谷朊粉和小麥淀粉添加量對重組面團凍藏品質的影響

馬珂瑩，黃峻榕，伏佳靜，蒲華寅，鄺吉衛

（陜西科技大學食品與生物工程學院，陜西西安 710021）

冷凍面團由于其保質期長、運輸加工方便等優點，以及快速發展的冷凍保鮮技術使其逐漸在食品市場占據越來越大的比例。冷凍面團技術是指在產品生產的半成品階段，直接冷凍處理面胚，并在低溫下長期冷凍儲藏，待需用時解凍或無需解凍直接進行后續產品的制作[1-2]。但同時，凍藏過程中冰晶的生長也會對面團造成不可逆轉的破壞，面團黏彈性下降，產品蒸煮損失增加，吸水率下降，可凍結水和結晶度比例升高等[3]。

食品加工過程中，組分單個的變化與彼此之間的相互作用都會賦予整個體系不同的性能[4]。淀粉和蛋白質作為面團中最重要的組分之一，對面團品質具有重要影響。研究證明，小麥淀粉中直鏈淀粉含量越高，對面團的形成、穩定以及粉質質量指數越不利，會使面條的吸水率降低；面條硬度與淀粉的糊化特性如峰值黏度、崩解值呈負相關，糊化溫度越低，面條更易糊化，進而對蒸煮特性產生影響[5]。Zhou等[6]研究發現，面筋蛋白加入燕麥面條中可降低面條的蒸煮損失率，提高面條的拉伸強度和硬度，同時面筋通過形成定向纖維，使面條中的蛋白質網絡更加緊密，但也會使面條的色澤略顯黃。

蛋白質和淀粉相互影響著面團的品質。而目前，大多數研究仍側重于單獨測定分離的面筋和淀粉的性質，而關于面團重組后，尤其是在冷凍面團體系內有關二者比例的改變所引起的對冷凍面團的品質穩定性影響鮮有研究。在先前的研究中發現，冷凍非發酵面團在儲藏20 d時，開始發生嚴重劣變。因此，本研究在原高筋小麥粉的基礎上，利用谷朊粉與小麥淀粉，改變二者的比例將面團進行重組并冷凍儲藏20 d，通過分析水分分布、流變特性、糊化特性等物化特性來研究面筋蛋白、淀粉添加量對冷凍面團品質的影響，進而為冷凍面團的改良提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥面粉 益海嘉里食品營銷有限公司；小麥淀粉 上海正寶惠家食品有限公司；谷朊粉（又稱面筋粉） 封丘縣華豐粉業有限公司；溴化鉀（光譜純）、無水乙醇 天津科密歐化學試劑有限公司。

紐邁低場核磁共振分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；AR2000 旋轉流變儀 德國Thermo Scientific；RVA-TeeMASTER 快速粘度測定儀 澳大利亞Newport Scientific公司；Verios460 高分辨場發射掃描電鏡 美國FEI公司；STA449 F3 傅里葉變換紅外光譜儀 德國Bruker 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面團重組 借鑒劉永等[11]的方法，利用高筋小麥面粉與谷朊粉和小麥淀粉進行面團重組。各配粉中原高筋小麥面粉的添加量固定為50%（占配粉總量），預實驗中，當谷朊粉比例大于40%時面團無法制作成面條，因而，將谷朊粉與小麥淀粉和高筋小麥面粉按照表1的比例進行復配，分別用S1、S2、S3、S4表示，并以100%的純高筋小麥面粉作為對照組（CK）。

表1 小麥淀粉與谷朊粉混合的重組方案Table 1 Recombination protocol for mixing wheat starch with gluten

1.2.2 冷凍面團制作工藝 按表1的配粉比例稱取100 g原料粉，再將原料粉、水、鹽以2:1:0.03的比例混合，測定前將高筋小麥面粉、小麥淀粉與谷朊粉放入和面機中，攪拌3 min，保證其混合均勻，再在和面機中揉成面團，醒面45 min后將其放入-80 ℃冰箱中快速冷凍6 h直至中心溫度達到-20 ℃，在前期實驗的基礎上，將面團在-18 ℃溫度下存放20 d。解凍：凍藏后的面團放置在室溫（25 ℃）條件下2 h即可完全解凍，解凍后一部分直接測試，一部分面團制成3mm厚的塊狀樣品放入凍干機中凍干備用。

