冻融淀粉对馒头品质的影响研究

王宏伟, 陈彬云, 许 可, 张艳艳,刘兴丽, 张 华, 苏东民

(郑州轻工业大学食品与生物工程学院1，郑州 450002) (食品生产与安全河南省协同创新中心2，郑州 450002) (河南省冷链食品质量安全控制重点实验室3，郑州 450002)

冷冻面团以其高效生产、方便快捷、美味可口等优点而备受消费者的喜爱，极大促进了我国面制品行业标准化、自动化、连锁化的生产。然而，冷冻面团从生产、销售、运输到食用的整个过程不可避免地会历经温度波动，即发生冷冻-解冻的循环过程(冻融循环)，而冻融循环过程会影响面制品的外观、口感、风味等品质，致使最终产品品质的下降[1, 2]。

冷冻面团内部面筋蛋白结构的转变、酵母活性的降低、淀粉结构的破坏均可导致其终产品品质劣变，但目前的相关研究主要集中在对面筋蛋白及酵母活性两方面[3, 4]。冷冻面团在储藏过程中，由于受冰晶形成及重结晶的影响会造成面团中水分的重新分配，所产生的微机械力可导致蛋白构象转变、非共价键(如氢键、疏水键)的断裂，导致面筋网络结构完整性的下降[5]。Wang等[6]发现冻藏后的面筋蛋白，其可溶性蛋白含量明显增加、面筋大分子聚合物含量显著降低，这表明面筋大分子聚合物的解聚随冻藏而发生，即冻藏破坏了面筋网络结构，且有研究表明，相比于恒温冻藏，冻融循环对面筋蛋白结构的破坏更大[7]。此外，冻藏处理会造成面团内酵母存活率、发酵力减弱，而酵母存活率、产气能力弱化是造成产品品质劣变的又一原因[8]。

虽然研究人员已在调控面筋蛋白结构的转变和酵母活性的降低做了大量研究，并探究其对冷冻面制品品质劣变的影响规律，但有关面团中主要组分淀粉(约占75%)的研究相对缺乏。目前，相关研究主要集中在冻藏对淀粉形貌结构、结晶结构、糊化特性等的影响[9, 10]，且多表现为冻藏淀粉与生面团之间的联系，关于冻藏淀粉与冷冻面团制品(馒头)之间的关系研究较少，以致无法实现冷冻面制品的长期储存与质量的稳定。因此，本实验通过分离重组的方法研究冻融淀粉对重组面团加工特性及馒头品质的影响，并通过主成分分析探究它们之间的相关性，以阐明冻融淀粉对馒头品质劣变的影响，这对于馒头产业规模化、标准化、工业化的发展具有一定的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

精制小麦粉(蛋白质、淀粉、含水量及灰分质量分数分别为12.8%、76.5%、12.4%、0.5%)；谷朊粉(G5004，蛋白质质量分数>75.0%)；酵母；氢氧化钠：分析纯。

1.2 仪器与设备

DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱，HA-3480AS和面机，DZM-140电动压面机，HWS-080恒温恒湿箱，TG16-WS台式高速离心机，DW-HW50超低温冷冻储存箱，JSM-6490LV扫描电子显微镜，RVA 4500快速黏度测定仪，HR-1Discovery流变仪，IX XT. plus物性测定仪。

1.3 方法

1.3.1 冻融循环小麦淀粉的提取

将精制小麦粉与蒸馏水按质量比2∶1(干基)置于和面机中，于120 r/min条件下搅拌10 min，随之醒发15 min。待面团醒发好后，通过压片机制成厚度均匀的面片，并置于保鲜膜中转移至-18 ℃冰箱冻藏23 h，再置于恒温恒湿箱中解冻(湿度80%、温度30 ℃)1 h，即完成1次冻融过程，面团分别被冻融0、2、6、10次[11]。将经冻融处理的面团用蒸馏水洗出淀粉，随后加入0.1% NaOH溶液并搅拌均匀，继而4 000 r/min离心10 min，离心后除去上层蛋白质层，将下层的淀粉层分散于蒸馏水中，于相同转速下离心10 min[12]。最后再经蒸馏水3次洗涤沉淀后，将淀粉精浆于45 ℃干燥箱烘干，粉碎过筛(100目)，即获得冻融循环小麦淀粉。根据冻融次数的不同，原淀粉及冻融处理后的样品被分别命名为冻融0次、冻融2次、冻融6次和冻融10次。

1.3.2 破损淀粉含量测定

根据美国谷物化学学会推荐方法AACC 76—30A[13]测定破损淀粉含量。

1.3.3 重组面团的制备

将冻融淀粉与谷朊粉按质量比6∶1(干基)的比例进行复配以获得重组小麦粉。随之，将重组小麦粉、酵母、蒸馏水按质量比100∶1∶50的比例混合均匀于和面机中搅拌10 min，制得重组面团。

