食用堿添加對不同冷凍雜糧面團品質特性的影響

杜文凱，蘇同超，胡向華，曾 潔，高海燕，王洋洋，田佳楠，馬明君，周海旭

（河南科技學院食品學院，河南新鄉 453003）

目前隨著人們生活質量的提高和生活節奏逐步加快，冷凍面團工業化成為一種趨勢，而在凍藏、冷凍條件下的面團更易于進行保藏，運輸以及銷售，也更適應了面食制品工業化，所以近年來冷凍面團在國內外市場連鎖經營等都獲得了巨大的發展[1-2]。同時，添加蕎麥[3]、綠豆[4-5]、玉米[6]等粗糧的雜糧冷凍面團更具有保健功效，備受人們青睞，因此這種雜糧面和冷凍面團相結合的方法制成的冷凍面制品未來在餐桌及市場上的需求及份額都將不斷提升[7-9]。

冷凍面團技術有效延長了面團的保存期，但在保存期延長的同時，冷凍面團的保鮮品質也在逐漸下降，如解凍后醒發時間變長；酵母產氣能力下降；水分重結晶破壞面筋網絡結構，導致持水力下降等等[10]。葉鵬等[11]研究了相關抗凍劑，對酵母出現的質量問題加以控制。Luo 等[7]發現添加添加劑不僅能提高酵母的耐凍性，還能保持面團的流變性能和熱物性。食用堿大量應用于面條、面包的生產加工，它能有效地改善面制品的品質，延長面制品的保質期限。楚炎沛[12]指出，堿能增強面團中蛋白質和淀粉之間的作用力，改變面筋的筋力，提高面團的彈性。Wang 等[13]發現，NaHCO3的添加通過促進淀粉的糊化和面筋的交聯來提高空心面的質量。食用堿的添加還可使面團具有良好的粘彈性，持水性，顯著改善其面筋蛋白結構等，還具有一定的防腐功能[14]，以往的研究多數是食用堿對小麥面團品質的影響，但是很少文獻涉及冷凍面團中對水分分布和品質特性的影響。

蕎麥可以有效預防心腦血管疾病及抗癌抗腫瘤等重要作用；綠豆含有多種豐富的氨基酸，且綠豆表皮還含有微量的維生素和礦物質，是天然的營養品；玉米不僅可以降低膽固醇，而且所含的膳食纖維可以刺激腸胃蠕動，加速排便。本實驗通過添加不同含量的食用堿在冷凍雜糧面團（小麥、蕎麥、綠豆、玉米）中，測定其失水率、持水率、pH、水分分布、彈性等多個指標，探究食用堿對冷凍雜糧面團品質特性的影響，以期為冷凍面制品的現代化、工業化生產提供一定的理論支撐。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

小麥面粉 益海小麥工業有限公司；蕎麥、綠豆、玉米面粉 五得利面粉集團有限公司；高發活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；白砂糖 上海市糖業煙酒（集團）有限公司；食用堿 昆山榛樂門食品有限公司；戊二醛 無錫市耀得信化工產品有限公司；無水乙醇 濟寧博城化工有限公司；醋酸異戊酯南京化學試劑股份有限公司。

BC/BD-106DT 型美菱冰柜 長虹美菱股份有限公司；HYC-TH-80DH 型可程式恒溫恒濕試驗箱東莞市泓進檢測儀器有限公司；Multifuge X1R Centrifuge 型合式高速冷凍離心機 美國Thermo公司；ME104E 型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；pHS-3C 型pH 計 上海盛磁儀器有限公司；TA-XT Plus 型質構儀 英國Stable Micro Syste ms 公司；ZD-85 型恒溫振蕩器 常州國華電器有限公司；SH2-95B 型予華牌循環水真空泵 鞏義市予華儀器有限責任公司；NMI20-040V-I 核磁共振成像分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；Aiphal-2LDPlus 真空冷凍干燥機 德國Christ 有限公司；Quanta 200 型掃描電子顯微鏡 美國Fei 有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面團的制作 參考Tao 等[15]方法，雜糧面團（以雜糧面粉100%為基準）：小麥面粉90%，（蕎麥、綠豆、玉米）面粉10%；純小麥面團：小麥面粉100%。另有輔料高活性干酵母1%，超純水50%，白砂糖1%，添加0%、1%、2%、3%、4%、5%食用堿的分別命名為T0、T1、T2、T3、T4、T5。

