凍融淀粉對饅頭品質(zhì)的影響研究

王宏偉, 陳彬云, 許 可, 張艷艷,劉興麗, 張 華, 蘇東民

(鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1，鄭州 450002) (食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心2，鄭州 450002) (河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點實驗室3，鄭州 450002)

冷凍面團以其高效生產(chǎn)、方便快捷、美味可口等優(yōu)點而備受消費者的喜愛，極大促進(jìn)了我國面制品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、連鎖化的生產(chǎn)。然而，冷凍面團從生產(chǎn)、銷售、運輸?shù)绞秤玫恼麄€過程不可避免地會歷經(jīng)溫度波動，即發(fā)生冷凍-解凍的循環(huán)過程(凍融循環(huán))，而凍融循環(huán)過程會影響面制品的外觀、口感、風(fēng)味等品質(zhì)，致使最終產(chǎn)品品質(zhì)的下降[1, 2]。

冷凍面團內(nèi)部面筋蛋白結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、酵母活性的降低、淀粉結(jié)構(gòu)的破壞均可導(dǎo)致其終產(chǎn)品品質(zhì)劣變，但目前的相關(guān)研究主要集中在對面筋蛋白及酵母活性兩方面[3, 4]。冷凍面團在儲藏過程中，由于受冰晶形成及重結(jié)晶的影響會造成面團中水分的重新分配，所產(chǎn)生的微機械力可導(dǎo)致蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變、非共價鍵(如氫鍵、疏水鍵)的斷裂，導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性的下降[5]。Wang等[6]發(fā)現(xiàn)凍藏后的面筋蛋白，其可溶性蛋白含量明顯增加、面筋大分子聚合物含量顯著降低，這表明面筋大分子聚合物的解聚隨凍藏而發(fā)生，即凍藏破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且有研究表明，相比于恒溫凍藏，凍融循環(huán)對面筋蛋白結(jié)構(gòu)的破壞更大[7]。此外，凍藏處理會造成面團內(nèi)酵母存活率、發(fā)酵力減弱，而酵母存活率、產(chǎn)氣能力弱化是造成產(chǎn)品品質(zhì)劣變的又一原因[8]。

雖然研究人員已在調(diào)控面筋蛋白結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和酵母活性的降低做了大量研究，并探究其對冷凍面制品品質(zhì)劣變的影響規(guī)律，但有關(guān)面團中主要組分淀粉(約占75%)的研究相對缺乏。目前，相關(guān)研究主要集中在凍藏對淀粉形貌結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、糊化特性等的影響[9, 10]，且多表現(xiàn)為凍藏淀粉與生面團之間的聯(lián)系，關(guān)于凍藏淀粉與冷凍面團制品(饅頭)之間的關(guān)系研究較少，以致無法實現(xiàn)冷凍面制品的長期儲存與質(zhì)量的穩(wěn)定。因此，本實驗通過分離重組的方法研究凍融淀粉對重組面團加工特性及饅頭品質(zhì)的影響，并通過主成分分析探究它們之間的相關(guān)性，以闡明凍融淀粉對饅頭品質(zhì)劣變的影響，這對于饅頭產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的發(fā)展具有一定的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

精制小麥粉(蛋白質(zhì)、淀粉、含水量及灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.8%、76.5%、12.4%、0.5%)；谷朊粉(G5004，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>75.0%)；酵母；氫氧化鈉：分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，HA-3480AS和面機，DZM-140電動壓面機，HWS-080恒溫恒濕箱，TG16-WS臺式高速離心機，DW-HW50超低溫冷凍儲存箱，JSM-6490LV掃描電子顯微鏡，RVA 4500快速黏度測定儀，HR-1Discovery流變儀，IX XT. plus物性測定儀。

1.3 方法

1.3.1 凍融循環(huán)小麥淀粉的提取

將精制小麥粉與蒸餾水按質(zhì)量比2∶1(干基)置于和面機中，于120 r/min條件下攪拌10 min，隨之醒發(fā)15 min。待面團醒發(fā)好后，通過壓片機制成厚度均勻的面片，并置于保鮮膜中轉(zhuǎn)移至-18 ℃冰箱凍藏23 h，再置于恒溫恒濕箱中解凍(濕度80%、溫度30 ℃)1 h，即完成1次凍融過程，面團分別被凍融0、2、6、10次[11]。將經(jīng)凍融處理的面團用蒸餾水洗出淀粉，隨后加入0.1% NaOH溶液并攪拌均勻，繼而4 000 r/min離心10 min，離心后除去上層蛋白質(zhì)層，將下層的淀粉層分散于蒸餾水中，于相同轉(zhuǎn)速下離心10 min[12]。最后再經(jīng)蒸餾水3次洗滌沉淀后，將淀粉精漿于45 ℃干燥箱烘干，粉碎過篩(100目)，即獲得凍融循環(huán)小麥淀粉。根據(jù)凍融次數(shù)的不同，原淀粉及凍融處理后的樣品被分別命名為凍融0次、凍融2次、凍融6次和凍融10次。

