冷冻面团技术是一种新型的食品加工技术,是运用冷冻技术对面胚半成品进行冷冻处理并保藏一段时间,待用时经解冻,接后续流程生产至成品[1]。冷冻面团技术可以提高工作效率,减轻工人的劳动强度,增加产品的保质期,且便于食品的远程分发。然而,冷冻面团给人们带来方便快捷的同时,也带来诸多的挑战。冷冻储存过程中会导致冷冻面团的品质下降,使面包的比容变小、硬度增大、内部纹理结构气孔大小不均一等问题[2]。面团在冷冻贮藏期间,温度变化幅度可能会导致冰的重结晶,使得面筋交联度降低;水分重新分配,保水能力下降,导致面团品质的下降;同时冷冻储存期间形成的大冰晶会刺破酵母细胞,致使发酵能力下降,影响面包品质[3-4]。目前,关于改善冷冻面团品质方法有多种,包括选用品质优良的原料,改善面团生产制作、冷冻工艺,使用抗冻酵母,添加外源食品改良剂如乳化剂、酶制剂、多糖、抗冻蛋白、无机盐类等[2,5]。
海藻糖(trehalose,TR)是一种非还原性的葡萄糖二糖,是一种比较常用的糖类抗冻剂,在食品加工中具有防止淀粉回生和稳定蛋白质和脂质方面的功能,被广泛用于食品工业[6]。海藻糖有较好的水结合能力,从而可以防止细胞内和细胞外冰晶的形成;此外,海藻糖甜度不高,能够减轻产品在加工过程中的褐变[7]。关于海藻糖冷冻保护机制存在3个假设:1)水替代假设。即海藻糖可以在失水部位与氢键结合,形成保护膜,维持其原有的结构;2)玻璃态假说。即冷冻失水时,海藻糖形成玻璃态结构,分子移动性极低,蛋白质不能重排变形,从而保持稳定;3)优先排阻学说。即海藻糖优先与水结合,不直接与蛋白质相互作用,使他们从蛋白质分子中的溶剂化层排除出来,蛋白质可移动性降低,构象更加紧密、结构更稳定[8]。目前,已有研究表明,在面包老化过程中添加海藻糖,能够有效延缓面包老化和品质下降[9]。
卡拉胶是一种水溶性线性硫酸多糖,具有良好的稳定性和成胶性能。卡拉胶寡糖(carrageenan oligosaccharide,CGO)是卡拉胶的降解产物,是以1,4-α-D-半乳糖和1,3-β-D-半乳糖交替连接形成的骨架结构,根据半乳糖中是否含有内醚以及半乳糖上硫酸基的数量和连接位置不同,卡拉胶寡糖可以分为7种类型,其中最常见的是κ-、ι-和λ-型。卡拉胶寡糖具有多种生理活性、分子质量小、水溶性较好等优良特性,在生物医药领域已表现出较好的应用前景[10]。卡拉胶及其寡糖可以与冰晶相互作用,在冷冻储存期间抑制肌肉组织中冰晶的生长和重结晶;卡拉胶寡糖糖链中具有亲水羟基,非共价作用力将水分子和羟基结合在一起,减少冰晶的形成[11]。目前,有研究表明卡拉胶寡糖可用于冷冻水产品贮藏,对肌球蛋白和肌浆蛋白的结构有明显的保护作用,可作为一种替代的抗冻剂应用于南美白对虾的加工中[12]。但其对于保护冷冻面团还未见报道。
本文以冷冻面团发酵特性、蛋白质二级结构、微观结构、面包的比容、质构特性等为指标,研究不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团在冻藏期间稳定性及烘焙特性的影响,为海藻糖和卡拉胶寡糖在改善冷冻面团贮藏稳定性中的应用提供理论依据,同时也为海藻糖和卡拉胶寡糖在冷冻面团的应用中的复配提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
小麦粉(蛋白质13.7 g/100 g、脂肪1.2 g/100 g、碳水化合物73.3 g/100 g),中粮国际有限公司广州分公司;全麦粉(蛋白质15.6 g/100 g、脂肪1.1 g/100 g、碳水化合物73.2 g/100 g、膳食纤维5.6 g/100 g),内蒙古五原县塞鑫面业有限公司;海藻糖,河南万邦实业有限公司;酵母,安琪酵母股份有限公司;卡拉胶寡糖ι-型(1.4 kDa),青岛博智汇力生物科技有限公司;黄油,中粮东海粮油工业有限公司;白砂糖,广州华糖食品有限公司;食盐,市售。