實驗用面團的整體制作流程為：原輔料準確稱重→充分混合后加水和面→面團發酵→分切稱重→裝袋→低溫條件冷凍（-30 ℃）。

在25 ℃下按照占比稱取原輔料，混合均勻后揉搓10 min 至成型，恒溫箱37 ℃發酵30 min 后分割為小面團，每個指標分割樣品面團九個，剩余面團放置保鮮袋保存，在-30 ℃條件下冷凍8 h 后裝入聚乙烯封口袋中，在-18 ℃的條件下冷凍1 d，然后在室溫約25 ℃下解凍30 min 后進行測量。

1.2.2 冷凍面團品質變化

1.2.2.1 冷凍面團失水率測定 在冷凍過程中面團水分會隨著時間的增加逐漸變化，從而使面團的品質發生改變，因此可以通過測定面團前后質量的變化量來測定面團失水的程度。取三份發酵后分割完好面團在冷凍前進行稱重并記錄，冷凍后取出解凍，再次稱重并記錄。計算冷凍前后面團的質量。計算公式如下：

其中：m1、m2分別是冷凍前、后的質量，g。

1.2.2.2 冷凍面團持水率的測定 參考Tao 等[15]方法，從每組（食用堿0%～5%）中各取3.00 g×3 份的樣品，解凍后，分割長寬高均約4 mm 正方體塊，放入離心管，離心速度8000 r/min，時間20 min。離心后用濾紙吸去面團表層水分，再稱重。計算公式如下

其中：W1、W2分別是去除水分前、后的質量，g。

1.2.2.3 冷凍面團pH 的測定 根據Li 等[16]方法，稱取10 g 樣品解凍，使用研磨缽將樣品研磨至絮狀，放置于錐形瓶中，加入90 mL 無CO2蒸餾水，使用均質機1000 r/min 均質1 min，使用pH 計測定樣品pH，每組樣品做三組平行。

1.2.2.4 冷凍面團質構特性分析 參照Witek 等[17]的方法并稍作修改。將面團室溫下解凍，將其揉搓成直徑約3 cm 的球狀，使用質構儀，測試前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，壓縮比70%，觸發力5 g，壓縮間隔5 s。

1.2.2.5 冷凍面團水分分布測定（LF-NMR） 用CPMG 脈沖序列測量樣品的自旋時間（T2），用FID 法調整共振中心頻率，稱取不同食用堿含量的各個面團（5.0±0.01） g 被置于永磁場中心射頻線圈中心的試管中。CPMG 測試參數：主頻率為20 MHZ，偏移頻率為628049.19 Hz，采樣點TD 為40014，重復掃描次數NS 為4，采樣間隔TW 為2000 ms，半回波時間τ為6.52 μs，溫度32 ℃。采用T2反演擬合軟件獲得了CMPG 衰變曲線的弛豫譜和T2譜[18]。

1.2.2.6 冷凍面團蛋白表面微觀結構觀察 稱取不同食用堿添加量下冷凍的面團10 g，常溫解凍30 min。將樣品進行預處理：樣品切片后先進行固定，接著依次進行脫水、冷凍、真空冷凍干燥處理，最后進行掃描電鏡測試。

先將樣品取出后分切成3 mm×3 mm×5 mm 的塊狀，放置在試管中備用，在試管中加入25%的戊二醇進行固定，完成后靜置2 h。靜置結束后將樣品取出放置在潔凈的平皿中（每個平皿均勻的劃分出三個區域），倒入磷酸緩沖液，共沖洗三次，10 min/次。再分別用乙醇（30%、50%、70%、90%、100%），每一梯度脫水20 min，反復兩次。再用乙酸異戊酯處理，在4 ℃下保存20 min。樣品標記好放置在自封袋中，置于冰柜中凍藏一夜后取出，隨后進行冷凍干燥，噴金，電鏡掃描實驗，在2400 倍的放大倍數下觀察、拍照。

