凍藏對饅頭水分狀態以及品質影響研究

錢曉潔，孫冰華，王曉曦

（河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

饅頭是深受我國人民喜愛的傳統主食之一，在我國膳食結構中占有十分重要的地位[1]。與焙烤過程不同，蒸制過程使饅頭具有柔軟、濕潤和致密的質地以及薄而光滑的白色表皮，同時可以很好地保留多種營養物質[2]。然而，由于饅頭的含水量高、營養物質豐富，導致其易受微生物的污染、發霉變質，貨架期縮短，不利于饅頭的規?；a和銷售。冷凍能夠將食品中的部分水分凍結，降低水分活度，同時低溫能夠抑制微生物的生長以及各種導致食品變質的生物化學反應的發生[3]。隨著冷凍儲藏技術的應用，速凍饅頭以其方便性和耐儲藏性備受青睞[4]，逐漸成為饅頭工業化進程中的關鍵技術手段。

隨著我國城市化的加快，速凍面米制品行業2017 年產量達600 萬噸。盡管速凍工藝能延長貨架期，具有方便快捷等優點，但其整體品質尤其是感官品質與現制現售品還有一段距離。具體表現為經凍藏再復蒸后的饅頭，其表面易發生開裂，內部組織結構變差，質地變粗，風味減退等質量缺陷[5-6]。Ribotta 等[7]研究冷凍面團在凍藏過程中的品質劣變，發現冰的重結晶會引起谷蛋白大聚體的解聚、進而導致蛋白網絡結構的破壞。王沛等[2]研究凍藏對冷凍面團饅頭品質的影響，發現面團不斷失重、饅頭水分含量降低、饅頭硬度變大等現象。Maria Eugenia 等[8]研究在凍藏過程中冷凍半焙烤面包品質的變化，發現冰的重結晶導致面筋基質遭到破壞，面包硬度增大，面包品質下降。Kontogiorgos 等[9]利用時域核磁共振儀（time domainnuclear magnetic resonance，TD-NMR）研究冷凍面團發現在冷凍過程中，與面筋蛋白結合最為緊密的剛性水含量降低，變化最顯著，表明水分發生了重新分布，水分流動性增強。

基于上述研究可知，在凍藏過程中冰晶的形成和再結晶現象會破壞食品結構。然而，目前關于速凍饅頭的研究多關注的是冷凍面團以及冷凍面團饅頭水分狀態以及品質的變化，有關饅頭蒸制后再進行冷凍的速凍饅頭在凍藏過程中的水分狀態以及品質的變化往往被忽略。基于此，本文以蒸制后的饅頭為研究對象，探究饅頭在不同凍藏時間下的可凍結水含量、水分狀態以及比容、質構的變化規律，旨在為后續速凍饅頭品質改良提供基礎的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

香滿園優質特一粉：益海嘉里糧油有限公司，水分含量為（13.25±0.02）%，蛋白質（濕基）含量為（11.10±0.03）%，粉質吸水率為（60.3±0.1）%；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設備

LGJ-10C 冷凍干燥機：北京四環科學儀器有限公司；Q20 差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC）：美國 TA 儀器有限公司；Micro MR-CL-l 核磁共振分析儀：上海紐邁電子科技有限公司；GDW 系列速凍機：無錫科隆試驗設備有限公司；TA-XT2i Plus 質構儀：德國 Stable Micro System 公司；HWS-250F 恒溫恒濕培養箱：上海丙林電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 速凍饅頭樣品的制備

饅頭制作采用酵母二次發酵法，參照GB/T 17320-2013《小麥品種品質分類》，并稍作改進，制作饅頭。稱取面粉100%、酵母0.7%、水46%（酵母先在38 ℃的溫水中活化），在立式攪拌機中和面6 min （5 min 低速、1 min 高速），在溫度為38 ℃，相對濕度為85%的醒發箱中發酵40 min，然后壓面10 次，手工分割（80 g/份）并搓圓至面團表面光滑，再次置于同樣條件的醒發箱中醒發10 min，最后上鍋蒸制30 min。

