冷冻面团技术是指运用冷冻原理与技术对面坯半成品进行冷冻处理并冷冻保藏一段时间,待用时解冻,再衔接后续加工流程生产出成品的新工艺[1]。冷冻面团技术突破了传统生产流程需要一气呵成的制约,具有方便快捷、保质期长、利于标准化、适合连锁生产的特点,满足了现代食品业规模化生产和人们对食品新鲜度及安全性的需要,是传统发酵面制品工业化的发展方向[2]。冷冻能延长面团的保质期,但冷冻环节中的冰晶形成和重结晶也会损害面团的品质,如降低酵母菌发酵活力、破坏面筋网络结构,从而影响面团与最终产品质量[3]。目前,研究者已研究通过筛选优良抗冻剂、选育耐冻酵母菌株、改良面团发酵及冷冻工艺等方式改善面团冷冻损害,而添加合适的抗冻保护剂仍被认为是最有效途径[3-5]。
鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)是我国主要的养殖鱼类之一,也是最典型的大宗低值淡水鱼,目前加工利用途径较少[6]。在鲢鱼的高值化利用研究中,课题组发现鲢鱼酶解产物(silver carp muscle hydrolysate,SCMH)是一种优良的抗冻剂[7-8],能显著抑制肌原纤维蛋白的冷冻变性[9];同时对酵母菌[7]、乳酸菌[8]等微生物细胞均具有抗冻保护效果,将其加入冷冻面团中能显著缩短冻融后面团的醒发时间,提高冷冻面团面包的比容和感官品质[10]。然而,刘伟等[11]的研究也表明,SCMH中潜在的还原性肽(抗氧化性)会损害面粉的粉质特性,从而对面团的流变特性具有负面影响。最近,研究也证实了SCMH在冷冻鱼糜中的抗冻和抗氧化双重功效[12],而抗氧化物质通常会破坏面筋网络中的二硫键,从而降低面团及其产品的品质。因此,将SCMH作为冷冻面团改良剂还需要对其抗氧化性进行必要的调控。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)是一种常用面团改良剂,其能诱导蛋白质交联,增强面筋网络结构[13],还能中和死亡酵母细胞释放的还原性物质[14],故利用GOD和SCMH协同改善冷冻面团品质具有良好的应用前景,但相关研究目前仍非常缺乏。本研究在前期研究的基础上,研究GOD协同SCMH对冷冻面团流变特性与焙烤特性等的影响及其机制,为以SCMH开发冷冻面团品质改良剂提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜鲢鱼,市售,每尾质量为(2.5±0.5) kg;白砂糖、食盐,市售;高筋小麦粉(蛋白质含量≥11.1%),克明面业股份有限公司;活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;复合蛋白酶(≥1.5 AU/g),诺维信(中国)生物技术有限公司;GOD(100 U/mg),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;总抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)试剂盒,南京建成公司;麦芽汁培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基,广东环凯微生物科技有限公司;其他试剂均为国产分析纯或生化试剂。
1.2 仪器与设备
BIOTECH-5M-7000A 酶反应器,上海保兴生物设备工程有限公司;HMJ-A35M1型和面机,小熊电器股份有限公司;UKOEO-F150醒发箱,珠海家宝德科技有限公司;JCD-5型电动压面机,浙江天喜网络科技有限公司;YXD-Z204商用箱式电烤炉,广州市三鼎金属制品有限公司;TA.XT.Plus型物性测定仪,英国Stable Micro System公司;TU-1901双光束紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;THZ-98AB恒温振荡器、恒温培养箱,上海一恒科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 SCMH的制备
