不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)和面包品質(zhì)的影響陳嘉茹

， 牛麗亞， 周慶紅， 黃英金， 涂 瑾， 余莉莉， 肖建輝

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，南昌 330045) (江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院2，南昌 330045)

冷凍面制品技術(shù)的出現(xiàn)使面團(tuán)制作和面包烘烤分離，實現(xiàn)了現(xiàn)烤現(xiàn)賣，不僅方便了家庭烘焙，更有利于面包的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，擴大其生產(chǎn)規(guī)模。但冷凍面團(tuán)在長時間的凍藏和冷鏈運輸期間，面團(tuán)中水分的遷移及重結(jié)晶等會破壞淀粉與蛋白質(zhì)的面筋網(wǎng)絡(luò)，使得面團(tuán)流變學(xué)特性改變、持氣能力下降、易老化，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品硬度增大、體積減小、風(fēng)味改變等品質(zhì)的劣變[1]。目前，主要通過添加乳化劑、膠體、抗凍蛋白等改良劑來減緩產(chǎn)品品質(zhì)劣變[2]。

我國是甘薯生產(chǎn)大國，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量80%左右。除鮮食外，大量甘薯被用來生產(chǎn)淀粉，而在加工過程中往往會產(chǎn)生大量的廢液。研究發(fā)現(xiàn)，廢液中含有大量甘薯可溶性蛋白，其含有豐富的人體所需的18種氨基酸，生物價值高，也可作為生物活性肽的優(yōu)質(zhì)來源[3]。如若將廢液中的甘薯蛋白回收利用并進(jìn)一步加工，既能提取高附加值的甘薯蛋白，使其發(fā)展成為優(yōu)質(zhì)、營養(yǎng)、健康的食品配料，還能減少資源浪費，解決生產(chǎn)廢水的污染問題。Nazir[4]在高靜水壓下用木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、堿性蛋白酶酶解制得甘薯蛋白水解產(chǎn)物，并發(fā)現(xiàn)分子質(zhì)量<3 ku肽組分在體外和體內(nèi)均表現(xiàn)出降血壓作用，可用于保健食品中。崔珊珊[5]發(fā)現(xiàn)超高壓處理下，甘薯蛋白酶解產(chǎn)物的乳化性提高，可作為一種天然營養(yǎng)的乳化劑，改善產(chǎn)品的品質(zhì)、功能特性。Zhang等[6]發(fā)現(xiàn)胡蘿卜抗凍蛋白可提高酵母的存活率，延緩冷凍面團(tuán)中冰晶的重結(jié)晶；Liu等[7]研究發(fā)現(xiàn)大豆多肽能保持冷凍面制品中的菌種發(fā)酵力。

目前，甘薯蛋白水解物與冷凍面制品的研究還鮮有報道，其對冷凍面制品品質(zhì)的影響程度尚不明確。因此，本實驗將從水分分布、流變學(xué)特性以及質(zhì)構(gòu)特性等方面研究添加不同分子質(zhì)量的甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)、面包品質(zhì)的影響，為甘薯蛋白水解物與冷凍面制品結(jié)合而成的營養(yǎng)、方便、健康食品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

甘薯：商薯-19；面包用小麥粉(蛋白質(zhì)11%，含水量13.6%，吸水率57.2%，灰分0.35%，濕面筋36%)；黃油、白砂糖、食鹽；高活性干酵母。

1.2 儀器與設(shè)備

DHR-2流變儀，DSC-214型差示掃描量熱儀，Micro MR型核磁共振儀，TEE32型TA-XT plus物性測定儀；Farinograph-E粉質(zhì)儀。

1.3 方法

1.3.1 甘薯蛋白水解物的制備

參考Mu等[8]和祝婧等[9]的方法。

新鮮甘薯清洗、分揀、切塊 →打漿→過濾取上清液→酸沉取沉淀(pH=4.0)→蛋白沉淀回溶(pH=8.0)→甘薯蛋白液→堿性蛋白酶(pH=8.0，50 ℃)酶解→離心取上清液→超濾膜截留脫鹽(依次用截留分子質(zhì)量為500、1 000、2 000、3 000 u的超濾膜進(jìn)行超濾)→凍干(48 h)→不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物(SPPHs-500、SPPHs-1 000、SPPHs-2 000及SPPHs-3 000)，不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物成分見表1。

