冻融循环下柑橘纤维对冷冻预发酵面团的改良

肖天宇，桑惠龙，孙明琨，赵丹丹，刘学强，郝建雄，饶欢

（河北科技大学食品与生物学院，河北石家庄 050000）

冷冻生面团最早出现在20 世纪40 年代，随着面制品行业的快速发展，冷冻技术被越来越多地应用到面团生产中，使冷冻面团技术得到迅速发展[1]。但是不同面点所需要的面团种类不同，单一的冷冻面团技术不能满足各种冷冻面点食品的要求。预发酵技术是一种将面团在制作前通过发酵的方式进行处理的工艺，这种技术能够极大缩短后期成品制作时间[2]。综上，冷冻预发酵面团在市场占有率以及近几年的市场增速上，存在明显的优势。

在冷冻食品储存和运输过程中出现的温度波动会导致冷冻食品的品质劣变，包括冰晶造成的机械破坏、水分迁移和酵母活力下降[3-4]。随着冻融循环次数增加，面团品质逐渐变差，尤其是在第3 次后品质存在明显的下降，而且还会破坏蛋白质和酵母，导致酵母产气能力下降，面筋蛋白的延展性变差，最终降低面团的品质[5]。为了降低冻融循环对冷冻食品的影响，研究者们进行了大量试验。如在马铃薯面团中加入抗冻多肽，结果表明添加1%抗冻多肽使马铃薯面团的比体积增大、发酵时间缩短、失水率降低[6]。将改性处理后的麦麸膳食纤维添加到馒头中不仅可以提高馒头的品质，还能实现补充膳食纤维的目的[7]。

柑橘纤维（citrus fibre，CF）是一种由柑橘果皮经过提取和加工得到的天然膳食纤维。它的主要成分是果胶和半纤维素，具有很高的持水性、保油性和黏性[8]。将柑橘加工后果渣废弃物开发出的CF 应用于谷物类产品中，既充分利用了果渣资源，又能够增加人们对膳食纤维的摄入，提升该类食品营养价值，应用前景广阔。此外，Spina 等[9]研究发现，添加2%的CF 可以生产出类似于对照面包品质的小麦全硬面包，不仅赋予面包柑橘风味，而且可以有效延长面包储藏期。

本文探究冻融循环对冷冻预发酵面团的影响，并向面团中添加柑橘纤维，研究柑橘纤维在冻融循环过程中对冷冻预发酵面团的改良效果，以期为柑橘纤维在冷冻面制品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面粉：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；白砂糖：市售；柑橘纤维：青岛珑润食品有限公司；三羟甲基氨基甲烷[tris（hydroxymethyl）aminomethane，Tris]、十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetra acetic acid，EDTA）：北京索莱宝科技有限公司；甘氨酸：上海易恩化学技术有限公司；5，5′-二硫双（2-硝基苯甲酸）[5，5′-dithiobis（2-nitrobenzoic acid，DTNB]：北京博奥拓达科技有限公司。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DL-TM018 面包机：广东东菱电器有限公司；BGZ-70 电热鼓风干燥箱：上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；TA.XT Plus 质构仪：英国Stable Micro System 公司；HAAKE MARS 40 动态流变仪：美国Thermo Scientific 公司；HD-4B 型智能水分活度测量仪：无锡市华科仪器仪表有限公司；长帝-TRTF32 烤箱：广东伟仕达电器科技有限公司；GL-20G-II 高速冷冻离心机：上海安亭科学仪器厂；S-4800-I 场发射扫描电镜：日本HITACHI 公司；XBL-E3 速冻机：中国MDC 公司；VF-12C 醒发箱：广州旭众食品机械有限公司；BD/BC-118UEMA冰箱：合肥美的电冰箱有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷冻预发酵生面团的制备

