冷凍非發酵面制品品質改良研究進展

葉曉楓，何 娜，姜雯翔，韓永斌*

(南京農業大學 農業部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇 南京 210095)

隨著我國冷凍、冷藏技術日趨完善、普及以及人們生活節奏的加快，速凍食品越來越受到消費者青睞，它具有方便、安全、快捷、性價比高等優點。目前，冷凍非發酵面制品作為速凍食品中最為普遍的一種，是速凍食品中產量最大的一類，其種類繁多，譬如速凍水餃、湯包、燒賣和餛飩等[1-2]。但是在實際生產中，由于非發酵速凍面制品抗凍裂能力弱、蒸煮質量差等缺陷而出現裂口、蒸煮后口感差、湯汁外滲、褐變、微生物超標等主要質量問題，這些問題嚴重制約著冷凍非發酵面制品的發展[3-4]。本文就面粉組分、新型添加劑與生產工藝等對冷凍非發酵面制品品質影響研究進行綜述分析，并提出通過改善冷凍非發酵面制品的內部網絡結構及抗凍性等途徑來提高其品質，以期為冷凍非發酵面制品生產提供一定的指導。

1 面粉組分對冷凍非發酵面制品品質的影響

面粉是冷凍非發酵面制品的主要原料，直接影響成品質量。淀粉和蛋白質為面粉的主要組分，其理化性質必然影響著冷凍非發酵面制品品質。

1.1 蛋白質

蛋白質是面粉的主要成分之一，其數量和質量與面粉的加工品質密切相關。在1907年，Osborne[5]根據蛋白質溶解性差異，將面粉中蛋白質分為清蛋白(約占9%)、球蛋白(約占5%)、醇溶蛋白(約占40%)和谷蛋白(約占46%)四大類，其中醇溶蛋白、谷蛋白為面筋蛋白，其數量與質量對面團的品質特性直接影響。多數研究表明，形成面筋網絡的蛋白質數量和質量與冷凍非發酵面制品的品質密切相關，蛋白質含量與濕面筋含量呈顯著正相關[6-7]。但關于蛋白質含量對冷凍非發酵面制品研究結論不盡相同。根據SB/T 10138—1993《餃子用小麥粉》[8]對速凍水餃進行外觀鑒定和品嘗評分，楊銘澤等[6]指出，蛋白質含量與速凍水餃的感官品質呈極顯著正相關；而李夢琴等[9]則指出蛋白質含量對速凍水餃的感官品質影響并不顯著。兩者得出不同結論的原因可能在于面粉品種不同、選擇的評價指標不同及感官評價受主觀因素影響較大等。

蛋白質質量是影響面食制品品質的重要因素，高質量的蛋白質形成面筋后，具有一定的延伸性和彈性，可在凍結過程中減輕因水分凍結、體積膨脹造成的對表皮的壓力[10]。面筋蛋白中醇溶蛋白通過氫鍵和疏水作用直接賦予面團黏性與延伸性；谷蛋白則通過分子間二硫鍵和次生鍵(如氫鍵和疏水作用)賦予面團彈性或抗延伸性[11-12]。只有當這兩種蛋白的比例達到最佳時才能形成理想的面團質量[13]。研究表明，谷蛋白含量及谷蛋白/醇溶蛋白比例的提高可在一定程度上改善餃皮質地結構[10]。此外，谷蛋白依其分子質量大小分為高分子質量谷蛋白亞基(HMW-GS，95～159kD) 和低分子質量谷蛋白亞基(LMW-GS，30～51kD)兩類蛋白[12,14]。許多研究表明，HMW-GS的數量和組成與面團特性相關[12,15]。Graveland等[16]從谷蛋白中分離出一種谷蛋白大聚合體(GMP)，它只有在SDS提取液加入還原劑或經生化處理后才能被溶解，是在物理和化學相互作用下形成的一種凝膠，其數量是衡量面粉質量的一個指標[12,17-18]。一些研究[19]已證實GMP在評估小麥質量和預測面團特性中的重要性。但是，目前關于面粉中蛋白質對面制品品質的作用機理還尚未完全清楚，如蛋白質哪些基團在何種分子間力的作用下對產品的性能產生影響等，還有待進一步探討。

