γ-聚谷氨酸提高冷冻甜面团面包质构和感官特性研究

丁珊珊，贾春利，，张 峦，徐 虹，黄卫宁，*，RAYAS-DUARTE Patricia

（1.江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.南京百合贝可生物科技有限公司，江苏南京211000；3.美国俄克拉荷马州立大学农产品与食品研究中心，俄克拉荷马州斯蒂尔沃特74078-6055，美国）

γ-聚谷氨酸提高冷冻甜面团面包质构和感官特性研究

丁珊珊1，贾春利1，2，张 峦2，徐 虹2，黄卫宁1，*，RAYAS-DUARTE Patricia3

（1.江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.南京百合贝可生物科技有限公司，江苏南京211000；3.美国俄克拉荷马州立大学农产品与食品研究中心，俄克拉荷马州斯蒂尔沃特74078-6055，美国）

研究了一种通过生物发酵制得的多聚氨基酸——γ-聚谷氨酸（γ-PGA）对冷冻甜面团抗冻活性和冷冻甜面团面包质量的影响。主要采用差示扫描量热仪（DSC）、质构仪和感官评定等方法研究了γ-PGA的抗冻活性、γ-PGA添加量和冻藏条件（恒温冻藏和冻融循环）对冷冻甜面团中可冻结水含量、面包比容、质构和感官品质的影响。结果表明，γ-PGA的抗冻活性值为8.027g不可冻结水/g，说明其具有非常好的抗冻活性；恒温冻藏和冻融循环后，冷冻甜面团中可冻结水含量明显增多，面包比容显著减小，质构变差，感官品质下降，尤其是冻融循环后，这种变化趋势更为明显；在相同冻藏条件下，添加0.5%和1%γ-PGA后，冷冻甜面团中可冻结水含量显著减少、冷冻甜面团面包比容显著增大、面包质构明显改善、面包感官评分明显提高，其中以1%γ-PGA的作用效果最好。

γ-聚谷氨酸，冷冻甜面团，抗冻活性，可冻结水，面包烘焙

面包又被称为人造果实，深受世界多国人民喜爱。冷冻面团技术将冷冻冷藏原理应用于面团的生产，利于产品的多样化和质量标准化，利于连锁经营，已成为烘焙科学界关注的热点之一[1]。但是，冷冻后的面团会出现醒发时间延长，面包比容减小，质构变差等问题。这主要是由于冷冻和冻藏时，面团内酵母大量死亡、面团面筋网络结构受损导致的[2]。相应的改进方法则包括如抗冻酵母的选育、通过基因工程技术提高酵母的抗冻性、应用抗冻保护剂和优化冷冻面团制作工艺等[3-6]，但至今这一问题仍未得到完全解决。

甜面包口感香甜、组织柔软，尤其受东方人喜爱。但是，甜面团中蔗糖含量可达20%～30%，因而其

中酵母的发酵活性会受到一定程度的抑制[7]。冷冻甜面团中酵母不仅要经受冰晶、氧化对其的损伤，还要经受高渗透压造成的细胞脱水和萎缩，最终导致酵母存活率和产气量大大下降[8]。

低聚或多聚的氨基酸盐，具有高效抗冻活性，味道微弱，适合作为食品冷冻保护剂[9]。γ-聚谷氨酸（γ-PGA）在日本和韩国作为天然添加剂使用，具有优良的吸水性和生物可降解性[10]，并能促进矿物质吸收。它能提高酵母的耐冷冻性[11]，在发酵时间长的情况下还能提高后期酵母的发酵能力[12]。本文所用γ-PGA是南京工业大学食品与轻工学院通过微生物发酵技术制得，产品纯度高，成本低，为其大规模应用奠定了基础。

本文旨在研究γ-PGA的抗冻活性及其对冷冻甜面团中可冻结水含量和冷冻甜面团面包品质的影响，探索了γ-PGA在冷冻面团发酵深加工领域的应用潜力。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋粉 中粮面业鹏泰有限公司；即发活性干酵母 广东梅山马利酵母有限公司；起酥油 东海粮油工业（张家港）有限公司；D2000差示扫描量热仪 美国TA仪器有限公司；γ-聚谷氨酸 食品级，由南京工业大学馈赠；其他如白砂糖、精盐等 均为市售食品级。

