苜蓿冰結(jié)構(gòu)蛋白對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)地的影響

曲 敏,孫 玥,陳鳳蓮,李亞楠,田 野,吳 征,范洪臣

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江省普通高等學(xué)校食品科學(xué) 與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江哈爾濱 150076)

冷凍面團(tuán)技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的食品加工新技術(shù),解決了傳統(tǒng)面食保質(zhì)期短、易變質(zhì)的現(xiàn)象[1]。但冷凍面團(tuán)在凍藏和運(yùn)輸過(guò)程中,由于冰晶和重結(jié)晶的形成破壞了面筋蛋白結(jié)構(gòu)[2-3]。同時(shí)由此產(chǎn)生的水分遷移也導(dǎo)致蛋白質(zhì)脫水收縮,引起化學(xué)鍵變化及蛋白質(zhì)變性[4-5]。向冷凍面團(tuán)中添加乳化劑、凝膠劑等添加劑可適當(dāng)改善面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和抗凍能力[6-7],但這些添加劑只能減少面團(tuán)中水分活度,減少壓力造成的水凍結(jié),而對(duì)冰晶的作用很小,對(duì)面筋蛋白的保護(hù)作用也受到了限制。

冰結(jié)構(gòu)蛋白(Ice structuring proteins,ISPs),又稱為抗凍蛋白(Antifreeze proteins,AFPs)或熱滯蛋白(Thermal hysteresis proteins,THPs),是生物體為抵御外界寒冷環(huán)境而產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)[8-9]。由于其獨(dú)特的能力使溶液冰點(diǎn)和熔點(diǎn)分離,非依數(shù)性的降低冰點(diǎn),而對(duì)溶液的熔點(diǎn)影響甚微,冰點(diǎn)與熔點(diǎn)之間出現(xiàn)的差值為熱滯活性(Thermal hysteresis activity,THA),且ISPs能與冰表面產(chǎn)生不可逆的結(jié)合,具有修飾冰晶形態(tài)和抑制冰晶重結(jié)晶的能力。目前已經(jīng)在魚類、昆蟲、真菌細(xì)菌以及植物中發(fā)現(xiàn)了ISPs的存在。尤其是植物ISPs具有低THA、高冰晶形態(tài)修飾及抑制重結(jié)晶的能力。將其應(yīng)用于低溫冷鏈?zhǔn)称分?將提高其質(zhì)量、延長(zhǎng)保質(zhì)期。研究證明了ISPs應(yīng)用在食品方面的安全性與可行性[10-11]。2006年我國(guó)衛(wèi)生部公布了ISPs為新型添加劑可用于食品冷凍方面。Wang等[12]將ISPs添加于冰淇淋中,顯微觀察發(fā)現(xiàn)冰淇淋中冰晶細(xì)小均勻,與未添加組冰晶體積大存在顯著差異;Ding等[13]研究了ISPs對(duì)冷凍面團(tuán)持水力和烘焙特性的影響,發(fā)現(xiàn)ISPs能夠顯著加強(qiáng)冷凍面團(tuán)的持水力并改善其烘焙特性。向冷藏的肉類制品中加入ISPs能有效的抑制冰晶形成,減少了肉制品的營(yíng)養(yǎng)成分流失[14]。

紫花苜蓿(Medicagosativa),俗稱金花菜,是重要的豆科牧草,亦可食用。其鮮品中蛋白含量高達(dá)18%以上。苜蓿耐寒能力極強(qiáng),在-45 ℃極寒條件下返青率仍達(dá)到90%。本研究以苜蓿干草為原料提取苜蓿冰結(jié)構(gòu)蛋白(alfalfa ice structuring protein,AISPs),并將其添加到冷凍面團(tuán)中,檢測(cè)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性、拉伸特性以及微觀結(jié)構(gòu)的變化,探究AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)的抗凍保護(hù)作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

“肇東”紫花苜蓿 黑龍江省蓬勃牧草有限公司;北大荒高筋面粉 黑龍江北大荒有限公司;磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、硫酸銨、戊二醛、乙醇、叔丁醇 均為分析純。