1.3.2 破損淀粉含量測定

根據(jù)美國谷物化學(xué)學(xué)會推薦方法AACC 76—30A[13]測定破損淀粉含量。

1.3.3 重組面團的制備

將凍融淀粉與谷朊粉按質(zhì)量比6∶1(干基)的比例進(jìn)行復(fù)配以獲得重組小麥粉。隨之，將重組小麥粉、酵母、蒸餾水按質(zhì)量比100∶1∶50的比例混合均勻于和面機中攪拌10 min，制得重組面團。

1.3.4 重組面團掃描電子顯微鏡觀察(SEM)

采用掃描電子顯微鏡對重組面團形貌特征進(jìn)行研究。將樣品置于真空條件下噴金處理2 min后，用×1 000放大率觀察樣品的微觀形貌[14]。

1.3.5 重組面團熱力學(xué)特性測定(DSC)

采用差式掃描量熱儀對樣品進(jìn)行熱力學(xué)特性分析。從面團中心部位稱取約15 mg的樣品于DSC鋁盒中密封，于4 ℃冰箱中平衡24 h，以空鍋作為對照，以10 ℃/min的速率從20 ℃升溫至120 ℃，進(jìn)行樣品熱特性測定。

1.3.6 重組粉糊化特性測定

使用快速黏度分析儀探究凍融淀粉對重組粉糊化特性的影響，將重組小麥粉與蒸餾水按照一定比例混勻，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%懸浮液。采用熱冷循環(huán)：在初始溫度為30 ℃條件下保溫1 min，再以5 ℃/min的速率升溫至95 ℃，保持10 min，最后以相同的速率降溫至50 ℃，并保溫10 min。糊化過程初始轉(zhuǎn)速設(shè)置為960 r/min，其余實驗部分轉(zhuǎn)速為160 r/min[15]。

1.3.7 重組面團流變學(xué)特性測定

采用 Oscillation Frequency 模式對重組面團進(jìn)行角頻率掃描以測定其流變學(xué)特性。平行板規(guī)格選擇40 mm，夾縫距離2 mm。掃描條件設(shè)置：應(yīng)變：0.1%，頻率0.1～100 Hz，溫度：25 ℃。測試過程中，刮掉多余樣品并立即在其周圍涂以植物油以防水分的散失[16]。

1.3.8 重組饅頭的制備

依據(jù)GB/T 35991—2018[17]中的方法略加修改以制備重組饅頭。將制備的重組面團放入壓片機輥壓趕氣后，置于恒溫恒濕發(fā)酵箱(濕度80%、溫度30 ℃)中醒發(fā)1 h后取出，揉制成表面光滑、富有彈性的饅頭胚，隨后在相同溫濕度下二次醒發(fā)0.5 h。待醒發(fā)好后置于蒸鍋中，冷水蒸制0.5 h，獲得重組饅頭。

1.3.9 重組饅頭比體積測定

饅頭比體積SP(mL/g)：將蒸制熟化好后的饅頭置于室溫下(25 ℃)冷卻1 h后進(jìn)行測定，饅頭比體積計算公式為：

SP=V/M

式中：V為饅頭體積/mL，采用小米置換法測定；M為饅頭質(zhì)量/g。

1.3.10 重組饅頭質(zhì)構(gòu)測定

參照張小村等[18]的方法并略有改進(jìn)。將蒸好的饅頭于室溫冷卻2 h后，取其饅頭芯制成厚薄均勻的薄片，作為待測品。采用P 50探頭測定饅頭芯的全質(zhì)構(gòu)特性，速率設(shè)置為測前2.0 mm/s，測中和測后均為1.0 mm/s，壓縮率50%，感應(yīng)力8 g，壓縮間隔5 s。每個樣品測量6次取平均值。

