杨静洁 张 波 张影全 郭波莉 顾熟琴

(北京农学院食品科学与工程学院1,北京 102206)(中国农业科学研究院农产品加工研究所2,北京 100193)

冷冻非发酵面团一般用于中国传统面制品如速冻汤包、蒸饺、烧麦的生产，受到广大消费者的青睐[1]。冻藏过程中面团品质会逐渐发生劣变，进而降低产品食用品质，缩短了产品的货架期[2]。Bhattacharya等[3]将面团进行84 d冻藏、Phimolsiropol等[4]将面团进行118 d冻藏后，均发现冻藏过程中，面团质量降低，醒发时间延长，面团持气性下降；Rashidi等[5]研究冻藏对法棍面包质构影响发现，在45 d的冻藏期内，面包的硬度、咀嚼性逐渐增加。Gaikwad等[6]研究冷冻杂粮面包面团发现，在冻藏的45 d内，面团黏性不断上升，内聚性降低。Yi等[7]认为冻藏时间显著影响面包面团的拉伸性；Sharadanant等[8]将面团冻藏112 d后发现，冻藏时间越长，面团的最大抗拉阻力越小，延伸性越大。

目前，国内外对于发酵面团及其加工制品在冻藏期间品质的变化已经有了较为全面的研究, 但是对传统中式非发酵面团冻藏期间品质的变化鲜有报道。面团中游离巯基含量(-SH)可以反映面筋形成程度[9, 10]，面团中谷蛋白大聚体(GMP)含量决定面团面筋强度和面团特性[11]，蛋白质二级结构的变化与蛋白质的聚集行为有关[12]；流变学特性是面团最重要的特性之一，蠕变与恢复性可以反映面团加工过程中宏观结构的变化[13]。本研究将非发酵面团在-18 ℃下进行冻藏，研究不同冻藏时间对非发酵面团质构的影响，并从动态流变特性、蠕变与恢复性、游离巯基含量、谷蛋白大聚体含量、蛋白质二级结构方面探究其品质变化，为传统中式非发酵冷冻面团产品的冷冻工艺提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选用市售小偃22号小麦籽粒，采用Buhler MLU 202 实验磨制粉，出粉率约为70%。

实验用小麦粉质量性状见表1。

表1 实验用小麦粉质量性状

1.2 方法

1.2.1 面团制作

为保证面团的均一性，采用827504型粉质仪和面，当面团稠度达到500BU时取出面团，将面团分割成60 g的小面团，整形后用保鲜膜包裹，置于-30 ℃超低温冰箱中进行冷冻。当面团中心温度降至-18 ℃时，将面团转移至-18 ℃冰箱中进行冻藏备用。取样时间分别为1、30、60 d。以不进行冷冻处理的面团为对照组。

1.2.2 面团处理方法

冷冻面团于25 ℃、相对湿度85%的恒温恒湿箱中解冻，至面团中心温度达25 ℃后，取部分样品用于质构实验、动态流变、蠕变及恢复性。另取部分解冻面团样品于液氮中快速冷冻后，用ALPHA 1-2LD PLUS 真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥72 h，绝对真空度为3.7×10-5MPa，冷冻阱温度-50 ℃，冻干后样品采用MM400研磨仪粉碎，过60目筛，样品粉末于4 ℃冷藏，用于蛋白质结构分析。

1.2.3 面团质构测定

将解冻后面团用TA-XT2i型质构仪测定面团的质构特性。实验采用探头：P/50铝制圆柱形探头；测定参数设置为：测前速度3 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度3 mm/s，压缩比例70%，2次压缩时间间隔10 s，触发力10 g。每个样品做6次重复，取平均值。本实验中选择硬度、弹性、黏附性、内聚性、咀嚼度作为质构评价指标。

1.2.4 面团动态流变学测定

参考Zhang等[14]的方法采用Physica MCR301型应变控制流变仪进行面团动态流变测定。测定模式为频率扫描。具体操作为：选择25 mm平行几何平板，上下平板之间间隙2 mm。取待测面团约2 g置于底部平板，降下顶部平板后，刮去平板以外多余面团并在边缘覆盖一层硅油水分挥发，静置10 min以避免其他外力干扰后开始测试。参数设定：应变恒定为0.05%(在LVR内)，频率由0.1增大至100 rad/s，测定温度恒定在25 ℃。所得频率的扫描结果以频率(rad/s)为横坐标，G′或者G″为纵坐标作图。

