预醒发冷冻生胚馒头熟制工艺优化

陈赫帆，陈洁，2*，汪磊，刘亚楠，王洋洋，邱寿宽

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001；2.中原食品实验室，河南漯河 462300；3.丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海 200100）

我国是以面食为主的国家，其中馒头因其蒸制后松软可口的特点深受人们的喜爱。但是馒头含水量高，储藏期间易受微生物的污染，以至于货架期短、不利于工业化大规模生产[1⁃2]。为解决这一问题，冷冻面团技术逐步应用于馒头工业化生产中，目前市面上应用最广泛的是预醒发冷冻面团法。预醒发冷冻面团法是将分割好的面团整型之后，在醒发箱醒发至一定程度再进行速冻，后期只需解冻蒸制即可[3]。将冷冻面团技术应用到发酵面制品上可以解决货架期短的问题[4]，具有方便、快捷等特点，可以规模化、标准化生产并运输到各连锁店、超市等[5⁃6]，人们在需要时仅进行解冻蒸制即可食用。

目前对预醒发冷冻生胚馒头的制作工艺研究主要集中于预醒发时间和解冻工艺。面团预醒发时间和解冻工艺的不同会对馒头的品质产生一定影响[7⁃8]。蒸制是制作馒头的最后一步，对馒头的品质有直接的影响，然而有关冷冻生胚馒头的蒸制研究较少，因此探究蒸制方式至关重要。

本文通过研究不同预醒发时间、不同解冻方式和不同蒸制方式对馒头比容、感官评分和质构等指标的影响，优化最优工艺。通过面团的可冻结水含量以及微观结构等分析最优工艺制作馒头不收缩的原因，以期为工业化大规模生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

超精小麦粉（食品级）：益海（周口）小麦工业有限公司；耐低糖高活性干酵母、包子泡打粉（均为食品级）：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

和面机（DIOSNA SP12F）：北京嘉盛兴业科技有限公司；吐司整形机（SM⁃307）、醒发箱（DC⁃236S）：新麦机械（无锡）有限公司；急速冷冻柜（3JB1⁃14F）：上海金城制冷设备有限公司；微波炉（NN⁃GM333W）、四门冷冻柜（SRF⁃1281ES）：松下电气（中国）有限公司；蒸箱（SZB⁃60D）：广州市赛思达机械设备有限公司；蒸烤箱（SCC61）：德国rational 公司；电热鼓风干燥箱（DHG⁃9146A）：上海精宏实验设备有限公司；切片机（Slicer Classic C10PLUS）：德国Graef 公司；面包体积测定仪（BVM⁃L450LC）：波通瑞华科学仪器（北京）有限公司；面包图像分析仪（C⁃CELL）：瑞典波通仪器公司；质构仪（XT plus）：英国Stable Micro Systems 公司；差示扫描量热仪（Q2000）：美国TA 公司；电子式粉质仪（JFZD 300G）：北京东孚久恒仪器技术有限公司；扫描电子显微镜（Gemini SEM 300）：美国FEI 公司。

1.3 方法

1.3.1 面粉的理化指标测定

水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》方法测定；粗蛋白含量按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》方法测定；粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》方法测定；湿面筋含量按GB/T 5506.1—2008《小麦和小麦粉面筋含量第1 部分：手洗法测定湿面筋》的方法测定；粉质特性测定根据GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》的方法进行。

1.3.2 预醒发冷冻生胚馒头面团的制备

冷冻生胚馒头面团基础配方：500 g 面粉、0.8%酵母、0.8%泡打粉、2%糖和49%水。将称好的面粉、酵母、泡打粉和糖放入和面机中慢速搅拌3 min，使其混合均匀，加水慢速搅拌4 min 后再快速搅拌3 min 得到面团。将面团在吐司整形机下压面16～18 次使面片呈微黏的状态，面片厚度5 mm，然后将面片搓条分割出85 g 面团，整型后放入醒发箱醒发，将预醒发好的生胚馒头面团放入-35 ℃急速冷冻柜速冻1 h，于-18 ℃冷冻柜中冻藏1 d。将冻藏好的生胚取出解冻、蒸制得到馒头。将醒发好的生胚馒头面团不经冷冻得对照生胚面团，直接蒸制即得对照馒头。

