冷凍面團饅頭研究進展

黃偉志,黃桂東,鐘先鋒,*

(1.佛山科學技術學院食品科學與工程學院,廣東佛山 528231;2.廣州市東鵬食品飲料有限公司,廣東廣州 511330)

冷凍面團制品主要采用冷凍原理及方法來加工,使食品內部各種化學活動能量降低,不借助任何添加劑,抑制面包、饅頭等面食制品的老化,延長保質期,同時讓人們隨時都可吃到新鮮的面食制品[1]。在國外,冷凍面團技術主要應用在面包上,其將面團制作和后期的熟制、成品分成兩個獨立部分[2]。只要食品生產加工廠制備好冷凍面團以后,進行低溫儲存、運輸,就可以供給一些買賣廠家或者終端消費者,他們只需熟制[3],就可以得到新鮮的產品,因此國外面包產業發展規模相對較大;我國主要以傳統的發酵面食饅頭為主,其主要成分包括面粉、水、酵母,經過以上原料混合、和面、發酵等操作過程,能形成具有一定風味和營養價值的饅頭[4]。但新鮮面食制品饅頭貨架期較短,難以實現產業化發展,而冷凍面團技術的出現,在一定程度上促進了我國傳統面食制品饅頭的工業化發展。本文介紹了冷凍面團饅頭的生產工藝,綜述了影響冷凍面團饅頭品質的因素,探討了目前我國改良劑對冷凍面團品質的改良效果,為我國冷凍面團饅頭的發展提供參考依據。

1 冷凍面團饅頭生產工藝

目前,冷凍面團技術主要集中在面包生產上[5],關于冷凍面團饅頭的生產工藝報道較少,因此根據冷凍面團面包的制作方法進行模仿及改進,主要有以下5種冷凍面團饅頭的生產工藝(圖1)。

圖1 冷凍面團饅頭的制作工藝Fig.1 The making process of frozen dough steamed bread

1.1 冷凍面團法

相對較大的面食制品廠將配好的原輔料和面、發酵、整形后的面團進行速凍,得到冷凍面團后將其冷藏,配送到各個市場、超市、面點零售店等銷售門店,這些銷售門店只需要醒發箱、蒸爐等簡單設備,對冷凍面團饅頭進行解凍、醒發及蒸制,就能得到新鮮饅頭(圖1中的A所示)。

1.2 冷凍預醒發面團法

將配好的原輔料和面、發酵、整形、醒發,醒發結束的面團進行冷凍處理,得到冷凍預醒發面團,然后進行冷藏保存、配送,各門店在需要時進行解凍、蒸制,即可得到新鮮饅頭(圖1中的B所示)。

1.3 冷凍預蒸制面團法

該方法是指將醒發結束后的面團放入蒸爐進行蒸制,蒸制饅頭到六、七分熟,立刻取出半成品,冷卻至室溫,再進行速凍、冷藏配送,各門店在需要時對半成品進行解凍、蒸制,即可得到新鮮饅頭(圖1中的C所示)。

1.4 冷凍饅頭法

冷凍饅頭是指將已經蒸制好的饅頭冷卻至20～30 ℃后進行速凍、冷藏配送,各個門店在需要時進行解凍、蒸制,得到新鮮饅頭(圖1中的D所示)。

1.5 冷藏面團法

該方法是指將已經調粉、和面等制作工藝完成的面團放在0～10 ℃下緩慢發酵后進行冷藏(-20 ℃)、配送,各個門店在需要時進行解凍、整形、醒發、蒸制,得到新鮮饅頭(圖1中的E所示)。

1.6 不同工藝優勢對比

5種冷凍面團饅頭生產工藝中,冷藏面團法在加工工藝上相對于其它冷凍面團法較為繁瑣,成本也相對較高,且冷藏面團法冷藏期較短,饅頭品質相對較差,較少工廠、企業采用;而冷凍預醒發面團法、冷凍預蒸制面團法及冷凍饅頭法相對于冷凍面團法來說,在工藝成本上要高一些,同時面團預發酵后進行速凍會使面團水分增多,產生更多的冰晶,進一步損害酵母細胞及破壞面筋網絡結構,從而導致饅頭品質劣變[6-7],因此不符合企業生產經營發展。綜合以上方法考慮,冷凍面團法相對于其他4種方法而言,是一種較為經濟、可行、發展空間較大的冷凍面團饅頭的加工方法。