將上述饅頭樣品室溫冷卻1 h，-35 ℃下速凍1 h，迅速袋封，存儲于-18 ℃的冰箱中。分別在凍藏0、10、20、30、40 d 和 60 d 時取樣，其中一批冷凍饅頭在室溫解凍2 h 后進行品質測定，另一批饅頭則直接復蒸（無解凍程序）后進行品質測定。為了考察凍藏的影響，選取凍藏0 d，直接復蒸25 min 后的樣品作為空白樣。

1.3.2 饅頭水分含量以及失水率的測定

解凍以及冷卻的饅頭去皮后取其中心部分約2 g，參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》測定水分含量。

饅頭失水率測定：饅頭失水率的測定參照Phimolsiripol 等[10]方法，2 min 內快速測完速凍饅頭樣品的質量。失水率計算按照如下公式計算：

式中：WL 為失水率，%，m0和 m1分別為新鮮饅頭和冷凍饅頭的質量，g。

1.3.3 饅頭可凍結水含量的變化

冷凍饅頭可凍結水的含量可通過DSC 測定[11]。取10 mg 新鮮饅頭樣品密封于DSC 鋁坩堝中，然后置于-35 ℃下速凍1 h，并在-18 ℃凍藏不同的時間。將樣品盒置于放有干冰的保溫盒中，迅速轉移至DSC 樣品槽中。DSC 儀預設至-20 ℃，樣品在該溫度下平衡5 min，再以 1 ℃/min 升至 10 ℃。采用 TA 系統中 Muse 軟件分析計算對應冰融化焓變（ΔH，J/g 冰）。

1.3.4 饅頭水分狀態分析

利用低場核磁共振儀（low field-nuclear magnetic resonance，LF-NMR）測定橫向弛豫時間T2。解凍以及復蒸冷卻后的饅頭樣品，取樣0.25 g，置于永久磁場中心位置的射頻圈的中心進行Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖系列試驗，記錄質子自由感應衰減曲線，測定樣品的自旋-自旋弛豫時間（T2）。參數設置為：回波時間DL1=0.1 ms，重復掃描次數NS=32，回波個數6 000。利用T2_FitFrm 軟件中sirt 算法對CPMG 序列采樣數據進行擬合得到各樣品的波譜圖和T2值，同時計算所對應的質子信號幅度[12]。

1.3.5 饅頭比容的測定

饅頭比容的測定參照GB/T 21118-2007《小麥粉饅頭》，解凍以及冷卻后的饅頭進行稱重，并用菜籽置換測量法測量饅頭體積，每個樣品重復測定3 次。比容計算公式如下：

式中：λ 為饅頭比容，mL/g；V 為體積，mL；m 為饅頭質量，g。

1.3.6 饅頭質構的測定

解凍以及冷卻后的饅頭在切片機下切成厚度為15.0 mm 的均勻薄片，選取中間兩片。采用TA-XT2i Plus 物性分析儀測定饅頭片中心位置的質構特性。選用的探頭型號為P/36R，測定前速度設為3.0 mm/s，測定速度設為1.0 mm/s，測定后速度設為3.0 mm/s，壓縮形變比例設為60%，感應力為5 g，兩次壓縮間隔時間5 s。每個樣品平行測定6 次。測試后選擇硬度、粘附性、回復性、內聚性及咀嚼性對饅頭的質構特性進行評價[13]。

2 結果與討論

2.1 凍藏對饅頭水分含量以及失水率的影響

凍藏對饅頭水分含量的影響見表1，對饅頭失水率的影響見圖1。

表1 凍藏時間對饅頭水分含量的影響Table 1 Effect of frozen storage time on moisture content of steamed bread

圖1 凍藏過程中饅頭失水率的變化Fig.1 Changes of water loss rate of steamed bread during frozen storage

