絲膠抗凍肽在馬鈴薯冷凍饅頭中的應用研究

張 莉,王晨笑,陳姍姍,馬鴻承,吳金鴻,王正武,謝 凡,蘭小紅

(上海交通大學農業與生物學院,上海 200240)

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絲膠抗凍肽在馬鈴薯冷凍饅頭中的應用研究

張 莉,王晨笑,陳姍姍,馬鴻承,吳金鴻*,王正武,謝 凡,蘭小紅

(上海交通大學農業與生物學院,上海 200240)

在馬鈴薯冷凍面團中加入不同比例的絲膠肽,通過測定冷凍面團及其饅頭產品的體積變化研究絲膠肽對冷凍饅頭產品的比容和發酵力的影響,利用低頻核磁共振儀和質構儀分別測定冷凍饅頭的水分遷移情況和質構特性的變化。結果表明,絲膠肽的添加可以顯著提高馬鈴薯饅頭的比容和冷凍面團的發酵力。凍融8 d時,與空白對照組饅頭相比,添加4%與8%絲膠肽的饅頭比容分別增加了0.16 mL/g和0.19 mL/g;面團發酵4 h后,體積分別增加了7.5 mL和11.5 mL。與空白對照組相比,添加4%絲膠肽的馬鈴薯饅頭的T22、T23弛豫時間均較小,峰面積A22、A23、A總均較大,具有較強的水分結合力,可以減緩水分的遷移與流失。質構特性結果表明,絲膠肽的添加對冷凍馬鈴薯饅頭的硬度、彈性、咀嚼性的下降和黏聚性的上升趨勢有減緩作用。凍融8 d時,與空白對照組相比,添加8%絲膠肽使馬鈴薯饅頭的硬度、彈性、咀嚼性的下降分別減緩7.14%,4.91%,17.86%,使黏聚性的上升減緩18.76%。研究結果表明絲膠肽的添加對冷凍面團中的酵母有冷凍保護作用,可以抑制冷凍饅頭產品的水分遷移與流失,使其保持良好的質構特性。

絲膠肽,冷凍面團,馬鈴薯饅頭,質構特性

2015年中國正式啟動馬鈴薯主食化戰略,預計2020年50%以上的馬鈴薯將作為主糧消費。與小麥和水稻等傳統主糧相比,馬鈴薯低熱量、低脂肪,且食用后飽腹感強,因此具有減肥的功效;馬鈴薯含有半纖維素組分使其具有調節膽固醇、預防心血管系統的脂肪沉積、阻止動脈粥樣硬化發生的功能[1];馬鈴薯含有大量的膳食纖維,能夠防止便秘和改善腸道功能;馬鈴薯富含鉀元素,具有降血壓作用等[2]。因此,馬鈴薯代替傳統主糧可以促進均衡營養和健康消費。饅頭是我國具有鮮明民族特色的傳統食品,其制作工藝簡單,可以通過添加不同成分進行改良,得到具有較高營養價值的產品,如各類雜糧饅頭和保健饅頭。將馬鈴薯粉與小麥粉混合制作饅頭,可以改善和豐富人們的膳食結構,將是推動馬鈴薯主食化開發的重要產品之一。

表1 核磁共振儀操作參數設定Table 1 Parameters of nuclear magnetic resonance instrument

冷凍面團技術是利用食品冷凍原理與技術,先制作面團成品或半成品,經過冷凍后將面團運送到銷售點進行二次加工,便于實現連鎖化規模生產與銷售。在冷凍過程中,面團中的水會形成冰晶,并且在不穩定的溫度變化中會發生再結晶。隨著冰晶的增大,冷凍面團組織所受到的機械損傷增大,從而破壞面筋網絡結構,降低產品的持水性,面團持氣性能下降,且酵母菌受損活力下降[3-4],導致產品表面出現裂紋或皺縮[5-6]。尋找合適的冷凍保護劑添加入面團中,防止冷凍面團品質的下降,是推動冷凍面團技術發展的重要途徑[7]。徐云峰等[8-9]發現添加乳化劑能夠改善面團的流變學特性和冷凍面團饅頭的品質;李書國等[10]發現添加復合葡萄糖氧化酶等酶制劑能有效地改善面團流變學性質,抑制冰晶對面筋網絡結構的破壞,改善冷凍面團和成品的品質。