1.2.5 面团蠕变及恢复性测定

为测定面团受到外力后的形变抵抗力与恢复性，采用Physica MCR301型应变控制流变仪进行面团的蠕变及恢复性测定。具体操作与动态流变扫描操作相同。测试过程分为两个阶段：蠕变阶段向面团施加50 Pa外力，作用300 s；恢复阶段撤去外力，保持300s以使面团形变恢复。测试结束后可得到面团蠕变及恢复性曲线，利用仪器自带RHEOPLUS/32软件分析可得到一系列的参数：最大蠕变柔量Jmax，零切变黏度η0；瞬时蠕变柔量J0；迟滞蠕变柔量J1。

1.2.6 面团中游离巯基含量测定

参照Anderson等[15]的方法进行测定。

1.2.7 面团中谷蛋白大聚体含量测定

取250 mg冻干面团粉末加入23 mL质量分数1.5%的SDS-0.05 mol/L磷酸盐缓冲液(pH=6.9)，漩涡振荡至粉末完全分散于液体后，在30 ℃下以1 000 r/min振荡振荡5min后，25 ℃ 11 600 g离心30 min，弃上清液，采用杜马斯燃烧定氮仪测定沉淀中蛋白质含量，即为GMP近似含量。每个样品做3次重复，取平均值。

1.2.8 面团中蛋白质二级结构测定

采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)中对面团中蛋白质二级结构进行测定。称取冻干面团粉末样品2 mg，按照1∶100比例加入优级纯溴化钾作为稀释剂，与样品一起在玛瑙研钵中充分研磨后压片，10 kg压力保持30 s，然后将制得的均匀透明薄片放入傅里叶变换红外光谱仪中。图谱扫描范围400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，信号扫描累加64次。每种处理的样品重复测定3次。

图谱处理：采用仪器自带POUS 8.1 和Peak Fit 4.12 对图谱进行分析处理。首先对所得原始吸收图谱进行背景扣除水分、CO2气体补偿，然后对位于酰胺I带(1 600～1 700 cm-1)的吸收峰进行基线校正、傅里叶自退去卷积、二阶求导分析，使得叠加的各子峰得到分辨。根据二级结构对应峰面积占总峰面积的比例定量计算出二级结构含量。根据宋国胜[16]的方法，各个波长区间所对应的二级结构归属见表2。

表2 酰胺I带经处理后各个条带对应的二级结构归属

1.3 统计分析

采用Excel 2010 、Origin 8.0数据统计分析和图表绘制。采用SPSS 19.0 中One-way ANOVA 程序进行方差分析。采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 冻藏时间对面团质构特性影响

冻藏时间对面团质构特性具有显著性影响(表3)。随着冻藏时间的延长，面团的硬度呈上升趋势，弹性、内聚性和咀嚼度呈降低趋势，而黏附性呈现先升高后降低的趋势。冻藏1～30 d时，面团硬度、弹性、内聚性变化幅度较大，30～60 d时，面团质构特性继续发生变化，但变化幅度减小，因此冻藏前30 d内面团质构变化最为明显。冻藏1 d后面团黏附性略有增加，但随着冻藏时间继续延长，面团的黏附性呈现降低趋势。这可能是因为长时间的冻藏使面团中的自由水含量减少，并且冻藏过程中水分不断重结晶导致了面团中水分的重新分布，最终导致了面团黏附性的变化[7]。

表3 不同冻藏时间下解冻面团TPA指标值

2.2 冻藏时间对面团动态流变学特性的影响

冻藏时间对非发酵面团流变特性的影响如图1所示。冻藏过程中，非发酵面团的弹性模量G′和黏性模量G″都随着冻藏时间的延长而降低。这可能与面团中面筋蛋白结构以及与其他大分子物质之间作用力的改变有关。与冻藏1 d面团相比，面团冻藏至30 d时，弹性模量G′出现显著降低；继续冻藏至60 d时，弹性模量G′继续下降，但下降幅度明显减小。该结果与面团质构结果中弹性、内聚性变化规律相似。