表1 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物成分

1.3.2 冷凍面團(tuán)的制備

將小麥粉(100%)、水(38%)、白砂糖(15%)、高活性干酵母(1%)、不加(空白)或者1%不同分子質(zhì)量的甘薯蛋白水解物置于和面機面缽中，慢速攪拌14 min后將黃油(6%)加入，然后中速攪拌4 min，再將食鹽(1%)加入，中速攪拌2 min，最后慢速攪拌10 min，使面團(tuán)表面變光滑。面團(tuán)和好后將面團(tuán)分割成60 g/個，壓片，搓圓，用保鮮膜包裹完整并置于-80 ℃超低溫冷柜中速凍2 h，然后轉(zhuǎn)入-18 ℃冷藏柜中凍藏7、14、28、42、56 d，得到不同凍藏時間的冷凍面團(tuán)。

1.3.3 面包的制作

將冷凍面團(tuán)在25 ℃下解凍60 min，然后在溫度30 ℃、相對濕度82%的發(fā)酵箱中發(fā)酵60 min。發(fā)酵完成的面團(tuán)放在已預(yù)熱好的烤箱(上火200 ℃，下火190 ℃)中焙烤12 min。

1.3.4 粉質(zhì)特性的測定

稱300 g小麥粉，分別加入1%不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物和適量的水，混合均勻；參照GB/T 14614—2019測定小麥粉的粉質(zhì)特性。

1.3.5 冷凍面團(tuán)水分分布的測定

利用低場核磁共振儀測定解凍后的面團(tuán)橫向弛豫時間(T2)。將面團(tuán)置于室溫下解凍，取3 g面團(tuán)放進(jìn)圓柱小瓶，然后置于儀器中進(jìn)行CPMG脈沖序列測定。參數(shù)設(shè)置參考Xin等[10]：主頻(SF)21 MHz，接收帶寬(SW)100 kHz，90°脈沖時間(P1)7 μs，180°脈沖時間(P2)13 μs，增益(GR1)10 db，數(shù)字增益(DRG1)3，采樣點數(shù)(TD)156492，采樣重復(fù)間隔時間(TW)1 500 ms，重復(fù)掃描次數(shù)(NS)64，回波個數(shù)(NECH)5 000，回波時間(DL1)0.15 ms。測試完成后反演得到T21、T22、T23。

1.3.6 冷凍面團(tuán)可凍結(jié)水含量的測定

用DSC測量面團(tuán)的可凍結(jié)水含量。20 ℃下解凍面團(tuán)，稱取10.0～11.0 mg面團(tuán)于DSC鋁坩堝中，壓蓋密封后待測。以空坩堝為參照，吹入氮氣(50 mL/min)，冷卻至等待溫度-30 ℃，等待2 min后，以10 K/min的速率從-30 ℃升溫到5 ℃，測定面團(tuán)的融化焓[11]。

參照GB 5009.3—2016的直接干燥法測定面團(tuán)的水分含量。冷凍面團(tuán)的可凍結(jié)水含量(CFW ) 根據(jù)公式計算。

式中：ΔH為冰晶融化焓/J/g；ΔfH為水分潛熱，314 J/g；W為面團(tuán)的含水量/g/g。

1.3.7 冷凍面團(tuán)流變特性的測定

用DHR-2流變儀測定冷凍面團(tuán)的動態(tài)流變學(xué)特性。將室溫下解凍完成的冷凍面團(tuán)取適量搓圓置于流變儀底座上，采用直徑30 mm平板，測試間隙為1 000 μm。通過應(yīng)變掃描獲取面團(tuán)的線性黏彈區(qū)間，參數(shù)[12]：溫度25 ℃，頻率1 Hz，應(yīng)變范圍0.001%-1.0%。獲取應(yīng)變值后，通過小振幅頻率掃描測定流變特性，參數(shù)：溫度25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.062%，頻率范圍0.1～80 Hz，采集頻度為5。

1.3.8 面包比容的測定

采用米替換法測定面包的比容。將烘烤后的面包室溫下冷卻1 h，稱量每個面包的質(zhì)量，用置換法測量其體積。計算公式為：比容(mL/g)=體積(mL)÷質(zhì)量(g)