2 影響冷凍面團品質的因素

2.1 冷凍面團技術應用中存在的主要問題

雖然我國速凍食品發展迅速,但冷凍面團技術的研究仍處于探索階段,特別是對我國傳統發酵食品的冷凍面團技術研究還不夠深入,生產工藝改進空間還有待提高。目前我國在應用冷凍面團技術,是以模仿國外冷凍面團制作面包的方法為主,將其應用到饅頭上,與新鮮饅頭相比,會出現解凍后醒發時間延長、比容變小等品質問題[8]。而導致冷凍面團品質下降的原因主要有(如圖2所示):a、面團在冷凍過程中,自由水會形成冰晶,破壞面筋網絡結構,同時冷藏溫度的不穩定,冰晶發生再結晶,最后形成的大冰晶會進一步破壞面筋網絡結構,導致面團筋力弱化,持氣力下降[9];b、冷凍產生的冰晶也會損害酵母細胞,導致酵母活力下降甚至死亡,致使后期醒發階段面團的產氣力下降[10];c、損傷后的酵母細胞會釋放出谷胱甘肽等還原性物質,進一步破壞面團中的-S-S-,使面筋網絡結構弱化,導致面團的持氣性下降[11]。因此,為了傳統發酵食品的發展,急需研發出適合冷凍面團饅頭工業化生產的工藝,并依據中式面點的特點,對產品進行品質改良。

圖2 冷凍面團品質下降的機理圖Fig.2 The mechanism map of the quality decline of frozen dough

除了上述冰晶理論導致冷凍面團饅頭品質下降之外,在制作冷凍面團饅頭過程中,酵母、水分、冷凍工藝以及其他制作工藝也會造成冷凍面團饅頭品質下降。因此,有較多地學者、專家開展研究制作工藝對冷凍面團品質的影響。

2.2 酵母對冷凍面團品質的影響

有研究報道指出,酵母的生存能力是影響冷凍面團質量的關鍵因素之一[12-13]。冷凍面團中酵母的生存能力與面團的發酵時間、饅頭的比容、硬度、咀嚼性以及饅頭內部疏松結構具有相關性,酵母生存能力受到影響,面團發酵時間延長,面團內部不能形成較好的海綿結構,從而導致饅頭一系列品質問題。而酵母生存必須有水,其最適合生長溫度為20～30 ℃,當溫度高于40 ℃或低于0 ℃時,其生存能力將受到很大抑制。研究表明,酵母的耐凍性非常低,會受到凍融,高滲透壓和氧化應激等脅迫,且在冷凍過程中,活化酵母受到傷害比直接冷凍酵母更大[14]。因此在冷凍、冷藏期間會有較多的酵母活性受到抑制,甚至死亡[15]。

為提高酵母的活性和冷凍、冷藏期間的耐凍性,許多國內外學者做了較多研究,呂瑩果等[16]研究了冷凍速率對發酵面團烘焙性質的影響,且分析了不同冷凍條件對酵母發酵力和內部結構的影響,研究表明在合適的冷凍速率(-5 ℃/min)下,面團內酵母細胞的溶液效應和胞內結晶達到平衡,使冷凍對酵母細胞的破壞最小,能獲得較好品質的冷凍面團。也有相關研究認為面團攪拌終溫對冷凍面團中酵母活性有影響,在新鮮面團中,面團的攪拌終溫通常為24～26 ℃,而冷凍面團攪拌終溫一般為19～22 ℃[17],對于此現象,Zounis等[18]分析認為,這可能是因為終溫過高導致酵母活性較高,而高活性酵母在冷凍面團制作中更容易受到傷害,最終導致凍藏后面團持氣能力喪失。