1.2.3 水分分布與遷移情況 利用低場核磁共振技術測定樣品的橫向弛豫時間（T2）。面團在完全解凍后準確稱取1.5 g形狀一致的樣品置于核磁管中立即進行水分分布測定。進行CPMG（Carr Purcell Meiboom Gill）脈沖序列試驗，測試條件為32 ℃恒溫處理。CPMG序列采用的參數：采樣頻率為200 KHz，回波時間為0.3 ms，回波數為1000，數據反演后可得到各樣品的波譜圖和T2值[12]。

1.2.4 流變學特性的測定 按照岳苗[13]的方法，利用AR2000旋轉流變儀，采用直徑20 mm的平板，取3 g左右的解凍后的面團置于流變儀的平板上，緩慢降低頂板，設置夾縫距離為1.5 mm，刮除平板外多余面團，在周圍涂抹硅油防止水分揮發，靜置5 min后進行測試。測試溫度為25 °C，掃描頻率區間為0.1～50 Hz，應變量0.5%。

1.2.5 糊化特性的測定 采用快速粘度測定儀（RVA）測定[13]。凍干粉準確配制28 g濃度8%（干基）的混合液體，具體測定條件：最初50 ℃下保持1 min；以12 ℃/min的升溫速度加熱到95 ℃并在此溫度下保持2.5 min；然后以12 ℃/min下降到50 ℃，并在此溫度下保持2 min；攪拌器在起始10 s內轉動速率為960 rpm/min，之后保持在160 r/min。測得淀粉糊黏度曲線及其實驗參數：峰值黏度（PV）、谷值黏度（TV）、最終黏度（FV）、崩解黏度（BV）、回生黏度（SV）及成糊溫度（PT）。黏度用“cP”作單位表示。

我先生說，倘若是他，會選擇跟孩子討論：“非得聽媽媽的話嗎？在什么情況你會聽？而什么情況下不聽？”我很贊同。正如之前所說，世界是復雜的，而它的豐富也正孕育在這復雜性中。沒有哪個問題會有簡單的“標準答案”，每個人都可以根據自己的見解，提供自己的回答。所以我也希望能把每個故事都講成是一個開放式的結構，讓各種可能性都得以存在。

1.2.6 凝膠強度的測定 凍干后的樣品粉末加入蒸餾水，配制濃度為18%的乳液，在沸水浴中放置30 min 并不斷的攪拌至完全糊化，將糊化后的凝膠密封，將樣品迅速放入4 ℃冰箱中冷藏24 h，取樣后在室溫下平衡30 min，采用質構儀測定。參數設定：TPA壓縮模式，探頭P/0.5，測前速度為1.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s，觸發力5.0 g，每個樣品重復3次[9]。

1.2.7 SEM微觀結構的觀察 凍干后的面團輕輕敲碎，取自然斷面較為平整約3 mm厚的小塊樣品，置于粘有電導膠的載物臺上，經離子濺射噴金后，采用Verios460高分辨場發射掃描電鏡于2.0 kV的加速電壓下觀察面團截面的微觀結構[13]。

1.2.8 紅外光譜的測定 利用傅里葉變換紅外光譜儀器分析冷凍重組面團的紅外光譜圖。取凍干磨粉后的生面團樣品，按照1:50的比例加入KBr并充分研磨，將研磨好的細粉末平鋪至壓片機平臺上，壓制透明的圓形薄片。以KBr為空白背景，用紅外光譜儀對樣品掃描32次，掃描范圍為4000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1[13]。