1.3.11 重組饅頭感官評價

感官評價在黃承芳等[19]的基礎(chǔ)上略有改動，選取10名具備相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識且經(jīng)驗豐富的人員對蒸制熟化后饅頭的外觀、風(fēng)味、口感及氣孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的感官評價。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實驗結(jié)果采用Origin 8.5軟件進(jìn)行繪圖，使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，所有數(shù)據(jù)的顯著性均采用Duncan多重比較法(P<0.05)進(jìn)行檢驗，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，同時使用SPSS對特征值大于1的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 凍融循環(huán)對破損淀粉含量的影響

由圖1可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，破損淀粉含量呈不斷上升的趨勢，且以凍融10次的最為顯著。這可能是由于反復(fù)凍融過程中水分的遷移，使小冰晶逐漸減少甚至消失、大冰晶逐漸形成，所產(chǎn)生的微作用力引起了淀粉顆粒的高度損傷，繼而通過其高度的吸水能力增強了淀粉顆粒的膨脹和滲透壓力，引起了破損淀粉含量的提升[20]。此外，凍融循環(huán)導(dǎo)致淀粉顆粒的高度破壞可引起其內(nèi)部蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、直鏈淀粉的持續(xù)流失，促進(jìn)化學(xué)成分從破裂的淀粉顆粒中浸出，進(jìn)而弱化其剛性，使其更容易受到破損，這與前人的相關(guān)研究結(jié)果相似[21, 22]。

注：不同上標(biāo)小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同凍融條件下破損淀粉含量的變化

2.2 凍融淀粉對重組面團微觀結(jié)構(gòu)的影響

面團的微觀結(jié)構(gòu)主要取決于面筋網(wǎng)絡(luò)的形成和淀粉顆粒的填充程度。圖2為凍融處理前后的淀粉與谷朊粉復(fù)配而制得的重組面團的微觀結(jié)構(gòu)圖譜。凍融淀粉的添加，使重組面團顯示出較差的面筋網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)弱化的趨勢，淀粉顆粒多以分散的形式存在于面筋網(wǎng)絡(luò)外，尤以凍融10次的樣品裹露程度最為明顯。相反地，凍融0次的樣品能清晰的看到淀粉顆粒被面筋蛋白所覆蓋，二者共同構(gòu)成復(fù)合體系，促進(jìn)了面筋網(wǎng)絡(luò)(紅色箭頭)的形成。這是因為反復(fù)凍融過程中，水在淀粉顆粒內(nèi)部的遷移和冰晶形成及重結(jié)晶所產(chǎn)生的微作用力導(dǎo)致了淀粉顆粒形態(tài)的改變，使其表面出現(xiàn)了孔洞和裂紋，水分子更易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，進(jìn)而與面筋蛋白競爭性吸水，弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成[23, 24]，而原淀粉顆粒結(jié)構(gòu)較為完整，可與面筋蛋白構(gòu)成較為完整的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 重組面團的SEM圖(× 1 000)

2.3 凍融淀粉對重組面團熱力學(xué)特性的影響

糊化焓(ΔH)反映了糊化過程中淀粉顆粒打破其有序分子結(jié)構(gòu)時所需要的能量[25]。由表1可見，與原淀粉相比，添加凍融淀粉的重組面團的ΔH呈下降趨勢，表明凍融處理后淀粉顆粒的有序結(jié)構(gòu)被破壞，淀粉分子結(jié)構(gòu)趨于無序化。此外，經(jīng)10次凍融循環(huán)后，重組小麥面團的起始(To)、峰值(Tp)和終止溫度(Tc)明顯降低，這可能與淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)劣變有關(guān)，反復(fù)凍融過程中由于淀粉分子結(jié)構(gòu)趨于無序化，使水分子更易與淀粉分子結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)了淀粉顆粒的吸水糊化，故凍融淀粉的添加降低了重組面團的糊化溫度及糊化焓。也就是說，凍融過程中，冰晶的形成及重結(jié)晶所產(chǎn)生的微物理應(yīng)力導(dǎo)致了淀粉分子結(jié)構(gòu)的劣變，促進(jìn)了淀粉的糊化過程，進(jìn)而破壞了維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的次級鍵，故重組面團的糊化焓、面團熱穩(wěn)定性降低。

