CN115032226A - 一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，具体包括以下步骤：(1)测定面粉的基本理化指标；(2)制备速冻馒头；(3)测定馒头的速冻曲线；(4)测定馒头的失水率；(5)测定馒头的持水力；(6)测定馒头的比容；(7)测定馒头的pH值；(8)测定馒头的可冻结水含量；(9)测定馒头的水分迁移；(10)测定馒头的质构特性；(11)测定馒头的麦谷蛋白大聚体；(12)测定馒头的蛋白二级结构。本发明通过测定在不同温度下速冻馒头的品质特性、水分变化以及蛋白结构变化情况，综合来看，在‑32℃下速冻馒头品质较好。
Description
技术领域
本发明涉及速冻食品技术领域，更具体的说是涉及一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法。
背景技术
速冻食品是指利用现代速冻技术在-25℃下快速冷冻，并在-18℃或更低温度下储存的食品，可以实现面制品的长期储存和长途运输。常见的速冻食品包括速冻饺子、速冻汤圆和速冻馒头等。
我国传统面制品如饺子、包子和馒头等，是我国居民日常消费的主要食品，但其生产过程复杂繁琐。且近年来由于科技发展，更多人选择外出就业，导致在家自主用餐时间减少，人们对饮食的要求也日渐趋向于快捷、方便、健康、多元等。从家庭作坊式手工生产的传统面制品转变为现代机械化生产的速冻面制品很大程度的满足了这些条件。因此，速冻面制品成为了我国居民日常生活消费的重要食品之一，且速冻食品的种类多样化，配送便捷，新鲜、健康、营养、无污染等特点，使其发展迅速。根据加工方法的差别，速冻面制品可以分为熟制品和生制品两大类。熟制品是指冷冻前已充足加热至成熟的制品，主要包括发酵制品和非发酵制品；而生制品是在冷冻前未经进一步加工和成熟的产品。
尽管近年来，工艺技术在一直发展改进，速冻面制品的质量有了明显的提高，但目前市场上的速冻面制品解冻后表面易出现收缩、开裂、粗糙或脱皮等问题。内部结构和纹理逐步变得粗糙，硬化掉渣、失去原有的膨松度、风味损失等问题。且随着市场竞争逐渐激烈，在实际调研中发现较多中小企业设备陈旧落后，且为降低成本，食品速冻条件未达到-25℃，使得速冻食品的工艺生产中难以控制，质量无法得到保证，从而大大降低面制品品质稳定性。而速冻发酵面制品在制备过程中对温度的要求有着非常严格的把控。比如，在速冻过程中，面制品内的细胞中的游离水经冷冻后会形成冰晶。而冰晶的大小对食品品质影响极为重要，当速冻温度偏高冻结速度较慢时，形成的冰晶体积偏大，会加剧对细胞的损伤，影响面制品品质。但如果速冻温度过低会导致冻结速度过快，使得面制品在较短时间内冰晶大量生成凝结在一起，附着在细胞中从而影响面制品的口感。速冻面制品品质恶化主要是由于蛋白网络的变化。通过Zhao等人研究表明，由于水的再分布和冰的再结晶使面筋蛋白的分子量降低、纤维网络结构减弱。
因此，如何快速准确地确定速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构的影响是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，利用低场核磁共振技术(LF-NMR)和DSC研究速冻后馒头中的水分迁移变化，并通过测定在-24℃、-28℃、-32℃、-36℃不同速冻温度冷冻后馒头的品质变化，研究了不同速冻温度对蛋白结构变化的影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，具体包括以下步骤：
(1)测定面粉的基本理化指标；
(2)制备速冻馒头；
以重量份数计，速冻馒头的基本配方为：雪花粉100份、酵母1份、泡打粉1份、糖10份和水41份；
(3)测定馒头的速冻曲线；
(4)测定馒头的失水率；
(5)测定馒头的持水力；
(6)测定馒头的比容；
(7)测定馒头的pH值；
(8)测定馒头的可冻结水含量；
(9)测定馒头的水分迁移；
(10)测定馒头的质构特性；
(11)测定馒头的麦谷蛋白大聚体；
(12)测定馒头的蛋白二级结构。
进一步，上述步骤(1)中，测定面粉的基本理化指标具体为：小麦粉蛋白含量测定参照GB/T 5009.5-2016；湿面筋含量测定参照GB/T 5506.1-2008；水分含量测定参照GB5009.3-2016，小麦粉面团流变学特性测定参照GB/T 14614-2019，通过Mixolab混合实验仪测得相关参数。