FW135多功能粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司;EMS-8B磁力攪拌器 天津歐諾儀器儀表有限公司;Z366高速大容量臺(tái)式離心機(jī) 德國(guó)哈默公司;Q2000差示掃描熱量?jī)x 美國(guó)TA公司;TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司;Extensograph拉伸儀 德國(guó)Brabender公司;SU8010掃描電鏡 日本日立公司;BS224S型電子分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;XK01恒溫恒濕發(fā)酵箱 北京騰威機(jī)械有限公司;DM750生物顯微鏡 瑞士萊卡公司;BCD-206TADZ電冰柜 青島海爾電器股份有限公司;ES-2030冷凍干燥儀、E-1010離子濺射鍍膜儀 日本Hitachi公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 苜蓿蛋白的提取 參照曲敏等[15]的方法。利用磷酸緩沖溶液法從苜蓿干草中提取AISPs。取苜蓿干草,除去雜質(zhì)和粗莖后粉碎,過(guò)80目篩,備用。以液料比20∶1與磷酸鹽緩沖溶液(濃度63 mmol/L、pH7.7)混合,攪拌2 h后,8000 r/min離心15 min,得到蛋白提取液,將其邊攪拌邊緩慢加入固體硫酸銨至飽和,攪拌20 min,4 ℃放置2 h,8000 r/min離心10 min得到沉淀,將沉淀用濃度63 mmol/L的緩沖溶液溶解后,得到苜蓿蛋白溶液。將其透析脫鹽,選取截留分子量為1000 Da的透析袋,將透析袋在pH為7.8的堿性EDTA溶液中煮沸30 min后用蒸餾水洗凈。將蛋白液加入透析袋,在4 ℃磷酸鹽緩沖溶液(濃度63 mmol/L)中進(jìn)行脫鹽,將透析袋內(nèi)液在-45 ℃冰箱中冷凍24 h,轉(zhuǎn)置冷凍干燥機(jī)干燥12 h,得到苜蓿蛋白粉。

1.2.2 苜蓿蛋白抗凍活性檢測(cè) 參照曲敏等[15]的方法,使用差熱分析儀(differential scanning calorimetry,DSC)進(jìn)行測(cè)定熱滯活性:取5 μL 20 mg/mL樣品注入坩堝底部,以空坩堝為參比,以1 ℃/min的速率勻速降溫至-20 ℃,平衡10 min,使樣品完全冷凍且系統(tǒng)穩(wěn)定,再以1 ℃/min的速率升溫至10 ℃,根據(jù)樣品熔融峰得到樣品的熔點(diǎn)Tm和熔融焓ΔHm(即吸熱峰面積)。以1 ℃/min的速率降溫至-20 ℃,平衡10 min后,再以同樣速率升溫至保持溫度Th。平衡10 min后,再以1 ℃/min降溫至-20 ℃。記錄降溫后部分融化狀態(tài)再次全部?jī)鼋Y(jié)產(chǎn)生的重結(jié)冰溫度T0和結(jié)冰焓ΔHf(即結(jié)冰放熱峰面積)。改變Th,重復(fù)實(shí)驗(yàn),通過(guò)DSC曲線得到不同停留溫度下的冰晶含量和樣品的THA值與分析。

冰核含量和THA計(jì)算方法如下:

Φ=1-ΔHf/ΔHM

式(1)

式中:φ為樣品中的冰核含量;ΔHf為停留溫度停留后繼續(xù)降溫過(guò)程中體系的結(jié)晶焓;ΔHm為樣品熔融焓。

THA=Th-T0

式(2)

式中:THA為樣品的熱滯活性,Th為停留溫度,T0為不同停留溫度下體系的開始結(jié)晶溫度。

1.2.3 苜蓿蛋白溶液冰晶觀察 將苜蓿蛋白粉配制成20 mg/mL溶液。分別取30 μL的蒸餾水、苜蓿蛋白溶液、20 mg/mL的NaCl溶液和蔗糖溶液于單洼玻片上冷凍30 min,迅速置于DM750生物顯微鏡上進(jìn)行觀察,并拍照,待其溶化后再次復(fù)凍,依此凍融4次。蒸餾水、NaCl溶液和蔗糖溶液為對(duì)照溶液,觀察各溶液的冰晶大小及形態(tài)。

1.2.4 冷凍面團(tuán)的制備及質(zhì)地檢測(cè)