1.3.9 面包質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用TA-XT plus物性測定儀測定面包的質(zhì)構(gòu)特性。取面包中心部分3 cm×3 cm，然后再均分成4份，用P/50R探頭進(jìn)行(TPA)質(zhì)構(gòu)測試，重復(fù)4次測試取平均值。參數(shù)：測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度2 mm/s，形變75%，感應(yīng)力500 g。

1.3.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每組實驗進(jìn)行3次平行實驗，數(shù)據(jù)處理與分析使用Excel、SPSS 20，用Duncan檢驗法進(jìn)行0.05顯著性檢驗，用Origin 21進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響

面團(tuán)的優(yōu)良品質(zhì)與面團(tuán)的形成時間、穩(wěn)定時間呈正相關(guān)，時間越長，面筋強度越大。由表2可知，與空白相比，甘薯蛋白水解物的添加，雖然使面團(tuán)的吸水率和弱化度無明顯變化，但使面團(tuán)的形成時間、穩(wěn)定性和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)均增加。這可能是因為甘薯蛋白水解物富含多種氨基酸序列結(jié)構(gòu)、極性和非極性氨基酸，給水分子、淀粉與蛋白質(zhì)形成的面筋網(wǎng)絡(luò)提供了更穩(wěn)定的環(huán)境，增強了面團(tuán)筋力，延長面筋穩(wěn)定時間[13]。面團(tuán)形成時間和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)隨甘薯蛋白水解物分子質(zhì)量的增加而增加，穩(wěn)定時間隨分子質(zhì)量的增加呈先增加后降減少的趨勢，不同分子質(zhì)量的甘薯蛋白水解物對面團(tuán)的形成時間和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響差異不顯著，但在對面團(tuán)穩(wěn)定時間的影響存在顯著差異。這可能是因為分子質(zhì)量小的甘薯蛋白水解物中氨基酸肽鏈的數(shù)量多于分子質(zhì)量大的甘薯蛋白水解物，為已形成的面筋網(wǎng)絡(luò)提供更持久的穩(wěn)定環(huán)境，提高了面筋的穩(wěn)定性；而部分氨基酸肽鏈可能與水分子、蛋白質(zhì)以及淀粉結(jié)合，形成更穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面筋的穩(wěn)定時間增加[14]。因此，添加SPPHs-1 000、SPPHs-500對面團(tuán)加工品質(zhì)的效果改善相對更好。

表2 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響

2.2 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)水分分布的影響

弛豫圖譜中的擬合峰占比、弛豫時間顯示了添加不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面團(tuán)水分分布情況的影響。由圖1可知，第1個峰(T21)在0.8～1.5 ms之間，被認(rèn)為是與淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)緊密結(jié)合的、流動性最弱的水分，稱為強結(jié)合水；第2個峰(T22)在8～15 ms之間，被認(rèn)為是面團(tuán)中遠(yuǎn)離大分子，與強結(jié)合水以氫鍵結(jié)合的、有一定流動性的水分，稱為弱結(jié)合水；第3個峰(T23)在115～150 ms之間，流動的水分不受約束，稱為自由水[15]。面團(tuán)中的水分主要以結(jié)合水的形態(tài)存在。

隨凍藏時間的延長，強結(jié)合水呈先減小后緩慢增大的趨勢，這可能是因為凍藏生成的冰晶損傷了面筋網(wǎng)絡(luò)，造成水分遷移[16]，緩慢增大可能是因為淀粉在凍藏過程中與水的親和力增大，增強與水分的結(jié)合。弱結(jié)合水凍藏前4周先減小后增大，后4周呈快速下降的趨勢；自由水則隨凍藏時間的延長呈連續(xù)增加的趨勢。這表明凍藏時間的延長，冰晶的增大破壞了面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)，對面團(tuán)中水分的束縛力減弱，使部分弱結(jié)合水轉(zhuǎn)變成自由水。從圖1a～圖1c可知，實驗組的結(jié)合水含量的下降幅度以及自由水含量的上升幅度均顯著小于空白組，SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000這3組的變化趨勢更穩(wěn)定。這可能是因為甘薯蛋白水解物中的某些特定氨基酸肽段中的-NH基團(tuán)和水分子的-OH形成氫鍵，使多肽分子結(jié)合在冰晶表面，延緩凍藏過程中冰晶的增大，從而減少大冰晶對面筋網(wǎng)絡(luò)的破壞，保持面筋蛋白一定的持氣能力[17]；添加SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000的面團(tuán)抑制水分遷移的效果相對更好，可能是因為這3組中的氨基酸鏈提供的非極性環(huán)境可以更好的穩(wěn)定那些結(jié)合于冰晶表面的氫鍵[18]。