进一步，上述步骤(2)中，速冻馒头的制备方法为：
(a)将鲜酵母、糖和水在恒温25℃磁力搅拌器上搅拌均匀，得到混合液；
(b)将雪花粉和泡打粉置于和面机中；
(c)启动面团搅拌机，以低速均匀混合雪花粉和泡打粉，然后缓慢均匀地加入混合液并搅拌3min，再进行高速搅拌4min使面粉成团，静置10min后揉和成光面，得到面团；
(d)将面团分割成30g/块，手揉成型，得到成型面团；
(e)将成型面团用保鲜膜密封，置于恒温培养箱在37℃醒发30min，得到发酵面团；
(f)将发酵面团放入蒸屉上，电磁炉1200W蒸制10min，冷却5min后取出，得到成型馒头；
(g)将成型馒头冷却至室温装入自封袋密封，分别放入-24℃、-28℃、-32℃、-36℃低温培养箱中进行速冻。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，从混合试验仪指标来看，雪花粉面团面筋较好，面团弱化度低，淀粉糊化稳定性好，不易回生，面粉整体品质良好。
进一步，上述步骤(3)中，测定馒头的速冻曲线具体为：把温度记录仪的探针插入制备好的馒头中心部位，将馒头分别在-20℃、-24℃、-28℃和-32℃下速冻至-18℃，中心温度值每间隔1min计一次，把记录的数据绘制成速冻曲线。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，面制品在冷冻过程中经历三个阶段。前两个阶段是相同的：冷却和结晶。在第一阶段，冷却过程中释放的显热与释放的总热相比相对较小，因此冷却速度快曲线陡峭。在第二阶段，面制品内部水开始形成冰晶，水结冰过程中释放的相变潜热是显热的50～60倍。释放的大部分热量导致冷却缓慢和曲线平缓。第三阶段是冻结完成阶段，此时，释放的部分热量来自水的持续冻结；另一部分是冰继续降温，当释放的热量大于水和冰的比热容时，曲线的陡度与冷却阶段相似。但当冷冻室温达不到低温条件时，在此阶段，热量释放较小，冷却速度较慢，速冻曲线平缓。
进一步，上述步骤(4)中，测定馒头的失水率具体为：2min内快速称取馒头在速冻前后重量，根据
计算馒头的失水率；式中，WL：馒头失水率，％；m0：馒头速冻前质量，g；m1：速冻后馒头的质量，g。
进一步，上述步骤(5)中，测定馒头的持水力具体为：根据
计算馒头的持水力；式中，WHC：持水力，g/g；m0：样品质量，g；m1：离心管的质量，g；m2：离心后离心管的质量，g。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，由于冷冻过程中通过最大冰晶生成带时，不同温度冻结速率不同。冻结温度越慢冰晶晶核越大，加剧了对面筋网络的破坏，使蛋白在冷冻过程中发生变性导致氢键、疏水键和离子键等键断裂，使蛋白质二、三、四构象发生变化，蛋白内部疏水基团暴露，对水的束缚能力减弱。面筋网络结构间隙中的水分从结合水向游离水转换进行不定向运动，导致水分流失，使面筋蛋白持水力下降，导致馒头失水率升高。持水力降低会导致食品出现开裂现象。另一方面可能是由于食品与冷冻室之间存在蒸气压力差和冰晶蒸发或升华，食品内部水分不断向外迁移，导致失水率增加。
进一步，上述步骤(7)中，测定馒头的pH值具体为：称取10g解冻样品，加入90mL蒸馏水，以8000r/min的速度匀浆1min，并测定其pH值。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，馒头的比容反映着馒头的蓬松度、体积以及组织结构，受馒头配方、工艺流程和工艺条件等的影响。
食品中微生物的生长和代谢很容易导致pH值的变化，尤其是食品系统中富含蛋白质和碳水化合物的产品。
进一步，上述步骤(8)中，测定馒头的可冻结水含量具体为：准确称取20mg样品，放入坩埚底部并密封；以密封的空坩埚为对照，氮气流量保持在50mL/min，冷却至-30℃，恒温1min，以5℃/min的速率从-30℃增加到20℃，通过测量样品的焓值表示可冻结水含量。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，在DSC测量中，冰融化焓值(ΔH)它可以用来反映可冻结水的含量。速冻馒头的熔融焓越小，可冻结水含量越低。可冻结水含量对冷冻馒头的品质起着重要作用。有报告表明，在向原料中加水时，在蛋白质变性过程中需要不可冻结水，而可冻结水作为润滑剂影响蛋白质面团的流动性和粘度。