饅頭的水分含量是影響其質構和內部紋理結構的關鍵因素，也決定了饅頭最終品質的好壞。由表1和圖1可知，在凍藏60 d 后，凍藏饅頭的水分含量明顯降低，由原來的40.43%降至39.50%。由表1和圖1可知，凍藏饅頭的水分含量與凍藏過程中饅頭失水率呈負相關。其原因在于凍藏過程中，由于蒸氣壓的影響，饅頭中的水分會轉移至包裝膜上形成冰霜，導致了饅頭重量的損失以及水分含量的降低[10]。Vulicevic等[14]在建立冷凍半焙烤面包在長期貯藏過程中質量參數惡化的動力學預測模型時發現，水分在貯藏4 周后惡化顯著，是最敏感的品質屬性之一。復蒸饅頭其水分含量隨著凍藏時間的增加而降低。Maria Eugenia 等[8]在研究凍藏過程中冷凍半焙烤面包品質的變化時發現，完全焙烤面包的水分含量隨著凍藏時間的增加而降低，通過超低溫掃描電子顯微鏡發現在凍藏過程中變性的面筋網絡發生破裂，微觀結構出現裂紋，導致蛋白的持水能力降低。Ban 等[15]在冷凍速率對面團中冰晶大小影響的研究中指出冰晶的形成破壞了面筋蛋白的三維網絡結構。同一凍藏時間下，復蒸饅頭的水分含量明顯高于凍藏饅頭，推測這主要與復蒸過程中濕度較大有關。

2.2 凍藏對饅頭可凍結水含量的影響

DSC 融化特性可以從冰晶融化吸熱的角度來反映其可凍結水的含量。在0 ℃左右的吸熱峰很可能是由于冰的融化而引起的，可用來估計樣品的可凍結水的含量[16]。凍藏對饅頭可凍結水含量的影響見圖2。

新鮮饅頭的△H 為27.54 J/g。隨著凍藏時間的延長，△H 逐漸增加，反映了可凍結水含量的增多，在凍藏60 d 內，△H 增加了6.32 J/g。研究認為，凍藏過程中冰晶的形成會導致各組分持水能力的降低，水分游離出從而導致冰晶含量增多?？紤]到水分子結冰后其體積比原來增加9%，隨冰晶含量的增多，以及部分冰晶發生冰的重結晶現象，生成較大冰晶，會加劇面筋網絡結構的破壞[17]。

圖2 凍藏期間饅頭可凍結水的融化焓（ΔH）變化Fig.2 Changes in the melting enthalpy for freezable water in steamed bread during frozen storage

2.3 凍藏對饅頭水分狀態的影響

凍藏對饅頭水分狀態的影響見圖3和表2。

圖3為凍藏饅頭和復蒸饅頭的T2弛豫時間分布圖譜。在弛豫圖譜上有3 個擬合峰，其中峰1 和峰2 統稱為T21，主要代表的是與饅頭中淀粉和面筋等大分子物質緊密結合在一起的水分，這部分水分子的流動性最低，為結合水或不可凍結鍵合水；第3 個峰T22位于10 ms 左右，通常被認為是與面筋蛋白、淀粉等大分子結合的弱結合水，流動性相對較大，為半結合水或可凍結鍵合水[18]。

圖3 凍藏饅頭和復蒸饅頭的T2 弛豫時間分布圖Fig.3 Typical T2 relaxation time distribution curves of frozen steamed bread and re-steamed bread

由圖3可知饅頭中的水分以結合水和半結合水狀態存在，各狀態的弛豫時間以及相對應的質子密度如表2所示。在圖3（a）中，峰3 朝著高T2方向偏移且峰值降低，表明在凍藏過程中，饅頭中的半結合水含量減少，且變得更易流動。推測這與凍藏過程中產生的冰晶減弱了蛋白質分子間的氫鍵作用，進而破壞了面筋網絡結構有關。試驗結果和關于饅頭可凍結水含量和失水率的變化與此結果相一致。

由表2可知，在凍藏60 d 內，復蒸饅頭的T21從0.61 ms 顯著降低到 0.30 ms（P＜0.05），而凍藏 40 d 內復蒸饅頭的A21沒有顯著變化，表明結合水在淀粉和面筋分子間遷移，然后同這些分子結合的更緊密，結合水的含量并沒有顯著變化，只是在淀粉和面筋分子間發生了重新分布。復蒸饅頭的質子強度A22隨著凍藏時間的增加顯著降低（P＜0.05），表明半結合水含量有所降低，可能是因為面筋網絡遭到破壞后，導致弱結合狀態的水更易流失，與復蒸饅頭水分含量的降低一致[19]。

2.4 凍藏對饅頭比容的影響

凍藏對饅頭比容的影響見圖4。

圖4 凍藏時間對饅頭比容的影響Fig.4 Effect of frozen storage time on the specific volume of steamed bread