1.3 數據處理

所得數據采用Statistix 9數據分析軟件進行處理和分析，數據表示為3次實驗數據的平均值加減標準差；圖表繪制采用Origin8軟件和Office2016。

2 結果與分析

2.1 冷凍重組面團水分分布與遷移變化

利用低場核磁分析重組面團中的水分分布變化。不同比例的重組面團的橫向弛豫時間（T2）反演圖譜如圖1A所示，冷凍面團在0.01～1000 ms間出現主要出現三個峰，這三個峰分別代表面團存在的三個水分狀態，分別為強結合水T21（0.1～1 ms），結合水T22（1～10 ms）以及自由水T23（10～50 ms）[14]，由圖1A可知，T23為主峰，這表明面團的水分分布以T23（自由水）為主。

圖1 重組面團橫向弛豫時間反演圖（A）和T23橫向弛豫時間變化圖（B）Fig.1 Inversion diagram of the lateral relaxation time (A) and the variation diagram of the lateral relaxation time of T23 (B) of reconstituted dough

冷凍面團的T2反演圖譜能反映水分在面團中與親水物質的結合程度，峰的弛豫時間越短，表明水分與面筋蛋白或小麥淀粉結合越緊密[15]。T23的橫向弛豫時間變化如圖1B所示，添加了谷朊粉和淀粉的重組面團T23隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小逐漸增大且均高于對照組。谷朊粉含量越高的樣品，面筋含量越高，T23越短，說明水分結合越緊密，更不易遷移。淀粉含量增加，會對面筋網絡產生不同程度的稀釋作用，面筋蛋白與水的結合作用力變弱，使其可遷移的水分比例變高，在冷凍面團的解凍過程中更易揮發散失[16-17]。而在凍藏過程中，自由水會轉換為可凍結水，生成更多冰晶而對面團的品質造成損害。所以，提高面團中面筋蛋白比例有利于結合水的形成，降低面團失水率。谷朊粉:淀粉比例=4:1時，面團組分與水結合最緊密，有利于冷凍面團品質。

2.2 冷凍重組面團流變學特性變化

冷凍重組面團的儲能模量（G'，彈性模量）和損耗模量（G''，黏性模量）變化如圖2A、圖2B所示，在0～50 Hz的頻率范圍內，冷凍重組面團的彈性模量始終大于黏性模量，說明在面團中主要是彈性作用[18]。前期研究發現，冷凍儲藏20 d后，面團的彈性模量和黏性模量會有明顯的下降，面團變硬，拉伸性變差[19]。加入谷朊粉和小麥淀粉后，S1、S2、S3的G'和G''始終大于對照組，而S4（谷朊粉:淀粉=1:4）的黏彈性低于對照組，分別降低了13.03%和18.84%。冷凍重組面團的彈性模量和黏性模量隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小而降低。谷朊粉的添加可以強化面筋結構，而淀粉顆粒可作為面筋蛋白網絡的填充劑，與面筋基質相互作用，增強面筋蛋白網絡結構的完整性[20]；但當淀粉含量過高時，未嵌入面筋蛋白網絡結構中的淀粉顆粒與面團中的水分作用，從而抑制部分面筋蛋白網絡結構的形成，面團穩定性變差，面團黏彈性降低。因此，在一定程度上，提高面筋蛋白含量，降低淀粉含量可有效改善面團的流變特性，進而緩解凍藏過程中面團黏彈性的劣變，其中，頻率50 Hz，S1（谷朊粉:小麥淀粉=4:1）的黏彈性最好，彈性模量（G'）和黏性模量（G''）值最高，與對照相比，分別增大了49.95%和61.44%，并與對照組面團凍藏10 d的相當[19]。

圖2 重組面團彈性模量（A）和黏性模量（B）的變化Fig.2 Changes in storage modulus (A) and loss modulus (B) of reconstituted dough