注：a～c:T21、T22、T23峰面積占比； d: 典型反演圖。圖1 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)水分分布的影響

2.3 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)可凍結(jié)水含量的影響

可凍結(jié)水含量的增加表明面團(tuán)中可形成冰晶的那一部分水(可凍結(jié)水：自由水和一部分多層水)含量增多；可凍結(jié)水重結(jié)晶形成的冰晶會破壞面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)，改變面團(tuán)中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的存在形態(tài)的含量，影響面團(tuán)的品質(zhì)[19]。抑制可凍結(jié)水含量增加的目的與抑制水分遷移一致，即盡可能的減少冰晶的重結(jié)晶與增大，從而減少對面筋網(wǎng)絡(luò)的破壞。由圖2可知，隨凍藏時間的延長，與空白組相比，添加SPPHs-500對面團(tuán)可凍結(jié)水含量的影響不顯著；添加SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000的面團(tuán)，可凍結(jié)水含量隨凍藏時間的延長呈上下波動的趨勢，凍藏56 d后，添加SPPHs-2 000和SPPHs-3 000的冷凍面團(tuán)其可凍結(jié)水含量只增加了約9%，顯著小于空白組(19%)。這表明甘薯蛋白水解物的添加對可凍結(jié)水含量的增加有良好的抑制作用，且SPPHs-2 000和SPPHs-3 000對可凍結(jié)水含量增加的抑制效果顯著優(yōu)于SPPHs-500和SPPHs-1 000。這可能也是因為帶正電荷的多肽與帶負(fù)電荷的冰表面的—OH相互作用發(fā)生結(jié)構(gòu)重組，形成氫鍵，覆蓋在冰表面上，形成“非冰結(jié)合面”，從而抑制冰晶的形成，減少冰晶對面團(tuán)中聯(lián)結(jié)蛋白質(zhì)與淀粉的二硫鍵的破壞[20]；SPPHs-2 000和SPPHs-3 000的抑制效果更好可能是因為分子質(zhì)量較大的肽鏈與冰結(jié)合更緊密[21]。

注：相同儲藏時間不同上標(biāo)小寫字母表示存在差異顯著(P<0. 05)，余同。圖2 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)可凍結(jié)水含量的影響

2.4 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對冷凍面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

隨凍藏時間的延長，面團(tuán)中游離的水分重結(jié)晶形成冰晶，冰晶的增大會加速破壞淀粉的面筋網(wǎng)絡(luò)，造成高聚物解離，使面團(tuán)的彈性發(fā)生劣變[22]。從圖3a～圖3e可知，與空白組相比，實驗組的彈性模量仍呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，但空白組彈性模量的下降速度以及下降范圍均顯著大于實驗組。

損耗角正切是黏性模量和彈性模量的比值，可用來評價面團(tuán)中高聚物比例的變化情況[23]。面團(tuán)中高聚物所占的比例越高表明面團(tuán)中的面筋蛋白聚合程度越大，即面團(tuán)的品質(zhì)越好。因此，Tanδ的比值越小，面團(tuán)的品質(zhì)越好。由圖3f～圖3j可知，冷凍面團(tuán)的損耗角正切(Tanδ)隨凍藏時間的延長而增大。從圖3k中可知，與空白組相比，凍藏的前28 d實驗組的Tanδ均大于空白組，但實驗組的Tanδ的增長速度遠(yuǎn)小于空白組，而凍藏28 d 后，空白組的Tanδ均顯著大于實驗組；與各實驗組相比，添加SPPHs-1 000的面團(tuán)的Tanδ平均值最小，因此抑制面團(tuán)品質(zhì)劣變的效果最好。這表明添加甘薯蛋白水解物在長時間的凍藏中可以抑制面團(tuán)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的破壞，有效的減緩面團(tuán)在凍藏過程中的發(fā)生的品質(zhì)劣變。這可能是凍藏過程中甘薯蛋白水解物的添加增大了面團(tuán)中高聚物的比例，延緩了面團(tuán)中面筋彈性的劣變，增強了面團(tuán)面筋蛋白的耐破壞力[24]。

