復合改良劑對后發酵饅頭冷凍面團凍藏品質的影響

周一鳴，張亞園，呂欣東，劉 倩，李云龍，蔣晴怡，周小理,3※

（1. 上海應用技術大學 香料香精技術與工程學院，上海 201418；2. 山西省農業科學院農產品加工研究所，太原 030031；3. 美麗中國與生態文明研究院，上海高校智庫，上海 201418）

0 引 言

中國是一個以發酵面食為主食的國家，其中，饅頭是中國傳統的發酵面食制品，在膳食結構中占有主要的地位。近年來，隨著人們生活水平的提高、生活節奏的加快，饅頭類傳統發酵面食已成為消費者歡迎的速食產品，逐漸由家庭制作走向工業化生產[1]。但饅頭貨架期短且極易老化，這在很大程度上影響了饅頭的工業化生產。而冷凍面團技術可以為其提供一條經濟有效的技術途徑。

冷凍面團技術是應用食品的冷凍原理來處理面團成品或半成品，它的出現使部分面食制品的生產分為兩個獨立環節，即面團制作和熟制[2-3]。冷凍面團技術改革了饅頭類傳統發酵面食生產模式，工廠將冷凍饅頭半成品運往各連鎖店，門店根據需要合理安排蒸制的時間和數量，這樣既可以減少人力資源的浪費，又能更好地控制庫存[4-5]。但冷凍面團技術在亞洲地區起步較晚，且研究程度較淺，目前市面上出現的冷凍面團中式發酵面制品常用的生產工藝是冷凍熟坯面團解凍后復蒸，這樣會使面制品特有的口感、風味和質感下降，而冷凍生胚面團可以對此進行改善，消費者或連鎖店鋪根據需要合理的安排蒸制的數量和時間，面團不經歷復蒸，能夠最大限度的保持面制品的新鮮和口感，同時面團速凍前不發酵更利于面團的儲存和運輸，也可以減少人力和成本[6]。

然而，相關研究報道指出[7-8]，面團在凍藏過程中面團中的水形成冰晶，因溫度波動會發生再結晶，破壞面筋網絡結構，使面團冷凍后出現裂紋、持氣能力降低，影響冷凍面團及其熟制品的品質。同時，冰晶還會導致酵母細胞損傷、破裂，使其呼吸系統受損，導致酵母活力降低、產氣不足，從而使面團比容下降、質地和感官等品質變差[9-10]。杜浩冉等[6]的研究中，利用復合食品添加劑抑制冰晶的重結晶，減弱冰晶對混合發酵劑和面筋網絡結構的破壞，從而提高了面團的加工品質和成品的質量。但復合食品添加劑對于面團長期存儲的品質變化并未研究說明。

面團品質改良劑的使用可以增強面筋網絡結構、保護酵母活力、改善面團的品質、延長冷凍面團的貯藏期[10-13]。研究不同改良劑對冷凍面團及其熟制品品質的影響，篩選出對產品品質有較好改善作用的復合品質改良劑，在實際生產中具有一定的現實意義。本研究選取卡拉膠、瓜爾豆膠、海藻酸鈉、雙乙酰酒石酸單雙甘油酯、羧甲基纖維素、

谷氨酰胺轉氨酶、葡萄糖氧化酶和海藻糖進行單因素實驗，通過響應面優化試驗，研究復配改良劑對冷凍面團饅頭比容、質構特性和感官品質的影響，以期改進冷凍過程中冰晶對面團結構的破壞和酵母的損傷，為改善冷凍面團品質提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

高筋粉 江蘇南順面粉有限公司；中筋粉 中糧東海糧油工業（張家港）有限公司；S 品牌酵母市售；細砂糖太古糖業（中國）有限公司；卡拉膠 河南恩苗食品有限公司；瓜爾豆膠 深圳振芯嘉貿易有限公司；海藻酸鈉 安徽中旭生物科技有限公司；雙乙酰酒石酸單雙甘油酯 河南興泰實業有限公司；羧甲基纖維素鈉 河南興泰實業有限公司；谷氨酰胺轉氨酶 河南興泰實業有限公司；葡萄糖氧化酶 河南興泰實業有限公司；海藻糖 安徽中旭生物科技有限公司。均為食品級。