海氏HM780厨师机,青岛汉尚电器有限公司;TF-16发酵箱,北京德顺致诚厨房设备有限公司;Rational 万能蒸烤箱,莱欣诺有限公司;DHR-2流变仪,上海TA仪器有限责任公司;Meso QMR23-060H 核磁共振成像分析仪,上海纽迈电子科技有限公司;Frontier傅立叶变换红外光谱仪,铂金埃尔默仪器有限公司;JSM-7800F热场发射扫描电镜,日本电子株式会社;TA.XT.Plus 质构仪,英国SMS公司。
1.2 实验方法
1.2.1 冷冻面团的制备要点
面粉500 g(375 g小麦粉、125 g全麦粉)、40 g白砂糖、4 g食盐、7.5 g酵母、40 g黄油作为基本配方,在厨师机中加入适量水搅拌成面团,将面团均匀分割成150 g并包裹保鲜膜。在-40 ℃下速冻2 h后于-18 ℃下保存,冻藏时间分别为0、2、4周,在4 ℃冰箱内解冻后进行下一步测定[2]。海藻糖添加量为面粉质量的1%、1.5%、2%;卡拉胶寡糖添加量为面粉质量的0.3%、0.5%、0.8%,以未添加海藻糖和卡拉胶寡糖的面团作为对照组。
1.2.2 面包制作工艺
参考GB/T 14611—2008《粮油检验 小麦粉面包烘焙品质试验 直接发酵法》制作面包。将新鲜以及冻藏后经解冻的面团放入温度35 ℃、湿度为85%的发酵箱中发酵90 min,烤箱温度170 ℃,烘烤时间20 min。室温下冷却2 h后,测定指标。
1.2.3 冷冻面团发酵特性测定
参考程毛等[13]的方法,冷冻面团解冻揉均后,取10 g样品放入50 mL量筒中,记录初始体积,将量筒放入温度35 ℃、湿度85%的发酵箱中发酵,每30 min测定一次面团的发酵体积,并记录其体积(mL)。
1.2.4 冷冻面团动态流变特性测定
参照臧梁等[14]的方法,2个平行板(直径40 mm)之间以1 mm的间隙加载面团,使流变仪夹具下降至预设间隙,修剪多余的边缘,并使用硅油涂在面团边缘,以免水分散失,夹具下降开始测试。实验条件:形变量为0.5%,测定温度25 ℃,扫描频率为0.1～80 Hz,以评价面团的流变学特性随冷冻储存期的变化。
1.2.5 冷冻面团水分分布测定
取不同冻藏时间的冷冻面团,面团用保鲜膜包住,以避免失水对实验结果的影响。用CPMG序列测量松弛时间(T2)[14],实验参数为:等待时间(TW)为7 000 ms;回波时间(TE)为0.15 ms;重复扫描次数(NS)为4;回声次数(NECH)为2 800。
1.2.6 冷冻面团二级结构测定
将冷冻干燥面团样品(新鲜、2周、4周)粉碎研磨,样品与溴化钾以1∶100的质量比混合,然后在玛瑙研钵中粉碎,压成透明均一的晶片[3]。FTIR测试参数如下;光谱从400 cm-1到4 000 cm-1扫描,分辨率为4 cm-1,扫描次数为32次。选取酰胺Ⅰ带的吸收峰(1 600～1 700 cm-1)进行分析。
1.2.7 冷冻面团微观结构测定
参考龚维[2]的方法,使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察海藻糖、卡拉胶寡糖、对照组冷冻面团的微观结构。将样品冷冻干燥后,进行喷金后置于SEM下观察(电压10 kV)。
1.2.8 面包比容测定
采用菜籽置换法计算面包比容[14]。面包在室温下冷却2 h,称重并测量其体积。按公式(1)计算:
(1)
式中:P,面包比容,mL/g;V,面包体积,mL;m,面包质量,g。
1.2.9 面包质构测定
参考LI等[15]的方法,略作修改。面包使用切片机切片,取中间面包片进行质构测定。实验测试条件为:探头型号P/50;测试前、中、后速度分别为2、1、5 mm/s;触发力为5 g;应变为25%。
1.2.10 面包内部纹理结构的测定
参考王沛[16]的方法并略作修改。面包切片后用扫描仪进行扫描,并对每张图片的中间部分(3 cm×3 cm)进行裁剪。然后,在通过Image J软件分析。图像分辨率设置为600 dpi,计算气孔密度、气孔均面积和孔隙率。
