γ-聚谷氨酸提高冷凍甜面團面包質(zhì)構(gòu)和感官特性研究

丁珊珊，賈春利，，張 巒，徐 虹，黃衛(wèi)寧，*，RAYAS-DUARTE Patricia

（1.江南大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122；2.南京百合貝可生物科技有限公司，江蘇南京211000；3.美國俄克拉荷馬州立大學農(nóng)產(chǎn)品與食品研究中心，俄克拉荷馬州斯蒂爾沃特74078-6055，美國）

γ-聚谷氨酸提高冷凍甜面團面包質(zhì)構(gòu)和感官特性研究

丁珊珊1，賈春利1，2，張 巒2，徐 虹2，黃衛(wèi)寧1，*，RAYAS-DUARTE Patricia3

（1.江南大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122；2.南京百合貝可生物科技有限公司，江蘇南京211000；3.美國俄克拉荷馬州立大學農(nóng)產(chǎn)品與食品研究中心，俄克拉荷馬州斯蒂爾沃特74078-6055，美國）

研究了一種通過生物發(fā)酵制得的多聚氨基酸——γ-聚谷氨酸（γ-PGA）對冷凍甜面團抗凍活性和冷凍甜面團面包質(zhì)量的影響。主要采用差示掃描量熱儀（DSC）、質(zhì)構(gòu)儀和感官評定等方法研究了γ-PGA的抗凍活性、γ-PGA添加量和凍藏條件（恒溫凍藏和凍融循環(huán)）對冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量、面包比容、質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，γ-PGA的抗凍活性值為8.027g不可凍結(jié)水/g，說明其具有非常好的抗凍活性；恒溫凍藏和凍融循環(huán)后，冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量明顯增多，面包比容顯著減小，質(zhì)構(gòu)變差，感官品質(zhì)下降，尤其是凍融循環(huán)后，這種變化趨勢更為明顯；在相同凍藏條件下，添加0.5%和1%γ-PGA后，冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量顯著減少、冷凍甜面團面包比容顯著增大、面包質(zhì)構(gòu)明顯改善、面包感官評分明顯提高，其中以1%γ-PGA的作用效果最好。

γ-聚谷氨酸，冷凍甜面團，抗凍活性，可凍結(jié)水，面包烘焙

面包又被稱為人造果實，深受世界多國人民喜愛。冷凍面團技術將冷凍冷藏原理應用于面團的生產(chǎn)，利于產(chǎn)品的多樣化和質(zhì)量標準化，利于連鎖經(jīng)營，已成為烘焙科學界關注的熱點之一[1]。但是，冷凍后的面團會出現(xiàn)醒發(fā)時間延長，面包比容減小，質(zhì)構(gòu)變差等問題。這主要是由于冷凍和凍藏時，面團內(nèi)酵母大量死亡、面團面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)受損導致的[2]。相應的改進方法則包括如抗凍酵母的選育、通過基因工程技術提高酵母的抗凍性、應用抗凍保護劑和優(yōu)化冷凍面團制作工藝等[3-6]，但至今這一問題仍未得到完全解決。

甜面包口感香甜、組織柔軟，尤其受東方人喜愛。但是，甜面團中蔗糖含量可達20%～30%，因而其

中酵母的發(fā)酵活性會受到一定程度的抑制[7]。冷凍甜面團中酵母不僅要經(jīng)受冰晶、氧化對其的損傷，還要經(jīng)受高滲透壓造成的細胞脫水和萎縮，最終導致酵母存活率和產(chǎn)氣量大大下降[8]。

低聚或多聚的氨基酸鹽，具有高效抗凍活性，味道微弱，適合作為食品冷凍保護劑[9]。γ-聚谷氨酸（γ-PGA）在日本和韓國作為天然添加劑使用，具有優(yōu)良的吸水性和生物可降解性[10]，并能促進礦物質(zhì)吸收。它能提高酵母的耐冷凍性[11]，在發(fā)酵時間長的情況下還能提高后期酵母的發(fā)酵能力[12]。本文所用γ-PGA是南京工業(yè)大學食品與輕工學院通過微生物發(fā)酵技術制得，產(chǎn)品純度高，成本低，為其大規(guī)模應用奠定了基礎。