进一步，上述步骤(9)中，测定馒头的水分迁移具体为：将复蒸后的馒头切成20mm×20mm×40mm大小置于核磁管中用保鲜膜封口进行测试；多层-回波序列主要设置参数为回波时间TE＝0.300ms，采样间隔TW＝4000ms，回波个数NECH＝10000，累加次数NS＝8。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，馒头内部水分中氢质子被区分为与蛋白质相互作用的结合水，与淀粉内部的结合不太紧密的弱结合水和在馒头中活性最高的游离水。冷冻过程中冰晶的形成可能会使蛋白质变性并暴露出面筋网络中更疏水的部分，导致吸水能力降低。质子信号振幅和峰面积代表相应水分子的含量，各组分水分子的变化用来表示水分的迁移。
进一步，上述步骤(10)中，测定馒头的质构特性具体为：解冻后的馒头取中心部分，制成边长为25mm的正方体，使用P/36R型探头进行质构特性测定；测试参数：压缩比50.0％；测试前、中、后压缩速率分别为2mm/s、1mm/s、2mm/s；起点感应力5g；压缩间隔为5.0s。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，硬度作为质构的主要指标，硬度越大，馒头屑就越坚硬。弹性与馒头内部气孔数量有关。凝聚力与馒头密度和咀嚼食物所耗能量有关，和馒头的持气能力呈正相关。在馒头的生产过程中，需要足够的蛋白质聚集体来形成面筋支架，但过度聚合会导致硬度和咀嚼性不理想。简而言之，在加工过程中，面筋水平应保持在适当的范围内。
进一步，上述步骤(12)中，测定馒头的蛋白二级结构具体为：酰胺I波段光谱区域分配如下：β-折叠：1600～1640cm-1、无规则卷曲：1640～1650cm-1、α-螺旋：1650～1660cm-1、β-转角：1660～1700cm-1；分别计算每个结构对应的二阶导数面积占酰胺I区总面积的百分比。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，当速冻温度降低时，馒头内麦谷蛋白大聚体(GMP)含量增加。GMP由高分子量和低分子量的麦谷蛋白亚基通过分子内和分子间的二硫键连接聚集从而形成巨大的结构。在冷冻过程中GMP含量降低主要是由于蛋白质网络的微观结构被冰晶破坏，它导致分子间内部S-S的断裂和游离-SH含量的增加。在功能上，GMP能促进面团流变学、粘度、凝聚性和延展性。
冷冻速率会影响蛋白网络的完整性，高冻结速率使面筋网络中的水分迁移最小化并促进了较小冰晶的形成，对面筋网络造成的损害较小。而低冷冻速度会导致蛋白质聚集，使α-螺旋的减少和β-折叠的增加，面筋网络受到更大程度的破坏。由于冰晶的形成，维持蛋白质结构稳定性的氢键和其他力被破坏，蛋白中“有序”结构降低并向“无序”结构转变。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过测定在不同温度下速冻馒头的品质特性、水分变化以及蛋白结构变化情况，综合来看，在-32℃下速冻馒头品质较好。
附图说明
图1为不同温度下馒头的速冻曲线；
图2为不同温度下速冻馒头持水力和失水率的变化；
图3为不同速冻温度下馒头比容的变化；
图4为不同速冻温度下馒头pH的变化；
图5为不同速冻温度下馒头可冻结水含量的变化；
图6为不同速冻温度下馒头弹性、硬度、凝聚性和咀嚼性的变化；其中，(a)为不同速冻温度下馒头弹性的变化，(b)为不同速冻温度下馒头硬度的变化，(c)为不同速冻温度下馒头凝聚性的变化，(d)为不同速冻温度下馒头咀嚼性的变化；
图7为不同速冻温度下馒头麦谷蛋白大聚体(GMP)的变化。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1试验材料与仪器
1.1材料与试剂
表1试验材料
1.2仪器与设备
表2主要仪器
2实验方法
2.1面粉基本理化指标的测定
小麦粉蛋白含量测定参照GB/T 5009.5-2016；湿面筋含量测定参照GB/T 5506.1-2008；水分含量测定参照GB 5009.3-2016，小麦粉面团流变学特性测定参照GB/T 14614-2019，通过Mixolab混合实验仪测得相关参数。
2.2速冻馒头的基本配方和制备方法
速冻馒头的基本配方为：雪花粉1000g、酵母10g、泡打粉10g、糖100g和水410g。
