刺槐豆膠對冷凍面團水分分布及面包品質的影響

龔維，吳磊燕，鐘雅云，周錦楓，涂瑾，董武輝，羅登

（江西農業大學食品科學與工程學院，江西南昌 330000）

“短保”面包是當今烘焙產品的一種消費趨勢，一般由集中生產的冷凍面團加工而成，以降低添加劑含量以及保證面包的品質，集中生產的面團經過冷凍后由于水分的結晶和重新分布會導致酵母失活，面筋網絡結構弱化，面包老化等，最終導致面包品質下降，因此對面包水分分布調控是改善冷凍面團產品品質的方法之一[1,2]。目前使用廣泛的是添加持水劑來改善冷凍面團的儲藏特性，持水劑對冷凍面團的水分分布及狀態的影響很大，刺槐豆膠(LBG)因其保水持水功效而被應用在冷凍面團中。

刺槐豆膠也稱為角豆膠，具有良好的持水性，由含有許多氫鍵結合位點的甘露糖為主鏈的半乳甘露聚糖組成[3]（如圖1），在較低的濃度范圍內能形成高粘度的水狀膠質[4]，能改變產品的水分分布狀態，廣泛應用于飲料、面包、面條、乳制品和食用涂料等方面，起到穩定以及脂肪替代等效果[5]。唐慧琳在無鹽面條中添加1.5%的刺槐豆膠后，面條的保水能力和質地都有顯著的提高[6]。AyselKoksoy等[7]研究了刺槐豆膠在酸奶飲料中穩定結構的作用；用刺槐豆膠和卡拉膠復配對益生乳酸菌進行包裹，使益生菌在胃腸道不良環境下其存活率能維持在8 log CFU/g以上[8]。但是很少文獻涉及刺槐豆膠添加到冷凍面團中研究對水分分布和狀態的影響。

本文將刺槐豆膠加入冷凍面團中研究其對冷凍面團水分分布及狀態的影響，旨在探討面團中的水分分布狀態與最終產品品質的關系，為尋求品質更佳的短保面包產品提供理論依據。

圖1 由半乳糖和甘露糖組成的刺槐豆膠結構圖Fig.1.Structure of locust bean gum consisting of mannose and galactose

1 材料與方法

1.1 材料與設備

金像牌面包用小麥粉，蛇口南順面粉有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；刺槐豆膠，東莞泛亞太生物科技有限公司；質構儀，美國TA儀器公司；MicroMR-25核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；JSM-6490LV掃描電子顯微鏡，日本JEOL公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷凍面團面包的制作工藝要點

面團的基本配方：高筋粉1000 g，刺槐豆膠20 g，高活性干酵母10 g，黃油100 g，白砂糖200 g，食鹽10 g，蒸餾水510 g。根據Wang P[9]的方法并稍作修改，面團制作完成后分切成50 g/個，-80 ℃下速凍25 min后-17 ℃冷藏。將上述制得的冷凍面團分別凍藏 1～8周備用。

1.2.2 冷凍面團水分分布及狀態測定

取不同凍藏時間的冷凍面團，利用FID試驗調節共振中心頻率，CPMG脈沖序列測量樣品的自旋弛豫時間(T2)，稱取面團(3.0±0.01) g放入試管中，置于永久磁場中心位置射頻線圈的中心，進行CPMG脈沖序列的掃描試驗。CPMG試驗參數：主頻=21（MHz）,偏移頻率=99315.9（MHz），采樣點數TD=156492，重復掃描次數NS=64，重復時間TR=1500 ms，半回波時間τ=7 μs，溫度=32 ℃。利用T2反演擬合軟件對CPMG弛豫衰減曲線進行反演得到弛豫圖譜和T2[10]。

MRI試驗主要參數：重復時間TR=1000 ms；矩陣256×256；信號接收帶寬SW=40 kHz；采樣次數NS=4；根據CPMG序列測得的T2值，選擇回波時間TE=1 ms進行成像，采集數據，同時，通過調整MSE序列中的選層梯度、相位編碼梯度和頻率編碼梯度，獲取樣品側視成像數據[11]。