1.3 数据处理
所有数据为3次平行测量的平均值,数据采用平均值±标准差表示。用Origin 2021进行作图,SPSS 22.0软件进行显著检验(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团发酵特性的影响
从图1可以看出冷冻面团发酵体积随冻藏时间和改良剂添加量变化而变化,随着海藻糖和卡拉胶寡糖添加量的逐渐增大,发酵体积呈上升趋势,在海藻糖添加量为1.5%、卡拉胶寡糖添加量为0.5%时达到最大值,发生该现象的原因可能是过量的海藻糖抑制酵母发酵[17];且添加卡拉胶寡糖的发酵体积高于海藻糖发酵体积。在整个发酵过程中,添加海藻糖和卡拉胶寡糖组别的冷冻面团其发酵体积均高于对照组。冷冻面团在冻藏4周后,发酵体积下降;这是因为在冻藏期间,温度波动使冰晶重结晶,这种大冰晶会刺穿酵母细胞,导致酵母的发酵能力下降;而长时间的冻藏也破坏面筋网络结构,使面团的持气性减弱[4]。海藻糖可以提高玻璃化转化温度,在冷冻过程中更易形成玻璃态,减少冻藏期间冰晶的形成[18-19]。而研究也表明,糖类冷冻保护机理可能为:糖类中羟基可使自由水转变为束缚水,降低“共晶点”温度,减少冰晶形成,形成一个不完全冻结区域[20]。
a-海藻糖;b-卡拉胶寡糖
图1 不同比例TR和CGO对冷冻面团发酵特性的影响
Fig.1 Effects of different ratios of TR and CGO on fermentation characteristics of frozen dough
注:小写字母代表同一冻藏时间不同浓度下数据具有差异显著(P<0.05);大写字母代表不同冻藏时间同一浓度下数据具有差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团流变特性的影响
面团的流变特性是面团特性的重要指标之一,它能系统地反映面团在冷冻储藏过程中黏弹性的变化,是面团能够有效容纳CO2并产生高比容面包的关键特性[21]。如图2所示,弹性模量G′和黏性模量 G″分别表示了面团弹性和黏性特质,冷冻面团在0.1～80 Hz对黏弹性行为的影响显示,对于研究的所有样品,G′总是大于G″,这表明面团以弹性为主。随着冷冻时间的延长,面团样品的G′和G″值显著下降,表明面团的流变特性在冷冻过程中变差,这是因为面团可冻水含量和水分流动性的增加,以及冷冻储存过程中冰重结晶和面筋网络结构的退化,导致面筋的黏弹性降低和流变特性恶化[22]。在未冻藏以及冻藏4周后,海藻糖和卡拉胶寡糖组的G′和G″显著高于对照组,二者均可以保护面筋网络结构。海藻糖可以在生物分子失水部位以氢键形式连接,形成一层保护膜替代损失的水膜,维持其原有结构[8]。卡拉胶寡糖也可以减少冻藏期间冰晶的形成[23],抑制冷冻对面筋网络的机械损伤,形成更稳定的网络结构。
a-TR弹性模量;b-CGO弹性模量;c-TR黏性模量;d-CGO黏性模量
图2 不同比例TR和CGO对冷冻面团弹性模量和黏性模量的影响
Fig.2 Effect of different ratios of TR and CGO on elastic modulus and viscosity modulus of frozen dough
2.3 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团水分分布的影响
冷冻面团的横向弛豫时间(T2)和水分分布状态如图3所示,共有4个峰,T2值在0.1～0.7 ms(T21)和0.8～4.8 ms(T22)代表了在冻藏期间几乎不流动的结合水,在5～40 ms (T23)之间代表可以迁移形成冰晶的半结合水,第4个峰50～140 ms (T24)代表可以立即冻结的自由水[4]。如图3所示,在冻藏4周后,T21、T22的向右移动,表明T2值增大,水的流动性增强[22]。