1.3.4 重组面团扫描电子显微镜观察(SEM)

采用扫描电子显微镜对重组面团形貌特征进行研究。将样品置于真空条件下喷金处理2 min后，用×1 000放大率观察样品的微观形貌[14]。

1.3.5 重组面团热力学特性测定(DSC)

采用差式扫描量热仪对样品进行热力学特性分析。从面团中心部位称取约15 mg的样品于DSC铝盒中密封，于4 ℃冰箱中平衡24 h，以空锅作为对照，以10 ℃/min的速率从20 ℃升温至120 ℃，进行样品热特性测定。

1.3.6 重组粉糊化特性测定

使用快速黏度分析仪探究冻融淀粉对重组粉糊化特性的影响，将重组小麦粉与蒸馏水按照一定比例混匀，配成质量分数8%悬浮液。采用热冷循环：在初始温度为30 ℃条件下保温1 min，再以5 ℃/min的速率升温至95 ℃，保持10 min，最后以相同的速率降温至50 ℃，并保温10 min。糊化过程初始转速设置为960 r/min，其余实验部分转速为160 r/min[15]。

1.3.7 重组面团流变学特性测定

采用 Oscillation Frequency 模式对重组面团进行角频率扫描以测定其流变学特性。平行板规格选择40 mm，夹缝距离2 mm。扫描条件设置：应变：0.1%，频率0.1～100 Hz，温度：25 ℃。测试过程中，刮掉多余样品并立即在其周围涂以植物油以防水分的散失[16]。

1.3.8 重组馒头的制备

依据GB/T 35991—2018[17]中的方法略加修改以制备重组馒头。将制备的重组面团放入压片机辊压赶气后，置于恒温恒湿发酵箱(湿度80%、温度30 ℃)中醒发1 h后取出，揉制成表面光滑、富有弹性的馒头胚，随后在相同温湿度下二次醒发0.5 h。待醒发好后置于蒸锅中，冷水蒸制0.5 h，获得重组馒头。

1.3.9 重组馒头比体积测定

馒头比体积SP(mL/g)：将蒸制熟化好后的馒头置于室温下(25 ℃)冷却1 h后进行测定，馒头比体积计算公式为：

SP=V/M

式中：V为馒头体积/mL，采用小米置换法测定；M为馒头质量/g。

1.3.10 重组馒头质构测定

参照张小村等[18]的方法并略有改进。将蒸好的馒头于室温冷却2 h后，取其馒头芯制成厚薄均匀的薄片，作为待测品。采用P 50探头测定馒头芯的全质构特性，速率设置为测前2.0 mm/s，测中和测后均为1.0 mm/s，压缩率50%，感应力8 g，压缩间隔5 s。每个样品测量6次取平均值。

1.3.11 重组馒头感官评价

感官评价在黄承芳等[19]的基础上略有改动，选取10名具备相关专业基础知识且经验丰富的人员对蒸制熟化后馒头的外观、风味、口感及气孔结构进行详细的感官评价。

1.4 数据处理与分析

实验结果采用Origin 8.5软件进行绘图，使用SPSS 22.0软件进行数据处理与分析，所有数据的显著性均采用Duncan多重比较法(P<0.05)进行检验，结果以“平均值±标准差”表示，同时使用SPSS对特征值大于1的关键参数进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 冻融循环对破损淀粉含量的影响

由图1可知，随着冻融循环次数的增加，破损淀粉含量呈不断上升的趋势，且以冻融10次的最为显著。这可能是由于反复冻融过程中水分的迁移，使小冰晶逐渐减少甚至消失、大冰晶逐渐形成，所产生的微作用力引起了淀粉颗粒的高度损伤，继而通过其高度的吸水能力增强了淀粉颗粒的膨胀和渗透压力，引起了破损淀粉含量的提升[20]。此外，冻融循环导致淀粉颗粒的高度破坏可引起其内部蛋白质、脂质、直链淀粉的持续流失，促进化学成分从破裂的淀粉颗粒中浸出，进而弱化其刚性，使其更容易受到破损，这与前人的相关研究结果相似[21, 22]。