面团配方：300 g 面粉、182 mL 去离子水、2.4 g 高活性干酵母、11.8 g 白砂糖。柑橘纤维添加量为面粉质量的1.5%。

冻融循环参数设置：参考王秋玉[10]的方法并稍作调整，将生面团从速冻机中取出，置于醒发箱（38 ℃，相对湿度75%）内，取解冻后的生面团，记作第0 次循环，即F0，再将解冻的面团放置冰箱（-18 ℃）中1 d，取出后重复上述动作4 次，依次记为F1、F2、F3、F4。

1.3.2 冷冻预发酵面团质构的测定

取冻融循环后的样品（长5 cm、宽1.5 cm、高2 cm长方体），利用质构仪进行测定。取P5 探头匀速向下运动，直至刺破样品。参数设置：测前速度1.00 mm/s、测时速度5.00 mm/s、测后速度5.00 mm/s；测试模式：压缩；压缩距离7 mm；触发力类型：自动；触发力大小：5.0 g。每组做5 个平行。

1.3.3 冷冻预发酵面团动态流变学特性的测定

称取冻融处理后的面团内部（0.50±0.05）g，利用动态流变仪测定弹性模量G′与黏性模量G″。利用P35探头，安装完成后设定温度为25 ℃，应变范围1%。频率扫描范围为0.1～10 Hz，间隙为1 mm。每个样品重复测定3 次。

1.3.4 冷冻预发酵面团中水分含量的测定

根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的第一法（直接干燥法）测定水分含量。

1.3.5 冷冻预发酵面团的酵母发酵力测定

将不同冻融次数的生面团置于醒发箱解冻20 min（38 ℃，相对湿度75%），取解冻后的面团，称其质量（m，g），随后分别放入3 个50 mL 量筒作平行试验，生面团压实后放入醒发箱醒发40 min（38 ℃，相对湿度75%）。以面团的最高点为基准，记录样品初始体积（v1，mL）和最终体积（v2，mL），计算两次体积差值（Δv），即为样品的醒发体积。样品的酵母发酵力（Δh，mL/g）计算公式如下。

1.3.6 冷冻预发酵面团游离巯基（—SH）含量的测定

称取冻干后的面团粉末样品50 mg，加入5 mL SDS-TGE 溶液（EDTA 0.3 g，甘氨酸1.725 g，Tris 2.6 g，SDS 6.25 g，用浓盐酸调pH 值至8.0，去离子水定容至250 mL）和100 μL 4 mg/mL 的DTNB-TGE 溶液（20 mg DTNB，加入5 mL SDS-TGE 溶液），涡旋振荡使固体完全溶解，室温下避光反应20 min，10 000 r/min 离心20 min，在412 nm 处测定其上清液的吸光值。以谷胱甘肽标准品作标准曲线（y=4.340 3x+0.000 3，R2=0.999 2）。

1.3.7 冷冻预发酵面团微观结构观察

利用场发射扫描电镜对冻融循环不同次数的面团进行观察。取冻干后的面团样品，将小块样品轻放在双面胶上，喷金，测量时电子枪的加速度为5 kV，放大倍数为1 000 倍。

1.3.8 预发酵油酥烧饼制备

烤箱提前预热，烤盘上涂薄油。将解冻好的面团放置于烤盘上，表面刷油，烤箱设置为上下火180 ℃，18 min。烤好的烧饼取出，待其冷却至室温后进行后续操作。

1.3.9 预发酵油酥烧饼比体积的测定

使用小米体积置换法测定预发酵油酥烧饼的体积（V，mL）。将烧饼的表皮脆片剥离，防止在试验过程中掉落而造成过大误差，称量预发酵油酥烧饼质量（M，g），预发酵油酥烧饼比体积（A，mL/g）的计算公式如下。

1.3.10 预发酵油酥烧饼感官评价

预发酵油酥烧饼感官评价标准见表1。

表1 预发酵油酥烧饼的感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria for pre-fermented pastry shaobing

1.4 数据处理

利用Excel 进行数据统计和整理，采用IBM SPSS Statistics 26 和Origin 2018 进行数据分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 冻融循环对冷冻预发酵面团质构特性和动态流变学特性的影响