1.2 儀器與設備

TA-XT plus 物性測定儀 英國 Stable Micro System有限公司；S-3400NⅡ型掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）日本 HITACHI 公司；K-544AF 速凍機 上?？汽準称窓C械有限公司；JM-7LG和面機 新麥機械（無錫）有限公司；LC-LG601 冰箱 海信電器有限公司；SPC-40FP 醒發箱 上海龍躍儀器設備公司；AL204 電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 冷凍面團饅頭配方設計

面團的基本配方（以面粉100%計算）：面粉（中筋粉∶高筋粉 2∶1）100%，水 52%，即發干酵母 1.2%，細砂糖5%，其中改良劑添加量如表1

表1 冷凍面團改良劑添加量Table 1 Additive amount of frozen dough improver

1.3.2 冷凍面團及后發酵饅頭的制作流程

輔料混勻→和面→切割→整型→速凍（-30 ℃，30 min）→袋封→凍藏（-18 ℃，7 d）→冷凍面團成品→解凍（25 ℃，相對濕度70%，30 min）→醒發（35 ℃、相對濕度70%，42 min）→蒸制（20 min，燜3 min）→饅頭成品

1.3.3 冷凍面團復合改良劑響應面優化試驗

通過分析影響冷凍面團饅頭品質的單因素試驗，得到乳化劑（A）、增稠劑（B）、酶制劑（C）和海藻糖（D）的較優值，以比容（Y）為響應值對每個因素做響應面分析。

1.3.4 饅頭品質測定

1）比容測定

參照劉燕琪[7]的方法采用小米置換法測定饅頭比容。將蒸制后的饅頭于室溫下冷卻30 min 后測量其質量M，用小米替換法測量饅頭體積V，比容λ公式如下：

2）質構測定

參照楊二林[13]的方法作如下修改，利用質構儀測定饅頭芯的硬度、彈性等指標。饅頭常溫下冷卻1 h，將其切成厚度為1.5 cm 的均勻薄片，取中部兩片，采用P36R探頭，進行TPA 測試。參數設定如下：測試前速度：3.00 mm/s，測試速度：1.00 mm/s，測試后速度：2.00 mm/s，下壓程度：50 %。

3）感官評價

參照 GBT17320—1998 設計饅頭感官評分標準（如表2）。評價小組由10 人組成，對饅頭每項感官性質進行分級評分，結果取平均值。

表2 饅頭感官評分表Table 2 Steamed bun sensory rating scale

1.3.5 后發酵饅頭冷凍面團掃描電子顯微鏡觀察微觀結構

參照忻晨[14]的方法，將冷凍7 d 的改良面團切成1 cm長的正方形，放入冷凍干燥機中干燥，然后固定，噴金，置于掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察，與空白組進行對照。

1.3.6 數據處理

采用SPSS20 和Excel 軟件進行數據處理分析，并采用Origin 2018 軟件制圖。

2 結果與討論

2.1 復合乳化劑對冷凍面團饅頭品質的影響

乳化劑對冷凍面團饅頭品質的影響見圖1。由圖1 可知，隨著乳化劑添加量的增加，饅頭感官評分、比容和彈性先升高后降低，饅頭的彈性先下降后上升。當添加量為0.4%時，冷凍面團饅頭挺立度、手指按壓復原性較好，冷凍面團饅頭的比容、感官評分和彈性達到較大值，分別為3.21 mL/g、91 分、0.939，而饅頭硬度也達到較小值，為1 338.523 g，與空白組相比，硬度減小了25.63%。這是因為適宜的乳化劑可延長淀粉糊化時間，提高面團的耐柔性，使面團具有更好的彈韌性和可膨脹度，從而提升冷凍面團饅頭的比容和彈性，改善冷凍面團饅頭的品質[15]。