1.2 淀粉

淀粉所占比例最大，約占70%～80%。由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，前者占小麥淀粉總量約25%～28%，多集中于小麥淀粉顆粒的內部，具有優良的成膜性，膜強度高；后者占小麥淀粉總量的72%～75%，多集中于外部，具有優良的黏結性[20]。兩者含量及比例對面制品品質有重要影響[21-22]。

Toyokawa等[23]在1989年提出優良的面皮品質應具有合適的直/支鏈淀粉比例。史建芳[24]提出，優質的水餃粉應有較低的直鏈淀粉含量和直/支鏈淀粉比值，直鏈淀粉含量的增加會使水餃皮最佳蒸煮時間延長、吸水率和蒸煮損失率減小，并得出優質水餃皮中直鏈淀粉含量應小于20%，直/支鏈淀粉比值小于0.4。

在制粉中破損淀粉是不可避免的，我國對破損淀粉沒有明確規定，只有7%～12%的經驗數值，且用吸水率或面團穩定時間為指標來反映淀粉損傷程度，其在面制品中的作用機理主要表現在：由于破損淀粉顆粒外露而具有較高的吸水率(大約相當于自身的100%)且易被淀粉酶水解而對面制品質量產生影響。目前，研究主要集中在破損淀粉對焙烤食品品質的影響，對蒸煮類食品的研究也有報道[25]。楊銘澤等[6]指出直鏈淀粉的含量與破損淀粉含量呈正相關。破損淀粉含量對面團流變學特性與面制品質量有比較復雜的影響。尹壽偉等[26]指出隨著破損淀粉的增加，面條品質有所劣變；破損淀粉值與干物質和蛋白質損失率呈高度顯著正相關。楊艷虹等[27]指出破損淀粉的增加導致和面過程縮短，穩定時間降低；面團形成后，彈性降低，面團強度下降。適當含量的破損淀粉有利于提高面制品品質。鄭家豐[28]指出用低含量破損淀粉的面粉制成的面團含水量低，在冷凍過程中可防止大量冰晶生成，避免凍裂，以保證冷凍食品的質量。

實際上，蛋白質與淀粉作為面粉的主要成分對面制品品質的影響并不是孤立的，而是相互作用的。淀粉通過緩解面筋強度、填補蛋白質網絡空隙等途徑來增大面團延伸性、改善面制品品質。Pérez-Munuera等[29]通過掃描電子顯微鏡觀察到淀粉顆粒填充在蛋白質網絡空隙中。目前，關于面粉中淀粉與蛋白質如何相互作用的研究已有很多，但其具體機理尚未清晰，還有待進一步探索。

1.3 其他成分

阿拉伯木聚糖在面粉中含量雖然很低(占面粉干基的1.5%～3%)，但對面粉品質、面團流變性及焙烤制品品質等有顯著影響，這與其高黏度與持水性及獨特的氧化膠凝性質有關。大量研究表明[30-31]，天然存在于面粉中的水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)對面制品品質有一定的促進作用，而水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)則有弱化作用；阿拉伯木聚糖與面筋蛋白的相互作用是通過阿魏酸連接的。但目前沒有直接證據表明兩者是共價連接的。

2 品質改良劑對冷凍非發酵面制品品質的影響

冷凍非發酵面制品往往因其在加工中面粉的品質問題和凍融過程的各種因素而影響成品質量。因此，選擇合適的品質改良劑對提高品質有一定的幫助。目前，國內外研究者已進行大量研究并開發出多種面粉品質改良劑，它們大致主要有增白劑、乳化劑、增稠劑、氧化劑、酶制劑、變性淀粉與天然物質等，它們的作用機理不盡相同(表1)。鑒于安全、無害、改善面筋網絡結構、提高面皮保水性與抗凍能力等優點，酶制劑、變性淀粉與天然物質已成為當前面粉工業研究的熱點。