图1 不同冻藏时间对非发酵面团流变特性的影响

2.3 冻藏时间对面团蠕变和回复性的影响

蠕变及恢复性可以反映面团在实际加工过程中的宏观性质，特别是面团在受到外力作用后的形变抵抗力和回复性。在蠕变阶段，Jmax值越大，代表面团越柔软；η0值越大，面团在外力撤去时的流动性越高，越难以保持形状。在恢复阶段，J0和Jm分别代表面团在恢复阶段的弹性、黏性性能。由表4可知，随着冻藏时间的延长，面团的最大蠕变柔量降低，零切变黏度不断增加。与冻藏1 d面团相比，冻藏30 d面团的Jmax显著降低，η0显著增加，而冻藏30 d与冻藏60 d面团的Jmax、η0无显著性差异。在恢复阶段，J0与J1均发生下降，说明随着冻藏时间的延长，面团受到外力后的恢复力下降，面团结构受到破坏。

表4 不同冻藏时间下面团蠕变恢复性曲线拟合后参数

2.4 冻藏时间对蛋白结构的影响

2.4.1 冻藏时间对游离巯基含量的影响

面团中的游离巯基可以用来表征面筋形成程度[17, 18]。冻藏时间对面团中游离巯基含量影响显著(图2)。与对照组面团相比，冻藏1、30、60 d面团中游离巯基分别上升了1.18、2.99、4.85 μmol/L。不同冻藏时间面团中游离巯基含量差异显著。

图2 不同冻藏时间面团中游离巯基含量

2.4.2 冻藏时间对谷蛋白大聚体含量变化

谷蛋白大聚体(GMP)与面团物理特性、面制品加工特性密切相关[19, 20]。面团品质的劣变与GMP的解聚有关[21]。冻藏过程中，面团中谷蛋白大聚体含量变化如图3所示。随着冻藏时间的延长，面团中谷蛋白大聚体含量不断降低。与对照组面团相比，冻藏1、30、60 d面团中谷蛋白大聚体含量分别降低了0.41%、0.93%、1.35%。Graveland等[9]发现谷蛋白大聚体主要是通过二硫键交联而成，面团中GMP含量的变化趋势与游离巯基含量变化趋势相吻合(图2)，说明在冻藏过程中GMP是以二硫键断裂的方式发生解聚，并且冻藏时间越长，GMP解聚程度越大，面团品质下降越明显。Zhao等[22]认为谷蛋白大聚体的解聚可能是因为冻藏过程中冰晶不断生长对面筋网络结构造成破坏，而Bhatnager等[23]认为除了冰重结晶带来的机械损伤外，长时间冻藏会导致浓缩和低温效应，这也可能是导致GMP解聚的原因。

图3 冻藏过程中面团中谷蛋白大聚体含量变化

2.4.3 冻藏时间对蛋白二级结构的影响

冻藏过程中面团中蛋白质二级结构变化如表5所示。Georget等[12]认为，蛋白二级结构的变化可以反映蛋白质聚集行为。面团由1 d冻至60 d的过程中，α-螺旋结构、β-转角结构质量分数分别降低了3.69%、4.16%，β-折叠百分含量上升6.61%，而无规则卷曲变化无明显规律。冻藏30 d时，β-折叠结构含量显著上升，继续冻藏后，尽管β-折叠结构含量继续上升，但是上升幅度不显著。这说明冻藏过程中，部分α-螺旋与β-转角结构转变成了β-折叠结构。可能是因为长时间的冻藏改变了面团内部的水合环境，冰晶生长产生的机械力作用破坏了维持α-螺旋和β-转角结构的氢键，使二者形成小分子物质，随着面团中自由水的不断减少，这些小分子物质为达到能量最低的状态来维持结构稳定发生重排形成了β-折叠结构[12, 24]。

