抗冻蛋白对预发酵冷冻面团发酵流变特性和馒头品质的影响

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(1.河南农业大学食品科学技术学院,河南郑州 450002; 2.农业部大宗粮食加工重点实验室,河南郑州 450002)

馒头作为我国传统主食之一,具有不可替代的地位,我国约40%的小麦用于馒头的制作生产中[1-2]。但随着国家现代化的发展,人民生活节奏加快,传统加工方式已不能满足现代消费者的需求。冷冻面团技术是运用低温冷冻技术处理半成品或成品,为方便食品的加工而被广泛应用,发展成商业化生产的新型工艺[3]。将冷冻面团技术应用于馒头生产中,有利于加快馒头的工业化发展。但冷冻面团馒头的品质与新鲜馒头还有一定差别,由于冻藏期间温度的波动引起重结晶,破坏面筋蛋白结构,使冷冻面团品质下降[4-5],且长时间冻藏产生面团蛋白质组分和结构变化,淀粉颗粒分离等问题[6-7],更易出现皱缩、裂纹等现象,使得最终成品的感官品质下降[8]。因此如何改善冷冻面团品质的问题是现今的一个重要问题。

冷冻面团馒头品质较传统馒头较差的原因主要是酵母和面团的面筋网络结构受到破坏,所以可以通过添加冷冻保护剂来改善面团品质。抗冻蛋白(antifreeze protein,AFPs)作为一类新型的食品添加剂,目前发现的此类型AFPs有冬黑麦、欧白英以及胡萝卜素等[9]。正在广泛地运用于冷冻食品中。AFPs可通过直接混合、浸泡、真空渗透等物理手段添加到食品中,在冻藏、运输过程中AFPs通过抑制食品中冰晶的生长,减少细胞损伤,从而降低食品的品质恶化[10-11],可以改善冷冻食品在低温状态下的品质。杜浩冉等[12-13]利用响应面法分别优化了冷冻面团馒头的工艺配方,和混合发酵剂制作冷冻面团馒头的复配添加剂配方,王沛[14]研究发现冻藏降低了面筋蛋白与水的结合作用,且随着冻藏时间的延长,面筋蛋白发生解聚,从而使得面筋网络结构退化。对冷冻面团馒头而言,酵母的发酵活力比它们的存活率更重要[15],干酵母与鲜酵母相比,冷冻条件下,发酵活性更好,能较好的保持冷冻面团的稳定性[16]。目前国内外研究抗冻蛋白在食品中的应用主要在冷冻甜品和冷藏肉中,对于抗冻蛋白在面团体系中的应用研究还不多。而且对于冷冻面团经冷冻后品质的下降,国内外研究也是大多倾向于研究改善冷冻面团面包品质[17],对于抗冻蛋白在中式冷冻面制品的应用研究还不多,因此本实验为中国传统食品规模化、标准化生产提供技术和理论支持。

本文采用F4型流变发酵仪研究冻藏和冻融处理抗冻蛋白对预发酵冷冻面团发酵流变特性的影响,和抗冻蛋白在提高冷冻面团冻藏和温度波动条件下的稳定性及提高冷冻面团馒头品质的作用效果。为抗冻蛋白提高中式冷冻面团产品品质提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

高筋小麦粉郑州金苑面粉厂;安琪高活性干酵母安琪酵母股份有限公司;AFPs郑州奇华顿化工产品有限公司。

B5A型多功能搅拌机广州威万事实业有限公司;HDGDJ-150型高低温交变实验箱上海衡鼎仪器设备厂;FX-15S型面包发酵箱广州市赛思达机械设备有限公司;TA-XT物性测试仪美国TA仪器公司;F4型发酵流变仪法国肖邦技术公司。

1.2　实验方法

1.2.1面粉基本指标测定水分含量:参照GB 5009.3-2016;粗蛋白含量:参照GB/T 5009.5-2003,凯氏定氮法;灰分含量:参照GB/T 5009.4-2003,马弗炉法;湿面筋含量:参照GB/T 14608-93;降落数值:参照GB/T 10361.2008。