2.1 酶制劑

酶制劑具有加快發酵速率、為酵母提供營養物質、改善內部組織、防止淀粉老化等作用，可在一定程度上彌補或替代了傳統品質改良劑的不足。目前，應用到面粉中的酶制劑種類不斷增加(表1)，其作用機理各異。

2.1.1 轉谷氨酰胺酶

轉谷氨酰胺酶(Transglutaminase EC.2.3.2.13，簡稱TGase)是一種良好的面筋改良劑。該酶通過在蛋白質間架橋生成ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酸異肽鍵，形成分子內與分子間的網狀結構而起到增筋作用[31]。面粉中的醇溶蛋白和谷蛋白都是TGase的良好底物，可使團粒結構變成網狀結構，提高面制品彈性、黏性和持水能力等。Pérez-Munuera等[29]指出TGase能夠交聯面筋蛋白，以增強面筋網絡，且不會破壞淀粉與蛋白質間的相互作用。Rosell等[48]認為TGase的添加能提高濕面筋的含量與面團彈性，降低延展性，TGase所催化聚合的主要是谷蛋白。Huang Weining等[49]利用掃描電子顯微鏡指出TGase能增強新鮮面團的谷蛋白網絡結構。TGase能夠提高面制品的營養價值，Iwami等[50]利用TGase成功將賴氨酸導入面筋中，使得賴氨酸含量增加了5.1倍。由于ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酸異肽鍵作用遠遠大于氫鍵和其他非共價鍵，所以可在一定程度上減小冰晶對面筋網絡的破壞。

表1 目前應用于面制品改良的添加劑Table 1 Additives used in the modification of flour products

2.1.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase EC1.1.3.4，簡稱GOD)，最先于1928年在黑曲霉和灰綠青霉中發現。國內外學者關于GOD在面團中的作用機理已作了大量研究，但說法不一。目前，最為廣大學者認同的機理主要有兩方面：一是GOD通過催化α-D-葡萄糖氧化生成α-D-葡萄糖酸內酯和H2O2，H2O2進一步氧化面筋蛋白的巰基形成二硫鍵，增強面筋蛋白的三維空間網狀結構，以增強面筋強度與彈性，提高面團抗拉伸性；二是生成的H2O2在過氧化物酶作用下產生自由基，催化WEAX中阿魏酸參與戊聚糖的氧化交聯反應，促進 WEAX氧化凝膠形成較大的網狀結構，這種凝膠網絡有助于增強面筋骨架，提高面團筋力和彈性[31]。Vemulapalli等[51]指出，GOD產生的H2O2作用于面粉或面團的水溶性部分，使之形成凝膠而改善面包品質。

2.1.3 戊聚糖酶

近年來，戊聚糖酶(pentosanase，簡稱PE)在面粉行業中也得到了較為廣泛的應用。PE可以提高面團對過度發酵的承受力，同時改善面制品的內部組織結構及柔軟度，但其作用機理仍存在許多爭議。現有的研究認為，PE在面團中可能產生兩方面作用：一是PE使面粉中阿拉伯木聚糖降解，尤其是持水能力強的WUAX降解后釋放水分，導致吸水率下降；二是酶解得到的WEAX可與面團內蛋白質發生氧化凝膠，從而促進面團吸水，有利于提高面團筋力。通過這兩方面的作用相互制衡，前者略占優勢使得面團吸水率略有下降[30-31]。添加過量GOD會造成面團筋力過強而變脆，使面制品表面塌陷或開裂；使用PE有時會使面團發黏。因此，在生產上常將PE和GOD組合使用來替代一些化學添加劑。王霞等[52]報道同時添加GOD和PE時，對面包粉和中筋粉流變學性質的影響具有協同增效作用，GOD可解決PE所達不到的面筋強度，PE可補充GOD在延伸度方面的不足。