1.2.4.1 冷凍面團(tuán)的制備及凍融處理 稱取一定量的面粉與AISPs凍干粉充分混合溶于水,制備成AISPs含量為分別為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的面團(tuán)(其中0的AISPs為對(duì)照組),放入-40 ℃低溫冰箱速凍30 min,在將面團(tuán)移入-18 ℃的冰箱中冷凍備用。一周后取出在恒溫恒濕發(fā)酵箱內(nèi)30 ℃、濕度75%條件下完全解凍至面團(tuán)中心溫度達(dá)到10 ℃,即為一個(gè)凍融周期,即1周次。將上述冷凍面團(tuán)樣品進(jìn)行0、2、4、6、8、10個(gè)周次的凍融處理。

1.2.4.2 冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定 采用P50柱形探頭,在質(zhì)構(gòu)分析(Texture profile analysis,TPA)模式下分別設(shè)定下壓前速度:3.00 mm/s,下壓中速度:1.00 mm/s,下壓后速度:1.00 mm/s,下壓距離:4.00 mm,測(cè)定不同AISPs添加量、不同凍融周期冷凍面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。

1.2.4.3 冷凍面團(tuán)拉伸性測(cè)定 拉伸特性依據(jù)GB/T 14615-2006,運(yùn)用Brabender拉伸儀進(jìn)行,測(cè)定不同AISPs添加量、不同凍融周期冷凍面團(tuán)的拉伸特性。

1.2.5 冷凍面團(tuán)SEM結(jié)構(gòu)表征 參照耿浩源速凍餃子皮SEM表征的方法,將冷凍后的面團(tuán)樣品用刀片切成2 mm×5 mm的小片。加入2.5%,pH6.8的戊二醛固定,置于4 ℃的冰箱中固定1.5 h以上。用0.1 mol/L pH6.8的磷酸緩沖液沖洗三次,每次10 min。分別用濃度為50%、70%、90%的乙醇進(jìn)行脫水各一次,每次12 min,100%的乙醇脫水三次,每次12 min。將乙醇和叔丁醇混合液(100%乙醇∶叔丁醇=1∶1)和純叔丁醇各進(jìn)行脫水一次,每次15 min。將樣品放入冷凍干燥儀干燥5 h。將干燥后樣品粘在掃面電鏡樣品臺(tái)上,用離子濺射鍍膜儀鍍上金屬膜,置于掃描電鏡下觀察樣品結(jié)構(gòu)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為平均值,并采用origin畫圖軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苜蓿蛋白的抗凍活性檢測(cè)

利用DSC檢測(cè)苜蓿蛋白的THA,結(jié)果見圖1和表1。

圖1 苜蓿蛋白的DSC熱流曲線Fig.1 Heat flow curve of the alfalfa proteins注:曲線a～e分別代表不同停留溫度下的 苜蓿蛋白熱流曲線，其中曲線a、b、c、d和e的 停留溫度分別為-0.5、-0.6、-0.7、-0.8和-0.9 ℃。

表1 苜蓿蛋白的THA檢測(cè)結(jié)果Table 1 THA results of alfalfa proteins

由表1可以看出,隨著停留溫度的升高,冰核含量下降。不同停留溫度下溶液中冰核含量不同,從而會(huì)導(dǎo)致測(cè)定的THA發(fā)生變化[16-19]。隨著冰核含量的減少,THA反而增加。經(jīng)硫酸銨沉淀的蛋白冰核含量大于39.43%時(shí),DSC曲線沒(méi)有明顯的滯后現(xiàn)象,而隨著冰核含量的減少,達(dá)到1.32%時(shí),DSC曲線滯后現(xiàn)象明顯,此時(shí)THA可以達(dá)到最大值為0.61 ℃,說(shuō)明苜蓿干草中含有ISPs。對(duì)比其他植物ISPs研究成果,蛋白濃度為20 mg/mL時(shí),從沙冬青中提取的ISPs THA為0.46 ℃,同濃度AISPs的THA高于沙冬青[20];劉尚等[21]從女貞葉中提取的ISPs,結(jié)果表明在0.5 mg/mL的濃度下,冰核含量為7%時(shí),THA為0.678 ℃。AISPs的THA雖微小于女貞葉ISPs,但冰核含量也低于女貞葉ISPs。Zachariassen 等[22]認(rèn)為,THA 與冰核含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中冰核含量大于5%時(shí),ISPs抑制冰晶生長(zhǎng)的能力較弱,冰晶大量產(chǎn)生;而冰核含量小于5%,ISPs將發(fā)揮顯著的效應(yīng),降低冰點(diǎn)。由此可見AISPs抑制冰晶生長(zhǎng)效果明顯,且具有良好的抗凍活性。