1.2.3 冷凍面團微觀結構分析

根據Zhang Y，Shao J H等[12,13]的方法，并稍作修改，使用掃描電子顯微鏡觀察、記錄添加刺槐豆膠以及空白組冷凍面團凍藏不同時間的微觀結構。將凍藏后樣品放入1 cm2大小的正方形模具中進行冷凍干燥，冷凍干燥結束后用導電雙面膠固定到樣品臺上進行樣品表面噴金，噴金后置于SEM下觀察（電壓10 kV），拍攝放大倍數2000倍的圖像。

1.2.4 冷凍面團發酵速度測定

參照Chevallier S[14]的方法，將面團塊（50 g）置于量筒中，用軟紙蘸取少量向日葵油涂抹量筒壁以避免氣泡產生，溫度30 ℃，濕度70%發酵2 h，對面團發酵速度進行測定。

1.2.5 冷凍面團面包內部紋理結構分析根據王沛[15]等的方法，在面包中心位置切出厚度為1 cm的面包片，利用圖像掃描儀獲取圖像，并用

Image J分析軟件進行內部紋理結構參數分析（孔隙率，氣孔密度，氣孔均面積）。

1.2.6 冷凍面團面包的質構測定

根據黃桂東和Xia K的[16,17]方法，將不同冷藏時間的面團烘烤，冷卻至室溫，切成2 cm厚薄片，用物性儀測定硬度和彈性，每個樣品重復3次。程序參數設定條件如表1。

表1 質構儀程序參數Table 1 The program parameters of the texture instrument

1.3 數據處理和分析

用SPSS 16.0軟件進行數據處理。采用Origin 8.5軟件整理數據和作圖。

2 結果與分析

2.1 冷凍面團水分分布及狀態分析

從冷凍面團的 T2圖譜可以看出，冷凍面團在弛豫時間內有3個峰，第1個峰（T21）表示與淀粉或面筋蛋白緊密結合的深層結合水，與蛋白的三、四級結構相關[18]；T22表示弱結合水，流動性介于深層結合水和自由水之間，此部分水結合于蛋白質、淀粉等大分子之間；T23代表冷凍面團中的自由水[13,19,20]。從表2可以看出，A22占比均在75.80%以上，即冷凍面團中的水分主要以半結合水的狀態存在著，這部分水是面筋形成以及淀粉脹潤過程所吸收的水分。隨著儲藏周數的增加，對照組的深層結合水 A21占比由17.40%下降至 14.40%，LBG組由 17.20%下降至15.70%，冷凍面團的深層結合水所占比例逐漸減小；對照組自由水A23占比上升了3.40%，LBG組上升了2.70%，冷凍面團的自由水所占比例逐漸上升，深層次結合水逐漸遷移為半結合水和自由水。第8周時，LBG組深層次結合水所占比例多于對照組，說明添加LBG后能在一定程度上延緩面團在凍藏過程中水分的遷移，水分的遷移主要是由于面團中氫鍵結構的變化引起的，親水物質，如蛋白質和碳水化合物有氫鍵位點，可以與水分子形成氫鍵從而影響水的流動[21]。冷凍過程中面筋蛋白的弱化，三四級結構的改變，減少了深層次結合水的結合位點，導致深層次結合水向半自由水以及自由水的轉化，而 LBG具有許多裸露在外的氫鍵結合位點，能與面團中的面筋蛋白、淀粉顆粒以及水形成絡合物，從而延緩面筋蛋白的弱化，保持冷凍面團水分分布的穩定[22]。另外，面團中的其他物質如脂質可與蛋白質形成復合體因而防止面筋的解聚，刺槐豆膠與面團中水結合的同時也能加速脂質與蛋白復合體的結合，增強面筋的網絡結構，延緩網絡結構的弱化速度，最終影響面包的品質特性。

圖2 刺槐豆膠對冷凍面團儲藏過程中T2分布與變化的影響Fig.2 T2 distributions and changes of frozen dough during storing because of LBG