SM-25型搅拌机、SPC-40SP型醒发箱、SM-302N型切片机 新麦机械（无锡）有限公司；TA-XT2i型质构仪 英国TA Instrument公司；BS/BD-260S型冷冻冷藏转换柜、BD-100LT型低温冷冻柜 青岛海尔股份有限公司；LP3001A型分析天平 常熟仪器厂；JY20002型电子天平 上海良平仪器仪表有限公司；XW-80A型微型漩涡混合仪 上海沪西分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 γ-PGA抗冻活性的测定 将1%γ-PGA溶液和纯水分别装入DSC专用坩埚中，密封。程序设定参照Masata的方法[9]。实验重复三次，结果取平均值。

抗冻活性（AA）是指降温过程中每克样品能够使溶液中保留的未冻结水的克数，计算公式如下：

AA=非冻结水/样品溶液

式中，w为样品重量占溶液重量的比例；ΔHPGA为样品溶液的热焓值。

1.2.2 面团制作及冷冻 面团基本配方为：面粉100%、白砂糖20%、食盐1%、水60%、酵母2%、起酥油3%，分别加入0%（空白样品）、0.5%、1%、3%的γ-PGA（百分比以面粉质量计）。面团形成后，静置5m in，分割成90g/个面团，滚圆，成型，包覆保鲜膜后，在-40℃下速冻120min。然后分别进行恒温冻藏和反复冻融。恒温冻藏温度为-18℃，反复冻融的冻藏温度为-18℃，每周第5d均取出在25℃下解冻60m in。1.2.3 面团可冻结水含量的测定 冷冻面团在25℃下解冻60m in，从面团中心部分取10～15mg样品，扫描温度程序设定参照Matuda的方法[13]。实验重复三次。面团中可冻结水含量=面团冰晶融化焓ΔHdough/（冰晶融化潜热（334J/g）×面团含水量）[14]，因而，当面团含水量相同时，用面团ΔHdough的变化趋势代表面团中可冻结水含量的变化趋势[15]。

1.2.4 冷冻面团面包比容的测定 冷冻后的面团在25℃解冻60m in后，于醒发箱内（38℃，RH 85%）醒发100m in，放入烤箱烘焙（上下火温度170℃/210℃，22min）。面包冷却后用菜籽替换法测定面包体积。

比容（m L/g）=面包体积（m L）/面包重量（g）。同一样品测定三次，记录平均值。

1.2.5 面包全质构分析 采用Texture Profile Analysis（TPA）模式。将面包用切片机切成12.5mm厚的面包片，取中间的两片相叠进行全质构分析。参数设定：探头型号为P/25，测试前速率1.0mm/s，测试中速率3.0mm/s，测试后速率3.0mm/s，压缩程度50%，两次压缩的间隔时间1s。每组样品测试三次，取平均值。1.2.6 面包感官评定 采用九分嗜好评分法，由10位经过培训的人员对冷冻甜面团面包的外观、颜色、风味、口感及整体可接受度进行评分。1～9分分别代表很不喜欢到很喜欢。结果取两次重复实验的平均值。1.2.7 数据处理 所有数据利用SPSS 19.0软件，采用Ducan法进行方差（ANONA）分析，显著性水平为p＜0.05。

2 结果与讨论

2.1 γ-PGA的抗冻活性测定

图1 纯水和1%γ-PGA溶液的DSC扫描曲线Fig.1 The DSC curves of pure water and 1%γ-PGA solution

纯水和1%γ-PGA溶液的DSC扫描曲线如图1所示，在升温融化过程中，纯水和γ-PGA溶液都出现了一个大的冰晶融化吸热峰，应用TA Universal Analysis软件计算热焓值后，发现纯水的热焓值ΔHwater为327.9J/g，γ-PGA溶液的热焓值ΔHPGA为298.3J/g，根据公式计算后得到γ-PGA的抗冻活性AA值为8.027g不可冻结水/g，说明其具有抗冻活性，将其与抗冻活性较好的葡萄糖进行比较后发现，其抗冻活性明显高于抗冻性较好的葡萄糖溶液（抗冻活性值为1.09g不可冻结水/g[9]），说明γ-PGA具有较强的抗冻活性。根据文献报道，物质的抗冻活性取决于其固定水分子的能力。因此，本实验结果说明γ-PGA具有较强的固定水分子的能力，从而减少可冻结水的含量。

