為隨凍融循環次數的增加,面團中的冰晶發生重結晶現象,使得面團中大冰晶越來越多,面筋網絡結構和酵母細胞受到破壞,影響面團的持氣性,從而使饅頭比容下降。當凍融次數相同時,添加抗凍蛋白的饅頭比容普遍高于空白,說明在凍融循環過程中,抗凍蛋白能夠有效地維持并提高預發酵冷凍面團饅頭的比容,減小重結晶現象對面團酵母和面筋網絡的影響。

2.3　抗凍蛋白對冷凍面團饅頭質構特性的影響

2.3.1凍藏期抗凍蛋白對冷凍面團饅頭質構特性的影響恒溫凍藏條件下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭硬度、彈性、咀嚼性和回復性的影響如表3所示。由表3可知,隨著凍藏時間的延長,饅頭的硬度、咀嚼性有增大的趨勢(p<0.05),但未添加抗凍蛋白組在凍藏期30 d時硬度有所下降,抗凍蛋白組30 d和60 d樣品硬度變化不明顯；彈性和回復性成下降趨勢,硬度的增加和彈性的降低表明饅頭柔軟度和筋性下降,說明隨著凍藏時間的延長,饅頭的質構品質有所降低,且在凍藏15 d后,其硬度明顯上升(p<0.05)，回復性明顯下降(p<0.05)。在相同凍藏時間下,抗凍蛋白的冷凍面團饅頭的質構特性明顯優于空白。說明抗凍蛋白可以提高凍藏過程中饅頭質構特性。

表3　凍藏條件下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭質構特性的影響Table 3　Effect of AFPs on the texture characteristics of frozen dough steam bread during frozen storage

注：同列不同字母表示差異性顯著(p<0.05),表4同。

表4　凍融循環條件下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭質構特性的影響Table 4　Effect of AFPs on the texture characteristics of frozen dough steam bread during freeze-thaw treatment

2.3.2凍融循環下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭質構特性的影響凍融循環下抗凍蛋白對冷凍面團饅頭硬度、彈性、咀嚼性和回復性的影響如表4所示。由表4可知,隨著凍融循環次數的增加,預發酵冷凍面團饅頭的硬度、咀嚼性明顯增大,彈性和回復性減小,這與凍藏過程變化趨勢類似,且當凍融循環后,抗凍蛋白組的硬度顯著上升,當凍融循環至第3次后彈性顯著下降，未添加組在凍融循環第2次和第4次后硬度有顯著上升，彈性在第2次后顯著下降。這可能與面團在凍融循環過程中的失水和水分遷移有關,水分的變化使得面團含水量下降,硬度上升,而隨著凍融循環次數的增加,面筋網絡結構被破壞的程度加劇,導致面團強韌性下降,從而導致面團彈性的下降。表4顯示,相同的凍融循環次數下,添加0.5%抗凍蛋白的饅頭硬度小于空白,彈性大于空白。說明抗凍蛋白可以提高凍融循環過程中預發酵冷凍面團饅頭的質構特性。

2.4　抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變特性的影響

2.4.1凍藏期下抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變學特性的影響恒溫凍藏條件下抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變特性實驗結果見表5。

由表5可知,隨著凍藏時間延長,面團的最大膨脹高度Hm,釋放總體積V總和氣體釋放最大高度H′m降低。表明長時間的凍藏使得面團中的面筋網絡結構受到破壞,從而導致面團筋力下降,面團不能很好的保持其中的氣體,面團發酵高度下降,并且影響了面團中酵母的活性致使產氣力下降。在第1 d凍藏期內，抗凍蛋白組的Hm和H′m與未添加組相差無幾，V總略低于未添加組；在其他的凍藏時間,抗凍蛋白冷凍面團的Hm,V總和H′m都高于空白,表明抗凍蛋白可以提高面團中面筋網絡的延展性和持氣性,對于維持面團發酵高度有一定效果,且可以在一定程度上降低凍藏期間面團中酵母產氣力的下降,提高預發酵冷凍面團的發酵流變特性[23]。

2.4.2凍融循環下抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變特性的影響凍融循環條件下抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變特性實驗結果見表6。由表6可知,經過5次凍融循環后,冷凍面團的最大發酵高度Hm和釋放氣體的總體積V總及氣體釋放最大高度H′m均明顯下降,且第一次凍融循環后,冷凍面團三個指標變化不太明顯,凍融循環5次與1次結果相比,面團的持氣能力嚴重下降,可能是由于凍融循環過程中冰晶發生重結晶作用,大冰晶的增多對面團的面筋結構產生了機械破壞作用。與Selomulyo等[24]研究結果一致。而抗凍蛋白冷凍面團的Hm、V總和H′m在經過凍融循環后的下降幅度均低于空白,可以認為抗凍蛋白一定程度上減弱了凍融循環過程對冷凍面團面筋結構的弱化作用。

表6　凍融循環條件下抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變特性的影響Table 6　Effect of AFPs on the fermentation properties of frozen dough steam during freeze-thaw treatment

凍融循環過程中,多次凍融使面團失水,面團體系中滲透壓變化,以及冰晶的重結晶現象所引起的機械性破壞,均會破壞面團中酵母的活性,降低酵母的存活率和產氣能力[25]?？箖龅鞍椎谋螒B修飾作用和抑制重結晶效應均會減小酵母和面筋結構受破壞的程度,從而提高冷凍面團的發酵特性。

3　結論

隨著凍藏時間的延長和凍融循環次數的增加,預發酵冷凍面團饅頭的比容逐漸減小,而抗凍蛋白的加入能夠有效地提高恒溫凍藏下預發酵冷凍面團饅頭的比容。

凍藏和凍融循環過程中冷凍面團饅頭質構特性變化明顯,隨著凍藏時間的延長和凍融循環次數的增加,冷凍面團饅頭的硬度和咀嚼性明顯增大,彈性和回復性降低,而凍融循環過程中冷凍面團饅頭品質下降明顯?？箖龅鞍椎奶砑幽軌驕p緩冷凍面團饅頭凍藏和凍融循環過程中品質下降。

運用F4發酵流變儀研究凍藏和凍融循環過程中抗凍蛋白對冷凍面團發酵流變性的影響,發現凍藏和凍融循環會使Hm、V總和H′m明顯下降,其中凍融循環對面團的影響更大?？箖龅鞍椎募尤胩岣吡藘霾睾蛢鋈谘h中面團的品質。表明抗凍蛋白可以有效抑制酵母凍藏和凍融過程中產氣力的下降,并提高面團的持氣能力。

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