圖1 乳化劑對冷凍面團饅頭品質的影響Fig.1 Effect of emulsifier on the quality of frozen dough

綜合以上指標分析，添加0.4%乳化劑，能獲得較好品質的冷凍面團饅頭，因此選取0.2%～0.6%水平進行響應面試驗方案。

2.2 復合增稠劑對冷凍面團饅頭品質的影響

復合增稠劑對冷凍面團饅頭品質的影響見圖 2。由圖 2 可知，隨著增稠劑添加量的增加，饅頭評分總體呈現先升高后降低的趨勢。當添加量為 0.8%時，冷凍面團饅頭比容、彈性及感官評分均達到較大值，分別為3.17 mL/g、0.898、91 分，同時硬度也達到較小值，為1 557.452 g，與空白組相比，硬度減小了13.47%。這是主要是由于面團在速凍過程中，增稠劑分子中的親水基團與水、淀粉、蛋白質等發生作用形成等復合體，從而使冷凍面團中的面筋網絡結構處于最佳水合狀態，改變了面團的流變特性[16]，同時，適宜的增稠劑可以增強蛋白質與淀粉的粘合，減少面團中自由水的遷移，控制面團中冰晶的生長，從而減小了凍藏對酵母和面筋結構的損害，加強了面筋的網絡結構，提高了面團的持氣能力，改善了冷凍面團品質[17-18]。但隨著增稠劑增多，過量的增稠劑會使面團面筋弱化，網絡結構松散，從而使冷凍面團饅頭各指標值下降[19-20]。

圖2 增稠劑對冷凍面團饅頭品質的影響Fig.2 Effect of thickener on the quality of frozen dough

綜合以上指標分析，添加0.8%的增稠劑，能獲得較好品質的冷凍面團饅頭，因此選取0.4%～1.2%水平進行響應面試驗方案。

2.3 酶制劑對冷凍面團饅頭品質的影響

酶制劑對冷凍面團饅頭品質的影響見圖3。由圖3 可知，當酶制劑添加量為60 mg/kg 時，由于酶制劑與面筋蛋白結合，從而增強了冷凍面團的網絡結構，提升了面團的持氣能力，改善了面團內部組織[21-23]，從而使冷凍面團饅頭的比容較大，饅頭體積大、挺立度好，且感官評分較高，比容和感官評分分別為3.15 mL/g、92 分。隨著酶制劑添加量的增加，冷凍面團饅頭的硬度先下降后上升，當添加量為60 mg/kg 時，冷凍面團饅頭的硬度達到較低值，為 1072.865 g，與空白組相比，硬度減小了40.39%，而彈性無明顯變化。

綜合以上指標分析，添加60 mg/kg 酶制劑，能獲得較好品質的冷凍面團饅頭，因此選取30 mg/kg～90 mg/kg水平進行響應面試驗方案。

2.4 海藻糖對冷凍面團饅頭品質的影響

海藻糖對冷凍面團饅頭品質的影響見圖4。海藻糖是一種新型冷凍保護劑，可以提升冷凍條件下酵母的耐受力[23]，由圖 4 可知，隨著海藻糖添加量的增加，饅頭感官評分總體呈現先升高后降低的趨勢。在 0～2%的范圍內，由于海藻糖具有較好的水溶解性，可以改善面團的流動性和灰黏性，使面團面筋的彈性和延伸性增強[24]，因此，隨著海藻糖添加量的增加，冷凍面團饅頭的硬度逐漸減小；當添加量為2 %時，冷凍面團饅頭比容、彈性及感官評分均達到較大值，分別為3.11 mL/g、0.901、89分，硬度也達到較小值，為1122.302 g，與空白組相比，硬度減小了37.64 %。

圖3 酶制劑對冷凍面團饅頭品質的影響Fig.3 Effect of enzyme preparation on the quality of frozen dough

圖4 海藻糖對冷凍面團饅頭品質的影響Fig.4 Effect of trehalose on the quality of frozen dough

綜合以上指標分析，添加2%海藻糖，能獲得較好品質的冷凍面團饅頭，因此選取1%～3%水平進行響應面試驗方案。

2.5 響應面試驗設計

通過分析影響冷凍面團饅頭品質的單因素試驗，得到了乳化劑（A）、增稠劑（B）、酶制劑（C）和海藻糖（D）的較優值，以比容（Y）為響應值對每個因素做響應面分析。響應面分析因素及水平見表3，試驗設計方案及結果見表4。