a-冻藏0周T2弛豫时间分布变化图;b-冻藏4周T2弛豫时间分布变化图
图3 不同比例TR和CGO对冷冻面团储藏过程中
T2分布与变化的影响
Fig.3 Effects of different ratios of TR and CGO on T2distribution and variation during frozen dough storage
根据表1可以看出,冻藏0周和4周,A21、A22和A23的总积分面积分布没有显著差异(P>0.05),表明结合水和半结合水含量受冷冻贮藏的影响较小。然而随着冻藏时间的延长,A24的峰面积在增大,表明在冷冻贮藏过程中产生了更多的自由水。长时间冻藏使冰重结晶减少了面筋的交联,从而削弱了面团面筋的结合水能力[3],自由水含量增加。冻藏4周后, 海藻糖-1.5%和卡拉胶寡糖-0.5%组水分波动最小,自由水分别升高5.27%、1.17%。而对照组自由水升高22.42%。表明海藻糖和卡拉胶寡糖在一定程度上削弱了面团在冻藏阶段的水分流动性。海藻糖具有两个高灵活性的葡萄糖单体,因而是一个高效的氢键供体,可以与水形成紧密的复合物,降低自由水的数量[2];卡拉胶寡糖中的游离羟基促进自由水转变为结合水,降低“共晶点”温度,减少冰晶体的形成量[23]。海藻糖和卡拉胶寡糖的多羟基结构与面团体系水分子结合更紧密,减少冻藏期间冰晶和自由水的数量,可能对改善冷冻面团品质和面包口感有一定的作用,使面包硬度降低,口感松软适口,组织细腻,弹性较好[18]。
表1 不同比例TR和CGO对冷冻面团3种状态水含量的影响
Table 1 Effects of different ratios of TR and CGO on the percentage of water in the three states of frozen dough
冻藏时间组别A21A22A23A240周对照4.26±0.74Aa13.28±1.95Aa77.90±1.97Aa4.55±0.27BaTR-1%4.55±0.39Aa14.57±1.12Aa76.51±1.11Aa4.36±0.08BaTR-1.5%5.05±1.56Aa13.31±0.84Aa77.09±2.01Aa4.55±0.32AaTR-2%4.69±0.70Aa13.36±0.84Aa77.08±0.47Aa4.87±0.35AaCGO-0.3%4.86±0.64Aa14.23±1.58Aa76.45±1.71Aa4.46±0.16BaCGO-0.5%5.71±0.26Aa13.13±2.35Aa77.71±2.88Aa3.43±0.39AbCGO-0.8%5.85±0.85Aa13.75±1.89Aa76.97±2.25Aa3.43±0.48Ab2周对照4.01±1.06Ab13.16±1.33Aa77.54±2.00Aa5.29±0.36ABaTR-1%4.13±0.59Ab14.30±1.23Aa76.79±1.05Aa4.79±0.27ABabTR-1.5%5.10±0.59Aab13.93±2.69Aa76.76±2.95Aa4.20±0.32AbTR-2%4.71±0.26Aab13.74±2.21Aa77.17±2.82Aa4.38±0.47AbCGO-0.3%4.52±0.10Aab14.15±2.34Aa76.91±2.71Aa4.41±0.43BbCGO-0.5%5.91±1.83Aa13.08±1.40Aa77.71±2.27Aa3.30±0.17AcCGO-0.8%5.36±0.32ABab13.83±0.70Aa77.39±0.72Aa3.43±0.33Ac4周对照3.83±0.35Aa11.67±1.85Aa78.92±2.06Aa5.57±0.46AaTR-1%4.08±0.88Aa11.22±2.85Aa79.45±3.98Aa5.25±0.43