参考熊思佳等[7]的方法。新鲜鲢鱼宰杀取肉,用组织捣碎机搅碎,按固液比1∶5(g∶mL)与水混匀后加入酶反应器,加入相当于鱼肉(水分质量分数按80%计)干质量3%的复合蛋白酶,在50 ℃、pH 6.5±0.05条件下水解30 min,于4 000×g离心15 min后,收集上清液冻干即得SCMH(蛋白质质量分数约为85%,水解度为13%～14%)。
1.3.2 冷冻面团的制备
参考刘伟等[11]的方法。空白组配方:面粉100 g、去离子水50 g、白砂糖5 g、食用盐1 g、干酵母0.4 g;SCMH组以等质量的SCMH溶液(40 g/L)代替去离子水,SCMH+GOD组则是将SCMH和GOD按质量比1 000∶1混合均匀,再配成40 g/L的溶液代替空白组中的去离子水。按配方称取面粉和其他原料,加入水或抗冻剂溶液,置于和面机自动和面10 min,面团分成若干个30 g的小面团,放入面包模具中压平,封口膜封口,分别进行0和4次冻融循环(-18 ℃冷冻18 h,4 ℃解冻6 h为1次冻融循环)后测定相关指标。
1.3.3 T-AOC测定
按T-AOC试剂盒说明书进行,测定时以双蒸水调零,在1 cm光径、520 nm波长下测定各管吸光度。规定在37 ℃时每分钟每毫升样品使反应体系的吸光度(OD值)每增加0.01时为一个总抗氧化能力单位。
1.3.4 抗冻活性的测定
总SCMH的抗冻活性以酵母菌冻融后的存活率表征,参考熊思佳等[7]的方法测定。制备酵母菌培养液,取1.0 mL加入预装有9.0 mL无菌水(空白组)或SCMH溶液(含40 mg SCMH)、SCMH+GOD溶液(含40 mg SCMH+GOD混合物,二者以质量比1 000∶1混匀备用),振荡混匀后制成菌悬液,进行1次冻融循环处理(-20 ℃冷冻18 h,4 ℃解冻6 h),以稀释平板计数法测定其活菌数。冻融后与冻融前酵母菌悬液中活菌数的比值即为存活率,其值越大表示抗冻活性越好。
1.3.5 面包焙烤及其外观测定
冻融0或4次的面团参照刘伟等[11]的方法醒发3 h,放入烤箱中(180 ℃,上下火)焙烤15 min,将面包从模具中倒出,室温冷却30 min,使用康尼D5600拍照观察面包外观形态。
1.3.6 面包质构特性的测定
参考程毛等[15]的方法,采用配有P/50探头的质构仪进行气质构分析(texture profile analysis,TPA)。按1.3.5节方法焙烤面包,冷却30 min后取面包中心切成高度2 cm、直径3 cm的圆柱形切片,测试前、中、后速度分别设置为3、1、3 mm/s,压缩量50%。
1.3.7 面团流变特性的测定
参考刘伟等[11]的方法采用质构仪测定。其中拉伸强度采用抗拉测试探头A/SPR测定,黏附性采用P/0.5探头测定。
1.3.8 面筋形态和性质分析
按1.3.2节的方法制备冷冻面团,分别称取0和4次冻融循环的面团,用蒸馏水反复冲洗至淀粉洗净(水完全变清),6 000 r/min离心15 min,擦干表面水分即得湿面筋;获得的面筋样品搓成团,静置15 min,拍照观察面筋静置前后的形态。
参考方英杰等[16]的方法,称取3 g左右上述湿面筋样品搓成面筋球,在球的中心挂上2个挂钩,使上下2只钩子形成对拉状态,下钩挂上18 g砝码,放入30 ℃恒温箱中观察其延伸情况,记录面筋球60 min内的延伸和断裂情况;将测完上述指标的面筋搓成5 cm左右的长条,用手捏住两端慢慢拉伸至断裂,记录拉断时的长度即为其拉伸长度。
1.3.9 数据统计与分析
每组试验进行3个平行,