1.3 數據處理

用Excle 2010 對實驗數據進行處理和分析；采用SPSS 16.0 統計，Origin 2019 對數據作圖處理。每組測量3 個平行，以減少誤差。

2 結果與分析

2.1 食用堿對冷凍面團失水率的影響

如圖1 所示，與純小麥面團對比分析，四類面團均在T1 時失水率增大，而在T0～T4 時，蕎麥、玉米、綠豆冷凍面團失水率呈現相似性，總體呈下降趨勢，T5 時玉米和綠豆冷凍面團失水率都升高，蕎麥冷凍面團持續降低，但可明顯看出四類冷凍面團在添加食用堿后失水率都較空白組要小，添加適量的食用堿可起到一定的保水效果，降低失水率，且添加雜糧成分后也利于降低其失水率。失水率的降低可能是由于水分產生不定向運動，冷凍面團面筋網絡結構對水的束縛能力降低，而使冷凍過程水分散失[19]；Ban 等[20]在研究面團冰晶大小實驗中提出，冷凍面團內部不斷產生的冰晶會破壞面筋蛋白網絡結構，隨著凍藏溫度的變化也會導致一些冰晶解凍成水，水轉移到面團的其他部位再重新形成冰晶，會進一步破壞面筋蛋白結構。而添加適量食用堿時，可以中和酸使蛋白質處于穩態，還可能是由于食用堿可以吸收一定水分，減弱水分散失現象，還能減少冰晶形成，從而降低失水率[21]。此外，以玉米為例，添加雜糧成分后，玉米中有較多的游離巰基，這些基團在酸性條件下比較穩定，但在堿性條件下會轉化為二硫鍵，氫鍵的數目會隨著食用堿的添加有所增加，疏水相互作用也會隨著食用堿的增加作用力增強[22]。以上變化有利于蛋白質的聚合，形成網狀結構，從而達到保水的效果，降低失水率。

圖1 不同食用堿含量冷凍面團的失水率Fig.1 Water loss rate of frozen dough with different edible alkali contents

2.2 食用堿對冷凍面團持水性的影響

由圖2 可知，純小麥面團在T2 時持水率最高；蕎麥冷凍面團中從T0～T4 冷凍面團的持水率一直呈上升趨勢，T4 時達到最高；玉米冷凍面團T1 時持水率達到最高；綠豆冷凍面團T5 時持水率最高。從圖2 中看出持水率變化相對來說比較微小，忽略實驗過程中的誤差，四種面團整體上都呈現為上升的趨勢。小麥面團和玉米雜糧面團總體沒有顯著性差異，加入食用堿后，其持水率較空白組要高，且加入雜糧成分后，也均比純小麥面團的持水率高，從實驗結果可以看出通過添加一定量的食用堿能提高面團的持水性能，且添加雜糧成分后也利于增加其持水率。冷凍面團持水率與降低面團的失水性研究結果相一致。

圖2 不同食用堿含量冷凍面團的持水率Fig.2 Water holding capacity of frozen dough with different edible alkali contents

產生此現象可能有三種情況：水合能力的增強、水分的重新分布、面筋網絡結構的加強。首先食用堿具有較強的水合能力，能夠改善冷凍面團的生產操作性，以及面團在冷凍過程中通過水的重新分布改善其在冷凍期間的性質[23]。其次由于發酵后的冷凍面團，面筋網絡結構更加擴展，導致深層結合水增多[24]，而食用堿也會束縛一定的自由水，持水性會相應的增加。再次相關實驗中Bárcenas 等[25]研究烘焙面包在低溫條件下水分含量的變化時，用電子顯微鏡觀察到面包的面筋網絡微觀結構出現了斷裂，組織中水分子流失，導致持水性降低。所以本實驗中發生的現象可能在于食用堿降低水分子在淀粉和面筋之間半結合水冰晶的形成，減少面筋網絡因半結合水凍成冰晶導致的塌陷現象，維持面筋的網絡，保持內部水分的含量，或增強水分子與蛋白質之間的結合力，維持著面筋網絡結構，甚至加強面筋的網絡結構，從而使持水性增強。另外實驗中冷凍面團持水性有時發生下降，可能是堿與面筋蛋白爭奪水分，導致面團缺水，結構松散[26]。