2.5 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面包比容的影響

面包的體積與酵母細(xì)胞的產(chǎn)氣能力以及面筋網(wǎng)絡(luò)的持氣能力密切相關(guān)，面團(tuán)凍藏時產(chǎn)生的冰晶會破壞面團(tuán)內(nèi)部持氣的三維網(wǎng)絡(luò)和破壞酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁，造成酵母死亡，產(chǎn)氣能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致烘烤后的面包的比容大幅度下降[25]。由圖4可知，與空白組相比，添加了SPPHs的面包，比容的下降幅度顯著減小，其中添加SPPHs-3 000的面團(tuán)，面包比容從4.8下降到4.2，僅減小了13%，顯著小于空白組(31%)。這表明添加甘薯蛋白水解物可以減少冰的重結(jié)晶，對酵母細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用，從而有效的保持面包的品質(zhì)[26]。這可能是甘薯蛋白水解物通過與酵母細(xì)胞上的磷脂雙分子層結(jié)合，能在一定程度上降低冰晶對酵母細(xì)胞的損傷，減少酵母細(xì)胞的死亡；甘薯蛋白水解物的氨基酸種類豐富，組成平衡，對酵母細(xì)胞的生長、發(fā)酵可能有促進(jìn)作用[27]；添加SPPHs-3 000的效果最好，可能是高分子質(zhì)量的肽鏈與磷脂結(jié)合的面積相對較大，能給酵母細(xì)胞提供更好的保護(hù)作用[28]。

圖4 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面包比容的影響

2.6 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面包硬度的影響

冰晶的增大會破壞面團(tuán)中的淀粉和面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，造成面團(tuán)持氣性能降低，面包體積減小，進(jìn)而造成面包硬度的增大；凍藏使淀粉結(jié)晶度增大，表面結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致產(chǎn)品老化速度加快，硬度增加。由圖5可知，隨凍藏時間的延長，添加了甘薯蛋白水解物的面包其硬度的增長幅度和增長速率均顯著小于空白組，但不同分子質(zhì)量的甘薯蛋白水解物的添加對面包硬度的影響差異不顯著。這可能是因為甘薯蛋白水解物與水分子結(jié)合后，阻礙了水分子自由度增大，減少冰晶對淀粉的損傷，維持淀粉與蛋白質(zhì)的結(jié)合，減少淀粉顆粒的剝離，阻礙了淀粉老化、回生，減緩了面包硬化的速度[29]。部分實驗組的硬度與比容不相關(guān)，可能是因為面包表皮的持氣性強，烘烤時裹住從面包內(nèi)部溢出的CO2，而面包內(nèi)部的體積并沒有充滿，造成面包上部有大空洞，面包芯緊實。

圖5 不同分子質(zhì)量甘薯蛋白水解物對面包硬度的影響

3 結(jié)論

凍藏過程中由于冰晶的形成，會破壞面團(tuán)的結(jié)構(gòu)，造成品質(zhì)下降。與空白相比，添加不同分子質(zhì)量的甘薯蛋白水解物可使面團(tuán)粉質(zhì)特性的各項指標(biāo)均顯著增大。隨凍藏時間的延長，添加甘薯蛋白水解物的面團(tuán)，結(jié)合水下降的幅度以及可凍結(jié)水含量增加的幅度較空白組均顯著減少；面團(tuán)儲能模量的下降速度顯著減緩；其烘烤后的面包，比容顯著增大，硬度顯著減小。這說明甘薯蛋白水解物與淀粉、蛋白形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抑制水分的遷移、減少冰晶的生成，減緩面團(tuán)發(fā)生快速劣變，并能在一定程度上保護(hù)酵母細(xì)胞，保證產(chǎn)氣量，抑制淀粉的解離，減緩面包老化。因此，添加甘薯蛋白水解物能改善凍藏中冰晶對面團(tuán)的損害，從而穩(wěn)定和提高面團(tuán)、面包的品質(zhì)，其中分子質(zhì)量>1 000 u的甘薯蛋白水解物對面團(tuán)的改善效果更顯著。