速冻馒头的制备方法为：
(a)将鲜酵母、糖和水在恒温25℃磁力搅拌器上搅拌均匀，得到混合液；
(b)将雪花粉和泡打粉置于和面机中；
(c)启动面团搅拌机，以低速均匀混合雪花粉和泡打粉，然后缓慢均匀地加入混合液并搅拌3min，再进行高速搅拌4min使面粉成团，静置10min后揉和成光面，得到面团；
(d)将面团分割成30g/块，手揉成型，得到成型面团；
(e)将成型面团用保鲜膜密封，置于恒温培养箱在37℃醒发30min，得到发酵面团；
(f)将发酵面团放入蒸屉上，电磁炉1200W蒸制10min，冷却5min后取出，得到成型馒头；
(g)将成型馒头冷却至室温装入自封袋密封，分别放入-24℃、-28℃、-32℃、-36℃低温培养箱中进行速冻。
样品处理：其中一部分馒头在室温解冻2h后进行水分迁移和质构分析等试验；另一部分样品用真空冷冻干燥机在绝对真空度为105mT，冷冻阱温度-50℃下进行冷冻干燥48h。冻干后的样品使用高速粉碎机粉碎，过80目筛于干燥皿保存，用于蛋白质结构分析。
2.3馒头速冻曲线测定
把温度记录仪的探针插入制备好的馒头中心部位，将馒头分别在-20℃、-24℃、-28℃和-32℃下速冻至-18℃，中心温度值每间隔1min计一次，把记录的数据绘制成速冻曲线。
2.4馒头失水率的测定
2min内快速称取馒头在速冻前后重量，馒头失水率(WL)根据公式(1)计算。
式中，
WL：馒头失水率，％；
m0：馒头速冻前质量，g；
m1：速冻后馒头的质量，g。
2.5馒头持水力的测定
馒头持水力(WHC)根据公式(2)计算。
式中，
WHC：持水力，g/g；
m0：样品质量，g；
m1：离心管的质量，g；
m2：离心后离心管的质量，g。
2.6馒头比容的测定
利用面包体积测定仪对样品进行比容的测定。
2.7馒头pH值的测定
称取10g解冻样品，加入90mL蒸馏水，以8000r/min的速度匀浆1min，并测定其pH值。
2.8馒头可冻结水含量的测定
准确称取约20mg样品，放入坩埚(靠近底部)并密封。以密封的空坩埚为对照，氮气流量保持在50mL/min，冷却至-30℃，恒温1min，以5℃/min的速率从-30℃增加到20℃，通过测量样品的焓值(ΔH)表示可冻结水含量。
2.9馒头水分迁移的测定
馒头水分迁移(LF-NMR)横向弛豫时间(T2)的测定：将复蒸后的馒头切成20mm×20mm×40mm大小置于核磁管中用保鲜膜封口进行测试。多层-回波(Q-CPMG)序列主要设置参数为回波时间TE＝0.300ms，采样间隔TW＝4000ms，回波个数NECH＝10000，累加次数NS＝8。
2.10馒头质构特性的测定
解冻后的馒头取中心部分，制成边长为25mm的正方体，使用P/36R型探头进行质构特性测定。测试参数：压缩比50.0％；测试前、中、后压缩速率分别为2mm/s、1mm/s、2mm/s；起点感应力5g；压缩间隔为5.0s。
2.11馒头麦谷蛋白大聚体的测定
测定麦谷蛋白大聚合体(GMP)的含量。
2.12馒头蛋白二级结构的测定
对冻干馒头样品进行蛋白二级结构测定，酰胺I波段光谱区域分配如下：β-折叠：1600～1640cm-1、无规则卷曲：1640～1650cm-1、α-螺旋：1650～1660cm-1、β-转角：1660～1700cm-1。分别计算每个结构对应的二阶导数面积占酰胺I区总面积的百分比。
2.13数据处理与统计分析
所有实验平行测定三次，实验数据采用Origin 9.0和SPSS 17.0软件进行分析，以平均值±标准偏差表示，用单因素ANOVA进行显著性分析，显著水平P为0.05，当P＜0.05时，表示存在显著性差异。
3结果与分析
3.1面粉理化指标
表3小麦粉理化指标
从表3中可以看到面粉粉质特性，本发明选取的雪花粉小麦面粉蛋白含量为11.60％，符合蒸制馒头要求的小麦粉蛋白质含量在10％～13％之间，吸水率63.03％，稳定时间6.60min>3min。在混合试验仪测定前8min是恒温混揉阶段，其中，C1表示揉混面团时扭矩最大值，稳定时间是指面团在搅拌和捏合过程中保持高稠度的持续时间。面团的形成时间和稳定时间越长，面团越好。从第8min至淀粉糊化之前是面团温度上升弱化阶段，CS表示恒温结束时扭矩，C2稠度最小值表示蛋白弱化度，C1-C2表示面粉的总弱化程度，是恒温弱化与升温弱化之和。从C2开始是淀粉糊化阶段，C3代表淀粉糊化峰值粘度，C3-C2表示淀粉糊化特性，值越大黏度越大。C4代表恒温下淀粉粘度，C3-C4表示淀粉糊化热稳定性，值越小热稳定性越强。C5代表回生终点粘度，C5-C4表示淀粉的回生特性，C5-C4值越大淀粉越易回生。