表示,结果以Origin 2019软件绘图;样本均数以SPSS 26.0软件进行方差分析,先进行Welch检验(α=0.05),方差齐者用Duncan法进行多重比较,方差不齐者用Dunnet-T3分析,结果以小写字母在图表中标注,不同字母表示不同处理样本在相同冻融循环次数时差异显著(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 GOD对SCMH抗氧化能力和抗冻活性的影响
WANG等[17]研究证实了SCMH有良好的酵母菌抗冻活性,将其作为抗冻剂加入冷冻面团能显著改善冷冻面团及其产品的品质[18],但其对面团也存在一些负面影响,需要进一步调控[11]。由图1可见,SCMH的T-AOC为1 243 U/g,表明SCMH中还含有还原性物质(肽),其存在通常不利于面团面筋结构的形成和稳定,因而会损害面粉的粉质特性,导致面团拉伸强度降低、黏附性和延展性增大[11];混入GOD后,其T-AOC降低至950 U/g,主要是因为GOD能在有氧和水的条件下催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H2O2[19],而H2O2具有强氧化性,在一定程度上中和了SCMH中的还原性物质。此外,面团发酵过程中一般会产生较多葡萄糖,GOD作用的时间更长,理论上其在冷冻面团中调控SCMH抗氧化能力的效果会更显著。
图1 添加GOD对SCMH抗冻性和总抗氧化能力影响
Fig.1 Effects of GOD on the antifreeze activity and total antioxidant capacity of SCMH
注:不同大写小写字母分别表示处理间酵母存活率、平均抗氧化能力差异显著(P<0.05)。
GOD对SCMH抗冻活性的影响结果如图1所示。可见,进行冻融循环后,添加SCMH组的酵母菌存活率分别为54%,显著高于空白组(P<0.05),说明SCMH对酵母菌有良好的抗冻保护作用,与之前的研究结果是一致的[7];而在同时加入GOD后,冻融循环后酵母菌的存活率为55%,与SCMH组无显著性差异(P>0.05),说明添加GOD不影响SCMH的抗冻性,可以用于协同SCMH改良冷冻面团品质。
2.2 添加SCMH及GOD对冷冻面团面包外观的影响
面包外观直接影响消费者对面包产品的喜好程度。由图2可见,与空白组相比,含有SCMH的面包表皮呈现出更具吸引力的金棕色,说明添加SCMH能改善面包表皮色泽;主要是因为SCMH含有丰富的短肽和氨基酸,在焙烤过程中有利于发生美拉德反应,促进面包形成特有色泽[20]。而与SCMH组面包相比,添加GOD的面包表皮色泽更均匀,且冻融4次后色泽变化较小,说明GOD能协同SCMH改善面包的色泽。此外,空白组和SCMH组面包表皮均能观察到明显的塌陷与小泡,而添加GOD的面包表皮光滑,外观明显改善,这可能与GOD能增强面筋强度、改善面团的持气性能有关[21]。任顺成等[22]研究适量GOD能显著提高面包色泽,DECAMPS等[23]也发现加入适量的GOD能减少醒发后面团表面塌陷,这与本研究的结果一致。
a-0次冻融循环的空白组面包;b-0次冻融循环的SCMH组面包;c-0次冻融循环的SCMH+GOD组面包;d-4次冻融循环的空白组面包;e-4次冻融循环的SCMH组面包;f-4次冻融循环的SCMH+GOD组面包
图2 添加GOD和SCMH对冷冻面团面包外观的影响
Fig.2 Effects of adding SCMH and GOD on the appearance of bread from frozen dough
2.3 添加SCMH及GOD对冷冻面团面包质构特性的影响
