谷朊粉和小麦淀粉添加量对重组面团冻藏品质的影响

马珂莹，黄峻榕，伏佳静，蒲华寅，邝吉卫

（陕西科技大学食品与生物工程学院，陕西西安 710021）

冷冻面团由于其保质期长、运输加工方便等优点，以及快速发展的冷冻保鲜技术使其逐渐在食品市场占据越来越大的比例。冷冻面团技术是指在产品生产的半成品阶段，直接冷冻处理面胚，并在低温下长期冷冻储藏，待需用时解冻或无需解冻直接进行后续产品的制作[1-2]。但同时，冻藏过程中冰晶的生长也会对面团造成不可逆转的破坏，面团黏弹性下降，产品蒸煮损失增加，吸水率下降，可冻结水和结晶度比例升高等[3]。

食品加工过程中，组分单个的变化与彼此之间的相互作用都会赋予整个体系不同的性能[4]。淀粉和蛋白质作为面团中最重要的组分之一，对面团品质具有重要影响。研究证明，小麦淀粉中直链淀粉含量越高，对面团的形成、稳定以及粉质质量指数越不利，会使面条的吸水率降低；面条硬度与淀粉的糊化特性如峰值黏度、崩解值呈负相关，糊化温度越低，面条更易糊化，进而对蒸煮特性产生影响[5]。Zhou等[6]研究发现，面筋蛋白加入燕麦面条中可降低面条的蒸煮损失率，提高面条的拉伸强度和硬度，同时面筋通过形成定向纤维，使面条中的蛋白质网络更加紧密，但也会使面条的色泽略显黄。

蛋白质和淀粉相互影响着面团的品质。而目前，大多数研究仍侧重于单独测定分离的面筋和淀粉的性质，而关于面团重组后，尤其是在冷冻面团体系内有关二者比例的改变所引起的对冷冻面团的品质稳定性影响鲜有研究。在先前的研究中发现，冷冻非发酵面团在储藏20 d时，开始发生严重劣变。因此，本研究在原高筋小麦粉的基础上，利用谷朊粉与小麦淀粉，改变二者的比例将面团进行重组并冷冻储藏20 d，通过分析水分分布、流变特性、糊化特性等物化特性来研究面筋蛋白、淀粉添加量对冷冻面团品质的影响，进而为冷冻面团的改良提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋小麦面粉 益海嘉里食品营销有限公司；小麦淀粉 上海正宝惠家食品有限公司；谷朊粉（又称面筋粉） 封丘县华丰粉业有限公司；溴化钾（光谱纯）、无水乙醇 天津科密欧化学试剂有限公司。

纽迈低场核磁共振分析仪 苏州纽迈分析仪器股份有限公司；AR2000 旋转流变仪 德国Thermo Scientific；RVA-TeeMASTER 快速粘度测定仪 澳大利亚Newport Scientific公司；Verios460 高分辨场发射扫描电镜 美国FEI公司；STA449 F3 傅里叶变换红外光谱仪 德国Bruker 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面团重组 借鉴刘永等[11]的方法，利用高筋小麦面粉与谷朊粉和小麦淀粉进行面团重组。各配粉中原高筋小麦面粉的添加量固定为50%（占配粉总量），预实验中，当谷朊粉比例大于40%时面团无法制作成面条，因而，将谷朊粉与小麦淀粉和高筋小麦面粉按照表1的比例进行复配，分别用S1、S2、S3、S4表示，并以100%的纯高筋小麦面粉作为对照组（CK）。

表1 小麦淀粉与谷朊粉混合的重组方案Table 1 Recombination protocol for mixing wheat starch with gluten