本文旨在研究γ-PGA的抗凍活性及其對冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量和冷凍甜面團面包品質(zhì)的影響，探索了γ-PGA在冷凍面團發(fā)酵深加工領域的應用潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋粉 中糧面業(yè)鵬泰有限公司；即發(fā)活性干酵母 廣東梅山馬利酵母有限公司；起酥油 東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司；D2000差示掃描量熱儀 美國TA儀器有限公司；γ-聚谷氨酸 食品級，由南京工業(yè)大學饋贈；其他如白砂糖、精鹽等 均為市售食品級。

SM-25型攪拌機、SPC-40SP型醒發(fā)箱、SM-302N型切片機 新麥機械（無錫）有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國TA Instrument公司；BS/BD-260S型冷凍冷藏轉(zhuǎn)換柜、BD-100LT型低溫冷凍柜 青島海爾股份有限公司；LP3001A型分析天平 常熟儀器廠；JY20002型電子天平 上海良平儀器儀表有限公司；XW-80A型微型漩渦混合儀 上海滬西分析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 γ-PGA抗凍活性的測定 將1%γ-PGA溶液和純水分別裝入DSC專用坩堝中，密封。程序設定參照Masata的方法[9]。實驗重復三次，結(jié)果取平均值。

抗凍活性（AA）是指降溫過程中每克樣品能夠使溶液中保留的未凍結(jié)水的克數(shù)，計算公式如下：

AA=非凍結(jié)水/樣品溶液

式中，w為樣品重量占溶液重量的比例；ΔHPGA為樣品溶液的熱焓值。

1.2.2 面團制作及冷凍 面團基本配方為：面粉100%、白砂糖20%、食鹽1%、水60%、酵母2%、起酥油3%，分別加入0%（空白樣品）、0.5%、1%、3%的γ-PGA（百分比以面粉質(zhì)量計）。面團形成后，靜置5m in，分割成90g/個面團，滾圓，成型，包覆保鮮膜后，在-40℃下速凍120min。然后分別進行恒溫凍藏和反復凍融。恒溫凍藏溫度為-18℃，反復凍融的凍藏溫度為-18℃，每周第5d均取出在25℃下解凍60m in。1.2.3 面團可凍結(jié)水含量的測定 冷凍面團在25℃下解凍60m in，從面團中心部分取10～15mg樣品，掃描溫度程序設定參照Matuda的方法[13]。實驗重復三次。面團中可凍結(jié)水含量=面團冰晶融化焓ΔHdough/（冰晶融化潛熱（334J/g）×面團含水量）[14]，因而，當面團含水量相同時，用面團ΔHdough的變化趨勢代表面團中可凍結(jié)水含量的變化趨勢[15]。

1.2.4 冷凍面團面包比容的測定 冷凍后的面團在25℃解凍60m in后，于醒發(fā)箱內(nèi)（38℃，RH 85%）醒發(fā)100m in，放入烤箱烘焙（上下火溫度170℃/210℃，22min）。面包冷卻后用菜籽替換法測定面包體積。

比容（m L/g）=面包體積（m L）/面包重量（g）。同一樣品測定三次，記錄平均值。

1.2.5 面包全質(zhì)構(gòu)分析 采用Texture Profile Analysis（TPA）模式。將面包用切片機切成12.5mm厚的面包片，取中間的兩片相疊進行全質(zhì)構(gòu)分析。參數(shù)設定：探頭型號為P/25，測試前速率1.0mm/s，測試中速率3.0mm/s，測試后速率3.0mm/s，壓縮程度50%，兩次壓縮的間隔時間1s。每組樣品測試三次，取平均值。1.2.6 面包感官評定 采用九分嗜好評分法，由10位經(jīng)過培訓的人員對冷凍甜面團面包的外觀、顏色、風味、口感及整體可接受度進行評分。1～9分分別代表很不喜歡到很喜歡。結(jié)果取兩次重復實驗的平均值。1.2.7 數(shù)據(jù)處理 所有數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0軟件，采用Ducan法進行方差（ANONA）分析，顯著性水平為p＜0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 γ-PGA的抗凍活性測定