AadTR-1.5%5.06±2.33Aa12.11±2.61Aa78.04±3.98Aa4.79±0.67AbTR-2%4.65±0.29Aa14.16±0.30Aa76.04±0.32Aa5.15±0.30AabCGO-0.3%4.47±0.17Aa14.35±2.16Aa76.11±2.07Aa5.07±0.05AabCGO-0.5%5.43±0.54Aa13.07±2.97Aa78.04±3.44Aa3.47±0.36AcCGO-0.8%4.33±0.36Ba14.01±0.28Aa77.74±0.62Aa3.90±0.07Ac
注：同列小写字母代表同一冻藏时间不同浓度下数据具有差异显著(P<0.05);大写字母代表不同冻藏时间同一浓度下数据具有差异显著(P<0.05)(下同)。
2.4 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团蛋白质二级结构的影响
1 650～1 660、1 610～1 640、1 660～1 700和1 640～1 650 cm-1区域的吸收峰面积分别归属于α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲[24]。图4显示了不同处理组在不同冻藏时间的蛋白质二级结构相对含量的变化,冻藏4周后面筋蛋白的α-螺旋相对含量在下降、β-折叠结构和β-转角百分含量增加、无规则卷曲下降;螺旋结构主要由羰基氧(—CO)和氨基氢(NH—)之间形成的氢键维持,这些氢键很可能在冷冻过程中因冰重结晶而松动,导致含量降低。α-螺旋是较为有序的二级结构,其含量的增加代表更为稳定和有弹性的蛋白结构,对面团的弹性具有一定的贡献[3]。对照组冻藏4周后,α-螺旋含量下降了45.73%,β-折叠提高了31.32%。这些变化可能是由于冻藏阶段水分迁移和冰晶重结晶,导致面筋网络结构的弱化和面团黏弹性的降低从而引起α-螺旋含量的下降;随着冷冻保存时间的延长,冷冻面团中蛋白质的二硫键被破坏,形成一些小分子物质,导致蛋白质中分子间氢键的减弱,这些小分子物质通过非共价相互作用不断发生聚集,导致β-折叠的含量增加[25-26]。添加海藻糖和卡拉胶寡糖后,α-螺旋含量下降幅度和β-折叠增加幅度较小,不同浓度的海藻糖和卡拉胶寡糖均对冷冻面团二级结构品质有所改善,海藻糖-1.5%和卡拉胶寡糖-0.5%的α-螺旋分别下降了27.13%、15.71%;β-折叠含量提高了15.51%、13.79%。KE等[25]研究菊粉对冷冻面团冷冻储藏过程中蛋白质的影响,指出在冻藏4周后,添加0%菊粉、5.0%短链菊粉和2.5%长链菊粉后,α-螺旋含量分别降低了11.76%、5.94%和0.81%,β-折叠含量分别增加了12.31%、11.52%和3.30%。这些结果表明,菊粉的加入减轻了蛋白质二级结构的破坏。海藻糖和卡拉胶寡糖的存在显著地抑制了冷冻诱导的α-螺旋的下降和β-折叠的增加,说明海藻糖和卡拉胶寡糖的加入在一定程度上可以减少α-螺旋向其他二级结构的部分转化。这种现象可能是因为海藻糖和卡拉胶寡糖可以抑制冰晶重结晶,从而减少冰晶重结晶对面筋蛋白中二硫键和氢键的损伤,从而阻止α-螺旋结构向其他结构的转化,更有利于保持蛋白质二级结构的相对稳定性,使面团更具弹性。
a-冻藏0周蛋白质二级结构的百分含量;b-冻藏4周蛋白质二级结构的百分含量
图4 不同比例TR和CGO对冷冻面团蛋白质二级结构的影响
Fig.4 Effects of different ratios of TR and CGO on the secondary structure of frozen dough proteins
2.5 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团微观结构的影响