1.2.2 冷冻面团制作工艺 按表1的配粉比例称取100 g原料粉，再将原料粉、水、盐以2:1:0.03的比例混合，测定前将高筋小麦面粉、小麦淀粉与谷朊粉放入和面机中，搅拌3 min，保证其混合均匀，再在和面机中揉成面团，醒面45 min后将其放入-80 ℃冰箱中快速冷冻6 h直至中心温度达到-20 ℃，在前期实验的基础上，将面团在-18 ℃温度下存放20 d。解冻：冻藏后的面团放置在室温（25 ℃）条件下2 h即可完全解冻，解冻后一部分直接测试，一部分面团制成3mm厚的块状样品放入冻干机中冻干备用。

1.2.3 水分分布与迁移情况 利用低场核磁共振技术测定样品的横向弛豫时间（T2）。面团在完全解冻后准确称取1.5 g形状一致的样品置于核磁管中立即进行水分分布测定。进行CPMG（Carr Purcell Meiboom Gill）脉冲序列试验，测试条件为32 ℃恒温处理。CPMG序列采用的参数：采样频率为200 KHz，回波时间为0.3 ms，回波数为1000，数据反演后可得到各样品的波谱图和T2值[12]。

1.2.4 流变学特性的测定 按照岳苗[13]的方法，利用AR2000旋转流变仪，采用直径20 mm的平板，取3 g左右的解冻后的面团置于流变仪的平板上，缓慢降低顶板，设置夹缝距离为1.5 mm，刮除平板外多余面团，在周围涂抹硅油防止水分挥发，静置5 min后进行测试。测试温度为25 °C，扫描频率区间为0.1～50 Hz，应变量0.5%。

1.2.5 糊化特性的测定 采用快速粘度测定仪（RVA）测定[13]。冻干粉准确配制28 g浓度8%（干基）的混合液体，具体测定条件：最初50 ℃下保持1 min；以12 ℃/min的升温速度加热到95 ℃并在此温度下保持2.5 min；然后以12 ℃/min下降到50 ℃，并在此温度下保持2 min；搅拌器在起始10 s内转动速率为960 rpm/min，之后保持在160 r/min。测得淀粉糊黏度曲线及其实验参数：峰值黏度（PV）、谷值黏度（TV）、最终黏度（FV）、崩解黏度（BV）、回生黏度（SV）及成糊温度（PT）。黏度用“cP”作单位表示。

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1.2.6 凝胶强度的测定 冻干后的样品粉末加入蒸馏水，配制浓度为18%的乳液，在沸水浴中放置30 min 并不断的搅拌至完全糊化，将糊化后的凝胶密封，将样品迅速放入4 ℃冰箱中冷藏24 h，取样后在室温下平衡30 min，采用质构仪测定。参数设定：TPA压缩模式，探头P/0.5，测前速度为1.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，测后速度5.0 mm/s，触发力5.0 g，每个样品重复3次[9]。

1.2.7 SEM微观结构的观察 冻干后的面团轻轻敲碎，取自然断面较为平整约3 mm厚的小块样品，置于粘有电导胶的载物台上，经离子溅射喷金后，采用Verios460高分辨场发射扫描电镜于2.0 kV的加速电压下观察面团截面的微观结构[13]。

1.2.8 红外光谱的测定 利用傅里叶变换红外光谱仪器分析冷冻重组面团的红外光谱图。取冻干磨粉后的生面团样品，按照1:50的比例加入KBr并充分研磨，将研磨好的细粉末平铺至压片机平台上，压制透明的圆形薄片。以KBr为空白背景，用红外光谱仪对样品扫描32次，扫描范围为4000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1[13]。

1.3 数据处理

所得数据采用Statistix 9数据分析软件进行处理和分析，数据表示为3次实验数据的平均值加减标准差；图表绘制采用Origin8软件和Office2016。

2 结果与分析

2.1 冷冻重组面团水分分布与迁移变化

利用低场核磁分析重组面团中的水分分布变化。不同比例的重组面团的横向弛豫时间（T2）反演图谱如图1A所示，冷冻面团在0.01～1000 ms间出现主要出现三个峰，这三个峰分别代表面团存在的三个水分状态，分别为强结合水T21（0.1～1 ms），结合水T22（1～10 ms）以及自由水T23（10～50 ms）[14]，由图1A可知，T23为主峰，这表明面团的水分分布以T23（自由水）为主。