2.3 水分對冷凍面團品質的影響

水分對面團發酵和饅頭質量影響很大,尤其經過速凍、冷藏工藝后對饅頭品質的影響進一步加大。在面團形成過程中,水分含量與面筋網絡結構形成密切相關,對饅頭內部的結構、物化性質及感官品質也有著很大的影響[19-20]。寧娜靜[21]研究發現,面團加水量要適中,加水量過多會引起面團發粘,且多余水分不能被面團吸收,還會形成冰晶傷害酵母,導致面團的持氣力下降;加水量過少會導致面筋結構較脆,穩定性差。因此適當的加水量,能控制一定數量的冰晶生成,形成較好面筋結構的面團,減少冷凍面團品質的負面影響。Rasanen等[22]研究發現,減少加水量的面團,在冷藏兩周后酵母產氣量有明顯的減少,冷凍面團的硬度有所增加,面包比容減小、內部多孔性變差。李昌文等[23]研究發現,加水量對冷凍面團饅頭的柔軟度、感官品質和比容有明顯影響,當加水量少時,饅頭表面干硬、起泡較多,比容小;但加水量過大時,饅頭過軟,擴展比大,饅頭易塌架,且裂紋多,同時形成過多的冰晶,破壞饅頭內部質構。

2.4 冷凍工藝對冷凍面團品質的影響

在冷凍過程中,冷凍溫度、時間、速率,冷藏溫度、時間等因素會對冷凍面團品質造成影響。對此,也有較多的國內外學者進行了研究,Yi[24]研究了不同冷凍速度和冷藏溫度對面團品質的影響,發現冷藏溫度越低、冷凍速度越快時,面筋網絡結構被破壞程度就越低。Ban等[25]研究了冷凍速率(-0.72至-3.56 ℃/min)和冷凍溫度(-20、-40和-55 ℃)對冷凍面團中冰晶的形成和酵母活性的影響,結果表明冷凍速率在-3.19 ℃/min時,形成的冰晶最小,對冷凍面團品質影響最高;冷凍溫度低于-20 ℃時,會有較多的酵母死亡,對冷凍面團品質影響較大。Le等[26]也通過實驗發現,冷凍速率越快,面團的最終發酵力越好,獲得的冷凍面團品質也就越好。據研究分析,在冷凍過程中,冰晶的形成會破壞冷凍食品內部結構,慢速冷凍時會形成大小不一的冰晶,對冷凍食品影響較大,快速冷凍則會形成均一小冰晶,能較好地保護冷凍產品質量[27]。

而有些學者研究認為,在冷凍速率小于最佳速率時,酵母細胞損傷的主要原因是溶液效應;在冷凍速率大于最佳速率時,酵母細胞損傷的主要原因是胞內冷凍。因此要獲得最佳品質的冷凍面團,就必須達到最佳冷凍速率[28]。

2.5 制作工藝對冷凍面團品質的影響

饅頭制作過程中還包括和面、壓面、醒發等工藝。和面的目的是使小麥粉與酵母、水等原輔料混合均勻,加快面粉吸水和脹潤形成面筋,使巰基轉變成二硫鍵,擴展面筋形成穩定的面筋網絡(圖3),改善面團持氣性。Rouillé等[29]研究認為和面時間能影響冷凍面團品質,充分和面可形成較好面筋結構,而較好的面筋網絡結構可減少凍藏帶來的損傷;?hgren[30]也認同和面時間會影響面筋網絡結構形成的看法,其研究得出適當延長和面時間能使冷凍面團面筋分布更加均勻,更有效地改善冷凍面團品質。

圖3 面筋網絡結構的形成Fig.3 The formation of gluten network structure

壓面能使面團形成較多的氫鍵,拉近蛋白質分子的距離,生成二硫鍵,強化面筋結構,同時將淀粉顆粒融入面筋網絡結構中,使面團具有較好的流變學特性[31]。張煌等[32]研究了壓面工藝對面團拉伸特性的影響,結果表明在壓延30次時,能得到拉伸特性最佳的面團,同時面團的加工性能增加,面團質量較好。

醒發工藝是饅頭生產中最重要的一步,因為在面團醒發過程中,面筋將會進一步擴展,增強其延伸性和持氣性,利于饅頭體積增大。同時醒發促進酵母產氣,使饅頭內部產生疏松多孔結構,減少饅頭硬度,而且面團發酵、醒發過程中可產生豐富的風味物質[33]。馮藝飛等[34]研究表明在面團攪拌時間為12 min,面團發酵時間為101 min,饅頭坯醒發時間為13 min時,能得到最小硬度、咀嚼度和最高彈性和回復性的饅頭。