表1 重組面團熱力學(xué)特性的變化

2.4 凍融淀粉對重組粉糊化特性的影響

由表2可知，凍融處理可導(dǎo)致重組粉的糊化黏度整體呈上升的趨勢。一方面，由于凍融循環(huán)過程中，破損淀粉的增加，使淀粉暴露出更多的羥基，而這些羥基會與水中的氫離子結(jié)合形成氫鍵，進(jìn)而提高了重組粉的熱膨脹能力，增大了體系的黏度[26, 27]；另一方面，谷朊粉的加入促進(jìn)了淀粉與蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，由于谷朊粉本身具有黏結(jié)性，它的添加基本抵消了與淀粉競爭吸水所造成的黏度的減小，故蛋白質(zhì)的聚合促進(jìn)了體系糊化黏度的提高。但重組粉的回生值顯著下降，可能是因為蛋白分子的存在阻礙了淀粉分子的重排。此外，凍融處理使峰值黏度有所增加(P<0.05)，峰值黏度反映了混合物結(jié)合水的能力，峰值黏度的增加可能是由于淀粉顆粒上出現(xiàn)孔隙和裂縫而導(dǎo)致的，隨著凍融次數(shù)的增加，破損淀粉含量顯著增加，這使得淀粉顆粒更易與水分子結(jié)合，進(jìn)而增加了小麥淀粉的膨脹度，提高了重組粉的峰值黏度。崔建濤等[28]認(rèn)為峰值黏度對小麥制品品質(zhì)的影響應(yīng)依其制品的種類和加工方式而異，峰值黏度雖與面條蒸煮特性(彈性、韌性及食用品質(zhì))呈一定的正相關(guān)，但在制作饅頭時，峰值黏度的增高會影響?zhàn)z頭的發(fā)酵性能，使饅頭品質(zhì)下降。高媛等[29]認(rèn)為淀粉糊化過度(即高峰值黏度)，易產(chǎn)生大量氣體，使饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，進(jìn)而引起饅頭的塌陷。因此，在饅頭制作中，需要對小麥粉的糊化特性進(jìn)行綜合考慮。

表2 重組粉糊化特性的變化

2.5 凍融淀粉對重組面團流變特性的影響

由圖3可知，隨著淀粉凍融次數(shù)的增加，面團的彈性模量G′和黏性模量G″均上升，表明凍融淀粉可顯著影響面團的穩(wěn)定性及延展性，即反映面團品質(zhì)的改良，但在本項研究中并非如此。G′和G″的上升，一方面是由于反復(fù)凍融破壞了淀粉顆粒的有序化排列，使淀粉顆粒易吸水膨脹、淀粉分子鏈間易發(fā)生重排，進(jìn)而提高了其硬度；另一方面，凍融淀粉與面筋蛋白競爭性吸水，弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使淀粉顆粒逐漸被裸露，造成了面筋蛋白包裹能力的下降，進(jìn)而促進(jìn)了凍融淀粉與面筋蛋白的分離、蛋白質(zhì)的互相聚集，且隨著凍融次數(shù)的增多，相分離現(xiàn)象越顯著，這也與重組面團微觀結(jié)構(gòu)中所觀察到的結(jié)果相一致。為了進(jìn)一步評價面團的穩(wěn)定性及延展性，損耗角正切值tanδ(G″/G′)被用來表征面團體系的黏彈性行為。如圖3c所示，所有的樣品的tanδ<1，G′>G″，表明彈性與黏性相比占優(yōu)勢，面團表現(xiàn)出較強的彈性特征，而較高的彈性易造成了面團發(fā)酵時膨脹受阻，影響醒發(fā)效果，使蒸制熟化后的饅頭體積偏小、饅頭芯發(fā)干[30]。

圖3 重組面團流變特性的變化

2.6 凍融淀粉對重組饅頭比體積及質(zhì)構(gòu)特性的影響

將淀粉從不同凍融次數(shù)處理的冷凍面團中分離，再以原小麥粉的組成比例與谷朊粉進(jìn)行復(fù)配，以闡明凍融淀粉對饅頭品質(zhì)劣變的影響[31]。饅頭比體積可直觀地表達(dá)饅頭的蒸煮特性，而饅頭的質(zhì)構(gòu)特性可反映饅頭的品質(zhì)特征。由表3可知，凍融淀粉的加入使得重組饅頭的比體積下降，而其硬度、內(nèi)聚性及咀嚼性均有所增加，這可能是源于反復(fù)凍融過程中，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的破壞，致使破損淀粉含量的提高，而高吸水性的破損淀粉可與面筋蛋白競爭性吸水，致使面團持氣能力及形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力減弱，進(jìn)而導(dǎo)致蒸制熟化后的饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未完全展開，造成饅頭比體積的下降及質(zhì)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的增加[32]。