图1 重组面团横向弛豫时间反演图（A）和T23横向弛豫时间变化图（B）Fig.1 Inversion diagram of the lateral relaxation time (A) and the variation diagram of the lateral relaxation time of T23 (B) of reconstituted dough

冷冻面团的T2反演图谱能反映水分在面团中与亲水物质的结合程度，峰的弛豫时间越短，表明水分与面筋蛋白或小麦淀粉结合越紧密[15]。T23的横向弛豫时间变化如图1B所示，添加了谷朊粉和淀粉的重组面团T23随着谷朊粉:小麦淀粉比例的减小逐渐增大且均高于对照组。谷朊粉含量越高的样品，面筋含量越高，T23越短，说明水分结合越紧密，更不易迁移。淀粉含量增加，会对面筋网络产生不同程度的稀释作用，面筋蛋白与水的结合作用力变弱，使其可迁移的水分比例变高，在冷冻面团的解冻过程中更易挥发散失[16-17]。而在冻藏过程中，自由水会转换为可冻结水，生成更多冰晶而对面团的品质造成损害。所以，提高面团中面筋蛋白比例有利于结合水的形成，降低面团失水率。谷朊粉:淀粉比例=4:1时，面团组分与水结合最紧密，有利于冷冻面团品质。

2.2 冷冻重组面团流变学特性变化

冷冻重组面团的储能模量（G'，弹性模量）和损耗模量（G''，黏性模量）变化如图2A、图2B所示，在0～50 Hz的频率范围内，冷冻重组面团的弹性模量始终大于黏性模量，说明在面团中主要是弹性作用[18]。前期研究发现，冷冻储藏20 d后，面团的弹性模量和黏性模量会有明显的下降，面团变硬，拉伸性变差[19]。加入谷朊粉和小麦淀粉后，S1、S2、S3的G'和G''始终大于对照组，而S4（谷朊粉:淀粉=1:4）的黏弹性低于对照组，分别降低了13.03%和18.84%。冷冻重组面团的弹性模量和黏性模量随着谷朊粉:小麦淀粉比例的减小而降低。谷朊粉的添加可以强化面筋结构，而淀粉颗粒可作为面筋蛋白网络的填充剂，与面筋基质相互作用，增强面筋蛋白网络结构的完整性[20]；但当淀粉含量过高时，未嵌入面筋蛋白网络结构中的淀粉颗粒与面团中的水分作用，从而抑制部分面筋蛋白网络结构的形成，面团稳定性变差，面团黏弹性降低。因此，在一定程度上，提高面筋蛋白含量，降低淀粉含量可有效改善面团的流变特性，进而缓解冻藏过程中面团黏弹性的劣变，其中，频率50 Hz，S1（谷朊粉:小麦淀粉=4:1）的黏弹性最好，弹性模量（G'）和黏性模量（G''）值最高，与对照相比，分别增大了49.95%和61.44%，并与对照组面团冻藏10 d的相当[19]。

图2 重组面团弹性模量（A）和黏性模量（B）的变化Fig.2 Changes in storage modulus (A) and loss modulus (B) of reconstituted dough