2.3 冷凍重組面團糊化特性變化

冷凍重組面團粉末樣品的快速黏度曲線見圖3，隨著溫度變化，其黏度呈現升高-降低-升高的變化趨勢，屬于典型的糊化曲線；面團重組凍藏后的糊化特性如表2所示，加入谷朊粉和小麥淀粉后，隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小，重組面團的峰值、谷值和終值黏度以及崩解值和回生值均不斷增大，但S1、S2、S3的糊化黏度值均低于對照組，其中S1的峰值黏度最低，與對照組相比降低了62.21%。一方面，S1與對照相比，淀粉含量降低了23.4%，這是糊化黏度值降低的主要原因。另一方面，谷蛋白含量提高可能會降低冷凍面團的各項糊化特性參數。Yang等[21]的研究結果表明，添加0～10%的蛋白質可以延緩淀粉顆粒在加熱過程中的糊化過程。面團的糊化溫度隨著谷朊粉比例的增加而略微升高，但差異不明顯。淀粉和面筋蛋白會互相對彼此產生稀釋作用，糊化過程中，面筋會阻礙淀粉在水中的擴散，在一定程度上抑制淀粉糊化，對面團的黏度產生削弱作用，使其黏度降低。與對照組相比，S4的峰值黏度和谷值黏度分別增大了15.12%和15.14%。這是因為S4重組面團中的淀粉含量比對照組高6.6%。另外，冷凍儲藏過程中冰晶形成的微機械力會打斷直鏈淀粉與脂類、結合蛋白的結合鍵，促進淀粉吸水膨脹，使得冷凍面團的糊化黏度高于普通面團[22-23]。

圖3 重組面團RVA糊化曲線圖Fig.3 RVA pasting curve of reconstituted dough

表2 重組面團糊化特性的變化Table 2 Changes in pasting characteristics of reconstituted dough

崩解值表示峰值黏度與谷值黏度之差，回生值表示淀粉老化過程中直鏈分子重結晶帶來的黏度改變[22]；隨著谷朊粉比例的增加，面團崩解值不斷減小，回生值也逐漸降低，說明添加面筋蛋白可以增大冷凍面團的穩定性。Zhang等[24]研究了大米蛋白質在老化過程中對大米淀粉的影響，認為大米蛋白對淀粉回生的抑制作用主要是由于大米蛋白的加入降低了淀粉分子的交聯，限制淀粉有序結構的形成，抑制淀粉的重結晶。因此冷凍面團中增加面筋蛋白的比例在一定程度上可以延緩淀粉糊化后的回生，降低糊化黏度，當谷朊粉:小麥淀粉為4:1時，冷凍面團的回生值最小，與對照組相比降低了70.22%。

2.4 凝膠強度的變化

隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的不斷降低，凝膠的硬度不斷增大（圖4），從114.30 g增大到181.39 g，且均顯著（P＜0.05）高于對照組。淀粉顆粒在吸水及加熱過程中會滲析出直鏈淀粉，直鏈淀粉相互纏繞形成三維立體網狀結構，當進一步加熱攪拌時，殘存的直鏈淀粉顆粒進一步破裂進入水相，在冷卻的過程中直鏈淀粉與支鏈淀粉通過氫鍵連接進一步形成凝膠[25-26]。

圖4 重組面團凝膠硬度的變化Fig.4 Changes in the gel hardness of reconstituted dough

一般來說，凝膠強度的變化與淀粉的老化程度相關，通常用凝膠的硬度來表征，老化過程中硬度會不斷增大[27]。凝膠的硬度是淀粉回生的直接結果，與淀粉分子的重結晶有關，直鏈淀粉含量越高，分子間重排程度越高，硬度越大，而面筋蛋白可抑制淀粉溶脹和破裂，減少直鏈淀粉析出，進而抑制淀粉重結晶，同時阻礙淀粉分子與水分子的結合；因此，谷朊粉的添加意味著面筋蛋白可在一定程度上減緩淀粉凝膠的回生。而另一方面，凝膠的網絡結構主要由淀粉構成[28]，凝膠強度也與體系中的淀粉比例有關，面團中淀粉比例升高也會引起硬度升高；其中S1的硬度最低，但仍高于對照組。這也與糊化特性分析中回生值的研究結果一致。

2.5 冷凍重組面團SEM微觀結構的觀察

冷凍重組面團的截面微觀結構由圖5所示，可以清晰的看到面團中的面筋蛋白網絡結構，同時由于冷凍儲藏對面團的影響，凍藏20 d后部分面筋蛋白網絡結構的完整性會被破壞，同時出現較多的孔洞，是冷凍所產生的冰晶干燥后留下的[19]。