从混合试验仪指标来看，雪花粉面团面筋较好，面团弱化度低，淀粉糊化稳定性好，不易回生，面粉整体品质良好。
3.2馒头的速冻曲线
面制品在冷冻过程中经历三个阶段。前两个阶段是相同的：冷却和结晶。在第一阶段，冷却过程中释放的显热与释放的总热相比相对较小，因此冷却速度快曲线陡峭。在第二阶段，面制品内部水开始形成冰晶，水结冰过程中释放的相变潜热是显热的50～60倍。释放的大部分热量导致冷却缓慢和曲线平缓。第三阶段是冻结完成阶段，此时，释放的部分热量来自水的持续冻结；另一部分是冰继续降温，当释放的热量大于水和冰的比热容时，曲线的陡度与冷却阶段相似。但当冷冻室温达不到低温条件时，在此阶段，热量释放较小，冷却速度较慢，速冻曲线平缓。
从图1中可以看出，馒头在-24℃和-28℃时冻结曲线趋势相似，当速冻到第三阶段时由于速冻温度较高而导致冻结曲线较为平缓，与第二阶段冻结速率相差不大。而-32℃和-36℃冻结曲线在第三阶段冻结速率较快与第一阶段冻结速率相似。在-24℃、-28℃、-32℃和-36℃速冻条件下30g的馒头在通过0～-5℃的时间分别约为20min、14min、10min和6min，其冷冻速率分别约为0.25℃/min、0.36℃/min、0.53℃/min和0.85℃/min。当速冻温度在-36℃时冷冻曲线下降最快。快速通过冰晶生成带有利于提高冷冻食品的质量。这是因为当冷冻速度较慢时，食品温度需要很长时间才能降到冰点以下，冰晶的形成不稳定，容易被其他水分子的热运动分散，使冰晶有足够时间聚集在一起形成大冰晶，对细胞造成严重的机械损伤。
3.3持水力与失水率的变化
通过研究在不同速冻温度下馒头失水率和持水力变化发现，在图2中，随着速冻温度的降低，馒头的失水率和持水力呈相反趋势，速冻温度降低失水率显著降低(P＜0.05)，速冻温度降低持水性显著增加(P＜0.05)。-24℃和-28℃中持水力和失水率差异不显著，-32℃和-36℃差异不显著，可以看出馒头失水率和持水力在-30℃前后会发生显著变化。这可能是由于冷冻过程中通过最大冰晶生成带时，不同温度冻结速率不同。冻结温度越慢冰晶晶核越大，加剧了对面筋网络的破坏，使蛋白在冷冻过程中发生变性导致氢键、疏水键和离子键等键断裂，使蛋白质二、三、四构象发生变化，蛋白内部疏水基团暴露，对水的束缚能力减弱。面筋网络结构间隙中的水分从结合水向游离水转换进行不定向运动，导致水分流失，使面筋蛋白持水力下降，导致馒头失水率升高。持水力降低会导致食品出现开裂现象。另一方面可能是由于食品与冷冻室之间存在蒸气压力差和冰晶蒸发或升华，食品内部水分不断向外迁移，导致失水率增加。
3.4馒头的比容和pH的变化
馒头的比容反映着馒头的蓬松度、体积以及组织结构，受馒头配方、工艺流程和工艺条件等的影响。馒头中拥有体积大、质地柔软、内部结构均匀等特点的品质口感好。气孔数量、孔洞数量以及孔壁厚度是馒头内部组织结构的主要衡量标准，Tebben等发现气孔数量越多馒头的体积、比容以及形状等物理品质越好，而孔洞数量越大馒头的体积、比容越小，平均孔壁厚度越大，馒头组织结构越粗糙。但翟健安研究发现不同的冷冻温度对馒头的孔壁厚度几乎没有影响。
在图3中发现，随速冻温度的增加，馒头比容随之降低，当速冻温度降低时馒头内部孔洞数量少，内部纹理组织更为均匀。馒头的体积会受到影响，主要是因为它在不同的冷冻速度下被冷冻，较低的冷冻速度会对面筋网络造成更大的损害，其损害程度取决于冰晶尺寸，较快的冷冻速度会促进较小的冰晶尺寸形成，从而将对面筋网络的损害降至最低。
食品中微生物的生长和代谢很容易导致pH值的变化，尤其是食品系统中富含蛋白质和碳水化合物的产品。微生物的繁殖很容易导致食物变质，新鲜馒头的细菌总数接近0，但在冷却过程中可能会被空气中的细菌污染，导致细菌数量增加。
在图4中可以看出，随速冻温度下降，pH值呈现上升后下降趋势，在-28℃速冻的pH值最高。低温冷冻虽然可以控制微生物的生长，但微生物不能被完全杀死。馒头中存在多种耐低温微生物其代谢产物会导致馒头pH值降低。在-24℃较高温度下冷冻时，由于冷冻速率较慢，冷冻过程持续的时间较长，产酸菌的增长繁殖会产生酸，导致pH偏低。当速冻温度低于-28℃时pH值下降，可能是由于冷冻速率加快，馒头表面析出的冰晶较少，馒头的水分损失较小，有利于耐低温微生物的生长和繁殖，馒头的pH值有小幅度的下降。