2.2 γ-PGA对冷冻甜面团中可冻结水含量的影响

冰晶的形成和生长是影响冷冻面团烘焙品质的重要因素，因而，本研究应用DSC研究了冷冻甜面团

体系中可冻结水的形成量。

冷冻甜面团的冰晶熔化焓值（ΔHdough，J/g）受冻藏条件和γ-PGA添加量的影响如表1所示。在面团含水量相同的前提下，恒温冻藏1周甜面团的可冻结水含量随着γ-PGA添加量的增加逐渐减小，当冻藏时间由1周延长至8周后，所有甜面团样品中可冻结水含量都明显增加，但是增加幅度随着γ-PGA添加量的增加逐渐减小。空白样品中可冻结水含量增幅最大，达41.46%，引入0.5%、1%和3%γ-PGA后冷冻甜面团中可冻结水含量增幅分别为23.93%、17.86%和2.50%，这些结果说明无论是短期（1周）还是长期（8周）冻藏后，γ-PGA都会显著减少冷冻甜面团中的可冻结水含量。氨基酸与糖类、无机盐的抗冻一样，抗冻活性均基于其对水分的固定[9]，Kuntz和Kauzmann报道多聚谷氨酸的水分子吸附能力，使得其可以显著增加面团的持水能力，减少面团内冰晶的形成，从而改善冷冻面团的发酵和烘焙特性[16]。因而，本研究结果可能是由于γ-PGA限制了自由水在甜面团中的迁移，从而使得甜面团中的冰晶的形成量减少。

表1 冻藏条件和γ-PGA添加量对冷冻甜面团中冰晶熔化焓（ΔHdough，J/g）的影响Table 1 The effectof frozen conditions andγ-PGA amount on icemelting enthalpy（ΔHdough，J/g）in frozen dough

2.3 γ-PGA对冷冻甜面团面包比容的影响

恒温冻藏和冻融循环后，冷冻甜面团所制得的面包比容如图2所示。

比容是面包的重要烘焙特性之一，也是决定面包品质的重要因素之一。图2显示了γ-PGA添加量对恒温冻藏和冻融循环冷冻甜面团面包比容的影响，分析后发现，冻藏1周或经历1次冻融循环后，引入0.5%γ-PGA冷冻甜面团面包的比容大于空白组；当恒温冻藏时间从1周延长至8周后，所有冷冻甜面团面包的比容都显著减小了，其中空白样品比容减小最为明显，减小幅度达12.5%，而引入0.5%、1%和3% γ-PGA冷冻甜面团面包的比容分别减小了6.2%、3.6%和9.2%；而当冻融循环次数从1次增加至8次时，含有0%、0.5%、1%和3%γ-PGA冷冻甜面团面包的比容分别减小了14.0%、9.3%、5.1%和7.3%，且8周恒温冻藏和8次冻融循环后，引入0.5%和1%γ-PGA样品的比容都显著大于空白样品的比容，这些结果说明冻藏过程引起了冷冻甜面团面包比容显著减小，而冻融循环过程会加剧冷冻甜面团面包比容下降，这一现象可能与冻藏过程中酵母细胞死亡和面团结构遭受破坏相关[17]，且冻融循环过程会造成更为严重的冰晶再生长和重结晶，使得淀粉、蛋白等空间构象发生不可逆的变化[18]；实验结果还显示出0.5%和1%γ-PGA对冷冻甜面团面包的比容具有相似的正面影响，但是8次冻融循环后，1%γ-PGA的作用效果优于0.5%γ-PGA，这可能与前文研究的γ-PGA减少冷冻甜面团体系中可冻结水量相关，即γ-PGA通过减少冰晶形成量减少了冰晶对面团网络结构的破坏[9]。另据文献报道，γ-PGA能够降低酵母细胞的冻藏死亡率[19]，因而增加了冷冻甜面团在发酵过程中的产气量，增大冷冻甜面团面包比容；而3%γ-PGA对冷冻甜面团面包比容却显示出负面效应，这可能是由3% γ-PGA对面团的加工性能的影响引起的，3%γ-PGA的引入导致面团粘性增加，难以操作，成型困难。