冻融循环对冷冻预发酵面团质构特性及动态流变学特性的影响如图1 所示。

图1 冻融循环对冷冻预发酵面团质构特性及动态流变特性的影响Fig.1 Effect of freeze-thaw cycle on texture and dynamic rheological properties of frozen pre-fermented dough

由图1 可知，空白组和CF 组的硬度和胶着性均呈上升趋势。其中，第3 次冻融循环后，空白组和CF组硬度均显著上升。与空白组相比，CF 组硬度更大，硬度的增加是由于纤维对面筋蛋白网络的影响[11]。柑橘纤维中有水溶性膳食纤维，会与蛋白质、淀粉竞争水分，通过静电引力、氢键、范德华力等次级键的作用，加热后形成凝胶，导致了硬度变化[12]。

冷冻预发酵面团动态流变学特性与产品加工过程及最终产品品质密切相关，由图1 可知，空白组随着冻融次数的增加，冷冻预发酵面团的G′和G″呈降低趋势，说明冻融循环对面团的黏弹性有不利影响。Wang等[13]研究发现，冻融循环后的黏弹性减弱可能与面团内部谷蛋白大聚体的含量有关。此外，CF 组的黏性和弹性均增大，这是因为柑橘纤维通过面筋蛋白的键合关系，提高了面团结合水的能力，使得食品内部形成稳定的三维结构[14]。因此，向食品中添加适量的纤维可以减缓淀粉的老化速度。

2.2 冻融循环对冷冻预发酵面团含水量的影响

冻融循环对冷冻预发酵面团含水量的影响见图2。

图2 冻融循环对冷冻预发酵面团含水量的影响Fig.2 Effect of freeze-thaw cycle on moisture content of frozen pre-fermented dough

由图2 可知，冷冻预发酵面团的水分含量在冻融循环过程中整体呈先增加后减小的现象，且于F2 达到峰值，原因可能是在冻融处理前期，样品中的自由水和结合水发生部分迁移，导致冷冻预发酵面团含水量增加。F3、F4 时，水分含量有所下降。CF 组水分含量明显高于空白组（除F4），验证了柑橘纤维具有较好的持水性。在冷冻预发酵面团中添加的CF 可以参与到淀粉与蛋白质对于水分的竞争中，使得冷冻预发酵面团中的水分重新分布，并且有助于提高水分的迁移速率，从而改善冷冻预发酵面团的产品品质。

2.3 冻融循环对冷冻预发酵面团面筋结构的影响

二硫键是维持蛋白质结构的主要作用力之一，温度波动会使二硫键断裂，生成游离巯基[15]，游离巯基的含量变化在一定程度上可以反映蛋白质分子的氧化、聚集情况和蛋白质结构的变化。冻融循环对冷冻预发酵面团中游离巯基的含量及微观结构的影响见图3。

图3 冻融循环对冷冻预发酵面团中游离巯基的含量及微观结构的影响Fig.3 Effect of freeze-thaw cycle on content of free sulfhydryl and microstructure in frozen pre-fermented dough

由图3A 可知，随着冻融次数的增加，两组中游离巯基含量均呈递增趋势。CF 组冷冻预发酵面团中的游离巯基含量均低于空白组，说明添加柑橘纤维可以有效阻碍游离巯基的增加，维持蛋白面筋结构。

由图3B 可知，F0 淀粉颗粒圆滑，且具有较平滑的壁面结构，随着冻融次数的增加，F4 淀粉颗粒表面呈现出凹凸不平的特征，且碎屑开始增多，孔隙增大。这是因为样品经过反复冷冻解冻，冰晶生长破坏了面筋内部结构，内部连续结构受到严重机械损伤，使得面团网络结构破裂，无法笼络淀粉颗粒。

2.4 冻融循环对冷冻预发酵面团酵母发酵力的影响

冻融循环对冷冻预发酵面团酵母发酵力的影响见图4。

图4 冻融循环对冷冻预发酵面团酵母发酵力的影响Fig.4 Effect of freeze-thaw cycle on yeast fermentability of frozen pre-fermented dough