2.1.4 其他酶類

作為面制品改良劑，常見的酶制劑還有α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，其作用機理各異。α-淀粉酶可提供面團發酵過程中酵母生長繁殖時所需能量來源，能將面粉中破損淀粉最終水解成麥芽糖和葡萄糖，以保證面團連續發酵；蛋白酶則專一地作用于蛋白質，弱化面筋網絡，提高面團可塑性，同時多肽和氨基酸含量會增加而有利于改善面制品的香氣；脂肪氧化酶則可氧化麥谷蛋白中的巰基形成分子內或分子間二硫鍵，增強面團筋力并改善面團結構等[32,38]。

2.2 天然物質

天然物質作為面粉改良劑，具有天然、營養豐富、無毒、無害、無副作用并能改善面團內部組織等特點，因此備受人們青睞。目前，應用到面粉中的天然物質種類很多(表1)，其作用機理各異。

2.2.1 谷朊粉

又稱活性面筋，是小麥粉經水洗后而提取的未變形面筋蛋白質，由醇溶蛋白與谷蛋白以近似1：1的比例組成，是一種純天然植物濃縮蛋白。谷朊粉吸水后形成網絡結構，具有優良的黏彈性、延伸性、熱凝固性、乳化性以及薄膜成型性[40]。不同谷朊粉的添加量對面粉品質的影響不同，烘焙或蒸煮的面粉制品品質也不同。班進福等[40]指出谷朊粉對面團流變學特性與餃子粉品質具有明顯的改善作用。當添加量為9%時，餃皮品質比較好。

2.2.2 大豆粉

大豆粉品種繁多，主要有全脂大豆粉、脫脂大豆粉、低脂大豆粉、高脂大豆粉、添加卵磷脂大豆粉、活性大豆粉、大豆濃縮蛋白粉、分離蛋白粉和大豆組織蛋白粉。近年來，國內外一直有學者不斷嘗試將大豆粉加入以面粉為主要原料的食品中，以達到營養強化作用。大豆蛋白中賴氨酸含量高于其他谷類制品，因此將其添加至面制品中，不僅能提高其蛋白含量與質量，還可改善其品質。但目前關于大豆蛋白對冷凍非發酵面制品的影響的相關研究還少見報道。有研究[41]表明，面粉中加入適量大豆分離蛋白，能顯著提高面粉蛋白與濕面筋含量，改善面團流變學特性、耐揉性、筋力等。李向陽等[53]指出，添加適量的大豆分離蛋白可使掛面蒸煮損失減少，韌性、硬度與彈性增強，且大豆分離蛋白的最佳添加量不宜超過6%。梁靈等[54]研究發現添加適量大豆蛋白可改善冷凍水餃的質量，可能是由于大豆蛋白與面粉中的極性和非極性基團均可發生作用，親水性極性側鏈與水結合并保留水分，且相對來說大豆蛋白的水溶性較好、極性較大，使得水分在面團中均勻分布，則在冷凍貯藏中形成的冰晶較細小，從而降低凍裂率，改善其外觀品質。

2.2.3 沙蒿膠

沙蒿膠是從多年生半灌木狀植物沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)種子表皮提取的一種親水膠體，其含量約為20%，具有黏性大、吸水性強、乳化效果好等優點。因此，可代替果膠、阿拉伯膠、海藻酸丙二脂等用作增稠劑、穩定劑、乳化劑等。沙蒿膠在面制品中可產生以下兩方面的作用：一方面因極強吸水力而與面筋蛋白質競爭水分，影響面筋的充分形成；另一方面因強黏著力而與面筋網絡互相交聯，以增強面筋的三維空間結構、面筋強度、面團吸水率、最大抗拉伸阻力等[42]。劉敦華等[55]指出，在面粉中添加0.3%～1.0%的沙蒿膠，面團的形成時間減少，穩定時間較長，弱化度適中，利于面包制作。高博等[56]發現，經一段時間的冷凍貯藏，添加沙蒿膠的面團延伸性增加幅度最小；還指出沙蒿膠不僅可吸附面團中游離水分子，且控制水分子的能力比較穩定，使得面團重結晶程度變小、冰晶形成量少，進一步有利于面團在冷凍貯藏中的性質穩定。