圖1 純水和1%γ-PGA溶液的DSC掃描曲線Fig.1 The DSC curves of pure water and 1%γ-PGA solution

純水和1%γ-PGA溶液的DSC掃描曲線如圖1所示，在升溫融化過程中，純水和γ-PGA溶液都出現(xiàn)了一個大的冰晶融化吸熱峰，應用TA Universal Analysis軟件計算熱焓值后，發(fā)現(xiàn)純水的熱焓值ΔHwater為327.9J/g，γ-PGA溶液的熱焓值ΔHPGA為298.3J/g，根據(jù)公式計算后得到γ-PGA的抗凍活性AA值為8.027g不可凍結(jié)水/g，說明其具有抗凍活性，將其與抗凍活性較好的葡萄糖進行比較后發(fā)現(xiàn)，其抗凍活性明顯高于抗凍性較好的葡萄糖溶液（抗凍活性值為1.09g不可凍結(jié)水/g[9]），說明γ-PGA具有較強的抗凍活性。根據(jù)文獻報道，物質(zhì)的抗凍活性取決于其固定水分子的能力。因此，本實驗結(jié)果說明γ-PGA具有較強的固定水分子的能力，從而減少可凍結(jié)水的含量。

2.2 γ-PGA對冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量的影響

冰晶的形成和生長是影響冷凍面團烘焙品質(zhì)的重要因素，因而，本研究應用DSC研究了冷凍甜面團

體系中可凍結(jié)水的形成量。

冷凍甜面團的冰晶熔化焓值（ΔHdough，J/g）受凍藏條件和γ-PGA添加量的影響如表1所示。在面團含水量相同的前提下，恒溫凍藏1周甜面團的可凍結(jié)水含量隨著γ-PGA添加量的增加逐漸減小，當凍藏時間由1周延長至8周后，所有甜面團樣品中可凍結(jié)水含量都明顯增加，但是增加幅度隨著γ-PGA添加量的增加逐漸減小?？瞻讟悠分锌蓛鼋Y(jié)水含量增幅最大，達41.46%，引入0.5%、1%和3%γ-PGA后冷凍甜面團中可凍結(jié)水含量增幅分別為23.93%、17.86%和2.50%，這些結(jié)果說明無論是短期（1周）還是長期（8周）凍藏后，γ-PGA都會顯著減少冷凍甜面團中的可凍結(jié)水含量。氨基酸與糖類、無機鹽的抗凍一樣，抗凍活性均基于其對水分的固定[9]，Kuntz和Kauzmann報道多聚谷氨酸的水分子吸附能力，使得其可以顯著增加面團的持水能力，減少面團內(nèi)冰晶的形成，從而改善冷凍面團的發(fā)酵和烘焙特性[16]。因而，本研究結(jié)果可能是由于γ-PGA限制了自由水在甜面團中的遷移，從而使得甜面團中的冰晶的形成量減少。

表1 凍藏條件和γ-PGA添加量對冷凍甜面團中冰晶熔化焓（ΔHdough，J/g）的影響Table 1 The effectof frozen conditions andγ-PGA amount on icemelting enthalpy（ΔHdough，J/g）in frozen dough