1.2.2冷冻面团及冷冻面团馒头制备将面粉(100%)与AFPs(0.5%)混合均匀(不含AFPs的为空白面团);将混好的面粉倒入和面机,加入预活化的酵母(1%),水(50%),用和面机混合均匀,到面团无生粉夹杂,表面光滑,取出静置10 min。

将静置好的面团用压面机压面5次(5 mm),然后将面团分割成30 g的面团,经整形后放入温度35 ℃,相对湿度为85%的醒发箱中发酵20 min。待面团温度下降后放入-40 ℃低温实验箱中速冻30 min取出,放入-18 ℃冰箱中冻藏待用。

制备冷冻面团馒头时,将冷冻面团置于温度35 ℃、湿度85%的醒发箱中解冻并醒发30 min,之后于蒸锅中添加1 L冷水,将面团置于锅上蒸20 min(电磁炉上蒸煮键,功率1600 W),得到成品馒头。

1.2.3冷冻面团恒温冻藏冻融处理

1.2.3.1恒温冻藏处理制备好的冷冻面团于-18 ℃条件下分别冻藏1、7、15、30、60、90 d,取出不同冻藏时间的样品,进行分析测定。

1.2.3.2冻融循环处理参照叶晓枫等[18]的方法略作修改,将冻藏3 d的冷冻面团取出,在35 ℃恒温箱中解冻30 min,取出部分面团进行处理,记做第0次冻融循环(F0);其余面团放入-18 ℃冰箱中冻藏1 d后取出,按上次解冻条件解冻,取出部分面团进行处理,记做第1次冻融循环(F1);其余部分按上述方法分别进行第2次冻融循环(F2),第3次冻融循环(F3),第4次冻融循环(F4),第5次冻融循环(F5)。样品经冻藏冻融处理后,取出部分进行冷冻干燥,粉碎,过120目筛,装入自封袋中备用。

1.2.4冷冻面团馒头比容的测定取蒸制完成的成品馒头三个,常温冷却20 min。之后采用菜籽替代法测定冷冻面团馒头比容[19]。

1.2.5冷冻面团馒头质构测定将冷冻面团馒头沿同一方向切成厚度10 mm的均匀薄片,取中间部分,其中3个做平行样进行质构测定。采用物性测试仪对冷冻面团馒头进行质构测定[20],选用二次咀嚼实验,探头采用P35压盘式探头,每次测试重复七次,去除最大值和最小值,求平均值。实验参数设定:测前速度(Pre-test speed):2.00 mm/sec;测试速度(Test speed):1.00 mm/s;测后速度(Post-test speed):2.00 mm/s;压缩程度(Strain):40%;触发力Trigger Force:5 g;压缩间隔时间:2 s。

1.2.6冷冻面团发酵流变特性的测定将处理过的冷冻面团置于醒发箱中解冻30 min,解冻温度为35 ℃,湿度为85%。将解冻好的面团用和面机混匀1 min后用F4发酵流变仪测定面团发酵曲线和气体释放曲线。以两个样品为一个平行,测试条件为:面团315 g,实验温度35 ℃,发酵时间3 h。发酵流变仪参数见表1。

表1　F4发酵流变仪参数Table 1　The parameter of rheofermentometer

表2　面粉的基本指标Table 2　Basic indicators of flour

1.3　数据处理

采用SPSS 13.0对实验数据进行邓肯氏新复极差法进行均值的多重比较,简单的分析和作图用Origin 8.0软件。

2　结果与讨论

2.1　面粉基本指标测定结果

实验所用面粉的基本指标测定结果见表2。由2可以看出所选用面粉的湿面筋≥24%,蛋白质含量>9%,表明该面粉的筋力较好,蛋白含量较高,符合制作冷冻面团馒头的标准[21]。