3.5可冻结水含量的变化
在DSC测量中，冰融化焓值(ΔH)它可以用来反映可冻结水的含量。速冻馒头的熔融焓越小，可冻结水含量越低。可冻结水含量对冷冻馒头的品质起着重要作用。有报告表明，在向原料中加水时，在蛋白质变性过程中需要不可冻结水，而可冻结水作为润滑剂影响蛋白质面团的流动性和粘度。
如图5表示，当随速冻温度的升高，馒头融化焓值从22.12J/g逐渐提高至39.53J/g。这些结果主要归因于面筋蛋白具有强亲水性，可以导致水的流动性减弱和可冻结水含量的减少，而可冻结水的增加可能归因于冰的生长和再结晶，面筋网络受损，导致结合水减少。
3.6馒头水分迁移的变化
表4不同速冻温度下馒头的水分迁移
注：结果以平均值±SD(标准差)表示，a～c：同一列中不同字母表示显著差(p<0.05)，T21、T22、T21分别代表三个弛豫峰的弛豫时间，A21、A22、A23分别代表三个弛豫峰的峰面积比例。
馒头内部水分中氢质子被区分为与蛋白质相互作用的结合水，与淀粉内部的结合不太紧密的弱结合水和在馒头中活性最高的游离水。
表4显示了在不同速冻温度下馒头的T2弛豫时间和峰面积比例。数据表明，在速冻过程中不同速冻温度对结合水弛豫时间(T21)无显著影响。在-24℃速冻馒头弱结合水弛豫时间(T22)和游离水弛豫时间(T23)最短，说明在-24℃时馒头中弱结合水和游离水中的氢质子数量低于其他温度下速冻的馒头。在-28℃速冻的馒头的T22和T23松弛时间显著增加(P<0.05)，这表明在-28℃时馒头中的弱结合水和游离水中氢质子迁移的程度在降低。冷冻过程中冰晶的形成可能会使蛋白质变性并暴露出面筋网络中更疏水的部分，导致吸水能力降低。质子信号振幅和峰面积代表相应水分子的含量，各组分水分子的变化用来表示水分的迁移。
由表4可知，馒头A22峰面积占总峰面积80％左右，A21占总峰面积20％左右，说明馒头中水分主要以弱结合水和结合水状态存在，只有小部分水是游离水。游离水含量越高馒头质地越软。总峰面积随速冻温度的下降而增长，表明温度越低馒头内部水分越多，馒头失水率越低，持水力越好。在-24℃时，馒头A21为17.36％，显著低于在其他温度下速冻馒头，A22和A23分别为82％和0.64％，显著高于在其他组，且总峰面积最少。说明在-24℃时氢质子较多从结合水向弱结合水和游离水方向迁移，水分流失较多。在-32℃下馒头与之相反水分与蛋白结合紧密，不易流动。在-32℃和-36℃之间总体水分迁移变化差异不大。
3.7质构指标的变化
硬度作为质构的主要指标，硬度越大，馒头屑就越坚硬。弹性与馒头内部气孔数量有关。凝聚力与馒头密度和咀嚼食物所耗能量有关，和馒头的持气能力呈正相关。在馒头的生产过程中，需要足够的蛋白质聚集体来形成面筋支架，但过度聚合会导致硬度和咀嚼性不理想。简而言之，在加工过程中，面筋水平应保持在适当的范围内。曹军等认为通过提高面筋网络结构的稳定性和面团的持气性来改善馒头的品质使其具有较低的硬度和咀嚼性、较高的弹性和凝聚性。
在图6(b)和图6(d)中不同速冻温度对馒头硬度和咀嚼性影响规律相似，两者之间正相关。-24℃时速冻馒头的硬度与咀嚼性和其他三个速冻温度之间差异性显著(P<0.05)。馒头硬度和咀嚼性的降低可能是由于S-S的增加提高了馒头的持气性。而弹性和凝聚性趋势相同，都随着速冻温度降低而升高。-36℃速冻后的馒头弹性最大。-32℃和-28℃下弹性差异不显著。在-32℃和-36℃速冻的馒头凝聚性差异不大，但和-24℃和-28℃之间差异显著(P<0.05)。馒头的质构特性和水分含量密切相关。在经速冻后馒头水分含量减少，在速冻过程中，温度越低通过最大冰晶生成带的时间越少，馒头的失水率降低，持水性增高，馒头的品质较好。
在图6中，-32℃和-36℃下速冻的馒头具有较低的硬度和咀嚼性、较高的弹性和凝聚性，两种温度下馒头的品质较好。与前面馒头水分迁移测定的指标结果相似。
3.8麦谷蛋白大聚体和蛋白二级结构的变化
在图7中可知，当速冻温度降低时，馒头内麦谷蛋白大聚体(GMP)含量增加。在温度为-36℃时馒头内GMP含量为2.29％，与在-32℃时差异性不显著。当温度高于-32℃时GMP含量显著增加(P<0.05)。GMP由高分子量和低分子量的麦谷蛋白亚基通过分子内和分子间的二硫键连接聚集从而形成巨大的结构。在冷冻过程中GMP含量降低主要是由于蛋白质网络的微观结构被冰晶破坏，它导致分子间内部S-S的断裂和游离-SH含量的增加。在功能上，GMP能促进面团流变学、粘度、凝聚性和延展性。当温度低于-32℃时GMP含量显著高于(P<0.05)在-24℃和-28℃下GMP的含量，表明在-32℃和-36℃下速冻的馒头具有更高的面筋含量和更好的弹性。