面团是由淀粉和面筋蛋白网络组成的复合体系,添加海藻糖和卡拉胶寡糖对冷冻面团微观结构的影响如图5所示。在这个体系中,球形淀粉颗粒被包裹在面筋网络结构中,形成稳定的网络结构[22],在这些图像中观察到不同面团样品的微观结构存在差异。未添加海藻糖和卡拉胶寡糖的冷冻面团的扫描电子显微镜显示,许多大小不一的淀粉颗粒紧密嵌入面筋网络结构中,表面凹凸不平;添加海藻糖和卡拉胶寡糖后,面团的面筋结构略有增密。在冻藏4周后,对照组的面筋膜明显变薄,显微结构中出现大的凹陷,淀粉粒裸露,表明面筋网络结构被破坏[25]。添加海藻糖和卡拉胶寡糖的冷冻面团中的冰晶对面筋膜结构的破坏比对照组要小。如图5-b、图5-c所示,添加海藻糖-1.5%和卡拉胶寡糖-0.5%的冷冻面团在冻藏4周发生了变化,淀粉颗粒仍然较均匀地嵌入到面筋膜上,膜相对完整,孔洞较少。在冷冻储藏过程中,面团中水分结晶或重结晶形成的冰晶也会对面筋网络结构造成不可逆转的破坏,会导致淀粉颗粒从面筋结构中分离出来,并产生大量空隙;冰晶融化后,面团的面筋膜上会出现孔洞。此外,死亡和受伤的酵母释放的具有还原性质的物质可能导致面筋网络的解聚[25, 27]。海藻糖和卡拉胶寡糖可以抑制再结晶,影响冰晶的生长状态,从而保护面筋蛋白的网络结构。抑制冰晶在冷冻阶段的重结晶,对改善冷冻食品具有显著作用,使网络结构更加连续和完整,从而避免对微观结构的机械损伤。低频核磁共振结果表明,海藻糖和卡拉胶寡糖可以使面团水分分布更加均匀,说明在面团中加入海藻糖和卡拉胶寡糖后,面团在冷冻过程中形成的冰晶较小,从而减少了面团在冷冻过程中对微观结构的破坏。
A-对照;B- TR-1.5%;C-CGO-0.5%冻藏0周冷冻面团微观结构;a-对照;b-TR-1.5%;c-CGO-0.5%冻藏4周冷冻面团微观结构
图5 不同比例TR和CGO对冷冻面团微观结构的影响
Fig.5 Effects of different ratios of TR and CGO on the microstructure of frozen dough
2.6 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对面包比容的影响
比容是评价面包品质的关键因素,可以定量描述面包的烘焙性能。从图6可以看出冷冻面团随着冻藏时间的增加,面包比容呈下降趋势,可能是因为在冻藏过程中,冰晶重结晶,酵母细胞被破坏,影响产气能力,使持气能力下降,最终导致面包比容变小[4]。在相同的冻藏条件下,添加海藻糖和卡拉胶寡糖组别的面包比容明显高于对照组。面团未冻藏时,对照组比容为4.31 mL/g,海藻糖-1.5%和卡拉胶寡糖-0.5%组比容最高为4.61、5.00 mL/g,添加海藻糖和卡拉胶寡糖的能够提高面包的比容。在冻藏4周后,对照组、海藻糖-1.5%组、卡拉胶寡糖-0.5%组其比容分别为2.98、3.62、4.21 mL/g,分别下降了30.86%、21.48%、15.80%。在冻藏4周后,所有组别面包的比容均出现下降趋势,但添加海藻糖和卡拉胶寡糖组别的面包比容大于对照组,说明二者的添加能够有效延缓了冻藏对发酵特性的破坏,即减缓冻藏对冷冻面团面包比容的降低。卡拉胶寡糖对于维持面团的持气性效果好于海藻糖,这与上述发酵特性研究结果一致。
a-海藻糖;b-卡拉胶寡糖
图6 TR和CGO对面包比容的影响
Fig.6 Effect of TR and CGO on the specific volume of bread
2.7 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对面包质构的影响