3 改良劑對冷凍面團品質的影響

目前常用的改良劑有食品膠、酶制劑、乳化劑、氧化劑等,可改善食品中各組分的理化性質,對食品的外形和質構起著重要的改善作用[35],其作用機制見圖4。

圖4 改良劑改善冷凍面團品質的作用機制Fig.4 The effect mechanism of additives on improving the quality of frozen dough

3.1 食品膠對冷凍面團品質的影響

食品膠是一種能溶解于水中形成凝膠的食品添加劑,它可提高面團黏度,促使淀粉顆粒與面筋網絡結構充分結合,同時起到增稠、黏合、膠凝和穩定等作用,改善面團加工品質[36]。目前常用的食品膠包括黃原膠、瓜爾豆膠、羧甲基纖維素鈉、卡拉膠等,其含有較多親水基團,能使面團中蛋白質、淀粉等分子發生作用,形成高分子復合體,構建出穩定地面筋網絡結構,使面團獲得較好的流變特性,以及促進面團表面光滑等作用[37]。kara等[38]研究了果膠、瓜爾豆膠、菊糖對冷凍面團面包品質的影響,結果表明黃原膠和瓜爾豆膠交互作用顯著,黃原膠0.9%～1%、瓜爾豆膠0.3%～0.4%和菊糖3%的復合改良劑能明顯提高冷凍面團面包的比容、減少饅頭硬度、咀嚼性。Mandala等[39]研究發現,添加羥丙基甲基纖維素、刺槐豆膠等復合食品膠能改善比容、質構,提高冷凍面團面包的品質。禹潔等[40]研究表明向面團中添加黃原膠、瓜爾豆膠等添加劑后,能顯著縮短面團形成時間,增強面團穩定性,減少面筋弱化和淀粉回生。Xin等[41]研究證明添加羥甲基纖維素鈉(CMCNa)可以減緩凍藏過程中面團的凍結含水量和tanδ的增加(tanδ增加即粘彈性下降),且高取代度的CMCNa對抑制凍結含水率和tanδ的變化有較大的促進作用,制成的面包具有較大的比容和較小的硬度。

3.2 酶制劑對冷凍面團品質的影響

酶制劑是一種從生物體中提取的、具有酶特性的蛋白質,能催化食品加工過程中的各種化學反應,改進食品品質。目前常用于改良冷凍面團品質的酶制劑主要有葡萄糖氧化酶、α-淀粉酶和谷氨酰胺轉胺酶、木聚糖酶等。其中葡萄糖氧化酶在有氧氣的條件下,能將葡萄糖轉化為葡萄糖酸,同時產生H2O2,而H2O2能夠將蛋白分子中的-SH氧化為-S-S-,增強面筋強度[42]。谷氨酰胺轉胺酶是一種酰基轉移酶,能使蛋白質或多肽發生共價交聯作用,增強面筋蛋白筋力和膠凝能力,有效改善面團流變學特性、提高面團彈性,降低面筋弱化度[43]。Kim等[44]研究指出,含有α-淀粉酶的冷凍面團,可加快冷凍面團發酵速度,縮短醒發時間,改善冷凍面團成品品質。岑濤、王軍杰等[45-46]研究表明,木聚糖酶可以改善面團的延展性,增強面筋彈性,降低面包的硬度,明顯改善面團、面包的品質。陳書明[47]、Jiang[48]等也得出α-淀粉酶、木聚糖酶等酶制劑能有效改善面團品質。

3.3 乳化劑對冷凍面團品質的影響

乳化劑也是食品加工和面團品質改良過程中常用的一類表面活性劑,它能與麥谷蛋白形成復合物,強化面團網絡結構,改善面團持氣能力、醒發速率、吸水率,增強面團的柔韌性和耐加工性[35]。目前,常用的乳化劑包括硬脂酰乳酸鈉、雙乙酰酒石酸單(雙)甘油酯(DATEM)、山梨醇酐單硬脂酸酯(SPAN 60)、單硬脂酸甘油酯(GM)、蔗糖脂肪酸酯(SE)等。這些乳化劑能與淀粉形成不溶復合物,防止淀粉重結晶,降低面團中水的表面張力,減少大冰晶的形成,降低面筋蛋白網絡結構的破壞深度[49]。樊海濤等[50]實驗證明乳化劑能降低面團中自由水含量,并提高面團的玻璃化轉變溫度Tg′,甚至實現玻璃化貯藏,減少冰晶數量。Minervini等[51]研究發現添加甘油雙乙酰酒石酸單酯復合添加劑能降低冷凍面團面包的硬度和色差紅值。Ribotta等[52]分析了DATEM對冷凍面團面包特性的影響,結果表明DATEM能使冷凍面團面包的硬度下降,減少冷藏對面筋結構的破壞。Selomulyo等[53]研究了DATEM和SE對冷凍面團品質的影響,其研究認為復配乳化劑對冷凍面團品質的改善效果要優于單一乳化劑。