2.3 食用堿對冷凍面團pH 的影響

從圖3 中可以看出，四種冷凍面團變化趨勢趨同，pH 都隨著食用堿含量的增加呈現先上升后趨于平穩的趨勢，T0～T2 增加的速度快，T3～T5 增加的緩慢，說明食用堿添加量對冷凍面團的pH 有顯著影響。在pH 為T4、T5 時顯著性差異不大，說明在T4 時pH 已經達到較大值，首先可能原因為食用堿的主要成分是Na2CO3和NaHCO3，它們都是強堿弱酸鹽，容易發生水解，影響水分子的數目和分布規律[27]，形成強堿性，可中和面團中酸性物質，因此導致pH 的上升。同時酯類物質也會有一定下降，加堿后面團風味物質會減少，但加入食用堿后也生成了部分新的風味化合物[28]。其次由于微生物的生長繁殖容易引起冷凍面團腐敗變質，添加食用堿的pH 在初期變化較為明顯。綜合前述持水性等變化，說明在保藏過程中添加適量的食用堿，使微生物生長繁殖受到抑制，從而達到減弱其酸化，改善酸味的目的，對冷凍面團的風味、保存等品質起到重要作用。

圖3 不同食用堿含量冷凍面團的pHFig.3 pH of frozen dough with different edible alkali contents

2.4 食用堿對冷凍面團面團質構的影響

對于純小麥面團，在T0～T4 之間，硬度、膠粘度、咀嚼性隨著食用堿添加量的增加而增大，在T4時彈性達到最大值為0.409±0.063。內聚性隨食用堿含量的增加呈現出先下降后上升再下降的趨勢，在T4 時，回彈能力達到0.086±0.018（表1）。蕎麥冷凍面團硬度、膠粘度、咀嚼性總體呈上升趨勢，而彈性、內聚性總體呈下降趨勢（表2）。玉米冷凍面團的硬度、膠粘度、咀嚼性整體呈上升趨勢，與T0 相比，在T4 時，咀嚼性顯著增加（P＜0.05），彈性、內聚性均在T4 時達到最大，分別為0.191±0.051，0.318±0.018，回彈能力整體呈增大趨勢，但變化較?。ū?）。綠豆冷凍面團在T0～T4 之間時，硬度、膠粘度、咀嚼性隨著加堿量的增加顯著（P＜0.05）增加，當T4 時，膠粘度、咀嚼性都達到最大值，彈力、內聚性、回彈能力總體呈小幅度的增長（表4）。

表1 小麥冷凍面團的質構特性Table 1 Texture properties of wheat frozen dough

表2 蕎麥雜糧冷凍面團的質構特性Table 2 Texture properties of frozen buckwheat multigrain dough

表3 玉米雜糧冷凍面團的質構特性Table 3 Texture properties of frozen corn multigrain dough

表4 綠豆雜糧冷凍面團的質構特性Table 4 Texture properties of frozen mung bean multigrain dough

觀察四類面團的曲線可以看出硬度、膠粘度、咀嚼性三個指標呈現一致性，呈顯著增長趨勢，而彈性、內聚性、回彈能力總體變化幅度比較小。面團的強度、粘連性、咀嚼性、彈性、內聚性與回彈能力都與蛋白質特性有顯著的相關性。堿的加入可能會影響蛋白質的聚合從而影響玉米面團的粘度和強度[29]。因為食用堿中的碳酸鈉是強堿，能與面筋蛋白爭奪水分使面團顯得較為干燥，要使面團變性就需要較大的力，而硬度是樣品達到一定變性時所必需的力[30]，且由于食用堿添加量增多，其穩定性、增稠功能可以有效降低冷凍面團的水分活度[31]，因此面團硬度增大；膠粘度是由于食用堿消耗一定的水分，并且能使面筋-淀粉的復合體發生部分變性[32]，從而膠粘度增大；咀嚼性是硬度、膠粘度、彈力三者的乘積，所以表現出緩慢增長的現象。超過T4 時，硬度、膠粘度、咀嚼性三者出現緩慢的增加或降低，可能是食用堿的過量添加影響面筋網絡結構對其產生負面作用。食用堿會降低面團彈性，可能是食用堿的加入破壞了面團中的二硫鍵等。內聚性隨食用堿添加量變化不明顯，回彈能力隨食用堿增多整體微小增大，但無顯著增大。實驗證明添加一定量的食用堿對面團的硬度、膠粘度、咀嚼性影響較大，對彈力、內聚性、回彈能力的影響較小。可根據不同食品所需的品質特性的不同可以選擇不同的食用堿的添加量。

2.5 食用堿對冷凍面團水分分布的影響

不同添加量的食用堿對冷凍面團的水分分布影響結果如表5，A21、A22、A23分別代表三個弛豫峰的峰面積比例。A21代表結合水，是與大分子物質面筋蛋白和淀粉緊密結合的深層結合水；A22代表不易流動水，這部分水在蛋白質和淀粉之間結合；A23代表自由水，則表示流動性最強的自由水[33-35]。