2.2 苜蓿蛋白的冰晶觀察分析

利用顯微鏡觀察水、NaCl溶液、蔗糖溶液和苜蓿蛋白溶液的冰晶結(jié)果見圖2。可以看出,水的冰晶形態(tài)是較大的圓形;NaCl溶液的冰晶形態(tài)體積小、數(shù)量多,形態(tài)單一,多為棒形。經(jīng)過(guò)4個(gè)凍融循環(huán)后,冰晶體積稍顯變大;蔗糖溶液的冰晶形態(tài)也是體積小、數(shù)量多、形態(tài)單一,為小圓形,且小于NaCl溶液。經(jīng)過(guò)4個(gè)凍融循環(huán)后,冰晶體積變化不明顯;而苜蓿蛋白溶液的冰晶形態(tài)豐富,呈現(xiàn)小圓形、棒形、四邊形、菱形及梭形等,甚至立體六棱錐形。苜蓿蛋白溶液的冰晶體積小于蔗糖體積。經(jīng)過(guò)4個(gè)凍融循環(huán)后,冰晶體積稍顯變大,但形態(tài)更加豐富。龔束芳等[23]研究的偃麥草ISPs的冰晶生長(zhǎng)形態(tài)為柱狀、六棱錐狀,王維香[24]觀察到沙冬青ISPs的冰晶生長(zhǎng)形態(tài)為六角形、六棱柱和針狀。ISPs的冰晶形態(tài)多達(dá)六種,其中以梭形和針形最好。而苜蓿蛋白溶液的冰晶即有梭形形態(tài),因此,苜蓿蛋白溶液的冰晶不但體積小,而且形態(tài)理想,說(shuō)明具有很強(qiáng)的修飾冰晶形態(tài)能力。苜蓿蛋白的冰晶生長(zhǎng)形態(tài)與偃麥草ISP和沙冬青ISPs相似,且符合ISPs影響冰晶形態(tài)的特性,即ISPs吸附于冰晶表面,抑制冰晶沿A軸方向的生長(zhǎng),形成六邊形或六棱錐等形態(tài)。NaCl和蔗糖是一種常用的抗凍保護(hù)劑,可以降低溶液冰點(diǎn),有效地抑制溶液冰晶的生長(zhǎng)、防止大冰晶的形成。通過(guò)與NaCl和蔗糖溶液比對(duì),可見,苜蓿蛋白對(duì)冰晶生長(zhǎng)的抑制及對(duì)冰晶的形態(tài)修飾作用顯著,具有很好的抑制冰晶活性。結(jié)合苜蓿蛋白的DSC檢測(cè)結(jié)果,可以斷定磷酸緩沖溶液法提取到的苜蓿蛋白為AISPs。

圖2 冰晶修飾形態(tài)(40×)Fig.2 Modification of ice crystal morphology(40×)注:A.水的冰晶形態(tài);B～E.分別是20 mg/mL NaCl溶液凍融1～4次的冰晶形態(tài);F～I(xiàn). 分別是20 mg/mL 蔗糖溶液凍融1～4次的冰晶形態(tài);J～M. 分別是20 mg/mL苜蓿蛋白溶液凍融1～4次的冰晶形態(tài)。