絲膠肽是一種對人體具有抗氧化、美容、降血糖等特殊功能作用的生物活性肽[11-12]。研究表明絲膠肽具有抗凍保護作用,可以防止細胞、組織等冷凍變性。將絲膠抗凍肽加入冷凍食品中,既提高產品營養價值,又能改善產品的品質特性。因此,本研究采用TA.XT Plus質構儀和MesoMR23-060H-I核磁共振儀等多種檢測手段,綜合分析添加不同比例的絲膠肽對馬鈴薯冷凍面團及冷凍饅頭制品特性的影響,為開發一種高品質的馬鈴薯冷凍饅頭產品提供一定的理論基礎和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

絲膠肽 湖州新天絲生物技術有限公司;馬鈴薯粉 興化市聯富食品有限公司;多用途麥芯粉 濱州中裕食品有限公司。

澳柯瑪家用全自動饅頭機 青島澳柯瑪生活電器有限公司;TA.XT Plus質構儀 英國SMSTA公司;MesoMR23-060H-I核磁共振儀 紐邁電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 添加絲膠肽的馬鈴薯冷凍面團及饅頭產品制備 以馬鈴薯粉80 g、小麥粉200 g、糖15 g、鹽1.5 g、改良劑3 g、復配親水膠體4.5 g、干酵母3 g、水約145 mL作為基本配方。在此配方中分別加入比例為0%、4%、8%的絲膠肽,依傳統方法制作面團[13]。將面團用保鮮膜包裹后置于-20 ℃凍藏。將冷凍面團取出后置于20 ℃恒溫箱中解凍30 min,面團中心溫度在4 ℃左右,再次將面團放回-20 ℃冷凍24 h。凍融天數分別為2、4、6、8 d。凍融后的面團依照傳統方法制成饅頭后室溫冷卻30 min,以備后續質量評估。

1.2.2 比容測定 比容測定參照國標GB/T 21118-2007[14]附錄A評定方法進行。通過排體積法測定馬鈴薯冷凍饅頭樣品的體積。實驗進行3次重復,取平均值作為實驗結果。

1.2.3 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍面團發酵力的影響 取30 g冷凍面團樣品解凍至中心溫度為4 ℃左右,揉捏均勻后,放入100 mL量筒底部。將量筒放置于36.0 ℃、85%濕度的恒溫恒濕箱中進行發酵,每隔0.5 h測定一次面團的體積,發酵4 h。實驗進行3次重復,取平均值作為實驗結果。

1.2.4 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍饅頭水分遷移的影響 利用MesoMR23-060H-I低頻核磁共振儀測定冷凍饅頭的水分遷移情況[15]。所用核磁共振儀共振頻率為23 MHz,磁體強度為0.5 T,線圈直徑為40 mm,磁體溫度為32.00 ℃。取一定質量的樣品放入線圈中,采用CPMG序列,測試參數如表1所示。使用核磁共振分析測量軟件采集得到面團的T2信號,使用 SIRT算法1×106次迭代擬合。實驗進行3次重復,取平均值作為實驗結果。

1.2.5 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍饅頭質構特性的影響 利用TA.XT Plus質構儀研究絲膠肽對馬鈴薯冷凍饅頭質構特性的影響[16]。饅頭冷卻后,用刀片切成厚度15 mm的薄片。選取最中心的兩片,采用平底柱形探頭P50進行TPA測試。經5 min平衡后,放置于質構儀平臺上,在常規模式下測定其硬度和黏聚性指標的差異,質構儀操作參數設定如表2所示。實驗進行6次重復,取平均值作為實驗結果。

表2 質構儀操作參數設定Table 2 Parameters of texture analyzer

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯冷凍饅頭比容測定結果

圖2 不同絲膠肽添加比例對馬鈴薯冷凍面團發酵力的影響Fig.2 Effect of different proportion of sericin peptides on the fermenting force of frozen potato dough

