凍藏誘導酵母損傷對面包品質及老化的影響

摘 要：

采用高效液相色譜儀、質構儀、頂空固相微萃取-氣質聯用技術、差示掃描量熱儀和X-射線衍射儀等技術手段，分析探究凍藏過程中由酵母損傷引起的面包烘焙品質的變化。結果顯示：隨著凍藏時間延長，面團有機酸含量顯著增加，導致pH值明顯下降。凍藏處理后面包芯中令人愉悅的風味物質含量顯著下降，促使面包風味散失。同時面包比容下降、面包芯干硬，提升儲藏期面包水分散失速率和老化程度。因此，凍藏誘導酵母損傷是導致冷凍面團品質劣變的重要因素。

關鍵詞： 冷凍面團;酵母;面包品質;回生

中圖分類號： TS 972.132 ""文獻標志碼： A ""文章編號：

2095-8730（2024）04-0053-06

面包具有豐富的口感和獨特的風味，深受各國人民喜愛。在運輸、銷售和儲藏過程中，面包容易發生水分流失、硬度增加和風味散失等問題［1］，導致產品貨架期較短，限制了其工業化。冷凍面團技術是近年來發展起來的較為成熟的低溫保藏技術，具有方便化、標準化和規模化的優點，能夠有效延長產品貨架期，是推動面制品主食工業化的重要手段。然而，在實際生產中發現，冷凍面團品質下降會導致產品食用品質欠佳［2］。研究表明，凍藏期間冰晶的形成和重結晶的存在導致面團主要組分品質下降［3］，如酵母活性和產氣能力降低;面筋網絡結構和淀粉顆粒結構損傷;面團中的水分狀態和分布改變等，使得面團的發酵時間延長，產品的硬度變大、體積縮小、口感變差等。

面包酵母是面包生產過程中最重要的微生物發酵劑，凍藏過程中其活性的變化是影響冷凍面團品質的關鍵因素［4］。研究表明，隨著凍藏時間延長，酵母存活率和產氣能力顯著下降，導致面團醒發時間延長，面包比容降低［5］。此外，凍藏酵母還可能影響面團的結構與性質。SHAN等［6］的研究表明與未添加酵母的冷凍面團相比，含酵母的冷凍面團面筋網絡結構強度較弱。RIBOTTA等［7］認為，凍藏誘導酵母細胞損傷釋放的代謝產物會對面筋蛋白造成結構損傷。前期研究發現，凍藏期間酵母細胞破裂產生代謝的產物如谷胱甘肽等能夠部分解聚面筋蛋白［8］，弱化面筋網絡結構，引起水分在面團中重新分布，提高可凍結水含量［9］，導致面團品質下降。然而，目前關于凍藏誘導酵母損傷對面包烘焙品質及老化的影響的研究鮮少，現有文獻的缺失導致很難從根本上清晰地揭示冷凍面團品質劣變機理。因此，本研究擬以未添加酵母的面團為對照，采用質構儀、頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術（HS-SPME-GC-MS）、差示掃描量熱儀（DSC）和X-射線衍射儀（XRD）等技術手段探究凍藏誘導酵母損傷對面包烘焙品質及老化的影響，為深入揭示冷凍面團品質劣變機制以及后續制定減少冷凍面團酵母損傷的調控方案提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

高筋小麥粉（蛋白質含量為14.3％，水分含量為12.3％）：益海嘉里金龍魚食品集團股份有限公司;耐高糖干酵母：安琪酵母股份有限公司;食用鹽：江蘇省鹽業集團有限責任公司;白砂糖：太古糖業（中國）有限公司;磷酸二氫鉀、甲醇、乙腈、乙酸鈉：國藥集團化學試劑有限公司;2，4，6-三甲基吡啶：Sigma-Aldrich（上海）貿易有限公司。

1.2 儀器與設備

SM-25型和面機：新麥機械（無錫）有限公司;TA.XT Plus質構儀：Stable Micro System;pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;GCMS-QP2010NX氣質聯用儀：日本島津公司;HITACHI DSC 7000X差示掃描量熱儀：SII Nano科技有限公司;D2 PHASER X射線衍射儀：德國Bruker AXS有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 面團的制備