表5 冻藏时间对面团中蛋白二级结构相对含量的影响

3 讨论

冻藏过程中，面团硬度上升，弹性、内聚性下降，面团结构稳定性变差，受到外力后恢复性降低；通过分析面团中蛋白质结构发现，面团中游离巯基含量显著增加，谷蛋白大聚体含量增加，二级结构中α-螺旋结构降低。根据前人研究[20]，面团物理特性的降低可能与面团中蛋白质聚合程度、二级结构α-螺旋降低有关，面团质地的变化与谷蛋白大聚体以及二硫键交联程度相关。除此以外，面团形成过程中，小麦淀粉与蛋白质相互作用，促进了面筋网络的形成，其中淀粉颗粒通过吸水膨胀支持与强化面团结构，冻藏过程中，淀粉发生重结晶，加快了淀粉的老化速率，淀粉颗粒出现冻裂现象[25, 26]，这也可能是面团特性发生改变的原因之一，还需要进一步研究证实。

随着冻藏时间的延长，面团的硬度不断增加，弹性、内聚性不断降低，该结果与Bhattacharya[3]、Rashidi[5]、Gailkwad等[6]研究结果一致。叶晓枫[27]发现，面团弹性在冻藏至20 d时出现显著降低(由0.92降至0.55)；Angioloni等[28]研究发现，对于面包面团来说，面团弹性在冻藏至30 d时出现明显下降，但黏附性没有明显变化；而对于饼干面团来说，面团弹性在冻藏至45 d时出现明显降低，但黏附性呈现持续增加的趋势；但是Akbarian等[29]研究结果也得出，在56 d的冻藏期间，甜面团黏附性不断降低。这说明，在冻藏期间，不同用途冷冻面团的质构特性变化上具有一定的差异，这可能与原料面粉中蛋白质、淀粉等大分子物质质量特性有关，也可能与面团制作过程中添加的配料不同有关。

对于面团的流变学特性，本研究中随着冻藏时间的增加，面团弹性模量、黏性模量均不断下降，并且在冻藏至30 d时弹性模量G′出现显著降低。李杰平等[30]研究汤包皮面团流变特性则发现，在-18 ℃冻藏至21 d时，汤包皮的G′与G″均出现显著降低，而在-30 ℃冻藏时，二者在冻藏至7 d时就已经出现了明显的下降。叶晓枫等[27]也发现，冻藏至15 d，面团G″明显降低，但冻藏至20 d时，面团G′才出现显著降低。以上结果中，面团的流变特性都在冻藏30天内出现较为明显的变化，因此该时间点可能是冻藏时间的关键控制点。

随着冻藏时间的增加，面团中GMP含量不断降低，游离巯基含量不断增加。该结果与Wang等[31]研究结果一致。前人认为，冰晶的形成以及水分的迁移是GMP解聚的主要原因，但目前还没有直接证据可以证明这一观点。因此，冻藏过程中谷蛋白大聚体分子结构发生变化的具体机理还有待进一步研究。冻藏过程中，面团中蛋白质分子构象发生改变，主要由α-折叠、β-转角向β-折叠转化，姬成宇等[32]有类似的结论。李学红等[33]研究了冻藏时间对麦谷蛋白二级结构的影响，虽然与本研究结论相似，但是麦谷蛋白冻藏至28 d时β-折叠增加了22%，而α-螺旋和β-转角分别降低了12.5%、9.5%；王沛[34]则研究了冻藏时间对面筋蛋白二级结构的影响，结果显示冻藏至30 d时β转角与β-折叠分别上升了3.24%、6.74%，α-螺旋下降了10.47%。由此可见，冻藏对于蛋白二级结构的影响随着面团体系的不同而存在明显差异，但是在蛋白单体中变化程度更为明显。这可能是因为面团是一个复杂的混合体系，其内部各种物质之间可能形成了更多的非共价键，从而使蛋白二级结构更加稳定，但这还需要进一步的研究验证。

4 结论

冻藏时间对非发酵面团具有显著影响；在冻藏过程中，面团硬度增加，弹性、内聚性、黏附性、咀嚼度降低；弹性模量G′与黏性模量G″均呈下降趋势；面团在蠕变阶段最大蠕变柔量Jmax降低，零切变黏度η0增加，恢复阶段，瞬间蠕变柔量J0与迟滞蠕变柔量Jm均有所下降；面团中谷蛋白大聚体含量显著下降，游离巯基含量显著上升，蛋白二级结构由α-螺旋、β-转角向β-折叠进行了转变。总之，冻藏过程中非发酵面团品质不断下降，并且在30 d内品质下降最为显著。