表2 不同凍藏時間內刺槐豆膠對冷凍面團三種狀態水相對百分含量的影響Table 2 Effect of LBG addition in different store time on the contents of three forms of moisture in frozen dough

低場核磁共振在研究食品中的水分形態、水分分布及遷移規律等方面有著廣泛的應用，信號強度的強弱能直接反應食品組分的質子密度及水分含量[11,23]。從圖3可以看到，隨著儲藏周數的增加，LBG組和對照組的信號強度均逐漸減弱，面團圖像的亮度逐漸變弱，質子密度逐漸減小，說明面團的總含水量在逐漸減少。到凍藏6周后，對照組的面團質子成像圖基本上已經呈現深灰色，而LBG組的信號強度較強，這是因為添加LBG后有效的延緩了面團整體的失水速度。自由水是面團在凍藏過程中極易失去的一部分水，LBG加入面團中與面筋蛋白、淀粉以及水形成的絡合物包裹冷凍面團中的水分，面團的流動性減弱，調整三種不同狀態水的分布，延緩自由水增加速率，從而有效的防止面團中總水分的流失，在一定程度上起到保水的作用[24]。這與刺槐豆膠能延緩面團水分遷移的結果 相一致，面團的總含水量能直接影響面包的品質特性。

圖3 儲藏過程中冷凍面團核磁共振質子成像變化圖Fig.3 NMR images of frozen dough during storing

2.2 冷凍面團微觀結構分析

圖4 刺槐豆膠對不同凍藏時間的冷凍面團微觀結構的影響Fig.4 Scanning electron microscopy (SEM) of dough without and with locust bean gum addition at different freezing times

圖4是經過不同冷凍時間，凍干后面團的掃描電鏡圖。其中a、c、e為添加刺槐豆膠的面團微觀圖，b、d、f為空白對照。a、b為凍藏2周，c、d為凍藏4周，e、f為凍藏8周的面團微觀圖。面團是由淀粉和蛋白網絡結構組成的復合體系[23]，不同大小的圓形顆粒為面團中的淀粉顆粒，面筋網絡包裹著淀粉顆粒。從4a，4b中可以清晰的看到面筋網絡結構G，以及被包裹著的淀粉顆粒LS，SS，淀粉顆粒完全鑲嵌于面筋網絡結構中且LS和SS分布均勻，兩者再由面筋網絡結構包裹，形成的面團結構更加穩定[26]。隨著凍藏時間的延長，面筋的網絡結構出現了弱化的趨勢，圖4c，4d中淀粉顆粒逐漸開始裸露在面筋網絡結構外，D的裸露程度更明顯；凍藏8周時，對照組4f中LS以及SS基本已經完全裸露在面筋蛋白之外，LS的外圍大部分沒有SS的包圍，蛋白面筋網絡結構已經弱化嚴重；LBG組4e中LS基本已經完全裸露在面筋的網絡結構之外，SS還有部分被面筋包裹著，LS的周圍分布著SS。這是因為在低溫凍藏期間，面團的結合水發生遷移，自由水增多，面筋蛋白失水，面筋網絡逐漸弱化，淀粉顆粒逐漸裸露，包裹能力逐漸下降[1,25]，刺槐豆膠的添加改變了冷凍面團的水分分布以及維持了面團總含水量的穩定，進而避免了面筋網絡由于失水而導致的弱化以及淀粉由于失水而導致的老化，使淀粉顆粒與面筋網絡結構排列更均勻，細膩均勻的微觀結構排列有助于提升產品的質地和口感[27]。

2.3 LBG對冷凍面團發酵速度的影響

面團發酵是制作面包的關鍵工序之一，酵母將面粉中的糖代謝成二氧化碳氣體，二氧化碳氣體在混合過程中擴散到面團內部[28]，面包的最終氣體體積可以超過面包體積的70%，氣體的大小和密度與酵母的活性以及面團的水分分布有關，導致最終產品在質地和感官性能上的巨大差異[14]。從圖5面團的發酵速度圖可以看出，隨著凍藏時間的延長，LBG和對照組的發酵速度都有明顯的下降趨勢，這是因為面團中的自由水不斷聚集成大冰晶，刺破酵母細胞從而抑制了酵母的活性，LBG的添加延緩了冷凍面團在凍藏期間發酵速度的下降，這是因為LBG改變了面團內部的水分分布狀態，減弱了面團的流動性，使面團中總含水量的維持穩定，有效的降低了酵母細胞被凍藏過程中大冰晶刺破的概率[29]，保護了酵母的活性，從而維持冷凍面團較好的發酵速度。