表5不同速冻温度下馒头的蛋白二级结构
| 速冻温度/℃ | β-折叠/％ | 无规则卷曲/％ | α-螺旋/％ | β-转角/％ |
| -24 | 48.55 | 24.13 | 18.15 | 9.17 |
| -28 | 45.06 | 23.82 | 18.43 | 12.69 |
| -32 | 40.45 | 22.91 | 19.93 | 16.71 |
| -36 | 39.42 | 21.93 | 20.34 | 18.31 |
Mezian等人发现，冷冻速率会影响蛋白网络的完整性，高冻结速率使面筋网络中的水分迁移最小化并促进了较小冰晶的形成，对面筋网络造成的损害较小。而低冷冻速度会导致蛋白质聚集，使α-螺旋的减少和β-折叠的增加，面筋网络受到更大程度的破坏。研究中发现馒头系统中的蛋白质表现出解聚行为，涉及C＝O和N-H之间相邻链的弱相互作用的中断，如：氢键、范德华力和疏水相互作用。Li等人发现冰晶会使面筋网络更加无序造成面团纹理特性发生变化。α-螺旋和β-折叠通常被认为是“有序”的二级结构，而β-转角和无规则卷曲则被认为是蛋白质中“无序”的二级结构。这部分无序的蛋白二级结构通常与蛋白质表面疏水性有关，因为这些结构有助于疏水残基的暴露。“有序”的二级结构中α-螺旋非常稳定，冷冻对其影响在馒头体系中是有限的。
如表5可知，速冻馒头中蛋白结构主要是β-折叠，速冻温度的降低使的无规则卷曲和β-折叠呈下降趋势，而α-螺旋与β-转角与之相反。α-螺旋含量的降低表明冷冻过程中冰晶的形成会影响蛋白质原本的二级结构。由于冰晶的形成，维持蛋白质结构稳定性的氢键和其他力被破坏，蛋白中“有序”结构降低并向“无序”结构转变。相比于其他温度在-24℃速冻的馒头内部α-螺旋的降低至18.15％，β-折叠的增加至48.55％，蛋白解聚程度更高，面筋网络受到破坏更大，馒头的品质特性发生劣变。-32℃和-36℃下速冻馒头之间二级结构含量相近两者之间稳定性相似。
4结论
本发明通过测定在不同温度下速冻馒头的品质特性、水分变化以及蛋白结构变化情况。研究发现，在-24℃、-28℃、-32℃和-36℃下速冻至中心温度为-18℃的馒头随温度降低失水率、硬度和咀嚼性降低；持水性、比容、弹性和凝聚性增加。由各个品质指标可知随温度的降低速冻馒头品质特性越好。在-32℃和-36℃下速冻的馒头质构特性差异不显著，馒头品质较好。通过DSC和低场核磁测定速冻馒头水分变化可知，随速冻温度的降低馒头可冻结水含量减少，总峰面积随速冻温度的下降而增长。在-32℃和-36℃下馒头水分与蛋白结合紧密，不易流动。在-24℃速冻的馒头中水分较多从结合水向弱结合水和游离水方向迁移，水分流失较多。由GMP含量和蛋白二级结构可知，速冻温度越高GMP、α-螺旋和β-转角含量越低，无规则卷曲和β-折叠含量越高，蛋白发生解聚的程度越高，面筋网络受到破坏更大。-32℃和-36℃下速冻馒头二级结构稳定性相近。发现在-32℃和-36℃下速冻馒头的品质特性、水分迁移以及蛋白结构变化相近。
综合来看，在-32℃下速冻馒头品质较好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)测定面粉的基本理化指标；
(2)制备速冻馒头；
以重量份数计，所述速冻馒头的基本配方为：雪花粉100份、酵母1份、泡打粉1份、糖10份和水41份；
(3)测定馒头的速冻曲线；
(4)测定馒头的失水率；
(5)测定馒头的持水力；
(6)测定馒头的比容；
(7)测定馒头的pH值；
(8)测定馒头的可冻结水含量；
(9)测定馒头的水分迁移；
(10)测定馒头的质构特性；
(11)测定馒头的麦谷蛋白大聚体；
(12)测定馒头的蛋白二级结构。
2.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(1)中，所述测定面粉的基本理化指标具体为：小麦粉蛋白含量测定参照GB/T 5009.5-2016；湿面筋含量测定参照GB/T 5506.1-2008；水分含量测定参照GB5009.3-2016，小麦粉面团流变学特性测定参照GB/T 14614-2019，通过Mixolab混合实验仪测得相关参数。