注：不同上标小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图1 不同冻融条件下破损淀粉含量的变化

2.2 冻融淀粉对重组面团微观结构的影响

面团的微观结构主要取决于面筋网络的形成和淀粉颗粒的填充程度。图2为冻融处理前后的淀粉与谷朊粉复配而制得的重组面团的微观结构图谱。冻融淀粉的添加，使重组面团显示出较差的面筋网络的连续性，且随着冻融循环次数的增加，面筋网络结构呈现弱化的趋势，淀粉颗粒多以分散的形式存在于面筋网络外，尤以冻融10次的样品裹露程度最为明显。相反地，冻融0次的样品能清晰的看到淀粉颗粒被面筋蛋白所覆盖，二者共同构成复合体系，促进了面筋网络(红色箭头)的形成。这是因为反复冻融过程中，水在淀粉颗粒内部的迁移和冰晶形成及重结晶所产生的微作用力导致了淀粉颗粒形态的改变，使其表面出现了孔洞和裂纹，水分子更易进入淀粉颗粒内部，进而与面筋蛋白竞争性吸水，弱化了面筋网络的形成[23, 24]，而原淀粉颗粒结构较为完整，可与面筋蛋白构成较为完整的面筋网络结构。

图2 重组面团的SEM图(× 1 000)

2.3 冻融淀粉对重组面团热力学特性的影响

糊化焓(ΔH)反映了糊化过程中淀粉颗粒打破其有序分子结构时所需要的能量[25]。由表1可见，与原淀粉相比，添加冻融淀粉的重组面团的ΔH呈下降趋势，表明冻融处理后淀粉颗粒的有序结构被破坏，淀粉分子结构趋于无序化。此外，经10次冻融循环后，重组小麦面团的起始(To)、峰值(Tp)和终止温度(Tc)明显降低，这可能与淀粉颗粒内部结构劣变有关，反复冻融过程中由于淀粉分子结构趋于无序化，使水分子更易与淀粉分子结合，进而促进了淀粉颗粒的吸水糊化，故冻融淀粉的添加降低了重组面团的糊化温度及糊化焓。也就是说，冻融过程中，冰晶的形成及重结晶所产生的微物理应力导致了淀粉分子结构的劣变，促进了淀粉的糊化过程，进而破坏了维持其结构稳定性的次级键，故重组面团的糊化焓、面团热稳定性降低。

表1 重组面团热力学特性的变化

2.4 冻融淀粉对重组粉糊化特性的影响

由表2可知，冻融处理可导致重组粉的糊化黏度整体呈上升的趋势。一方面，由于冻融循环过程中，破损淀粉的增加，使淀粉暴露出更多的羟基，而这些羟基会与水中的氢离子结合形成氢键，进而提高了重组粉的热膨胀能力，增大了体系的黏度[26, 27]；另一方面，谷朊粉的加入促进了淀粉与蛋白质分子之间的相互作用，由于谷朊粉本身具有黏结性，它的添加基本抵消了与淀粉竞争吸水所造成的黏度的减小，故蛋白质的聚合促进了体系糊化黏度的提高。但重组粉的回生值显著下降，可能是因为蛋白分子的存在阻碍了淀粉分子的重排。此外，冻融处理使峰值黏度有所增加(P<0.05)，峰值黏度反映了混合物结合水的能力，峰值黏度的增加可能是由于淀粉颗粒上出现孔隙和裂缝而导致的，随着冻融次数的增加，破损淀粉含量显著增加，这使得淀粉颗粒更易与水分子结合，进而增加了小麦淀粉的膨胀度，提高了重组粉的峰值黏度。崔建涛等[28]认为峰值黏度对小麦制品品质的影响应依其制品的种类和加工方式而异，峰值黏度虽与面条蒸煮特性(弹性、韧性及食用品质)呈一定的正相关，但在制作馒头时，峰值黏度的增高会影响馒头的发酵性能，使馒头品质下降。高媛等[29]认为淀粉糊化过度(即高峰值黏度)，易产生大量气体，使馒头内部结构遭到破坏，进而引起馒头的塌陷。因此，在馒头制作中，需要对小麦粉的糊化特性进行综合考虑。

表2 重组粉糊化特性的变化

2.5 冻融淀粉对重组面团流变特性的影响

由图3可知，随着淀粉冻融次数的增加，面团的弹性模量G′和黏性模量G″均上升，表明冻融淀粉可显著影响面团的稳定性及延展性，即反映面团品质的改良，但在本项研究中并非如此。G′和G″的上升，一方面是由于反复冻融破坏了淀粉颗粒的有序化排列，使淀粉颗粒易吸水膨胀、淀粉分子链间易发生重排，进而提高了其硬度；另一方面，冻融淀粉与面筋蛋白竞争性吸水，弱化了面筋网络结构，使淀粉颗粒逐渐被裸露，造成了面筋蛋白包裹能力的下降，进而促进了冻融淀粉与面筋蛋白的分离、蛋白质的互相聚集，且随着冻融次数的增多，相分离现象越显著，这也与重组面团微观结构中所观察到的结果相一致。为了进一步评价面团的稳定性及延展性，损耗角正切值tanδ(G″/G′)被用来表征面团体系的黏弹性行为。如图3c所示，所有的样品的tanδ<1，G′>G″，表明弹性与黏性相比占优势，面团表现出较强的弹性特征，而较高的弹性易造成了面团发酵时膨胀受阻，影响醒发效果，使蒸制熟化后的馒头体积偏小、馒头芯发干[30]。