圖5 不同凍藏時間LBG對冷凍面團發酵速度的影響Fig.5 Effects of LBG on the fermentation rate of frozen dough under different freezing time

2.4 冷凍面團面包切面內部紋理結構分析

圖6和表3是冷凍面團面包在凍藏不同時期的切面紋理結構圖及其參數分析，可以看出隨著凍藏周數的增加，面包的氣孔均面積逐漸增大，LBG組由23.17 mm2增加到51.96 mm2，對照組由20.84 mm2增加到78.98 mm2，孔隙率及氣孔密度均逐漸減小。面包的氣孔均面積越大，孔隙率和氣孔密度越小說明面包的結構致密，組織結構不均一，最終導致面包硬度增大，彈性減弱。從圖6可以清晰地看到第6周時LBG組和對照組面包的氣孔大小均參差不齊，紋理不再均一有序，到第8周對照組的孔隙率下降到0.31%，LBG組下降到1.21%，LBG組與對照組相比有效的延緩了冷凍面團面包氣孔密度和孔隙率減小的速度以及氣孔均面積增大的速度。說明LBG可以改善冷凍面團的烘烤面包的烘焙性質及儲藏特性，這與上述刺槐豆膠改變冷凍面團內部的水分分布以及維持面筋網絡蛋白強度的研究結果相符。

圖6 LBG組和空白組冷凍面團面包切面紋理圖Fig.6 The surface texture illustration of LBG group and blank group of frozen dough bread

表3 凍藏不同時間后LBG組與空白組所制面包切面參數分析Table 3 Analysis of cutting parameters of bread made by LBG group and blank group in different frozen time

2.5 LBG對冷凍面團面包彈性、硬度的影響

面包的彈性和硬度是直觀反映面包品質的質構指標。從圖7可以發現，第5周后面包的彈性下降迅速；第1周到第6周面包硬度增加迅速，第6周后趨于穩定。這是因為隨著儲藏時間的延長，面團逐漸失水，面筋網絡逐漸弱化，導致面包彈性下降，硬度增大。添加LBG后，面包的彈性高于對照組，硬度低于對照組，說明LBG改善了冷凍面團面包的烘焙品質。

圖7 不同凍藏時間LBG對冷凍面團米面包彈性和硬度的影響Fig.7 Effects of LBG on the elasticity and hardness of frozen dough under different freezing time

3 結論

本文研究了刺槐豆膠對冷凍面團水分分布及面包品質的影響。刺槐豆膠對冷凍面團具有良好的持水保水性能，隨著冷凍面團凍藏時間的增加，面團中的水分發生遷移，由深層次結合水向半結合水和自由水轉化，自由水的占比由5.60%增加到9.00%，添加刺槐豆膠后自由水的占比由5.80%增加到8.50%，減小了自由水的占比，減弱了冷凍面團的流動性。面團的微觀結構在凍藏過程中會有明顯改變，面筋蛋白逐漸弱化，包裹淀粉顆粒能力逐漸下降，淀粉顆粒的排布逐漸混亂，面團的發酵速度逐漸緩慢，刺槐豆膠的加入，一定程度上保護了面筋蛋白的網絡結構，維持了淀粉顆粒的排布狀態以及面團發酵速度的穩定。面包的紋理結構以及品質隨著凍藏時間的延長而逐漸下降，加入刺槐豆膠能有效的延緩冷凍面團及其烘烤面包品質在儲藏期間的劣變，與面團的水分分布及微觀結構分析結果相符。由此可見，冷凍面團面包的品質可以通過面團的水分分布狀態來進行預測和分析。