2.3 γ-PGA對冷凍甜面團面包比容的影響

恒溫凍藏和凍融循環(huán)后，冷凍甜面團所制得的面包比容如圖2所示。

比容是面包的重要烘焙特性之一，也是決定面包品質(zhì)的重要因素之一。圖2顯示了γ-PGA添加量對恒溫凍藏和凍融循環(huán)冷凍甜面團面包比容的影響，分析后發(fā)現(xiàn)，凍藏1周或經(jīng)歷1次凍融循環(huán)后，引入0.5%γ-PGA冷凍甜面團面包的比容大于空白組；當恒溫凍藏時間從1周延長至8周后，所有冷凍甜面團面包的比容都顯著減小了，其中空白樣品比容減小最為明顯，減小幅度達12.5%，而引入0.5%、1%和3% γ-PGA冷凍甜面團面包的比容分別減小了6.2%、3.6%和9.2%；而當凍融循環(huán)次數(shù)從1次增加至8次時，含有0%、0.5%、1%和3%γ-PGA冷凍甜面團面包的比容分別減小了14.0%、9.3%、5.1%和7.3%，且8周恒溫凍藏和8次凍融循環(huán)后，引入0.5%和1%γ-PGA樣品的比容都顯著大于空白樣品的比容，這些結(jié)果說明凍藏過程引起了冷凍甜面團面包比容顯著減小，而凍融循環(huán)過程會加劇冷凍甜面團面包比容下降，這一現(xiàn)象可能與凍藏過程中酵母細胞死亡和面團結(jié)構(gòu)遭受破壞相關[17]，且凍融循環(huán)過程會造成更為嚴重的冰晶再生長和重結(jié)晶，使得淀粉、蛋白等空間構(gòu)象發(fā)生不可逆的變化[18]；實驗結(jié)果還顯示出0.5%和1%γ-PGA對冷凍甜面團面包的比容具有相似的正面影響，但是8次凍融循環(huán)后，1%γ-PGA的作用效果優(yōu)于0.5%γ-PGA，這可能與前文研究的γ-PGA減少冷凍甜面團體系中可凍結(jié)水量相關，即γ-PGA通過減少冰晶形成量減少了冰晶對面團網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的破壞[9]。另據(jù)文獻報道，γ-PGA能夠降低酵母細胞的凍藏死亡率[19]，因而增加了冷凍甜面團在發(fā)酵過程中的產(chǎn)氣量，增大冷凍甜面團面包比容；而3%γ-PGA對冷凍甜面團面包比容卻顯示出負面效應，這可能是由3% γ-PGA對面團的加工性能的影響引起的，3%γ-PGA的引入導致面團粘性增加，難以操作，成型困難。

圖2 凍藏條件和γ-PGA添加量對冷凍甜面團面包比容的影響Fig.2 The effectof frozen conditions andγ-PGA amount on the bread specific volume of frozen sweet dough

2.4 γ-PGA對冷凍甜面團面包芯全質(zhì)構(gòu)的影響

如表2所示，在1周恒溫凍藏后，引入0.5%γ-PGA的面包彈性大于空白樣品，引入0.5%和1%γ-PGA的面包膠黏性和咀嚼性均小于空白樣品；引入3%γ-PGA的面包內(nèi)聚性較空白樣品小，硬度、膠粘性和咀嚼性卻相對較大，質(zhì)構(gòu)較差。在長期凍藏（8周恒溫凍藏和8次凍融循環(huán)）后，面包的硬度、膠黏性和咀嚼性不同程度上升，說明延長凍藏時間后，面包的質(zhì)構(gòu)明顯變差，原因為凍藏時間越久，水分子解離、麥谷蛋白解聚和支鏈淀粉回生程度越大，面包的硬度也就越大[20]；引入0.5%γ-PGA的面包內(nèi)聚性顯著大于空白樣品，所有含γ-PGA面包的硬度、膠黏性和咀嚼性均顯著小于空白樣品，且隨γ-PGA添加量逐漸增加，冷凍甜面

團面包硬度和咀嚼性進一步減小，說明γ-PGA的引入對長期凍藏的冷凍甜面團面包的質(zhì)構(gòu)有不同程度的改善作用。經(jīng)歷凍融循環(huán)后，冷凍甜面團面包硬度、膠黏性和咀嚼性不同程度增加，γ-PGA的引入使得這一變化趨勢有所減弱，說明凍融循環(huán)過程導致冷凍甜面團面包質(zhì)構(gòu)遭受更嚴重破壞，而γ-PGA可以不同程度的減弱凍融循環(huán)過程對面包質(zhì)構(gòu)的破壞，綜合來看，0.5%和1%γ-PGA的作用效果相對較好。

表2 凍藏條件和γ-PGA添加量對冷凍甜面團面包全質(zhì)構(gòu)的影響Table 2 The effectof frozen condition andγ-PGA amounton bread crumb texture of frozen sweet dough