1.3.3 预醒发冷冻生胚馒头熟制单因素试验

根据预试验结果，选择预醒发时间（0、10、20、30、40 min）并固定醒发箱解冻时间60 min，蒸箱蒸制20 min进行馒头品质测定。固定预醒发时间20 min，蒸箱蒸制20 min，选择常温、醒发箱解冻时间（20、40、60、80、100 min）和微波解冻时间（90、150、210、270、330 s）进行馒头品质测定。固定预醒发时间20 min，醒发箱解冻时间60 min，选择蒸锅、蒸箱和蒸烤箱蒸制时间（5、10、15、20、25 min）进行馒头品质的测定。

1.3.4 预醒发冷冻生胚馒头熟制响应面试验

根据单因素试验结果，以预醒发时间（10、20、30 min）、醒发箱解冻时间（40、60、80 min）、蒸箱蒸制时间（15、20、25 min）为因素进行响应面优化试验。因素水平见表1。

表1 响应面因素水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.5 馒头比容测定

将蒸制好的馒头在室温下冷却3 h，利用面包体积测定仪进行比容的测定。

1.3.6 馒头感官评价

参考GB/T 35991—2018《粮油检验小麦粉馒头加工品质评价》中的方法并稍作修改，选取10 位食品行业从业人员对馒头进行打分取其平均值。馒头感官评价标准见表2。

表2 馒头感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria for steamed bread

1.3.7 馒头芯质构特性测定

参考文献[9]的方法并稍作修改，将蒸制好的馒头室温冷却3 h，利用切片机切取馒头中间两片（宽度10 mm）进行质构特性的测定。测试程序为质地剖面分析（texture profile analysis，TPA），探头型号为P/36R，测试参数：测试前、中、后的速度分别为1、5、5 mm/s，触发力5 g，下压程度50%。

1.3.8 预醒发冷冻生胚馒头面团可冻结水含量测定

参考杜险峰等[10]的方法并稍作修改，将冻藏1 d的冷冻生胚馒头面团解冻后在面团中心部位取10 mg面团放入密封的铝坩埚中利用差示扫描量热仪（differ⁃ential scanning calorimeter，DSC）进行测定。将DSC 控温程序先调至25 ℃，恒温5 min，然后以10 ℃/min 降温至-40 ℃，恒温10 min，最后以5 ℃/min 升温到40 ℃，测定样品的焓值变化。用电热鼓风干燥箱测定样品的水分含量，可冻结水含量（F，%）按下述公式计算。

式中：ΔH为吸热曲线熔融焓值，J/g；ΔHw 为水的熔融焓值，334 J/g；Wt 为冷冻面团的含水量，%。

1.3.9 预醒发冷冻生胚馒头面团微观结构测定

参考白妮[11]的方法并稍作修改，将样品冷冻干燥后，取面团表皮组织粘贴在样品台的导电胶上，经过离子溅射喷金2 min 后置于扫描电子显微镜下观察面团表皮组织的微观结构，加速电压为3.0 kV。

1.3.10 馒头孔隙分布测定

利用面包图像分析仪，将蒸制好的馒头室温冷却3 h 后，用切片机切取馒头相同位置进行孔隙分布的测定。

1.4 数据处理

利用Desigen⁃Expert 12 软件进行Box⁃Behnken 试验设计。采用SPSS 25.0 软件对数据进行统计与显著性分析（P＜0.05 表示具有显著性差异）。采用Origin 2021 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 面粉理化指标及粉质特性分析

面粉粉质特性与面粉面筋强度有一定的联系，其中主要参数包括面团形成时间、稳定时间、弱化度和粉质指数等[12]，面粉的基本理化指标与粉质特性见表3。

表3 面粉理化指标及粉质特性Table 3 Physicochemical indexes and farinograph characteristics of flour

由表3 可知，面粉粗蛋白含量10.67%、湿面筋含量29.62%，属于中筋粉的范围。面团形成时间大于3 min，稳定时间大于5 min，粉质指数较高，适合制作冷冻面团[13]。

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 不同预醒发时间对馒头品质影响

2.2.1.1 不同预醒发时间对馒头比容和感官评分的影响

面团的醒发过程改变面团内部的网络结构，对馒头的比容和感官品质有极大的影响[14]。预醒发时间决定面团的醒发程度，图1 为预醒发时间对馒头比容和感官评分的影响。

图1 不同预醒发时间馒头比容和感官评分Fig.1 Specific volume and sensory score of steamed bread with different pre⁃proofing time