表3 冷凍饅頭復配改良劑響應面試驗設計因素及水平Table 3 Design factors and levels of response surface test for frozen steamed bread compounding improver

表4 冷凍饅頭復配改良劑響應面試驗設計方案及結果Table 4 Design scheme and results of response surface test for frozen steamed bread compounding improver

2.5.1 響應面回歸模型的建立與分析

利用Design-Expert 軟件對試驗數據進行回歸分析，經過擬合得到的比容（Y）回歸方程為：

對回歸模型作顯著檢驗及方差分析，結果見表5。

表5 回歸模型方差分析Table 5 Regression model analysis of variance

由表 5 可以看出，回歸方差分析顯著性表明該模型P<0.000 1，響應值的擬合度達到了極其顯著的水平，失擬項P=0.888>0.05，不顯著，說明該模型方程極其顯著，且對優化冷凍面團饅頭品質改良有實際意義。該回歸模型的相關系數R2=0.915 4，校正決定系數AdjR2=0.830 8，表明單因素值與響應值關系顯著，該模型擬合程度較好，試驗誤差小，適合用于預測和分析冷凍面團饅頭的品質改良。

同時由表5 可知，酶制劑（C）和海藻糖（D）對冷凍面團饅頭比容的影響極其顯著（P<0.01），乳化劑（A）和增稠劑（B）對冷凍面團饅頭比容的影響不顯著（P>0.05），所以對冷凍面團饅頭比容因素的影響順序為海藻糖（D）>酶制劑（C）>乳化劑（A）>增稠劑（B）。同時可知因素A2、B2、C2、D2對冷凍面團饅頭比容的曲面效應極顯著（P<0.01）。

2.5.2 響應面圖分析

三維響應面圖見圖5。由響應面試驗的原理可知，三維響應面圖的彎曲度越大，表明兩因素間影響越顯著，從而反映各因素對響應值的影響程度。

由圖5a 可知，當固定乳化劑或增稠劑時，冷凍面團饅頭的比容隨增稠劑或乳化劑添加量的增加，都會呈現先增加后減少的趨勢，結合等高線圖和表 5 可知，乳化劑和增稠劑兩者的交互作用對冷凍面團饅頭比容的影響不顯著（P>0.05）。由圖5b 可知，當固定乳化劑時，隨著酶制劑添加量的增加，冷凍面團饅頭的比容呈一定的增長趨勢；當固定酶制劑時，冷凍面團饅頭的比容隨著乳化劑添加量的增加，呈現先增加后減少的趨勢，結合表 5 可知，乳化劑和酶制劑兩者的交互作用對冷凍面團饅頭的比容有顯著影響（P<0.05）。

圖5 冷凍面團饅頭響應面圖Fig.5 Three-dimensional resPonse surface of frozen dough taro

綜合以上分析可知，海藻糖和酶制劑對冷凍面團饅頭的比容影響極其顯著（P<0.01），這可能是因為在面團冷凍過程中，海藻糖可以代替水，緩解因冷凍失水導致的蛋白質變性；酶制劑因其交鍵作用可以與蛋白質鍵合，增強面筋的網絡結構，保持冷凍面團的穩定性，使冷凍面團饅頭的品質得到改善。

2.5.3 驗證試驗

利用Design ExPert 8.06 軟件綜合乳化劑、增稠劑、酶制劑及海藻糖對冷凍面團饅頭的比容的影響，分析得出各因素最優添加量的預測值，即 0.4%乳化劑、0.74%增稠劑、44.69 mg/kg 酶制劑、1.73%海藻糖，冷凍面團饅頭比容的理論值為3.18 mL/g。

考慮到實際操作的可行性，選擇最佳參數為0.4%乳化劑、0.8%增稠劑、45 mg/kg 酶制劑、2%海藻糖。根據以上條件進行驗證，試驗進行3 次重復測定，結果表明，冷凍面團饅頭的比容為3.15 mL/g，與預測值較為接近，同時冷凍面團饅頭的硬度也達到較優值，為926.832 g，與空白組相比減少了52.70%。