參照GUO等［9］的方法制備面團，面團基礎配方為：小麥粉100.0 g、酵母1.5 g、蔗糖6.0 g，食用鹽1.0 g及去離子水60 g。獲得酵母面團（FYD），以無酵母的面團（NYD）作為對照。將面團置于溫度設定為-20 ℃的冰箱內，凍藏0、30、60和90 d。為了排除凍藏本身對面團結構的影響，將凍藏處理后的NYD添加新鮮酵母制備的面團（NYD-FY）作為對照。

1.3.2 面包的制作

將冷凍面團于室溫下解凍1 h后，醒發（溫度38 ℃、相對濕度80％）90 min，焙烤12 min（上火溫度為190 ℃;下火溫度為210 ℃），冷卻至室溫后放于4 ℃冰箱內儲藏7 d待測。

1.3.3 指標測定

準確稱取5 g解凍后的面團樣品，加入20 g去離子水，均質后測定面團pH值。然后離心取上清液（4 000 r／min，10 min），采用高效液相色譜儀測定有機酸含量。

參照《面包質量通則》（GB／T 20981—2021），采用油菜籽替代法測定面包比容。參照《食品中水分的測定》（GB／T 5009.3—2016），采用直接干燥法測定水分含量，并利用下列公式計算水分損失速率。水分損失速率（％／天）=（新鮮面包芯水分含量-儲藏后面包芯水分含量）／儲藏天數×100。

參照張怡蕓等［10］的方法測定面包芯質構，并利用下列公式計算面包老化速率。面包老化速率（g／天）=（儲藏后面包芯硬度-新鮮面包芯硬度）／儲藏天數。

參照羅威等［11］的方法測定面包芯揮發性風味物質的含量。參照康吉平等［12］的方法測定面包芯回生焓值。采用X-射線衍射測定面包芯淀粉結晶度，結果采用MDI Jade 5.0軟件進行分析。

1.4 數據分析

所有實驗至少進行3次。采用SPSS 23.0對數據進行統計分析，結果用平均值±標準差表示，采用Origin 2021進行作圖。

2 結果與討論

2.1 凍藏對面團pH值和有機酸含量的影響

面團的pH值和有機酸含量與面團發酵及烘焙品質密切相關。未凍藏的FYD面團pH值為5.67，明顯低于相同條件下NYD面團樣品pH值（6.07），表明面團pH值的變化主要取決于酵母的生長和代謝活動，隨著凍藏時間的延長，FYD面團的pH值顯著下降（Plt;0.05）;凍藏90 d后，FYD和NYD面團的pH值分別下降至5.37和6.00。由圖1可知，FYD面團中有機酸含量隨凍藏時間的延長而顯著增加（Plt;0.05），凍藏90 d后，FYD面團中乳酸、乙酸、檸檬酸和丁二酸含量分別增加44.74％、36.36％、10.53％和131.58％，其含量的增加可能是由于低溫條件下微生物和酶的生化反應并未被完全抑制，仍緩慢進行生理活動［13］;而NYD有機酸中僅丁二酸含量略有增加，其他均無顯著差異（Pgt;0.05）;上述結果表明，凍藏誘導酵母損傷是引起面團有機酸含量增加和面團pH值顯著下降的重要原因。

2.2 凍藏對面包揮發性風味物質的影響

面包風味與有機酸的組成和含量密切相關。研究表明，有機酸能夠為發酵提供適宜的酸性環境，同時為產品提供酸味和特定的風味［14］。由表1可知，凍藏90 d后，FYD中醇類、醛類和酯類物質含量分別由11 295 mg／kg下降至2 980 mg／kg、由3 229 mg／kg下降至420 mg／kg和由562 mg／kg下降至111 mg／kg，而酸類物質由85 mg／kg顯著增加至476 mg／kg。NYD樣品中僅醛類物質顯著下降，其他類型物質均無顯著差異。