使用质构分析仪对面包屑进行双重压缩可以模拟咀嚼过程中的食物变形,直观反映面包的口感和冷冻面团贮藏的稳定性。由图7可知,面包硬度随着冻藏时间的延长而增加,弹性下降,这是因为在冻藏期间面包水分发生变化,水分含量下降,淀粉重结晶影响面筋网络结构以及面包屑无定形区域中聚合物的重组,使面包弹性下降及硬度增加[28]。在相同冻藏条件下,添加不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖组别的面包弹性大于对照组,硬度小于对照组。冻藏4周后,对照组、海藻糖-1.5%组、卡拉胶寡糖-0.5%组面包硬度分别为 920.00、616.08、489.43 g,分别升高了127.12%、101.41%、76.76%;对照组、海藻糖-1.5%组、卡拉胶寡糖-0.5%组面包弹性分别为0.89、0.92、0.95,分别下降了6.01%、4.64%、3.20%。说明加入海藻糖和卡拉胶寡糖,降低了面包硬度,增加了弹性,改善了面包的品质。可能是因为水和海藻糖之间的相互作用抑制了淀粉颗粒的膨胀和面筋蛋白的吸水,从而对面筋网络的形成产生影响[18];卡拉胶寡糖中的羟基通过非共价键力(水约束效应)结合水分子,减少冰晶的形成和生长[29]。总的来说,二者都可以维持冷冻面团的水分稳定,影响面包的质构特性,改善面包的品质。
a-不同海藻糖添加量对面包硬度的影响;b-不同卡拉胶寡糖添加量对面包硬度的影响;c-不同海藻糖添加量对面包弹性的影响;d-不同卡拉胶寡糖添加量对面包弹性的影响
图7 不同比例TR和CGO对面包硬度及弹性的影响
Fig.7 Effects of different ratios of TR and CGO on bread hardness and elasticity
2.8 不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖对面包气孔分布的影响
图8反映了冷冻面团面包的碎屑结构,最暗部分代表气体细胞,最亮部分代表细胞壁。
a-不同冻藏时间下面包切片扫描图;b-Image J软件分析后的图像
图8 不同比例TR和CGO对面包气孔纹理结构的影响
Fig.8 Effects of different proportions of TR and CGO on the texture structure of bread pores
孔隙率(气孔面积/视野面积,%)代表整个面包中气孔的体积百分比,它与面包的高度正相关;而气孔密度(气孔数/视野面积,个/cm2)代表整个面包中的气孔数量[30]。未冻藏的面包气孔数量多,且大小均匀,冻藏后的面包局部出现大气孔且大小变得不均一。与未冷冻面包样品相比,冷冻处理导致气孔密度降低、气孔均面积增大、孔隙率变小,这与冷冻后面筋-淀粉基质的完整性降低导致持气性降低有关[30]。在相同冻藏条件下,添加不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖后,面包中的气孔相比于对照组分布更为均匀。冻藏4周后,海藻糖-1.5%气孔密度最高为106.30个/cm2、气孔均面积为0.24 mm2、孔隙率为25.94%(表2);卡拉胶寡糖-0.5%气孔密度最高为110.96个/cm2、气孔均面积为0.23 mm2、孔隙率为25.93%(表3)。而对照组在冻藏4周气孔密度为52.33个/cm2,下降了52.17%;气孔均面积为0.38 mm2,提高了65.22%;孔隙率为19.58%,下降了22.73%,这说明冻藏对冷冻面团有一定的伤害作用,进而影响面包气孔分布,这与臧梁等[14]研究结果一致,在冷冻面团中添加海藻酸丙二醇酯后,随着冷冻时间的增加,面包横切面孔隙表面干燥且不均匀,从绵密均匀细小的孔隙逐渐变为大小不一,添加海藻酸丙二醇酯后,使得冷冻面团面包的气孔纹理结构变化缓慢,延缓了面包品质劣变。添加海藻糖和卡拉胶寡糖后可以延缓冻藏对面包内部气孔纹理结构的破坏,可能是因为海藻糖和卡拉胶寡糖[29]具有更好的保水性,可以在冷冻储存期间保护面筋,减少对面筋网络的破坏,有助于保持面筋网络的强度和促进气孔的均匀[14]。
表2 不同比例TR对冷冻面团面包气孔纹理结构的影响