比容大小與面團中酵母的發酵力密切相關。由圖1分析可知,隨著凍融天數的延長,馬鈴薯冷凍面團的比容呈先上升后下降的趨勢,但添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭比容下降較為緩慢。凍融開始前6 d,與對照組比較,絲膠肽的添加作用效果無明顯區別,但當凍融天數超過6 d達到8 d后,添加4%與8%絲膠肽的饅頭比容分別為1.96 mL/g和1.99 mL/g,而未添加絲膠肽的對照組饅頭比容為1.80 mL/g,可見添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭的比容明顯大于未添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭。這主要是由于隨著凍藏時間的延長和凍融次數的增加,面團中的重結晶作用越來越明顯,面團中的酵母活性逐漸降低,且隨著冷凍環境中溫度的降低和波動,面筋結構受損加劇。絲膠肽具有抑制重結晶的作用[17],并且粘稠性較高,有利于減緩酵母活性的降低,增強面團的粘稠度,提高面團的強度和面筋的網絡穩定性以及面團的持氣和膨脹能力,從而有助于增大馬鈴薯饅頭的比容[18]。其中4%絲膠肽添加后饅頭比容反而先降低再趨于穩定,這主要是由于絲膠肽吸水能力強,添加后面團的粘性增大,但還不足以穩定面筋網絡結構,導致面團發酵時面筋伸展受限制,所以當酵母活性降低不是很明顯時相比未添加絲膠肽的饅頭其比容變小,但隨著凍藏時間延長,由于絲膠肽對酵母的冷凍保護作用減緩了酵母活性的下降,從而保持了面團較好的持氣和膨脹能力,減緩比容變化。

圖1 不同絲膠肽添加比例對馬鈴薯冷凍饅頭比容的影響Fig.1 Effect of different proportion of sericin peptides on the specific volume of frozen potato steamed buns

2.2 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍面團發酵力的影響

在冷凍過程中,由于冰晶通過重結晶作用形成較大的顆粒對酵母產生一定的損傷作用,導致面團中的酵母細胞活性下降而使其發酵力降低,同時冷凍過程中面筋結構隨著冷凍環境溫度的降低和波動而受損加劇,因此冷凍過程一般會降低面團的持氣和膨脹能力,使面團體積減小。不同絲膠肽添加比例對馬鈴薯冷凍面團發酵力的影響如圖2所示。結果表明,凍融4 d后,絲膠肽對面團的冷凍保護作用效果才明顯呈現出來,當凍融天數達到8 d同時面團經過4 h發酵時,添加4%與8%絲膠肽的面團體積分別為68.4 mL和72.4 mL,而未添加絲膠肽的對照組饅頭面團體積為60.9 mL,可見添加絲膠肽的面團體積顯著高于未添加絲膠肽的面團體積,并且隨著絲膠肽添加量的增加其保護作用效果更加顯著。這說明抗凍保護劑絲膠肽的添加可以抑制冰晶重結晶作用,減緩冷凍對面筋網絡結構的破壞作用,進而提高面團的持氣和膨脹能力及酵母發酵力,使面團體積增大。

圖4 不同絲膠肽添加比例對馬鈴薯冷凍饅頭水分遷移的影響Fig.4 Effect of different proportion of sericin peptides on the moisture transfer of frozen steamed buns

2.3 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍饅頭水分遷移的影響

在冷凍過程中,面團中的水會形成冰晶,在不穩定的溫度變化中冰晶還會發生再結晶。隨著冰晶的增大,冷凍面團組織所受到機械損傷也會增大,從而破壞其中的網絡結構,面團中的水分發生遷移,降低產品的持水性[19-20]。圖3為樣品的核磁共振T2波譜圖。T2弛豫時間反映了樣品內部氫質子所處的化學環境,與氫質子所受的束縛力及其自由度有關。氫質子受束縛越大或自由度越小,T2弛豫時間越短,在T2譜上峰位置較靠左;反之則T2弛豫時間越長,在T2譜上峰位置較靠右[21-22]。

圖3 核磁共振T2波譜圖Fig.3 Nuclear magnetic resonance T2 spectroscopy注：不同曲線代表不同樣品質量，#0.8：6.6962 g、#4.8:5.6011 g、#8.8:5.5224 g、#0.10：5.6437 g、#4.10:5.6142 g。