由附表1可知，未凍藏的酵母面包中己醛、壬醛、苯甲醛、異戊醇、己醇、苯乙醇、辛酸乙酯、肉豆蔻酸異丁酯和2-戊基呋喃含量較高，是面包芯中主要的揮發性化合物。其中，苯甲醛主要由酵母細胞通過Ehrlich途徑產生［15］，凍藏90 d后，FYD中苯甲醛含量下降94.41％;NYD中則保持極低含量。異戊醇和苯乙醇主要由L-亮氨酸和L-苯丙氨酸在酵母作用下通過Ehrlich途徑產生［16］，可顯著增強面包香氣。凍藏90 d后，FYD中異戊醇和苯乙醇含量分別下降77.64％和79.43％;而NYD中異戊醇含量始終保持較低水平，且未檢測到苯乙醇。酯類主要來源于酵母細胞的代謝反應，凍藏后FYD中辛酸乙酯和肉豆蔻酸異丁酯均顯著下降。2-戊基呋喃是小麥面包中最具芳香活性的呋喃，主要來源于焙烤過程中的非酶促美拉德反應，凍藏后FYD中2-戊基呋喃含量顯著降低;NYD中其含量始終保持極低水平。上述結果表明面包風味主要來源于酵母的發酵代謝作用，凍藏誘導酵母損傷降低了其活性，發酵能力下降，導致面包特征風味嚴重散失。由圖2可知，不同凍藏時期不同面包樣品在坐標軸上很好區分，未凍藏的FYD分布于右下方象限，凍藏30 d和60 d的FYD分布于右上象限，凍藏90 d的FYD分布于左上象限;而凍藏不同時期的NYD樣品則集中分布于左下方象限，表明酵母對于面包風味發揮著極其重要的作用，凍藏時間不同的酵母面團的風味物質組成有著明顯差異。結合凍藏前后面包芯揮發性風味物質聚類分析熱圖（附圖1）可知，與未凍藏的樣品相比，凍藏后的FYD樣品中令人愉悅的風味物質如醇類和酯類含量急劇下降，而NYD面包的風味物質含量始終保持在較低水平。結果表明，凍藏顯著影響了酵母面團中的特征風味物質組成及含量，導致面包風味散失。

2.3 凍藏對面包烘焙品質的影響

由圖3.A可知，與未凍藏的樣品相比，FYD和NYD-FY樣品的水分含量隨凍藏時間的延長而顯著下降。凍藏90 d后，FYD和NYD-FY中水分含量分別下降了2.03％和1.71％。這可能是由于凍藏弱化了面筋網絡結構，降低了面團持水能力，使得面筋網絡結構中的結合水轉變成游離水［17］，從而提升了焙烤過程中面包芯水分散失速率。由圖3.B和圖3.C可知，與未凍藏的樣品相比，FYD和NYD-FY樣品的比容隨凍藏時間的延長而顯著降低，硬度顯著增加。凍藏90 d后，FYD和NYD-FY的比容分別下降13.70％和6.44％，硬度分別增加了130.3％和96.92％。NYD-FY面包比容下降和硬度增加主要歸因于凍藏對面筋網絡結構完整性造成的機械損傷［18］。而FYD面包品質下降則主要歸因于凍藏誘導酵母損傷及其產生的代謝產物對面團結構的損傷［3， 8-9］。由圖4可知，與未凍藏的樣品相比，凍

藏后FYD面包芯粗糙致密，伴有稀疏的大氣泡，而NYD-FY面包芯結構明顯好于FYD，這與上述面包烘焙品質結果保持一致。上述結果表明，凍藏誘導酵母損傷加速了面團品質的下降，對面包烘焙品質產生不利的影響。