3.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(2)中，所述速冻馒头的制备方法为：
(a)将鲜酵母、糖和水在恒温25℃磁力搅拌器上搅拌均匀，得到混合液；
(b)将雪花粉和泡打粉置于和面机中；
(c)启动面团搅拌机，以低速均匀混合雪花粉和泡打粉，然后缓慢均匀地加入混合液并搅拌3min，再进行高速搅拌4min使面粉成团，静置10min后揉和成光面，得到面团；
(d)将面团分割成30g/块，手揉成型，得到成型面团；
(e)将成型面团用保鲜膜密封，置于恒温培养箱在37℃醒发30min，得到发酵面团；
(f)将发酵面团放入蒸屉上，电磁炉1200W蒸制10min，冷却5min后取出，得到成型馒头；
(g)将成型馒头冷却至室温装入自封袋密封，分别放入-24℃、-28℃、-32℃、-36℃低温培养箱中进行速冻。
4.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(3)中，所述测定馒头的速冻曲线具体为：把温度记录仪的探针插入制备好的馒头中心部位，将馒头分别在-20℃、-24℃、-28℃和-32℃下速冻至-18℃，中心温度值每间隔1min计一次，把记录的数据绘制成速冻曲线。
5.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(4)中，所述测定馒头的失水率具体为：2min内快速称取馒头在速冻前后重量，根据
计算馒头的失水率；式中，WL：馒头失水率，％；m0：馒头速冻前质量，g；m1：速冻后馒头的质量，g。
6.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(5)中，所述测定馒头的持水力具体为：根据
计算馒头的持水力；式中，WHC：持水力，g/g；m0：样品质量，g；m1：离心管的质量，g；m2：离心后离心管的质量，g。
7.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(7)中，所述测定馒头的pH值具体为：称取10g解冻样品，加入90mL蒸馏水，以8000r/min的速度匀浆1min，并测定其pH值。
8.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(8)中，所述测定馒头的可冻结水含量具体为：准确称取20mg样品，放入坩埚底部并密封；以密封的空坩埚为对照，氮气流量保持在50mL/min，冷却至-30℃，恒温1min，以5℃/min的速率从-30℃增加到20℃，通过测量样品的焓值表示可冻结水含量。
9.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(9)中，所述测定馒头的水分迁移具体为：将复蒸后的馒头切成20mm×20mm×40mm大小置于核磁管中用保鲜膜封口进行测试；多层-回波序列主要设置参数为回波时间TE＝0.300ms，采样间隔TW＝4000ms，回波个数NECH＝10000，累加次数NS＝8。
10.根据权利要求1所述的一种速冻工艺对发酵面制品品质及蛋白结构影响的探究方法，其特征在于，步骤(10)中，所述测定馒头的质构特性具体为：解冻后的馒头取中心部分，制成边长为25mm的正方体，使用P/36R型探头进行质构特性测定；测试参数：压缩比50.0％；测试前、中、后压缩速率分别为2mm/s、1mm/s、2mm/s；起点感应力5g；压缩间隔为5.0s；
步骤(12)中，所述测定馒头的蛋白二级结构具体为：酰胺I波段光谱区域分配如下：β-折叠：1600～1640cm-1、无规则卷曲：1640～1650cm-1、α-螺旋：1650～1660cm-1、β-转角：1660～1700cm-1；分别计算每个结构对应的二阶导数面积占酰胺I区总面积的百分比。
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| CN116508936B (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-12 | 山东科技职业学院 | 一种速冻生胚发酵面食的制作方法 |
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