Table 2 Effect of different proportions of TR on the texture structure of frozen dough bread pores
指标海藻糖添加量/%未冻藏冻藏2周冻藏4周气孔密度/(个·cm-2)0109.41±3.45Ab84.70±1.67Bb52.33±4.41Cb1.0122.15±5.37Aa113.15±1.22ABa101.30±5.38Ba1.5127.33±6.00Aa118.22±4.63ABa106.30±3.64Ba2.0126.63±2.45Aa115.67±5.67ABa102.82±3.02Ba气孔均面积/mm200.23±0.01Ca0.27±0.02Ba0.38±0.02Aa1.00.23±0.02Ba0.24±0.01ABb0.25±0.03Ab1.50.23±0.05Ba0.24±0.01ABb0.24±0.00Ab2.00.23±0.05Ba0.24±0.00ABb0.25±0.00Ab孔隙率/%025.34±0.78Ab22.77±1.80Bb19.58±0.51Cb1.028.22±0.78Aa27.49±1.32Aa25.20±0.69Ba1.529.10±0.59Aa27.88±1.46Aa25.94±0.54Ba2.028.95±0.14Aa27.57±1.36Aa25.46±0.63Ba
表3 不同比例CGO对冷冻面团面包气孔纹理结构的影响
Table 3 Effect of different proportions of CGO on the texture structure of frozen dough bread pores
指标卡拉胶寡糖添加量/%未冻藏冻藏2周冻藏4周气孔密度/(个·cm-2)0109.41±3.45Ab84.70±1.67Bc52.33±4.41Cb0.3133.15±7.45Aa123.63±1.21Ab107.19±1.00Ba0.5137.93±4.72Aa128.48±2.03Aa110.96±0.72Ba0.8133.67±3.67Aa126.67±1.39Aab108.48±3.28Ba气孔均面积/mm200.23±0.01Ca0.27±0.02Ba0.38±0.02Aa0.30.22±0.03Ba0.23±0.01ABb0.24±0.00Ab0.50.22±0.01Ba0.22±0.01ABb0.23±0.00Ab0.80.22±0.01Ba0.22±0.00ABb0.24±0.00Ab孔隙率/%025.34±0.78Ab22.77±1.80Bb19.58±0.51Cb0.328.79±0.84Aa27.86±0.99Aa25.80±0.44Ba0.529.70±1.08Aa28.31±1.22Aa25.93±0.44Ba0.829.02±0.98Aa28.25±0.76Aa25.82±0.61Ba
3 结论与讨论
本文通过添加不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖探究冷冻面团在冻藏期间稳定性以及对面包烘培特性的影响。研究发现,添加不同比例海藻糖和卡拉胶寡糖能够显著改善冷冻面团的发酵特性及流变特性;在海藻糖和卡拉胶寡糖存在的情况下减少冷冻面团中冰晶的形成和重结晶,延缓β-折叠相对含量的上升、α-螺旋相对含量的下降;扫描电子显微镜图像也证实,海藻糖和卡拉胶寡糖的添加可以使面筋蛋白孔洞减少且大小均匀,网络结构完整性和连续性也相对提高,改善了面包的烘焙特性;尤以卡拉胶寡糖-0.5%的效果最为显著。卡拉胶寡糖可作为冷冻面团生产中的改良剂,具有良好的发展前景。但在冻藏4周后面团的品质仍出现了劣化,后续可探索卡拉胶寡糖与其他冷冻改良剂复配使用,为全谷物冷冻面团产品提供理论参考。
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