2.5 γ-PGA對冷凍甜面團面包感官品質(zhì)的影響

圖3 凍藏過程和γ-PGA對冷凍甜面團面包感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effectof frozen storage andγ-PGA on sensory attributes of frozen sweet dough bread

對所有評定人員進行簡單培訓，采用九分嗜好感官評定法對冷凍甜面團面包進行感官評定，評定結(jié)果如圖3（a）和3（b）所示。結(jié)果表明在1周恒溫凍藏后，空白組面包與添加了γ-PGA的面包在外觀、風味、色澤上的評分相近，但是凍融1次后的空白組面包以及添加了3%γ-PGA的面包口感較其他組樣品差。隨著凍藏時間延長至8周，面包芯色澤變黃，面包外觀、口感和整體可接受度均呈下降趨勢，其中以經(jīng)過8次凍融循環(huán)的空白冷凍甜面團面包比容最小、硬度最大、嚼勁最差，可接受度最低，而含0.5%及1% γ-PGA的冷凍甜面團面包的外觀、口感和整體接受度均優(yōu)于空白組，且添加γ-PGA后的面包風味較未添加的要濃郁，這可能是由于γ-PGA具有類似于微膠囊的包覆風味物質(zhì)的特性，這些結(jié)果說明添加0.5%及1%γ-PGA有助于面包維持較好的品質(zhì)。

3 結(jié)論

研究了γ-PGA的抗凍活性及其對恒溫凍藏和凍融循環(huán)后冷凍甜面團面包性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，γ-PGA具有較強的抗凍活性；將其應用于冷凍甜面團體系，能夠通過減少其中可凍結(jié)水含量，而提高恒溫凍藏和凍融循環(huán)后冷凍甜面團面包的比容、質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)，綜合來看，1%γ-PGA的總體改善效果更好。說明γ-PGA是一種效果良好的冷凍面團保護劑，使用方便，可用于大規(guī)模生產(chǎn)，具有在冷凍面團發(fā)酵烘焙產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模應用的潛力。

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Study on the enhancement of texture and sensory attributes offrozen sweet dough bread using γ-poly glutamic acid

DING Shan-shan1，JIA Chun-li1，2，ZHANG Luan2，XU Hong2，HUANGWei-ning1，*，RAYAS-DUARTE Patricia3
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China；2.BaihoBake Biotechnology International，Inc.，Nanjing 211000，China；3.Food and Agricultural Products Research Center，Oklahoma State University，Stillwater 74078-6055，USA）

The effects of γ-poly glutamic acid（γ-PGA） produced by biological fermentation on the freezingresistance of frozen sweet dough and its bread-making properties are studied. Differential Scanning Calorimeter（DSC），Texture Analyzer and sensory evaluation，and so on were used to investigate the antifreeze activity ofγ-PGA，and frozen water content，bread specific volume，texture and sensory attributes of frozen sweet doughwith different amount of γ-PGA at different frozen storage conditions（frozen storage at constant and fluctuatingtemperature）. Results showed that：the antifreeze activity of γ-PGA was 8.027g unfrozen water/g，indicatingthat γ-PGA had good antifreeze activity. The addition of γ-PGA into frozen sweet dough caused a significantdecrease in ice melting enthalpy of frozen sweet dough（ΔHdough），indicating that the freezable water contentdecreased significantly. The addition of 0.5% and 1% γ -PGA significantly improved the bread specificvolume，texture and sensory scores of frozen sweet dough，and the bread made of frozen sweet dough with 1%γ-PGA was the best.

γ-poly glutamic acid；frozen sweet dough；antifreeze activity；freezable water；baking bread

TS202.3

：A

：1002-0306（2014）16-0308-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.16.059

2014－01－16 *通訊聯(lián)系人

丁珊珊（1990-），女，碩士研究生，研究方向：食品烘焙科學、功能配料與食品添加劑。

國家863高技術研究發(fā)展計劃項目（2012AA022200）；國家自然科學基金項目（31071595，20576046）；江蘇省科技支撐計劃項目（BE2011380）；江蘇省產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新基金-前瞻性聯(lián)合研究項目（BY2014023-16）。