圖4為T2波譜圖的分析結果。氫質子大致分為三種相態,分別由T21、T22、T23表示。其中T21(0～0.5 ms)表示結合水,其對應的峰面積為A21;T22(0.5～30 ms)表示中間水,其對應的峰面積為A22;T23(30～100 ms)表示自由水,其對應的峰面積為A23。峰面積為樣品的信號量,信號量與其組分含量成正比關系,因此組分含量越高,積分得到的峰面積越大[23]。

由圖4分析可知,隨著凍融天數的增加,當凍融天數達到10 d時,添加4%絲膠肽的T22、T23弛豫時間分別為5.93 ms和56.42 ms,A22、A23、A總分別為2444.68、94.67和2702.73,而未添加絲膠肽的對照組T22、T23弛豫時間分別為6.08 ms和59.27 ms,A22、A23、A總分別為2410.51、75.81、2654.79。與未添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭相比,絲膠肽添加比例為4%的馬鈴薯饅頭的T22、T23弛豫時間均較小,峰面積A22、A23、A總均較大。說明在凍融過程中,添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭水分結合力要強于未添加絲膠肽的馬鈴薯饅頭,絲膠肽在凍融過程能夠起到與水分結合,防止水分遷移與流失、維持產品的結構、提高持氣性和持水率、控制水分遷移、保持產品質量的作用。

圖5 不同絲膠肽添加比例對馬鈴薯冷凍饅頭質構特性的影響Fig.5 Effect of different proportion of sericin peptides on textural properties of frozen steamed buns

2.4 添加絲膠肽對馬鈴薯冷凍饅頭質構特性的影響

硬度、黏聚性、彈性和咀嚼性是饅頭質構品質的重要指標。有研究表明經冷凍后面團的黏彈特性直接影響最終產品的質構特性和感官特性[24-25]。研究結果表明凍融處理對馬鈴薯饅頭的質構特性具有顯著影響。由圖5分析可知,在凍融過程中,由于冰晶的形成對面團的面筋蛋白網狀結構造成破壞,使得饅頭的硬度和彈性下降,咀嚼性降低。而絲膠肽的添加對這種下降趨勢有抑制作用,并且絲膠肽的添加比例越大,這種抑制作用越明顯。當凍融天數達到8 d時,與未添加絲膠肽的對照組相比,添加8%絲膠肽的馬鈴薯饅頭的硬度由4254.38 g下降到3789.00 g,與對照組比減緩了7.14%;彈性由0.43下降到0.39,減緩了4.91%;咀嚼性由3.86下降到1.73,減緩了17.86%。這種作用可能與絲膠肽可以通過抑制冰晶形成或抑制重結晶作用有內在關聯。另外,在凍融過程中,由于面筋結構被破壞,持水性下降,發生水分遷移,使饅頭的黏聚性上升。而絲膠肽的添加可以防止水分遷移,對黏聚性上升趨勢具有減緩作用,并且絲膠肽的添加比例越大,這種減緩作用越明顯。當凍融天數達到8 d時,與未添加絲膠肽的對照組相比,添加8%絲膠肽的馬鈴薯饅頭黏聚性由0.79升到0.82,減緩了18.76%。

絲膠肽是親水性很強的一種多肽,研究表明其具有明顯的抗凍作用,可以防止細胞、組織等冷凍變性,對冷凍面團的酵母也具有低溫保護作用。在凍融過程中,將絲膠抗凍肽添加入冷凍面團中,由于絲膠肽對面團中的面筋結構和酵母細胞具有良好的保護作用,因此通過添加絲膠肽可以減少凍融過程對面團造成的影響。另外,絲膠肽本身的氨基酸含量較高,對人體具有特殊的生理功能作用。因此在冷凍面團中添加絲膠肽既可以提高產品的營養價值,又能改善產品的品質特性,包括使冷凍面團的發酵力上升,改善產品的硬度、彈性、咀嚼性和黏聚性等,減緩產品在凍融過程中的品質特性的劣變。本研究通過對不同絲膠肽添加比例的馬鈴薯冷凍面團進行數次凍融處理,測定在凍融過程中面團的硬度、彈性、咀嚼性、黏聚性和發酵力等特性指標。研究結果發現在凍融過程中,面團的硬度、彈性和咀嚼性下降,黏聚性上升,酵母的發酵力也隨著凍融次數的增大而降低。因此,結果證明在凍融過程中,絲膠抗凍肽的添加對馬鈴薯冷凍面團中的面筋結構和酵母細胞具有良好的抗凍保護作用,對馬鈴薯面團制作的饅頭品質也具有顯著的影響。