图2 冻藏条件和γ-PGA添加量对冷冻甜面团面包比容的影响Fig.2 The effectof frozen conditions andγ-PGA amount on the bread specific volume of frozen sweet dough

2.4 γ-PGA对冷冻甜面团面包芯全质构的影响

如表2所示，在1周恒温冻藏后，引入0.5%γ-PGA的面包弹性大于空白样品，引入0.5%和1%γ-PGA的面包胶黏性和咀嚼性均小于空白样品；引入3%γ-PGA的面包内聚性较空白样品小，硬度、胶粘性和咀嚼性却相对较大，质构较差。在长期冻藏（8周恒温冻藏和8次冻融循环）后，面包的硬度、胶黏性和咀嚼性不同程度上升，说明延长冻藏时间后，面包的质构明显变差，原因为冻藏时间越久，水分子解离、麦谷蛋白解聚和支链淀粉回生程度越大，面包的硬度也就越大[20]；引入0.5%γ-PGA的面包内聚性显著大于空白样品，所有含γ-PGA面包的硬度、胶黏性和咀嚼性均显著小于空白样品，且随γ-PGA添加量逐渐增加，冷冻甜面

团面包硬度和咀嚼性进一步减小，说明γ-PGA的引入对长期冻藏的冷冻甜面团面包的质构有不同程度的改善作用。经历冻融循环后，冷冻甜面团面包硬度、胶黏性和咀嚼性不同程度增加，γ-PGA的引入使得这一变化趋势有所减弱，说明冻融循环过程导致冷冻甜面团面包质构遭受更严重破坏，而γ-PGA可以不同程度的减弱冻融循环过程对面包质构的破坏，综合来看，0.5%和1%γ-PGA的作用效果相对较好。

表2 冻藏条件和γ-PGA添加量对冷冻甜面团面包全质构的影响Table 2 The effectof frozen condition andγ-PGA amounton bread crumb texture of frozen sweet dough

2.5 γ-PGA对冷冻甜面团面包感官品质的影响

图3 冻藏过程和γ-PGA对冷冻甜面团面包感官品质的影响Fig.3 Effectof frozen storage andγ-PGA on sensory attributes of frozen sweet dough bread

对所有评定人员进行简单培训，采用九分嗜好感官评定法对冷冻甜面团面包进行感官评定，评定结果如图3（a）和3（b）所示。结果表明在1周恒温冻藏后，空白组面包与添加了γ-PGA的面包在外观、风味、色泽上的评分相近，但是冻融1次后的空白组面包以及添加了3%γ-PGA的面包口感较其他组样品差。随着冻藏时间延长至8周，面包芯色泽变黄，面包外观、口感和整体可接受度均呈下降趋势，其中以经过8次冻融循环的空白冷冻甜面团面包比容最小、硬度最大、嚼劲最差，可接受度最低，而含0.5%及1% γ-PGA的冷冻甜面团面包的外观、口感和整体接受度均优于空白组，且添加γ-PGA后的面包风味较未添加的要浓郁，这可能是由于γ-PGA具有类似于微胶囊的包覆风味物质的特性，这些结果说明添加0.5%及1%γ-PGA有助于面包维持较好的品质。

3 结论

研究了γ-PGA的抗冻活性及其对恒温冻藏和冻融循环后冷冻甜面团面包性质的影响。结果表明，γ-PGA具有较强的抗冻活性；将其应用于冷冻甜面团体系，能够通过减少其中可冻结水含量，而提高恒温冻藏和冻融循环后冷冻甜面团面包的比容、质构和感官品质，综合来看，1%γ-PGA的总体改善效果更好。说明γ-PGA是一种效果良好的冷冻面团保护剂，使用方便，可用于大规模生产，具有在冷冻面团发酵烘焙产业中大规模应用的潜力。

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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 *通讯联系人

丁珊珊（1990-），女，硕士研究生，研究方向：食品烘焙科学、功能配料与食品添加剂。

国家863高技术研究发展计划项目（2012AA022200）；国家自然科学基金项目（31071595，20576046）；江苏省科技支撑计划项目（BE2011380）；江苏省产学研联合创新基金-前瞻性联合研究项目（BY2014023-16）。