2.3 冷冻重组面团糊化特性变化

冷冻重组面团粉末样品的快速黏度曲线见图3，随着温度变化，其黏度呈现升高-降低-升高的变化趋势，属于典型的糊化曲线；面团重组冻藏后的糊化特性如表2所示，加入谷朊粉和小麦淀粉后，随着谷朊粉:小麦淀粉比例的减小，重组面团的峰值、谷值和终值黏度以及崩解值和回生值均不断增大，但S1、S2、S3的糊化黏度值均低于对照组，其中S1的峰值黏度最低，与对照组相比降低了62.21%。一方面，S1与对照相比，淀粉含量降低了23.4%，这是糊化黏度值降低的主要原因。另一方面，谷蛋白含量提高可能会降低冷冻面团的各项糊化特性参数。Yang等[21]的研究结果表明，添加0～10%的蛋白质可以延缓淀粉颗粒在加热过程中的糊化过程。面团的糊化温度随着谷朊粉比例的增加而略微升高，但差异不明显。淀粉和面筋蛋白会互相对彼此产生稀释作用，糊化过程中，面筋会阻碍淀粉在水中的扩散，在一定程度上抑制淀粉糊化，对面团的黏度产生削弱作用，使其黏度降低。与对照组相比，S4的峰值黏度和谷值黏度分别增大了15.12%和15.14%。这是因为S4重组面团中的淀粉含量比对照组高6.6%。另外，冷冻储藏过程中冰晶形成的微机械力会打断直链淀粉与脂类、结合蛋白的结合键，促进淀粉吸水膨胀，使得冷冻面团的糊化黏度高于普通面团[22-23]。

图3 重组面团RVA糊化曲线图Fig.3 RVA pasting curve of reconstituted dough

表2 重组面团糊化特性的变化Table 2 Changes in pasting characteristics of reconstituted dough

崩解值表示峰值黏度与谷值黏度之差，回生值表示淀粉老化过程中直链分子重结晶带来的黏度改变[22]；随着谷朊粉比例的增加，面团崩解值不断减小，回生值也逐渐降低，说明添加面筋蛋白可以增大冷冻面团的稳定性。Zhang等[24]研究了大米蛋白质在老化过程中对大米淀粉的影响，认为大米蛋白对淀粉回生的抑制作用主要是由于大米蛋白的加入降低了淀粉分子的交联，限制淀粉有序结构的形成，抑制淀粉的重结晶。因此冷冻面团中增加面筋蛋白的比例在一定程度上可以延缓淀粉糊化后的回生，降低糊化黏度，当谷朊粉:小麦淀粉为4:1时，冷冻面团的回生值最小，与对照组相比降低了70.22%。

2.4 凝胶强度的变化

随着谷朊粉:小麦淀粉比例的不断降低，凝胶的硬度不断增大（图4），从114.30 g增大到181.39 g，且均显著（P＜0.05）高于对照组。淀粉颗粒在吸水及加热过程中会渗析出直链淀粉，直链淀粉相互缠绕形成三维立体网状结构，当进一步加热搅拌时，残存的直链淀粉颗粒进一步破裂进入水相，在冷却的过程中直链淀粉与支链淀粉通过氢键连接进一步形成凝胶[25-26]。

图4 重组面团凝胶硬度的变化Fig.4 Changes in the gel hardness of reconstituted dough

一般来说，凝胶强度的变化与淀粉的老化程度相关，通常用凝胶的硬度来表征，老化过程中硬度会不断增大[27]。凝胶的硬度是淀粉回生的直接结果，与淀粉分子的重结晶有关，直链淀粉含量越高，分子间重排程度越高，硬度越大，而面筋蛋白可抑制淀粉溶胀和破裂，减少直链淀粉析出，进而抑制淀粉重结晶，同时阻碍淀粉分子与水分子的结合；因此，谷朊粉的添加意味着面筋蛋白可在一定程度上减缓淀粉凝胶的回生。而另一方面，凝胶的网络结构主要由淀粉构成[28]，凝胶强度也与体系中的淀粉比例有关，面团中淀粉比例升高也会引起硬度升高；其中S1的硬度最低，但仍高于对照组。这也与糊化特性分析中回生值的研究结果一致。

2.5 冷冻重组面团SEM微观结构的观察

冷冻重组面团的截面微观结构由图5所示，可以清晰的看到面团中的面筋蛋白网络结构，同时由于冷冻储藏对面团的影响，冻藏20 d后部分面筋蛋白网络结构的完整性会被破坏，同时出现较多的孔洞，是冷冻所产生的冰晶干燥后留下的[19]。