2.6 復配改良劑對后發酵饅頭冷凍面團微觀結構的影響

通過掃描電子顯微鏡研究饅頭冷凍面團微觀結構的變化，由圖6 可知，網絡結構為面筋蛋白，圓形或橢圓形的為淀粉顆粒，淀粉顆粒鑲嵌在面筋蛋白中，支撐面筋網絡結構。由圖6a 可以看出，未添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存0.5 個月時，大部分淀粉顆粒包裹在面筋網絡結構中，小的淀粉顆粒依附在面筋蛋白上，內部有少許空洞，可能是面團制作時，酵母產氣所致，面團網絡結構破壞性不大。由圖 6b 可以看出，未添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存1 個月時，面團內部不規則空洞增多，這可能是由于冰晶升華導致，從圖中還可以看出，淀粉顆粒排列較稀松，面團內部組織不均勻。由圖6c 可以看出，未添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存 1.5 個月時，面團內部空洞變大，淀粉顆粒裸露在外面，面筋網絡結構稀薄。由圖 6d 可以看出，未添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存2 個月時，面筋網絡結構破裂，空隙變多，淀粉顆粒不明顯。由圖6e 可以看出，未添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存2.5 個月時，面團內部組織較混亂，淀粉顆粒稀疏、裸露在外面零散分布，面筋網絡結構破裂，蛋白膜狀不明顯。由此說明饅頭冷凍面團在凍藏過程中，面團微觀結構逐漸惡化，主要是面筋網絡結構遭到破壞，影響饅頭品質。

與空白組對比，添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團微觀結構較好。圖6a 中，右圖添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存 0.5 個月時，面筋網絡結構更緊密，膜狀結構清晰可見，淀粉顆粒鑲嵌在面筋網絡結構中，且面團中的空隙較少。圖6b 中，右圖顆粒排列緊湊，僅少數淀粉顆粒分離，且面團內部空洞較少。由圖6c 可知，當添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存 1.5 個月時，大部分淀粉顆粒鑲嵌在面筋網絡結構中，部分淀粉顆粒分離出來，但添加復合冷凍改良劑后，面團中的空洞明顯減少，組織狀態比較均勻。由6d 可知，凍存2 個月改良面團中有少許空隙，淀粉顆粒較稀疏，但與添加復合冷凍改良劑前相比，仍能看到大的淀粉顆粒存在。圖6e 添加復合冷凍改良劑的饅頭冷凍面團在-18 ℃儲存 2.5個月時，淀粉顆粒分離，面筋網絡結構被破壞，但與添加復合冷凍改良劑前相比，淀粉顆粒較清晰。由此可知當面團凍存時間相同時，添加復合冷凍改良劑的冷凍面團微觀結構優于空白組，說明復合冷凍改良劑可以減輕冰晶的面團蛋白網絡結構的破壞，增強面團抗凍性，改善冷凍面團品質。

圖6 不同儲存時間下饅頭冷凍面團掃描電鏡圖（×1.50 k）Fig.6 Frozen dough taro scanning electron micrograph (×1.50 k)

3 結 論

冷凍處理會使面團的發酵力降低，饅頭的比容和感官評分降低，硬度增加，使饅頭的品質下降。而食品添加劑可以增強面筋的網絡結構、提高酵母抗凍性、改善冷凍面團品質。然而使用單一食品添加劑具有一定的局限性，在實際生產使用中，往往通過復配添加劑的形式提升產品的品質。本研究通過響應面試驗優化改良劑配方來提高冷凍面團饅頭品質，研究表明：0.4%乳化劑、0.8%增稠劑、45 mg/kg 酶制劑、2%海藻糖的復配工藝下，冷凍面團饅頭的比容達到較佳水平3.15 mL/g，有效提高了冷凍面團饅頭品質，同時冷凍面團饅頭的硬度也達到較優值，為 926.832 g，與空白組相比減少了52.70%。通過掃描電子顯微鏡研究饅頭冷凍面團在凍存期間微觀結構的變化，發現復合冷凍改良劑能夠減少冰晶對面筋網絡結構的破壞，增強面團抗凍性，改善面團品質。