图3 重组面团流变特性的变化

2.6 冻融淀粉对重组馒头比体积及质构特性的影响

将淀粉从不同冻融次数处理的冷冻面团中分离，再以原小麦粉的组成比例与谷朊粉进行复配，以阐明冻融淀粉对馒头品质劣变的影响[31]。馒头比体积可直观地表达馒头的蒸煮特性，而馒头的质构特性可反映馒头的品质特征。由表3可知，冻融淀粉的加入使得重组馒头的比体积下降，而其硬度、内聚性及咀嚼性均有所增加，这可能是源于反复冻融过程中，淀粉颗粒结构的破坏，致使破损淀粉含量的提高，而高吸水性的破损淀粉可与面筋蛋白竞争性吸水，致使面团持气能力及形成面筋网络结构的能力减弱，进而导致蒸制熟化后的馒头内部结构并未完全展开，造成馒头比体积的下降及质构相关参数的增加[32]。

2.7 重组馒头感官评价

由图4和表3可知，冻融淀粉的添加使得重组馒头的感官总分整体呈下降趋势，特别是冻融10次后所制备的重组馒头，可接受性最差。这可能是由于冻融淀粉与谷朊粉复配后无法形成高质量的面筋网络结构，引起了产品品质的劣变，这一结果可从重组面团微观结构中得到论证。此外，反复冻融过程中，冰晶的形成降低了淀粉颗粒内部的有序化排列，弱化了面筋网络的形成，形成了不受消费者喜爱的口感，进而导致馒头品质变劣。

图4 不同冻融循环条件下馒头感官品质的变化

表3 重组馒头比体积、质构特性和感官评分的变化

2.8 主成分分析

为全面了解重组面团微观结构、加工特性与重组馒头品质之间的相互关系，本研究对重组面团与重组馒头的关键参数进行了主成分分析(PCA)。主成分分析结果如图5载荷图所示，前2个主成分的累积贡献率达到97.50%，能够很好地反映重组面团和重组馒头在不同冻融条件下品质特性的变化情况。

由图5可知，馒头硬度与破损淀粉的含量、馒头的质构特性(如内聚性、咀嚼性)及重组粉的糊化性能(如峰值黏度)呈正相关，与馒头的比体积、感官评价总分呈负相关，这表明反复冻融过程中，硬度的增加可导致馒头品质及适口性的下降。一方面，反复冻融的过程中，破损淀粉含量的提高促进了淀粉颗粒的吸水膨胀、面筋蛋白的失水，形成了不完整的面筋网络结构，使馒头内部结构并未得到完全的展开，引起了馒头比体积的下降，硬度、内聚性及咀嚼性的增大，对馒头感官品质产生不利影响。另一方面，峰值黏度的提升，影响了馒头的发酵性能，造成了馒头比体积的减小，硬度增加，进而引起馒头品质的下降。此外，重组馒头的比体积与重组面团的热特性(To、Tp、Tc、ΔH)呈正相关，表明冻融循环破坏了淀粉分子间的有序化结构，促进了淀粉与面筋蛋白的分离，使得面筋结构变的松散，阻碍了面筋网络的形成并降低了面团的持气能力，最终引起馒头比体积的下降，硬度的提高，这一结果与Tao等[33]的研究相类似。主成分分析结果与感官评价结果基本保持一致，表明通过探究重组面团微观结构、加工特性与重组馒头品质之间的相互关系，利用主成分分析的方法测定馒头品质特征具有一定的可行性，可为速冻主食的规模化生产提供参考。

图5 重组面团加工特性与其馒头品质之间的主成分分析

3 结论

冻融循环使得淀粉颗粒及面筋蛋白网络结构受到了不同程度的破坏。一方面，冻融循环破坏了淀粉结构的有序化排序，使其结构趋于无序化；另一方面，冻融循环破坏了面筋蛋白的网络结构，使淀粉颗粒多以分散的形式存在于面筋蛋白外，且随冻融循环次数增加，相分离现象越明显，面筋网络结构的受损程度也越严重。此外，冻融淀粉影响重组馒头的品质特性，使馒头各项感官指标总体上均呈下降的趋势，且随着淀粉冻融循环次数的增加，影响越显著。主成分分析结果与感官评价结果基本保持一致，表明通过探究重组面团微观结构、加工特性与重组馒头品质之间的相互关系，利用主成分分析的方法测定馒头品质特征具有一定的可行性，可为速冻主食的规模化生产提供参考。