表5 不同食用堿含量對冷凍面團水分分布影響Table 5 Effects of different edible alkali contents on water distribution of frozen dough

表5 中峰面積的大小可表示面團中各類水分的含量。與空白組對比，四類冷凍面團的A21隨著食用堿添加量增加對應峰面積增大，可得出結合水占比變大，原因可能是添加食用堿能提高面團中淀粉和水分子之間的相互作用力，減弱水分的流動，更多的水鎖住在深層結合水，不易發生水分遷移，使得消耗的自由水增多，自由度降低[36]。隨著食用堿添加量的增加，各個面團中的結合水占比成上升趨勢，在T4 時小麥面團、蕎麥雜糧面團、玉米雜糧面團、綠豆雜糧面 團 的A21分 別 為48.189±1.509、48.189±1.509、43.585±2.472、43.743±1.155，此時結合水最多，對應的A22、A23最少，有效抑制了面團中水分遷移，因為食用堿增強面筋的持水能力，水分與蛋白的結合能力增大，導致結合水增多[37]。進一步說明適量食用堿添加有利于增強面團的持水性能，更有利于面團的保存，與前述結果一致，且此時冷凍面團有適宜的水分存在形式和結合狀態。

2.6 冷凍面團微觀結構觀察

面筋蛋白的結構是一種膜形，構成復雜的網絡結構；淀粉顆粒的結構呈現出一種球形，覆蓋在面筋膜上，支撐網絡結構。由四組面團各組圖（圖4～圖7）觀察得出，空白組與添加食用堿組別相比，空白組中淀粉顆粒組織粗糙且較多，顆粒較大，相鄰淀粉顆粒表面有較少不完整的面筋膜，幾乎不能觀察到連續致密的面筋膜，僅觀察到少量細絲狀，面筋網絡之間連接疏松并且伴隨有輕微的裂痕出現，還可明顯看到其淀粉顆粒幾乎是完全暴露。而T1～T5 食用堿含量均可觀察到，淀粉顆粒隨食用堿的增加而變得細小，淀粉顆粒表面組織變得光滑無凹陷，膜狀面筋蛋白網絡較為明顯，且較為連續均勻，圓形淀粉粒黏附在網絡結構[38]。因食用堿是強電解質，在水溶液中水解的離子能與蛋白質表面的電子中和，使蛋白質之間電子的相斥作用下降，增強面筋蛋白的吸水能力[39]，因此淀粉粒變得光滑；又因其二硫鍵、氫鍵數目的增多以及疏水相互作用的增強促進蛋白質的聯結，使面筋網絡結構更加致密。在添加量為T3、T4、T5 食用堿時可看到面筋膜出現變薄的現象，但T5 可明顯看到面筋膜有變薄和出現空洞現象。在圖中還可看到有面筋膜上存在少量圓空洞和白色小顆粒，為氣泡，可能由于一是在面團制作時混進空氣，二是面團凍結前酵母的發酵。還可觀察到有不規則空洞，來自于冰晶升華[40-41]。得出隨著食用堿含量的增加，面筋膜狀增多，包裹淀粉顆粒，使冷凍面團面筋結構更加致密連續，但食用堿也不宜過多。適量添加食用堿可有效改善面筋蛋白網絡結構，促使冷凍面團結構穩定。

圖4 小麥面團掃描電鏡圖片Fig.4 SEM image of wheat dough

圖6 玉米雜糧面團掃描電鏡圖片Fig.6 SEM image of corn multigrain dough

圖7 綠豆雜糧掃描電鏡圖片Fig.7 SEM image of mung bean multigrain

3 結論

本實驗研究了不同食用堿含量對四種冷凍面團的品質特性的影響，得到以下結果:采用向四類冷凍面團添加食用堿，發現4%的食用堿可以有效減少面團的失水率；增加持水性；增加pH；各個冷凍面團咀嚼性、彈性、回彈能力等得到改善。水分分布結果表明，添加食用堿后，冷凍面團的結合水增多，抑制了水分遷移；SEM 結果表明，添加適量的食用堿能有效改善冷凍面團面筋蛋白網絡結構。

本文探究了不同食用堿含量添加到四類冷凍面團中，對我國當前冷凍食品工業化，冷凍面制品業中合理添加食用堿，提高冷凍面團品質特性方面提供了一定的參考和理論支持。