2.2.4 薯類淀粉

在面制品中應用的天然物質還有很多，其中應用最多的是薯類淀粉，如馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉等。有研究[43]指出，添加適量甘薯淀粉可使面條中濕面筋網絡能更好包容淀粉顆粒而具有良好彈性、口感筋道，從而改善面條品質。

2.3 變性淀粉

經物理、化學或酶法處理后的變性淀粉能獲得許多原淀粉沒有的特性，如吸水膨潤速度快、糊化溫度低、能保持穩定的黏性等。變性淀粉的加工安全可靠、生產量大、成本低廉，在食品中廣泛應用于淀粉軟糖、飲料、面制食品、肉制品及調味品等的生產中。常用的食品加工用變性淀粉見表1。

2.3.1 羧丙基淀粉

淀粉中引入羥丙基可阻礙淀粉分子鏈間氫鍵的形成，降低淀粉間的結合力，增加其親水性，降低糊化溫度，同時對抗老化性、黏度的穩定性和透明度等均有改善作用，可使面制品在低溫條件下有良好的保水性，有效改善其凍裂情況。王韻等[44]指出，添加羥丙基淀粉(羥丙基蠟質玉米淀粉、羥丙基馬鈴薯淀粉和羥丙基木薯淀粉)可明顯提高速凍水餃在冷藏過程中的穩定性，并對速凍水餃的顏色、光澤和透明度有一定的改善作用。

2.3.2 乙酰化淀粉

林敏剛等[45]研究證實適量的變性淀粉(乙酰化馬鈴薯淀粉和乙酰化小麥淀粉)在顯著降低速凍水餃的凍裂率。分析認為可能由于變性淀粉易吸水，和面過程中水分不斷重新分配，一些吸水不足或未吸水的面筋蛋白進一步擴展，而增強面筋網絡；另外，變性淀粉與蛋白質共同作用將吸收的水分以較小的粒徑均勻地分散在餃皮中，避免了水分的聚集，從而降低凍裂率[46]。

2.3.3 醋酸酯化淀粉

醋酸酯化淀粉是利用淀粉分子中部分2,3,6-位的羥基與乙酰化劑進行取代反應而制得，通過乙酰化作用可改善淀粉與溶劑的親和力，使其具有糊化溫度較低、持水性好、凝沉性弱、貯存穩定的特性。張陳云等[47]研究表明，適量的馬鈴薯酯化淀粉對速凍水餃的凍裂率、蒸煮損失率、顏色、光澤、透明度和口感有明顯改善作用。

2.3.4 其他變性淀粉

對于冷凍非發酵面制品來說，大多數變性淀粉的低溫穩定性可以使其在溫度小幅波動的情況下具有良好的抗凍融性，從而提高其品質。如交聯淀粉、氧化淀粉、預糊化淀粉等。

綜上所述，各種改良添加劑的作用與效果有所不同。研究表明，單一添加劑不能徹底改善冷凍非發酵面制品的品質；改良劑復配使用會產生協同或互補增效作用能提高成品質量，因此，在實際生產中往往采用多種添加劑復合使用[57-58]。目前，針對不同產品研究者已研究并開發出許多復配改良劑。