面包的硬度、胶着度和咀嚼度等对其口感影响较大,这些指标通常与面团品质呈负相关[24]。由表1可见,冻融4次后,空白组面包的硬度、咀嚼度、胶着度分别从1 271 g、951和1 031变为1 759 g、1 298和1 410,分别增加了38%、36%和37%,说明冻融严重影响了冷冻面团的焙烤特性,面包比容降低[11],这主要与冻融对酵母菌活性和面筋结构的损害有关;添加SCMH后,冻融前面包的硬度、胶着度和咀嚼度与空白组相比差异不显著(P>0.05),但冻融后3个指标分别为1 563 g、1 165、1 253,增幅分别为30%、27%和28%,均显著低于空白组(P<0.05),主要是因为SCMH能抑制冰晶的形成从而阻止酵母菌死亡和面筋网络结构破坏[18]。然而,当SCMH中协同添加GOD后,冻融前面包的硬度、胶着度和咀嚼度分别为1 012 g、776和845,显著低于空白组和SCMH组(P<0.05),说明GOD能改善面包的质构特性,可能与GOD能增强面团的韧性和持气性[13],增加面包比容[23]有关,与钱金圣[25]的结果一致;冻融循环4次后,SCMH+GOD组面包的硬度、胶着度和咀嚼度增幅分别为14%、12%和15%,不仅显著低于空白组,也小于SCMH组,说明添加GOD不仅不会影响SCMH抗冻活性的发挥,还能中和冻融过程中因酵母菌死亡、蛋白结构断裂等释放出的还原性物质[26],从而更有利于冷冻面团的品质稳定。
表1 添加GOD和SCMH对冷冻面团面包质构的影响
Table 1 Effects of adding SCMH and GOD on the texture of frozen dough bread
组别冻融循环/次硬度/g咀嚼度胶着度空白01 271±134c951±107c1 031±108c41 759±150a1 298±88a1 410±106aSCMH01 204±147c914±116c982±121cd41 563±144b1 165±98b1 253±108bSCMH+GOD01 012±80d776±55d845±60d41 183±140c867±102cd988±113cd
2.4 添加SCMH及GOD对冷冻面团拉伸强度和黏附性的影响
刘伟等[11]研究表明SCMH中的还原性肽会改变面粉的粉质特性,影响面团形成和稳定,面团加入SCMH后出现拉伸强度减小,黏附性增加的现象。由图3可见,冻融前空白组面团的拉伸强度和黏附性分别为10.96 g和112.82 mN·s,而添加SCMH后面团(SCMH组)的拉伸强度(7.79 g)降低了29%,黏附性(544.44 mN·s)上升了383%,这与刘伟等[11]的结果一致,可能是SCMH中的还原性肽影响了面筋蛋白的聚合和二硫键的结构状态,从而降低了面团筋力[27]。加入GOD后,面团(SCMH+GOD组)的拉伸强度为14.22 g,显著高于SCMH组和空白组(P<0.05);而其黏附性为90.69 mN·s,较SCMH组显著降低(P<0.05),与空白组相当。这说明GOD不仅能抵消SCMH对面团流变性质的负面影响,还能明显改善面团拉伸特性,主要是因为GOD能中和面团中的还原性物质,有利于面筋蛋白形成二硫键,从而增强面筋网络结构[28]。
a-拉伸强度;b-黏附性
图3 添加GOD和SCMH对冷冻面团拉伸强度和黏附性的影响
Fig.3 Effects of adding SCMH and GOD on the tensile strength and adhesion of frozen dough
注:不同字母表示处理间均值差异显著(P<0.05)。
冻融循环4次后,空白组面团的拉伸强度下降了18%,黏附性显著上升了64%,这主要与冻融过程中冰晶的形成对面筋结构和酵母细胞的损伤有关[29];而SCMH组和SCMH+GOD组的拉伸强度分别下降了3%和8%,拉伸强度和黏度相对冻融前变化均不显著,印证了SCMH良好的抗冻保护活性,而添加GOD不会影响SCMH对冷冻面团的抗冻保护效果。
2.5 添加SCMH及GOD对冷冻面团面筋形成的影响