图5 重组面团的微观结构变化（1000×、3500×）Fig.5 Microstructure changes of reconstituted dough(1000×, 3500×)

面筋蛋白与水分子之间的相互作用使得面团内部形成紧密的三维网络状结构，而淀粉颗粒可作为面筋蛋白网络结构的填充剂，用来进一步支撑网络结构[18]。由图5B、图5C可知，与对照相比，淀粉颗粒紧密的嵌入蛋白网络结构中，网络结构明显，但随着淀粉比例的增大，面筋网络对淀粉的包裹性变差，淀粉颗粒没有完全包裹在面筋基质中，暴露在外的淀粉颗粒逐渐变多，可以清晰的看到A型大颗粒淀粉和B型小颗粒淀粉，面筋网络结构的均匀性变差，由图5e、图5E可知，当谷朊粉:小麦淀粉为1:4时，面筋网络结构变少。淀粉含量过高会阻碍甚至破坏面筋网络的形成，使得面筋网络结构稳定性变差，进而可能会对由冷冻面团所制得的产品的品质产生不良影响，如使面条产品结构粗糙、孔隙变大、断条率增大[19,29]。由电镜图可知，谷朊粉:小麦淀粉=4:1时，面筋蛋白网络结构最为紧密，在面团冷冻储藏过程中冰晶不易对面筋机制产生机械破坏。

2.6 冷冻重组面团红外光谱分析

冷冻重组面团的红外光谱图具有典型的特征吸收峰（图6）。1600～1700 cm-1、1530～1550 cm-1和1200～1300 cm-1附近的特征吸收峰分别对应着蛋白质的特征吸收谱带，分别为酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带，1047 cm-1和1020 cm-1附近的吸收峰通常用来表示淀粉的结晶区和无定形区结构[30-31]。冷冻储藏以及蛋白和淀粉的相互作用并未对特征峰峰型产生影响，添加谷朊粉和淀粉后，特征峰并没有发生变化。另外，在3400 cm-1附近有一个较强且宽的吸收峰，比较所有样品3400 cm-1左右的吸收峰，与对照组相比，添加谷朊粉和淀粉后，3400 cm-1左右的红外吸收峰移向较高的波数，且随着谷朊粉:淀粉比例的降低，波数从3381 cm-1增加至3409 cm-1，面筋蛋白与淀粉分子之间可能通过氢键结合，淀粉比例的提升以及两者之间的相互作用使得面团的氢键强度有所增大。同时，面团中游离的羟基发生缔合，也会形成强度更高的氢键[32]。

图6 冷冻重组面团红外光谱图Fig.6 Infrared spectrum of frozen reconstituted dough

3 结论

面筋蛋白和小麦淀粉的添加量会影响重组面团在冻藏中的品质稳定性。以50%高筋小麦面粉、不同比例谷朊粉和小麦淀粉为原料进行面团重组，在-18 ℃下冻藏20 d，并以100%原小麦面粉作为对照组。研究结果表明，随着谷朊粉:小麦淀粉比例从4:1减小至1:4，面筋网络结构逐渐被稀释，均匀性变差。面筋蛋白与水的相互作用减弱，同时对水在淀粉中游离的阻碍作用减小，水分逐渐由结合水向自由水迁移，面团结合水的能力变弱。面团的黏弹性逐渐降低。糊化黏度、凝胶强度和氢键强度逐渐增大。谷朊粉:小麦淀粉为1:4时，重组面团的黏弹性和糊化黏度低于对照组。谷朊粉:小麦淀粉为4:1时，重组面团面筋蛋白网络结构最为稳定，弹性模量值比对照组高49.95%，可缓解面团在冻藏过程中的品质劣变。因此，通过改变面团中面筋蛋白和小麦淀粉的比例可在一定程度上减少冷冻储藏对面团品质的损害，为冷冻面团技术的品质改良提供新的思路。