3.4 氧化劑對冷凍面團品質的影響

氧化劑具有提高冷凍面團網絡結構穩定性的能力,其原理在于氧化劑將蛋白質中的-SH鍵,轉化為-S-S-鍵,從而強化面團筋力,提高面團韌性、持氣性以及彈性,改善冷凍面團品質。此外氧化劑還可以氧化一部分由破壁酵母細胞釋放出來的谷胱甘肽等還原性物質,減少對冷凍面團網絡結構的進一步破壞[54]。目前關于氧化劑應用在冷凍面團品質改良的報道相對較少,常用的氧化劑有脫氫抗壞血酸、偶氮甲酰胺、過氧化鈣等,其中抗壞血酸(易被空氣氧化形成脫氫抗壞血酸而具有氧化性)為常用的“氧化劑”,其安全性最高,過量添加也不會對面筋產生不良影響,其反應原理是抗壞血酸在面團中被氧化成脫氫抗壞血酸,脫氫抗壞血酸可與-SH反應生成-S-S-鍵,同時抗壞血酸可再生,繼續循環參與氧化反應。王欣等[55]研究表明抗壞血酸能明顯增大面團的抗拉伸應力,顯著縮短拉伸時間,改善冷凍面團品質,在添加量為0.4%時效果最佳。Faccio等[56]研究發現添加抗壞血酸和巰基氧化酶復配物于冷凍面團中,能顯著提高冷凍面團的冷藏穩定性、可延展性。

3.5 其他改良劑對冷凍面團品質的影響

目前,為進一步改善冷凍面團品質,國內外學者除了研究以上改良劑對冷凍面團品質的影響之外,開始集中研究新型改良劑。如Wang等[57]研究發現水溶性阿拉伯木聚糖具有抗凍蛋白的功能和防止二硫鍵轉變成巰基的能力,從而保護酵母免受傷害和維持面筋網絡結構的穩定性。Park等[58]也有研究發現添加果糖寡糖和異麥芽低聚糖于冷凍面團中后,能增加面包比容,降低面包硬度。此外,研究熱點更多地集中在抗凍蛋白對冷凍面團品質的影響,Zhang等[59]研究了胡蘿卜抗凍蛋白(CATPs)對冷凍面團品質的影響,發現加入了胡蘿卜抗凍蛋白的冷凍面團可減少大冰晶的生成,從而減少酵母死亡率,認為胡蘿卜抗凍蛋白在冷凍面團中會有很好的應用前景。Ding等[60]研究表明添加大麥抗凍蛋白(BATPs)能增加冷凍后面團的表觀比熱,提高熔融溫度、冷凍溫度和玻璃化轉變溫度,并降低面團的熔化焓和可冷凍含水量。通過以上研究,未來的研究重點可往多糖、低聚糖以及抗凍蛋白等方向進行改善冷凍面團品質。

4 展望

雖然冷凍面團技術促進了我國傳統中式面食制品的發展,但是直接仿照國外冷凍面團技術在中式面點饅頭中應用,會出現一定的品質問題,其主要原因在于速凍過程中冰晶的產生,導致面筋網絡結構受到破壞,酵母細胞損傷以及釋放谷胱甘肽,致使面團產氣減少和持氣能力下降,饅頭品質變差。綜合以上問題,較多國內外學者從冷凍面團饅頭的制作原料、工藝及改良劑等方向對冷凍面團品質進行改良。但常規的改良劑效果較差,因此研究新型改良劑(多糖、低聚糖以及抗凍蛋白)逐漸成為今后改善冷凍面團品質的研究熱點,新型改良劑的開發應用將具有一定的發展前景。