2.2　抗冻蛋白对冷冻面团馒头比容的影响

2.2.1冻藏期抗冻蛋白对冷冻面团馒头比容的影响预发酵冷冻面团馒头的比容随冻藏时间和抗冻蛋白的变化如图1。

图1　冻藏条件下抗冻蛋白对馒头比容的影响Fig.1　Effect of AFPs on the specific volume of steamed bread during frozen storage注：不同小写字母表示差异显著(p<0.05)，图2同。

由图1可以看出,两组预发酵冷冻面团馒头的比容都随着冻藏时间延长而逐渐减小,这是因为在低温状态下,体系中的冰晶会对酵母细胞产生破坏作用。最终导致预发酵冷冻面团馒头的比容逐渐下降[22]。

当冻藏时间相同时,添加抗冻蛋白的馒头比容均高于空白。由此可见,抗冻蛋白能够有效地提高恒温冻藏下预发酵冷冻面团馒头的比容,这可能是因为抗冻蛋白的修饰冰晶形态特性减小了冰晶对酵母细胞的破坏。

图2　冻融循环条件下抗冻蛋白对馒头比容的影响Fig.2　Effect of AFPs on the specific volume of steamed bread during freeze-thaw treatment

2.2.2冻融循环下抗冻蛋白对冷冻面团馒头比容的影响图2表示的是预发酵冷冻面团馒头的比容随冻融循环次数和抗冻蛋白的变化趋势图。从图2可以看出,随着冻融次数的增加,馒头比容逐渐减小。因为随冻融循环次数的增加,面团中的冰晶发生重结晶现象,使得面团中大冰晶越来越多,面筋网络结构和酵母细胞受到破坏,影响面团的持气性,从而使馒头比容下降。当冻融次数相同时,添加抗冻蛋白的馒头比容普遍高于空白,说明在冻融循环过程中,抗冻蛋白能够有效地维持并提高预发酵冷冻面团馒头的比容,减小重结晶现象对面团酵母和面筋网络的影响。

2.3　抗冻蛋白对冷冻面团馒头质构特性的影响

2.3.1冻藏期抗冻蛋白对冷冻面团馒头质构特性的影响恒温冻藏条件下抗冻蛋白对冷冻面团馒头硬度、弹性、咀嚼性和回复性的影响如表3所示。由表3可知,随着冻藏时间的延长,馒头的硬度、咀嚼性有增大的趋势(p<0.05),但未添加抗冻蛋白组在冻藏期30 d时硬度有所下降,抗冻蛋白组30 d和60 d样品硬度变化不明显；弹性和回复性成下降趋势,硬度的增加和弹性的降低表明馒头柔软度和筋性下降,说明随着冻藏时间的延长,馒头的质构品质有所降低,且在冻藏15 d后,其硬度明显上升(p<0.05)，回复性明显下降(p<0.05)。在相同冻藏时间下,抗冻蛋白的冷冻面团馒头的质构特性明显优于空白。说明抗冻蛋白可以提高冻藏过程中馒头质构特性。

表3　冻藏条件下抗冻蛋白对冷冻面团馒头质构特性的影响Table 3　Effect of AFPs on the texture characteristics of frozen dough steam bread during frozen storage

注：同列不同字母表示差异性显著(p<0.05),表4同。

表4　冻融循环条件下抗冻蛋白对冷冻面团馒头质构特性的影响Table 4　Effect of AFPs on the texture characteristics of frozen dough steam bread during freeze-thaw treatment

2.3.2冻融循环下抗冻蛋白对冷冻面团馒头质构特性的影响冻融循环下抗冻蛋白对冷冻面团馒头硬度、弹性、咀嚼性和回复性的影响如表4所示。由表4可知,随着冻融循环次数的增加,预发酵冷冻面团馒头的硬度、咀嚼性明显增大,弹性和回复性减小,这与冻藏过程变化趋势类似,且当冻融循环后,抗冻蛋白组的硬度显著上升,当冻融循环至第3次后弹性显著下降，未添加组在冻融循环第2次和第4次后硬度有显著上升，弹性在第2次后显著下降。这可能与面团在冻融循环过程中的失水和水分迁移有关,水分的变化使得面团含水量下降,硬度上升,而随着冻融循环次数的增加,面筋网络结构被破坏的程度加剧,导致面团强韧性下降,从而导致面团弹性的下降。表4显示,相同的冻融循环次数下,添加0.5%抗冻蛋白的馒头硬度小于空白,弹性大于空白。说明抗冻蛋白可以提高冻融循环过程中预发酵冷冻面团馒头的质构特性。