2.3 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響

AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響結(jié)果見圖3～圖8。隨著凍融次數(shù)的增加,冷凍面團(tuán)的硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性和回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生了不同程度的變化。其中,硬度呈上升趨勢(shì)(2.5%除外),AISPs添加組低于對(duì)照(凍融10周除外),與各凍融次數(shù)對(duì)照相比較,以0.5%添加量硬度降低較明顯;AISPs添加組的黏附性均明顯高于對(duì)照,以添加2%、2.5%的AISPs最顯著(p<0.05);內(nèi)聚性在0～4周次呈上升趨勢(shì),6～8周次相對(duì)穩(wěn)定,8周次后呈下降趨勢(shì),AISPs添加組多數(shù)高于對(duì)照;隨著凍融周次增加,彈性呈下降趨勢(shì),1.5%與2%添加組較穩(wěn)定,而2.5%組先急速上升后穩(wěn)定,AISPs添加組多數(shù)高于對(duì)照;回復(fù)性隨凍融次數(shù)增加均呈現(xiàn)先上升后下降再上升的波浪式變化,以2%添加量變化最明顯。咀嚼性表現(xiàn)為不同程度的先增加后降低趨勢(shì),AISPs添加組大部分高于對(duì)照?？傮w來(lái)看,當(dāng)AISPs的添加量為2%～2.5%時(shí),對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的改善效果最為顯著(p<0.05)。

圖3 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)硬度的影響Fig.3 Effects of AISPs on hardness of frozen dough

圖4 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)黏附性的影響Fig.4 Effects of AISPs on adhesive of frozen dough

圖5 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)內(nèi)聚性的影響Fig.5 Effects of AISPs on cohesion of frozen dough

圖6 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)彈性的影響Fig.6 Effects of AISPs on elasticity of frozen dough

圖7 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)咀嚼性的影響Fig.7 Effects of AISPs on chewiness of frozen dough

圖8 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)回復(fù)性的影響Fig.8 Effects of AISPs on resilience of frozen dough

面團(tuán)的主要成分是淀粉和面筋蛋白,面筋蛋白主要由麥谷蛋白和麥醇溶蛋白組成。麥谷蛋白的數(shù)條亞基通過(guò)分子間-S-S-交聯(lián)形成的聚合物賦予面團(tuán)彈性。面團(tuán)中水分的存在狀態(tài)影響著淀粉和面筋蛋白的結(jié)構(gòu)變化。多次凍融的溫度波動(dòng)導(dǎo)致水分遷移,使面團(tuán)內(nèi)的小冰晶體逐漸匯聚成大冰晶,面筋蛋白的氫鍵被破壞,網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性變差,并與淀粉顆粒分開,面團(tuán)彈性下降[25]。進(jìn)而引起面筋三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性變?nèi)?內(nèi)聚性發(fā)生變化。淀粉線性分子發(fā)生重新排列,溶解度減小,影響了面團(tuán)的硬度[26-28]。淀粉和蛋白質(zhì)的親水性發(fā)生改變,導(dǎo)致其內(nèi)部的半結(jié)合水流出,使面團(tuán)表面的水分較大、黏附性增加。

AISPs通過(guò)修飾冰晶形態(tài)、抑制冰晶的形成和重結(jié)晶,改變冷凍面團(tuán)中水分的存在狀態(tài),緩解水分遷移,改善冷凍面團(tuán)硬度[27-28]。AISPs可將水分有效的鎖定在面團(tuán)表面,引起黏性顯著增加[29]。面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)得到較充分保護(hù),和淀粉顆粒結(jié)合穩(wěn)定,賦予了面團(tuán)良好的彈性和內(nèi)聚性。隨著凍融周期延長(zhǎng),AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)的力學(xué)特性的緩解效果越明顯。因此,在本研究中,添加不同濃度的AISPs冷凍面團(tuán)的硬度增加明顯減緩,彈性和內(nèi)聚性的穩(wěn)定增加,黏附性顯著增加。說(shuō)明了添加AISPs有效改善了冷凍面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。Zhang等[30]研究了抗凍蛋白對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)地特性的影響,結(jié)果表明添加抗凍蛋白可維持面包體積和改善面團(tuán)柔軟性、降低硬度。潘振興[31]研究了ISPs對(duì)長(zhǎng)期冷凍面團(tuán)抗凍發(fā)酵特性產(chǎn)生影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加組的面團(tuán)硬度明顯減小。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與以上基本一致。