由图1 可知，随着预醒发时间的延长，馒头的比容和感官评分都呈先减小后增大再减小的变化趋势。醒发40 min 时，酵母消耗量多，后期解冻时酵母量不足，产气量少，难以支撑其网络结构，导致馒头收缩比容较小、感官评分较低[15]。醒发20 min 时，馒头比容和感官评分达到最大值，分别为2.85 mL/g 和84.30，馒头表皮光滑。醒发程度小于20 min 时，馒头表皮会有裂纹，影响感官评分。因此，预醒发20 min 时馒头具有较好的品质。

2.2.1.2 不同预醒发时间对馒头芯质构特性的影响

不同醒发时间对馒头芯质构特性的影响见图2。

图2 不同预醒发时间馒头芯质构特性Fig.2 Texture of steamed bread core with different pre⁃proofing time

由图2 可知，硬度、黏性都随着预醒发时间的延长呈先减小后增大的趋势，当醒发时间达到20 min 时，硬度、黏性达到最小值，分别为1 619.91 g、-1.59 g·s。前期预醒发时间的不同，使馒头面筋网络结构产生不同质构特性的变化[16]。因此，选择预醒发时间10、20、30 min 进行后续优化试验。

2.2.2 不同解冻方式对馒头品质的影响

2.2.2.1 不同解冻方式对馒头比容和感官评分的影响

不同解冻方式对馒头比容和感官评分的影响如图3所示。

图3 不同解冻方式馒头的比容和感官评分Fig.3 Specific volume and sensory score of steamed bread with different thawing methods

由图3 可知，室温解冻条件下，随着解冻时间的延长，馒头的比容和感官评分逐渐增大，在100 min 时，比容和感官评分达到最大值，分别为2.68 mL/g 和85.5。醒发箱解冻条件下，随着解冻时间的延长，馒头的比容和感官评分呈先增大后减小的趋势，在解冻60 min时蒸制出的馒头感官评分较高，在解冻80 min 时蒸制出来的馒头比容最大，为2.78 mL/g，但醒发过度，馒头表面粗糙影响感官评分。微波解冻条件下，随着解冻时间的延长，馒头的比容先减小后增大，感官评分逐渐增大，可能是由于微波解冻不均匀，其次解冻时间较短，缺少醒发过程，蒸制出的馒头比容和感官评分整体偏小。因此醒发箱解冻得到的馒头具有较好的品质，这与杜浩冉等[17]、孙伊琳[18]的研究结果一致。

2.2.2.2 不同解冻方式对馒头芯质构特性的影响

不同解冻方式对馒头芯质构特性的影响见图4。

图4 不同解冻方式馒头芯质构特性Fig.4 Texture of steamed bread core with different thawing methods

由图4 可知，室温解冻条件下，随着解冻时间的延长，馒头的硬度逐渐降低，黏性先降低后平稳升高。室温解冻100 min 时馒头的硬度达到最小值1 727.57 g。醒发箱解冻条件下，随着解冻时间的延长，馒头的硬度和黏性先降低后升高，在60 min 时馒头的硬度和黏性达到最小值，分别为2 060.53 g 和-11.48 g·s。微波解冻条件下，馒头的硬度和黏性先升高后降低，由于微波解冻不易控制，导致馒头硬度和黏性较大。因此，微波解冻得到的馒头品质较差[19]。最终选择醒发箱解冻时间40、60、80 min 进行后续优化试验。

2.2.3 不同蒸制方式对馒头品质影响

2.2.3.1 不同蒸制方式对馒头比容的影响

不同蒸制方式对馒头比容的影响见图5。

图5 不同蒸制方式馒头比容Fig.5 Specific volume of steamed bread with different steaming methods

由图5 可知，在3 种蒸制方式下，馒头比容均呈先升高后降低的变化趋势，当蒸制时间较短时，馒头内部网络结构稳定，比容较小；当蒸制时间较长时，馒头内部网络结构遭到破坏，持气力下降，比容下降。在蒸制20 min 时，蒸箱、蒸锅和蒸烤箱3 种蒸制方式制作的馒头比容达到最大值，分别为2.81、2.65、2.33 mL/g。蒸箱和蒸锅都是以水蒸气来蒸制馒头，而蒸箱内部温度上升较快，蒸汽量大且稳定，所以比容较大，蒸烤箱主要是以热风的方式蒸制馒头，水蒸气量少，馒头内部网络结构形成不好，持气力小，比容小，因此品质较低[20]。