3 加工工藝對冷凍非發酵面制品品質的影響

冷凍非發酵面制品的工藝流程一般包括和面、制皮、包制與速凍貯藏。完善的加工工藝有助于改善其成品品質，包括水分含量、放置時間、速凍貯藏等因素。

3.1 水分含量

在環境溫度和面粉種類一定時，面團的含水量會直接影響到產品的質量[59]。在速凍與凍藏中，面制品由于游離水的存在會產生冰晶或重結晶，這些都會對面筋蛋白造成物理破壞，使面筋蛋白的纖維束狀結構變細或斷裂[60]，從而破壞面筋網絡，使面團持氣能力與彈性均下降。含水量較大時，面團較軟、黏手，不宜包制，易形成大的冰晶且凍裂率上升；但水分不足，面粉蛋白則無法吸水膨脹，形成面團較硬而不易成型，也會造成凍裂率上升[61]。因此，要想控制冷凍非發酵面制品的凍裂問題，關鍵是要控制水分。楊留枝等[61]指出，面團含水量為45%時，速凍水餃凍裂率最低，但隨著水分含量的繼續增加，凍裂率又有增加的趨勢。

3.2 放置時間

產品在成型后應立即進行冷凍，若放置一段時間再入凍，會對其品質產生一定的影響。張錦麗等[62]指出，水餃成型后未及時進行速凍，會使餃皮水分不斷流失，同時餡內水分會滲透到餃皮內或流出餃皮外，從而影響其凍裂率。楊留枝等[61]指出，隨著放置時間的延長，速凍水餃凍裂率呈“上升-下降-急劇上升”趨勢，且長時間放置于空氣中，水餃表面易引起強烈的氧化反應而變黃、變褐。

3.3 速凍貯藏

速凍貯藏一般要求在―30℃以下，以最快的速率通過最大冰晶區(―1～―5℃)，并在較短的時間(一般為10～30min)內使食品中心溫度達到―18℃，經過冷凍并維持在―18℃以下的條件下進行貯藏。速凍過程中相關的工藝參數會影響冷凍非發酵面制品的品質。翟愛華[58]指出在貯藏過程中，溫度的波動會使餃皮微細冰晶逐漸減少最后消失，大的冰晶逐漸生長，表皮冰晶升華導致表皮干燥，從而嚴重影響產品的外觀與內在品質。侯會絨[63]通過單因素和正交試驗指出，工藝參數對速凍水餃凍痕率的影響依次為：深凍區溫度＞預凍區溫度＞預凍區風速＞深凍區風速；最佳工藝條件為：預凍區溫度―20℃、預凍區風速4m/s、深凍區溫度―30℃、深凍區風速4m/s。

4 結 語

為改善冷凍非發酵面制品品質，很多學者從面粉品質、生產工藝及添加改良劑等方面進行探索研究，從而在一定程度上改善其凍裂率、色澤與耐煮性等品質問題。目前相關報道已有很多，但總的來說，冷凍非發酵面制品品質的改良途徑為：1)完善面筋網絡形成，有利于增強面皮(坯)強度，抵抗冰晶體積膨脹所造成的壓力；2)提高面皮(坯)保水性，避免因表面水分流失所造成的表面干裂；3)較好的親水性，使水分以細小顆粒狀均勻分布，從而降低水分在凍結時造成的壓力。

由于小麥面粉是一個以高分子為主要成分的復雜體系，其成分和分子結構必然對冷凍非發酵面制品品質有復雜的影響。目前，關于這方面研究已有很多，但尚存在一些不足：1)蛋白質和淀粉會對冷凍非發酵面制品品質產生影響已無容置疑，但其根本作用機理還需進一步研究與探討。此外，關于提高其抗凍性與滲汁性等方面的相關研究還較少。2)目前仍有一些改良劑的機制尚未清楚，如天然物質(成分復雜)、酶制劑等對面團組分結構的影響機理，因此還有待進一步研究驗證。3)加工工藝對面制品品質的影響研究還不成熟，如關于原料配比與后期凍藏條件對冷凍非發酵面制品品質影響的研究還相對較少，有待進一步研究。

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