由圖4可知，隨著凍藏時間的增加，凍藏饅頭以及復蒸饅頭的比容顯著降低（P＜0.05），在凍藏60 d 時比容分別降低了約20%、12%。凍藏30 d 時，凍藏饅頭以及復蒸后的饅頭比容都有明顯增大。兩種饅頭的比容與饅頭失水率都呈顯著負相關，復蒸饅頭的比容與可凍結水含量呈顯著負相關（P＜0.05）。表明饅頭比容的減小主要是因為凍藏過程中饅頭水分的損失和可凍結水含量的增加導致水分狀態變化以及面筋網絡結構遭到破壞所引起的[20]。

2.5 凍藏對饅頭質構特性的影響及其與水分指標間的相關性分析

質構是綜合評價食品的重要品質[21]。質構分析有助于客觀評價饅頭品質、反映饅頭的適口性。其中，硬度指饅頭達到一定形變所必須的力；黏附性表示探頭與樣品接觸時用以克服兩者表面間吸引力所必須做的功；回復性表示樣品的回彈能力；內聚性表示饅頭內部結合的緊密程度；咀嚼性指咀嚼固體樣品所需的能量。凍藏對饅頭質構特性的影響見表3。為進一步探討凍藏期間以及復蒸后饅頭水分變化與質構特性的相關性，現建立指標間的相關性分析，見表4和表5。

由表3可知，在饅頭凍藏過程中，隨著凍藏時間的逐漸增加，饅頭的硬度和咀嚼性都顯著升高（P＜0.05），在60 d 的凍藏期內，凍藏饅頭的硬度增加了近60%，饅頭口感變硬。當凍藏30 d 時，饅頭的硬度和咀嚼性都有一定程度的降低，此時饅頭的比容也有顯著增大，饅頭的品質較好。饅頭的回復性以及內聚性顯著降低（P＜0.05），回復性和內聚性與饅頭品質呈正相關，數值越大，饅頭柔軟爽口、不黏牙。同樣發現，復蒸饅頭的硬度和咀嚼性隨著凍藏時間的增加顯著增加（P＜0.05），回復性和內聚性顯著降低（P＜0.05）。表明隨著凍藏時間的增加，饅頭口感變硬，內部結構變差。

表4 凍藏饅頭水分指標與質構特性之間的相關性分析Table 4 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of frozen steamed bread

表5 復蒸饅頭水分指標與質構特性之間的相關性分析Table 5 The correlation analysis between moisture index and texture characteristics of re-steamed bread

在表4中，饅頭的失水率與凍藏饅頭的硬度、黏附性和咀嚼性呈顯著正相關，與回復性和內聚性呈極顯著負相關。在表5中，饅頭的可凍結水含量與復蒸饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關，與回復性和黏附性呈顯著負相關。

以上可以看出，饅頭硬度在冷凍30 d 后顯著升高，這可能與冰晶的生長有關。冰晶的生長會破壞蛋白質網絡結構，導致饅頭質地變硬。而且，凍藏過程中，饅頭水分的減少會導致淀粉聚合物或蛋白與淀粉中氫鍵的形成，使饅頭變硬，這與Besbes[22]等的研究結果一致。此外，水分從饅頭芯向饅頭表皮的遷移，半結合水與大分子物質結合的緊密程度降低和含量減少也是饅頭硬度增大、品質劣化的一個原因[17]。

3 結論

隨著凍藏時間的增加，饅頭的水分含量顯著降低，饅頭可凍結水含量的增加會導致失水率的顯著增大。同時，兩種饅頭中半結合水含量減少，且變得更易流動。饅頭的比容顯著減小，硬度和咀嚼性顯著增大。饅頭復蒸后，品質還是有顯著的劣變。發現在凍藏30 d時，凍藏饅頭比容變大，質構特性有所改善，饅頭品質較好；30 d 后，饅頭品質顯著劣化。凍藏饅頭的失水率與饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關，可凍結水含量與復蒸饅頭的硬度和咀嚼性呈顯著正相關。饅頭水分的變化有助于冰晶的生長以及蛋白與淀粉間形成氫鍵，從而導致饅頭品質的劣化。研究發現，在長時間的儲藏過程中，冰晶會破壞饅頭的質地，建議儲藏時間不要超過30 d。