2.7 重組饅頭感官評價

由圖4和表3可知，凍融淀粉的添加使得重組饅頭的感官總分整體呈下降趨勢，特別是凍融10次后所制備的重組饅頭，可接受性最差。這可能是由于凍融淀粉與谷朊粉復(fù)配后無法形成高質(zhì)量的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起了產(chǎn)品品質(zhì)的劣變，這一結(jié)果可從重組面團微觀結(jié)構(gòu)中得到論證。此外，反復(fù)凍融過程中，冰晶的形成降低了淀粉顆粒內(nèi)部的有序化排列，弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，形成了不受消費者喜愛的口感，進(jìn)而導(dǎo)致饅頭品質(zhì)變劣。

圖4 不同凍融循環(huán)條件下饅頭感官品質(zhì)的變化

表3 重組饅頭比體積、質(zhì)構(gòu)特性和感官評分的變化

2.8 主成分分析

為全面了解重組面團微觀結(jié)構(gòu)、加工特性與重組饅頭品質(zhì)之間的相互關(guān)系，本研究對重組面團與重組饅頭的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了主成分分析(PCA)。主成分分析結(jié)果如圖5載荷圖所示，前2個主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到97.50%，能夠很好地反映重組面團和重組饅頭在不同凍融條件下品質(zhì)特性的變化情況。

由圖5可知，饅頭硬度與破損淀粉的含量、饅頭的質(zhì)構(gòu)特性(如內(nèi)聚性、咀嚼性)及重組粉的糊化性能(如峰值黏度)呈正相關(guān)，與饅頭的比體積、感官評價總分呈負(fù)相關(guān)，這表明反復(fù)凍融過程中，硬度的增加可導(dǎo)致饅頭品質(zhì)及適口性的下降。一方面，反復(fù)凍融的過程中，破損淀粉含量的提高促進(jìn)了淀粉顆粒的吸水膨脹、面筋蛋白的失水，形成了不完整的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未得到完全的展開，引起了饅頭比體積的下降，硬度、內(nèi)聚性及咀嚼性的增大，對饅頭感官品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。另一方面，峰值黏度的提升，影響了饅頭的發(fā)酵性能，造成了饅頭比體積的減小，硬度增加，進(jìn)而引起饅頭品質(zhì)的下降。此外，重組饅頭的比體積與重組面團的熱特性(To、Tp、Tc、ΔH)呈正相關(guān)，表明凍融循環(huán)破壞了淀粉分子間的有序化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了淀粉與面筋蛋白的分離，使得面筋結(jié)構(gòu)變的松散，阻礙了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成并降低了面團的持氣能力，最終引起饅頭比體積的下降，硬度的提高，這一結(jié)果與Tao等[33]的研究相類似。主成分分析結(jié)果與感官評價結(jié)果基本保持一致，表明通過探究重組面團微觀結(jié)構(gòu)、加工特性與重組饅頭品質(zhì)之間的相互關(guān)系，利用主成分分析的方法測定饅頭品質(zhì)特征具有一定的可行性，可為速凍主食的規(guī)?；a(chǎn)提供參考。

圖5 重組面團加工特性與其饅頭品質(zhì)之間的主成分分析

3 結(jié)論

凍融循環(huán)使得淀粉顆粒及面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到了不同程度的破壞。一方面，凍融循環(huán)破壞了淀粉結(jié)構(gòu)的有序化排序，使其結(jié)構(gòu)趨于無序化；另一方面，凍融循環(huán)破壞了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使淀粉顆粒多以分散的形式存在于面筋蛋白外，且隨凍融循環(huán)次數(shù)增加，相分離現(xiàn)象越明顯，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的受損程度也越嚴(yán)重。此外，凍融淀粉影響重組饅頭的品質(zhì)特性，使饅頭各項感官指標(biāo)總體上均呈下降的趨勢，且隨著淀粉凍融循環(huán)次數(shù)的增加，影響越顯著。主成分分析結(jié)果與感官評價結(jié)果基本保持一致，表明通過探究重組面團微觀結(jié)構(gòu)、加工特性與重組饅頭品質(zhì)之間的相互關(guān)系，利用主成分分析的方法測定饅頭品質(zhì)特征具有一定的可行性，可為速凍主食的規(guī)?；a(chǎn)提供參考。