3 結論

在凍融過程中,由于冰晶重結晶作用及面筋網絡結構的破壞,導致面團中的部分酵母細胞失活而使其發酵力下降,比容減少,進而使馬鈴薯冷凍饅頭產品的感官和質構特性發生變化。本研究通過添加不同比例的絲膠肽,研究其對馬鈴薯冷凍面團及其饅頭產品的比容、發酵力、水分遷移和質構特性的影響。研究結果表明,經長時間凍藏及凍融處理后,添加絲膠肽的馬鈴薯冷凍面團的比容和發酵力都高于未添加絲膠肽的馬鈴薯面團;絲膠肽添加有助于減緩馬鈴薯冷凍饅頭產品硬度、彈性和咀嚼性的降低,減緩黏聚性的上升。此外,添加4%絲膠肽的馬鈴薯饅頭的水分結合力最強,水分遷移與流失程度最低。上述研究結果表明絲膠肽的添加對冷凍面團中的面筋結構和酵母細胞具有較好的抗凍保護作用,可以抑制冷凍饅頭產品的水分遷移與流失,使其保持良好的質構特性。本研究探討了絲膠抗凍肽在冷凍面團技術的應用,相關研究結果將為開發一種高品質的馬鈴薯冷凍饅頭產品提供一定的理論基礎和技術參考。

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Application of sericin antifreeze peptides on the frozen potato steamed buns

ZHANG Li,WANG Chen-xiao,CHEN Shan-shan,MA Hong-cheng,WU Jin-hong*,WANG Zheng-wu,XIE Fan,LAN Xiao-hong

(Shanghai Jiao Tong University,College of Agriculture and Biology,Shanghai 200240,China)

In this study,different proportions of sericin peptides were added into the frozen potato dough,and the effects of sericin peptides on the volume and fermentation capacity of frozen steamed buns were investigated by measuring the volume change of the frozen dough and the frozen steamed buns. The moisture transfer of the frozen steamed buns was measured by a low frequency nuclear magnetic resonance instrument,and their texture properties were measured by a texture analyzer. The results showed that the addition of sericin peptides can significantly improve the fermentation capacity of frozen dough. Compared with the control group without the addition of sericin peptides steamed buns,the specific volume of steamed buns with 4% and 8% sericin peptides were increased by 0.16 mL/g and 0.19 mL/g when the freezing thawing days reached 8 days. After 4 hours of fermentation,the volume of dough adding 4% and 8% sericin peptides were increased by 7.5 mL and 11.5 mL,respectively. In addition,compared with the control group,the relaxation time T22,T23of potato steamed buns with 4% sericin peptides were smaller and the peak area A22,A23,ATwere larger during the process of freezing and thawing. The water binding capacity of potato steamed buns with 4% sericin peptides was strong,which can slow down the moisture migration and loss. The texture properties results showed that the addition of sericin peptides could slow down the decrease of hardness,elasticity and chewiness,and the increase of the cohesiveness of frozen potato steamed buns. When the freezing thawing time reached 8 days,the decrease in hardness,elasticity and chewiness of potato steamed buns containing 8% sericin peptides were slowed by 7.14%,4.91% and 17.86%,respectively,while the increase in cohesiveness was slowed by 18.76% compared with the control group. The results showed that the addition of sericin peptides has cryoprotective effects on yeast in frozen dough,and it also has a certain inhibitory effect on the moisture migration and loss of frozen steamed buns products,so as to maintain good texture characteristics.

sericin peptides;frozen dough;potato steamed buns;texture properties

2016-11-18

張莉(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：zhangli4705@163.com。

*通訊作者:吳金鴻(1978-)，女，博士，副研究員，研究方向：功能食品和食品加工，E-mail：wujinhong@sjtu.edu.cn。

國家自然科學基金項目(31471623，21276154)；國家重點研發計劃專項課題(2016YFD0400206)資助。

TS201.2

A

1002-0306(2017)11-0050-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.001