圖5 重組面團的微觀結構變化（1000×、3500×）Fig.5 Microstructure changes of reconstituted dough(1000×, 3500×)

面筋蛋白與水分子之間的相互作用使得面團內部形成緊密的三維網絡狀結構，而淀粉顆粒可作為面筋蛋白網絡結構的填充劑，用來進一步支撐網絡結構[18]。由圖5B、圖5C可知，與對照相比，淀粉顆粒緊密的嵌入蛋白網絡結構中，網絡結構明顯，但隨著淀粉比例的增大，面筋網絡對淀粉的包裹性變差，淀粉顆粒沒有完全包裹在面筋基質中，暴露在外的淀粉顆粒逐漸變多，可以清晰的看到A型大顆粒淀粉和B型小顆粒淀粉，面筋網絡結構的均勻性變差，由圖5e、圖5E可知，當谷朊粉:小麥淀粉為1:4時，面筋網絡結構變少。淀粉含量過高會阻礙甚至破壞面筋網絡的形成，使得面筋網絡結構穩定性變差，進而可能會對由冷凍面團所制得的產品的品質產生不良影響，如使面條產品結構粗糙、孔隙變大、斷條率增大[19,29]。由電鏡圖可知，谷朊粉:小麥淀粉=4:1時，面筋蛋白網絡結構最為緊密，在面團冷凍儲藏過程中冰晶不易對面筋機制產生機械破壞。

2.6 冷凍重組面團紅外光譜分析

冷凍重組面團的紅外光譜圖具有典型的特征吸收峰（圖6）。1600～1700 cm-1、1530～1550 cm-1和1200～1300 cm-1附近的特征吸收峰分別對應著蛋白質的特征吸收譜帶，分別為酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶和酰胺Ⅲ帶，1047 cm-1和1020 cm-1附近的吸收峰通常用來表示淀粉的結晶區和無定形區結構[30-31]。冷凍儲藏以及蛋白和淀粉的相互作用并未對特征峰峰型產生影響，添加谷朊粉和淀粉后，特征峰并沒有發生變化。另外，在3400 cm-1附近有一個較強且寬的吸收峰，比較所有樣品3400 cm-1左右的吸收峰，與對照組相比，添加谷朊粉和淀粉后，3400 cm-1左右的紅外吸收峰移向較高的波數，且隨著谷朊粉:淀粉比例的降低，波數從3381 cm-1增加至3409 cm-1，面筋蛋白與淀粉分子之間可能通過氫鍵結合，淀粉比例的提升以及兩者之間的相互作用使得面團的氫鍵強度有所增大。同時，面團中游離的羥基發生締合，也會形成強度更高的氫鍵[32]。

圖6 冷凍重組面團紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectrum of frozen reconstituted dough

3 結論

面筋蛋白和小麥淀粉的添加量會影響重組面團在凍藏中的品質穩定性。以50%高筋小麥面粉、不同比例谷朊粉和小麥淀粉為原料進行面團重組，在-18 ℃下凍藏20 d，并以100%原小麥面粉作為對照組。研究結果表明，隨著谷朊粉:小麥淀粉比例從4:1減小至1:4，面筋網絡結構逐漸被稀釋，均勻性變差。面筋蛋白與水的相互作用減弱，同時對水在淀粉中游離的阻礙作用減小，水分逐漸由結合水向自由水遷移，面團結合水的能力變弱。面團的黏彈性逐漸降低。糊化黏度、凝膠強度和氫鍵強度逐漸增大。谷朊粉:小麥淀粉為1:4時，重組面團的黏彈性和糊化黏度低于對照組。谷朊粉:小麥淀粉為4:1時，重組面團面筋蛋白網絡結構最為穩定，彈性模量值比對照組高49.95%，可緩解面團在凍藏過程中的品質劣變。因此，通過改變面團中面筋蛋白和小麥淀粉的比例可在一定程度上減少冷凍儲藏對面團品質的損害，為冷凍面團技術的品質改良提供新的思路。