2.4　抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变特性的影响

2.4.1冻藏期下抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变学特性的影响恒温冻藏条件下抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变特性实验结果见表5。

由表5可知,随着冻藏时间延长,面团的最大膨胀高度Hm,释放总体积V总和气体释放最大高度H′m降低。表明长时间的冻藏使得面团中的面筋网络结构受到破坏,从而导致面团筋力下降,面团不能很好的保持其中的气体,面团发酵高度下降,并且影响了面团中酵母的活性致使产气力下降。在第1 d冻藏期内，抗冻蛋白组的Hm和H′m与未添加组相差无几，V总略低于未添加组；在其他的冻藏时间,抗冻蛋白冷冻面团的Hm,V总和H′m都高于空白,表明抗冻蛋白可以提高面团中面筋网络的延展性和持气性,对于维持面团发酵高度有一定效果,且可以在一定程度上降低冻藏期间面团中酵母产气力的下降,提高预发酵冷冻面团的发酵流变特性[23]。

2.4.2冻融循环下抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变特性的影响冻融循环条件下抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变特性实验结果见表6。由表6可知,经过5次冻融循环后,冷冻面团的最大发酵高度Hm和释放气体的总体积V总及气体释放最大高度H′m均明显下降,且第一次冻融循环后,冷冻面团三个指标变化不太明显,冻融循环5次与1次结果相比,面团的持气能力严重下降,可能是由于冻融循环过程中冰晶发生重结晶作用,大冰晶的增多对面团的面筋结构产生了机械破坏作用。与Selomulyo等[24]研究结果一致。而抗冻蛋白冷冻面团的Hm、V总和H′m在经过冻融循环后的下降幅度均低于空白,可以认为抗冻蛋白一定程度上减弱了冻融循环过程对冷冻面团面筋结构的弱化作用。

表6　冻融循环条件下抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变特性的影响Table 6　Effect of AFPs on the fermentation properties of frozen dough steam during freeze-thaw treatment

冻融循环过程中,多次冻融使面团失水,面团体系中渗透压变化,以及冰晶的重结晶现象所引起的机械性破坏,均会破坏面团中酵母的活性,降低酵母的存活率和产气能力[25]。抗冻蛋白的冰晶形态修饰作用和抑制重结晶效应均会减小酵母和面筋结构受破坏的程度,从而提高冷冻面团的发酵特性。

3　结论

随着冻藏时间的延长和冻融循环次数的增加,预发酵冷冻面团馒头的比容逐渐减小,而抗冻蛋白的加入能够有效地提高恒温冻藏下预发酵冷冻面团馒头的比容。

冻藏和冻融循环过程中冷冻面团馒头质构特性变化明显,随着冻藏时间的延长和冻融循环次数的增加,冷冻面团馒头的硬度和咀嚼性明显增大,弹性和回复性降低,而冻融循环过程中冷冻面团馒头品质下降明显。抗冻蛋白的添加能够减缓冷冻面团馒头冻藏和冻融循环过程中品质下降。

运用F4发酵流变仪研究冻藏和冻融循环过程中抗冻蛋白对冷冻面团发酵流变性的影响,发现冻藏和冻融循环会使Hm、V总和H′m明显下降,其中冻融循环对面团的影响更大。抗冻蛋白的加入提高了冻藏和冻融循环中面团的品质。表明抗冻蛋白可以有效抑制酵母冻藏和冻融过程中产气力的下降,并提高面团的持气能力。

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