2.4 凍藏對儲藏期面包老化速率的影響

由圖5.A和圖5.B可知，與未凍藏的樣品相比，FYD和NYD-FY面包老化速率隨凍藏時間的延長而顯著增加。凍藏90 d后，FYD和NYD-FY面包老化速率分別增加201.0％和134.3％，這與面包芯水分散失速率的變化趨勢保持一致。研究表明，儲藏過程中面包芯中的水分發生遷移，部分游離水轉變為結合水，參與淀粉重結晶［19］，導致面包芯硬度增加。此外，面筋蛋白含量與面包持水能力密切相關［20］，凍藏引起的面筋網絡結構損傷改變了水分分布［21］，從而提升了NYD-FY面包的面包老化速率和水分散失速率。與NYD-FY相比，FYD面包老化速率更高，表明凍藏誘導酵母損傷加速了面筋網絡結構的損傷和水分的重新分布［9］，從而導致面包老化程度上升。

2.5 凍藏對儲藏期面包淀粉回生的影響

由圖5.C可知，與未凍藏的樣品相比，FYD和NYD-FY面包回生焓值隨凍藏時間的延長而顯著增加。凍藏90 d后，FYD和NYD-FY面包芯回生焓值分別增加了42.44％和27.30％，表明凍藏處理提高了淀粉重結晶程度。與NYD-FY相比，FYD面包的回生焓值增加，這可能是由于凍藏期間酵母損傷引起的蛋白網絡結構弱化作用促進了淀粉重結晶過程［9，22］，從而導致面包老化程度上升。由圖5.D可知，與未凍藏的樣品相比，FYD和NYD-FY面包相對結晶度隨凍藏時間的延長而顯著上升。凍藏90 d后，FYD和NYD-FY面包相對結晶度分別上升了22.70％和17.20％，這與上述回生熱焓值的變化趨勢保持一致。結果表明凍藏誘導酵母損傷導致面筋蛋白-淀粉相互作用［21］，加速淀粉回生，從而縮短面包貨架期。

3 結論

基于凍藏誘導酵母損傷對冷凍面團面包烘焙品質和老化的影響研究表明：凍藏誘導酵母損傷引起面團中有機酸含量顯著增加，導致面團pH值下降。凍藏處理后，面包芯揮發性風味物質含量顯著降低，產生令人愉悅氣味的醇類和酯類物質的含量急劇下降，導致面包風味散失。凍藏誘導酵母損傷弱化面筋網絡結構，促使面包比容縮小、硬度增加，同時弱化了面團水合能力，提升了儲藏期面包老化程度。綜上所述，凍藏期間酵母損傷對面團面包烘焙品質及老化產生不利的影響。本研究為闡明冷凍面團品質劣變機制以及品質調控提供了理論依據。

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Effect of frozen storage on bread quality and staling properties

GUO Lunan， PAN Wei， WANG Yihang， LIU Guodong， WU Chunsen

（School of Food Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225127， China）

Abstract：

The effect of yeast damage induced by freezing on bread baking quality and staling were evaluated through high-performance liquid chromatography， texture analysis， headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry， differential scanning calorimetry， and X-ray diffraction. The results showed that the organic acid content of yeasted dough increased significantly with extended frozen storage time， resulting in a decrease in dough pH. The contents of pleasant odor compounds in the bread crumb were remarkably decreased， promoting the loss of bread flavor. Additionally， reductions in bread specific volume， and drying and hardening bread crumb were observed， accompanied with elevated rates of moisture loss and staling degree of stored bread. Therefore， yeast damage induced by freezing is an important factor leading to the deterioration of frozen dough quality.

Key words：

frozen dough; yeast; bread quality; staling

（責任編輯：趙 勇）

收稿日期：2024-08-19 *通信作者

基金項目：國家自然科學基金青年項目（32202085）;國家自然科學基金面上項目（32372212）;江蘇省優青項目（BK20220115）;揚州“綠揚金鳳計劃”優秀博士（YZLYJFJH2021YXBS172）

作者簡介：

郭璐楠，女，揚州大學食品科學與工程學院講師，博士，主要從事谷物加工研究，E-mail：guolunan@yzu.edu.cn;

吳春森，男，揚州大學食品科學與工程學院副教授，博士，主要從事谷物加工研究，E-mail： wuchunsen@yzu.edu.cn。