图4和表2记录了添加SCMH及GOD对冷冻面团面筋形成和性质的影响。可见,空白组湿面筋表面粗糙,不易搓成圆球,静置15 min后其形态变化不大,而添加SCMH组湿面筋易搓成型且表面光滑,静置后观察到明显塌陷(变大),说明SCMH对形成的面筋有软化和松弛作用;协同添加GOD后(SCMH+GOD组),湿面筋表面也较为光滑,但静置前后形态变化不大,说明添加GOD能改善SCMH对面筋的不利影响。4次冻融循环后,湿面筋变化不大,空白组面筋相对冻融前易成型、光滑,而SCMH组面筋形态变化不大,SCMH+GOD组面筋形态则相对冻融前更佳。由表2可知,SCMH组面筋球在3～4 min内发生断裂,而空白组和SCMH+GOD组面筋球均在60 min观察内未见断裂,说明SCMH中的还原性物质弱化了面筋的形成,降低了面筋弹性和韧性[30],而GOD能抵消SCMH对面筋的还原作用,重建面团所需的面筋结构。这可能是因为GOD能氧化形成面筋的蛋白质,从而增加面团中谷蛋白大聚合体(glutenin macropolymer, GMP)的含量[31],而GMP含量与面筋韧性呈显著正相关[32]。此外,面筋的延伸度关系到面团的成型能力,延伸度增加预示面团弹性和筋力变弱,醒发时的持气性下降[33];冻融前空白组面筋的拉伸长度为7.5 cm,添加SCMH后增加至11.97 cm,冻融后2组面筋的拉伸长度均有所增加,表明冻融和添加SCMH都会影响面团的延展性,这与刘伟等[11]前期的研究结果相符;冻融前SCMH+GOD组面筋的拉伸长度介于空白组和SCMH组之间,而冻融后其拉伸长度反而有所降低(7.73 cm),与冻融前空白组面筋接近,说明添加GOD能改善面筋的筋力,从而提升面团的品质。
表2 添加GOD和SCMH对冷冻面团面筋性质的影响
Table 2 Effects of GOD and SCMH on the properties of gluten in frozen dough
指标0次冻融循环4次冻融循环空白SCMHSCMH+GOD空白SCMHSCMH+GOD断裂时间/min>603.3±0.4>60>602.5±0.6>60拉伸长度/cm7.50±0.62B11.97±0.97AB9.13±2.47B8.57±2.46B14.00±5.23A7.73±0.32B
a、g-0次冻融循环的空白组湿面筋;b、h-0次冻融循环的SCMH组湿面筋;c、i-0次冻融循环的SCMH+GOD组湿面筋;d、j-4次冻融循环的空白组湿面筋;e、k-4次冻融循环的SCMH组湿面筋;f、l-4次冻融循环的SCMH+GOD组湿面筋
图4 添加GOD和SCMH对冷冻面团湿面筋形态的影响
Fig.4 Effects of GOD and SCMH on the shape characteristic of wet gluten in frozen dough
注:a～f为湿面筋静置前形态,g～l为面筋静置15 min后形态。
3 结论与讨论
SCMH具有良好的抗冻性,是一种潜在的冷冻面团抗冻剂,而且加入面团中还能改善冷冻面团面包的色泽。但SCMH的总抗氧化能力约为1 250 U/g,其加入不利于面团面筋结构的形成和稳定,从而损害面团的流变特性;添加GOD不仅不影响SCMH的抗冻活性,还使SCMH的总抗氧化能力降低至950 U/g,说明GOD能一定程度上中和SCMH的还原性。协同添加GOD后,面团拉伸强度显著提高,黏附性显著降低,湿面筋形态和延展性以及冷冻面团面包的质构特性均明显改善,表明GOD能抵消SCMH对面团流变性质和面筋形成的负面影响,从而增强了冷冻面团的品质。因此,研究结果表明利用GOD协同SCMH改良冷冻面团的品质有效可行,对推动冷冻面团技术在国内的普及和发展具有指导意义。
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