由图4 可知，随着冻融次数的增加，酵母的发酵力逐渐减弱，这也验证了冻藏降低酵母活性的理论[16]。冻融循环对空白组的影响较小，F0～F2 时，酵母产气能力几乎没有变化，当进行到第3、4 次冻融时酵母产气能力显著降低，这可能因为冻融次数越多，面团中面筋性蛋白的支撑力越差，而且酵母的成活率也呈现降低趋势。CF 组的酵母产气能力弱于空白组，这是因为添加CF 后等同于稀释了面团中淀粉含量，酵母可利用分解的营养物质减少，导致面团发酵高度降低，气体产生量降低[17]。

2.5 冻融循环对预发酵油酥烧饼品质的影响

2.5.1 冻融循环中柑橘纤维对预发酵油酥烧饼比体积的影响

冻融循环对预发酵油酥烧饼比体积的影响如图5所示。

图5 冻融循环对预发酵油酥烧饼比体积的影响Fig.5 Effect of freeze-thaw cycle on specific volume of prefermented pastry shaobing

由图5 可知，两组的比体积随着冻融次数的增加均表现出下降趋势。对于空白组来说，F0、F1、F2之间具有显著性差异，这是因为反复冻融过程中冰晶的再生长和重结晶程度加深，使面筋蛋白结构发生不可逆破坏[18]。油酥烧饼的比体积随着柑橘纤维的加入而降低，一方面是因为纤维添加到面团中会降低面筋浓度，导致面筋网络形成不充分最终导致成品比体积降低[19]。另一方面可能是因为发酵过程中，纤维刺破气泡会引发气体逸散，从而造成烧饼比体积降低[20]。

2.5.2 冻融循环对预发酵油酥烧饼感官评分的影响

冻融循环对预发酵油酥烧饼的感官评分的影响如图6 所示。

图6 冻融循环对预发酵油酥烧饼的感官评分的影响Fig.6 Effect of freeze-thaw cycle on sensory scores of prefermented pastry shaobing

由图6 可知，随着冻融次数的增加，两组感官评分均呈下降趋势，证明冻融循环对预发酵油酥烧饼的感官评分存在不利影响，但是添加CF 后，感官评分高于空白组，说明柑橘纤维有减缓冻融循环影响的作用。在F0 时，两组的感官评分差异不明显。然而，从F1 开始，两组之间感官评分差距变大，表明添加柑橘纤维可以减缓冻融循环对成品的不良影响。然而，随着冻融次数的增加，这种保护作用逐渐减弱，说明柑橘纤维在冻融循环发生较少次数时可以减缓冻融循环的危害。

3 结论

随着冻融次数的增加，冷冻预发酵面团水分不断迁移散失使得面团硬度和胶着性上升，G′和G″下降，破坏了面筋蛋白强度，淀粉颗粒表面也由圆滑转变为凹凸不平。预发酵油酥烧饼烘烤成熟后，随着冻融次数的增加，其比体积和感官评分呈现逐步降低趋势。

与空白组冷冻预发酵面团相比，CF 组的样品硬度和胶着性有所上升，且G′和G″变化更平稳，这是因为柑橘纤维通过面筋蛋白的键合关系，提高了面团结合水的能力，使得食品内部形成稳定的三维结构。在一定程度上可以阻止冻融循环对面筋蛋白的破坏，维持蛋白面筋结构。CF 组预发酵油酥烧饼感官评分要优于空白组，且具有较好的颜色和香味，可能与柑橘纤维结构有关，但仍需进一步探索。

综上所述，冻融循环会导致冷冻预发酵面团和预发酵油酥烧饼的品质降低，且温度起伏越大或起伏次数越多，品质降低越显著，因此建议在冷冻食品储存和运输的过程中尽可能减少温度变化。本试验为冷冻发酵型面食提供了一定的理论基础，对工业化生产、储藏冷冻生坯面团提供指导。