2.2.3.2 不同蒸制方式对馒头感官评分的影响

不同蒸制方式对馒头感官评分的影响见图6。

图6 不同蒸制方式馒头感官评分Fig.6 Sensory score of steamed bread with different steaming methods

由图6 可知，随着蒸制时间的延长，蒸箱和蒸锅蒸制的馒头感官评分呈先增加后降低的变化趋势，蒸烤箱蒸制的馒头感官评分逐渐升高。蒸制时间5～20 min时，蒸烤箱蒸制的馒头感官评分明显低于蒸锅和蒸箱蒸制馒头的感官评分，因为在蒸烤箱蒸制过程中水蒸气不足，蒸制10 min 之前馒头芯部不熟，品质差，感官评分低。在蒸制25 min 时，由于蒸制时间较长，导致馒头内部网络结构不稳定，淀粉颗粒逐渐糊化进而影响馒头品质，感官评分下降[21]。

2.2.3.3 不同蒸制方式对馒头芯质构特性的影响

不同蒸制方式对馒头芯质构特性的影响见图7。

图7 不同蒸制方式馒头芯质构特性Fig.7 Texture of steamed bread core with different steaming methods

由图7 可知，蒸箱蒸制过程馒头的硬度逐渐降低最后趋于稳定；蒸锅蒸制在前20 min 时馒头硬度较稳定，大于20 min 时馒头硬度增加；蒸烤箱蒸制随蒸制时间的延长，馒头硬度整体逐渐增大。在蒸制20 min时，蒸箱和蒸锅蒸制的馒头的硬度达到最小值，分别为3 146.58 g 和2 751.18 g；在蒸制5 min 时，蒸烤箱蒸制的馒头硬度最低，为1 538.65 g，但其黏性较高，这是由于其芯部不熟。3 种蒸制方式随着蒸制时间的延长，馒头的黏性逐渐降低后趋于稳定。蒸箱和蒸锅蒸制馒头的黏性区别不大，这与丁志理[22]的研究结论一致。因此蒸箱蒸制的馒头较稳定，蒸锅蒸制次之，蒸烤箱较差。最终选择蒸箱蒸制时间15、20、25 min 进行后续优化试验。

2.3 响应面试验结果与分析

Box⁃Behnken 设计方案及响应值见表4。

2.3.1 多元二次响应面回归模型的建立与显著性分析

利用Desigen⁃Expert 12 软件对表4 中的试验数据进行分析得到各因子对响应值的二次多项回归模型：感官评分（Y1）= 84.44+1.01A-1.86B-1.92C-4.75AB-1.77AC+0.325 0BC-7.42A2-11.97B2-2.35C2。

由表5 可知，模型极显著（P＜0.01）且失拟项不显著（P＞0.05），表明该模型优化预醒发冷冻生胚馒头熟制工艺是可行的。其中R2为0.977 1，R2adj为0.947 6，说明该模型的预测值与实际值的拟合度较好，能够准确反映响应值的变化。A预醒发时间对馒头感官评分影响不显著（P＞0.05），B醒发箱解冻时间和C蒸箱蒸制时间对馒头感官评分影响显著（P＜0.05）。AB的交互作用对馒头感官评分影响极显著（P＜0.01），各因素对馒头感官评分影响主次顺序为C＞B＞A。

表5 回归方程模型方差分析（感官评分）Table 5 Analysis of variance of regression equation model（sensory score）

2.3.2 响应面结果分析

模型中只有AB交互作用对馒头感官评分影响极显著（P＜0.01），因此，绘制预醒发时间与醒发箱解冻时间交互作用的等高线和响应面图，见图8。

图8 预醒发时间与醒发箱解冻时间交互作用馒头感官评分的等高线和响应面Fig.8 Contour line and response surface of sensory score of steamed bread under the interaction of pre⁃proofing time and thawing time in proofing box

由图8 可知，等高线呈椭圆形，曲面是开口向下的，所以在试验范围内存在最大的响应值，当预醒发时间不变时，随着醒发箱解冻时间的延长，感官评分先上升后下降。当醒发箱解冻时间不变时，随着预醒发时间的延长，感官评分先上升后下降。AB的交互作用在接近中心点时取最大值。