2.4 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸特性的影響

AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸特性的影響結(jié)果見圖9～圖14。隨凍融次數(shù)的增加,各組冷凍面團(tuán)的拉伸性能發(fā)生了不同程度的變化。其中,延伸度變化除添加1.5%外,其余均隨AISPs添加量的增加而增大,且均高于對(duì)照。最高可達(dá)190 mm,接近非冷凍面團(tuán)狀態(tài);拉伸阻力和最大拉伸阻力呈上升趨勢(shì),在0～4周次時(shí),對(duì)照低于AISPs添加組,6周次后高于添加組,10周次時(shí)突然大幅度升高;各組拉伸面積呈規(guī)律性增加,AISPs添加組明顯優(yōu)于對(duì)照。其中2%和2.5%組的拉伸面積穩(wěn)定增加;拉伸比例與最大拉伸比例,對(duì)照均大于AISPs添加組,且在第10周次突然顯著增加,嚴(yán)重脫離各AISPs添加組。各凍融中添加量為2%～2.5%,可使冷凍面團(tuán)拉伸特性得到明顯改善,從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā),添加2%為宜。

圖9 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)延伸度的影響Fig.9 Effects of AISPs on extensibility of frozen dough

圖10 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸阻力的影響Fig.10 Effects of AISPs on the tensile resistance of frozen dough

圖11 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)最大拉伸阻力的影響Fig.11 Effects of AISPs on the maximum tensile resistance of frozen dough

圖12 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸面積的影響Fig.12 Effects of AISPs on extensible area of frozen dough

圖13 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸比例的影響Fig.13 Effects of AISPs on extension ratio of frozen dough

圖14 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)最大拉伸比例的影響Fig.14 Effects of AISPs on the max extension ratio of frozen dough

組成面筋蛋白的一個(gè)重要成分是麥醇溶蛋白,賦予面團(tuán)延展性。反復(fù)凍融使面團(tuán)中的水分有足夠時(shí)間通過(guò)粉質(zhì)結(jié)構(gòu),凍結(jié)成為吉布斯自由能較小的大冰晶結(jié)構(gòu),導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和麥醇溶蛋白被破壞,面筋蛋白的拉伸力減小[32]。拉伸力決定了面團(tuán)的延伸能力,隨著凍融次數(shù)的增加,冷凍面團(tuán)的面團(tuán)弱化、面團(tuán)松弛,導(dǎo)致延伸度降低。而添加AISPs后隨著凍融次數(shù)的增加,冷凍面團(tuán)的拉伸特性出現(xiàn)了不同程度的變化,拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均小于對(duì)照,而延伸度和拉伸面積高于對(duì)照。反映了AISPs增加了面筋網(wǎng)絡(luò)之間的結(jié)合能力和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,使拉伸時(shí)間延長(zhǎng),拉伸曲線越穩(wěn)定,面團(tuán)的抗拉伸性能和穩(wěn)定性變好,內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越細(xì)膩,其韌性也增大。說(shuō)明AISPs改善了冷凍面團(tuán)的筋力和品質(zhì)。李楠等[33]研究了不同改良劑對(duì)冷凍面團(tuán)拉伸特性的影響,得出選擇合適的添加劑可以改善冷凍面團(tuán)的拉伸特性,佐證了本研究結(jié)果。

2.5 AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)超微結(jié)構(gòu)的影響

冷凍面團(tuán)SEM結(jié)構(gòu)表征結(jié)果見圖15。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)在凍融1～4周時(shí),ISPs對(duì)冷凍面團(tuán)超微結(jié)構(gòu)影響大,而4～10周變化不明顯,隨周期延長(zhǎng)至10周后,有明顯影響。因此選取2、4、10周進(jìn)行進(jìn)一步探究。從A1～F1、A2～F2、A3～F3可以看出,隨凍融周期的延長(zhǎng),面筋結(jié)構(gòu)不斷被破壞,直至嚴(yán)重破壞,并斷裂成很多小塊,面筋膜變薄且不均勻,幾乎不可見連續(xù)的面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。大部分淀粉顆粒得以暴露,伴隨出現(xiàn)大量不規(guī)則、質(zhì)地稀疏的空洞。從A1～F1、A2～F2、A3～F3可以看出,隨著AISPs添加量的增加,面筋網(wǎng)絡(luò)由稀少變?cè)龆?淀粉的狀態(tài)由顆粒大暴露多逐步變得大小顆粒都被面筋蛋白包裹。說(shuō)明AISPs對(duì)凍融中的面筋蛋白和淀粉顆粒具有一定的保護(hù)作用。而當(dāng)AISPs添加量為2%～2.5%時(shí),可以觀察到連續(xù)清晰的束狀面筋網(wǎng)絡(luò),少量淀粉顆粒暴露面筋膜外,大空洞較少,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞程度最小,可見經(jīng)過(guò)10個(gè)周次的凍融后,仍然可以觀察到明顯的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這說(shuō)明AISPs可以顯著保護(hù)冷凍面團(tuán)的超微結(jié)構(gòu),具有抗凍保護(hù)效果。