由响应面软件Desigen⁃Expert 12 优化得最佳条件为预醒发时间21.62 min、醒发箱解冻时间57.67 min、蒸箱蒸制时间17.60 min，在该优化条件下馒头感官评分理论值为85.03。

2.3.3 验证试验

为了实际操作的可行性，选择最佳工艺条件为预醒发时间22 min、醒发箱解冻时间58 min、蒸箱蒸制时间18 min，进行3 次重复试验，结果见表6。

表6 验证试验结果Table 6 Verification test results

由表6 可知，蒸制后馒头比容、感官评分和硬度的试验结果分别为2.88 mL/g、86.17 和1 467.14 g。其中感官评分与理论值的相对误差为1.34%，误差较小。因此优化得到的预醒发冷冻生胚馒头熟制工艺具有实用价值。

2.4 预醒发冷冻生胚馒头面团可冻结水含量

冷冻生胚馒头面团中冰晶的数量、大小和分布都与可冻结水的含量有关[23]，可冻结水的含量与面团内部组织有关。对照与最优预醒发冷冻生胚馒头面团可冻结水含量如表7所示。

表7 对照与最优预醒发冷冻生胚馒头面团可冻结水含量Table 7 Frozen water content in steamed bread dough under con⁃trol and optimized pre⁃proofing conditions

由表7 可知，最优工艺下制作的预醒发冷冻生胚馒头面团与对照生胚面团相比，熔融焓值从67.30 J/g升高至71.41 J/g；熔融起始温度、熔融峰值温度和熔融终止温度均降低，分别从-4.73、0.47、4.32 ℃下降至-7.02、0.14、2.83 ℃；可冻结水含量从50.73%增加到52.62%。面团速冻过程会形成冰晶，破坏面团面筋结构，导致可冻结水含量升高[24]。

2.5 预醒发冷冻生胚馒头面团微观结构

预醒发冷冻生胚馒头面团微观结构见图9。

图9 对照生胚面团与预醒发冷冻生胚馒头面团微观结构图Fig.9 Microstructure of steamed bread dough under control andoptimized pre⁃proofing conditions

由图9 可知，冷冻生胚馒头面团的微观结构是由淀粉颗粒镶嵌在面筋蛋白中形成连续的网络结构，对照生胚面团具有致密连续的网络结构，淀粉颗粒被紧紧包裹在面筋网络结构中，这是因为面团中麦谷蛋白和醇溶蛋白形成共价键，进而形成连续的网络结构[25]，最优工艺下制作的预醒发冷冻生胚馒头面团其面筋蛋白被破环，淀粉颗粒暴露在网络结构之外。与对照生胚面团相比，最优工艺制作的预醒发冷冻生胚馒头面团其面筋结构不连续，这主要是因为面团在速冻过程中水形成冰晶，对面筋结构造成一定的破坏，导致淀粉颗粒外露[26]，进而降低面团的面筋强度，使馒头不发生起泡收缩。

2.6 馒头孔隙分布对比

馒头孔隙分布对比见图10 与表8。

图10 对照组与最优组馒头对比Fig.10 Steamed bread in control group and optimized group

表8 对照组与最优组馒头孔隙分布Table 8 Pore distribution of steamed bread in control group and optimized group

由图10 可知，对照馒头会发生不同程度的起泡收缩，最优工艺制作的馒头不发生起泡收缩。利用面包图像分析仪对馒头切片拍照可以看出对照组有表皮分离现象，最优组馒头内部组织完好且细腻。由表8 可知，最优组馒头的气孔数量比对照组高了10.39%，孔隙面积降低了2.72%。气孔数量越多，孔隙面积越小，馒头的品质越好[27]。

3 结论

本文研究了不同预醒发时间、不同解冻方式和不同蒸制方式对馒头品质的影响，并通过Box⁃Behnken响应面法优化出预醒发冷冻生胚馒头熟制最优工艺：预醒发时间22 min、醒发箱解冻时间58 min、蒸箱蒸制时间18 min，在此条件下馒头的感官评分为86.17，误差1.34%，与理论值接近。比较孔隙分布、可冻结水含量和微观结构，发现最优工艺制作的预醒发冷冻生胚馒头面团的面筋蛋白网络结构遭到破坏，面筋强度降低。结果表明，冷冻弱化面团面筋强度，使馒头不发生起泡收缩。此工艺能够明显改善冷冻生胚馒头品质，为馒头的工业化生产提供参考依据。