圖15 冷凍面團(tuán)的SEM結(jié)構(gòu)表征Fig.15 Structural characterization of frozen dough by SEM注:A、B、C、D、E和F分別表示冷凍面團(tuán)中AISPs的添加量為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%； 1、2、3分別代表冷凍面團(tuán)凍融周期為2、4、10周次；A1～F1、A2～F2(100×),A3～F3(50×)。

SEM圖直觀的反映了面筋蛋白以膜狀形態(tài)存在,構(gòu)成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),圓形或橢圓形的淀粉顆粒被包裹在面筋膜中,支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中,不規(guī)則深色空洞,分別由冰晶升華后形成的空間,和面團(tuán)未冷凍加工前裹入空氣而產(chǎn)生的氣孔[34-35]?？梢?冷凍面團(tuán)在凍融過(guò)程中,由于水的結(jié)晶和重結(jié)晶而產(chǎn)生較大冰晶,冰晶融化升華后在面筋網(wǎng)絡(luò)上留下不規(guī)則空洞,對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成機(jī)械破壞[36]。同時(shí),大冰晶破壞了細(xì)胞的結(jié)構(gòu),造成細(xì)胞內(nèi)水分流失,進(jìn)一步破壞面筋蛋白與水、淀粉顆粒與水的結(jié)合。因而AISPs的添加在一定程度上通過(guò)修飾冰晶形態(tài)、抑制大冰晶形成,對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和淀粉顆粒產(chǎn)生抗凍保護(hù)作用。Goff等[37]研究了冬小麥ISPs對(duì)冷凍面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)添加ISPs的面筋網(wǎng)絡(luò)中空洞變小,機(jī)械破壞降低,與本研究結(jié)果一致。冷凍面團(tuán)的SEM表征結(jié)果顯示AISPs對(duì)凍融中的面筋蛋白和淀粉顆粒具有一定的抗凍保護(hù)作用,同時(shí)也證實(shí)了凍融對(duì)面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性及拉伸特性有明顯改善作用。

3 結(jié)論

AISPs的THA為0.61 ℃。在凍融周期中,AISPs溶液的冰晶體積小、數(shù)量多,能夠修飾冰晶形態(tài)、抑制冰晶生長(zhǎng)。說(shuō)明AISPs具有良好的抗凍活性。在多次凍融中,添加不同濃度的AISPs對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性及拉伸特性都產(chǎn)生了影響。隨著凍融次數(shù)的增加,AISPs添加組的硬度低于對(duì)照,內(nèi)聚性、彈性、粘附性和咀嚼性多數(shù)高于對(duì)照,回復(fù)性呈波浪式變化,且AISPs添加組的質(zhì)構(gòu)特性均較穩(wěn)定。添加各組的延伸度均高于對(duì)照,最高達(dá)190 mm,接近非冷凍面團(tuán)狀態(tài);拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例與最大拉伸比例低于對(duì)照;拉伸面積高于對(duì)照。總體看來(lái),添加2%～2.5%可使質(zhì)構(gòu)特性和拉伸特性得到明顯改善。

SEM表征結(jié)果,隨凍融周期的延長(zhǎng),面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞,大部分淀粉顆粒得以暴露,伴隨出現(xiàn)大量不規(guī)則、質(zhì)地稀疏的空洞。隨著AISPs添加量的增加,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)清晰連續(xù),淀粉顆粒被面筋蛋白包裹。說(shuō)明AISPs對(duì)凍融中的面筋蛋白和淀粉顆粒具有一定的抗凍保護(hù)作用。

綜上,AISPs具有很好的抗凍活性,添加AISPs可以減少冷凍面團(tuán)內(nèi)部面筋蛋白質(zhì)破壞,保護(hù)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)和拉伸特性的均一性和穩(wěn)定性,在反復(fù)凍融過(guò)程中對(duì)冷凍面團(tuán)起到了良好的抗凍保護(hù)作用。