γ-聚谷氨酸對全麥冷凍面團烘焙特性的影響

王家寶 何 松 蘇子良 黃美鳳 楊 笛 余 寒 黃富強 何虹燕

(廣東廣益科技實業有限公司，廣東 東莞 523075)

全麥面包是全球眾多國家和地區的傳統烘焙食品，因含有小麥麩皮、胚芽，其營養和健康益處特點更加突出[1]。研究[2]指出，全麥粉可降低心血管病等疾病風險，被認為是營養健康食品。冷凍面團技術是采用凍藏原理保藏面團從而簡化門店制作面包工序的現代烘焙加工技術，運用冷凍面團技術生產全麥面包可提高生產效率。但是面團在冷凍過程中，游離水的結晶會破壞面筋結構[3]，面筋蛋白被冰晶破壞后導致保留氣體能力差，造成面包比容減小[4]。

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是日本發酵食品納豆的主要成分之一，是通過枯草芽孢桿菌產生的谷氨酸分子聚合物，在日本、韓國可作為天然的食品添加劑使用，是一種天然的生物抗凍劑[5]。此外，γ-PGA具有高吸水保濕性和生物可降解性[6]。時曉劍等[7]發現γ-PGA可以提高酵母的抗冷凍性，謝新華等[8]研究發現γ-PGA可減弱凍藏對面筋網絡的破壞，抑制蛋白二級結構向不穩定狀態的變化，改善面筋蛋白的凍藏穩定性。冷凍全麥面團受到冷凍冰晶刺穿面筋蛋白和麩皮稀釋面筋蛋白的雙重破壞，面團若想保持良好的抗凍、發酵和入爐膨脹性能就需要添加抗凍劑。而工業化生產重視面粉持水率，因為面粉持水率的提高有助于增大面團得率、節約成本，高保濕性添加劑可改良面粉持水、面團品質特性。曾有學者針對添加γ-PGA的面筋蛋白[9]和淀粉糊化[10]的變化進行了探究，但是關于γ-PGA對模擬工業化生產工藝的冷凍全麥面團和全麥面包烘焙特性的影響尚未見報道。試驗擬探索γ-PGA作為改良劑添加至冷凍全麥面團中，并分析γ-PGA對冷凍全麥面團面包烘焙品質的影響，探究其在冷凍面團應用的工業潛力，為烘焙工業開發天然的食品添加劑提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 試驗材料

金焙全麥粉：廈門海嘉面粉有限公司；

白砂糖、食鹽：市售；

即發干酵母：樂斯福管理(上海)有限公司；

金味奶酥油：益海嘉里糧油公司；

復配防腐劑、食品用脫氧劑(30型)：廣益科技實業有限公司；

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)：普瑞斯生物有限公司；

抗壞血酸：東北制藥集團股份有限公司；

雙乙酰酒石酸單雙甘油酯：巴斯夫(中國)有限公司；

YPD瓊脂：上海瑞楚生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

攪拌機：HSE-15型，恒威建億貿易有限公司；

壓面機：HS2252型，廣州浩勝食品機械設備有限公司；

醒發箱：SPC-40FP型，新麥機械(無錫)有限公司；

烤爐：SM2-523型，新麥機械(無錫)有限公司；

掃描儀：MX-M350U型，夏普商貿(中國)有限公司；

質構儀：EZ-SX100N型，日本島津公司；

水分測定儀：XY-100MW-A型，常州幸運電子設備有限公司；

正方體吐司模具：SN2180型，三能食品器具股份有限公司；

恒溫培養箱：LRH-250-HS型，韶關泰宏醫療器械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 全麥粉持水率測定 按不同添加量(0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%)將γ-PGA添加到3.0 g全麥粉中并混勻，然后加入到30 mL去離子水中，漩渦震蕩使其混勻，靜置2 h。4 000 r/min離心30 min，去上清液后稱重。按式(1)計算全麥粉的持水率。

(1)

式中：

CWH——全麥粉的持水率，%；

M——去上清液后濕面粉質量，g；

m——全麥粉質量，g。

1.2.2 面團制作配方 全麥粉1 000 g，水650 g，干酵母20 g，白砂糖60 g，鹽15 g，起酥油30 g，抗壞血酸50 mg，雙乙酰酒石酸單雙甘油酯5 g，并分別按全麥粉質量的0.0%，0.5%，1.0%和2.0%添加γ-PGA。

1.2.3 制作工藝 將原料(除黃油和鹽)放入攪拌機，慢速混合5 min，快速2 min，形成少量面筋。抹上黃油和鹽，慢速混合3 min，快速攪拌1 min至面筋擴展。使用壓面整形機進行壓面(5個來回)，壓成8 mm的厚度。將面團分割成150 g/個，揉圓并排氣成型。覆蓋保鮮膜后于-40 ℃下速凍30 min。分別進行恒溫凍藏和反復凍融，恒溫凍藏溫度為-18 ℃；反復凍融為-18 ℃下凍藏24 h，25 ℃ 下解凍60 min，循環5次。將每個面團放入內徑為75 mm×75 mm×75 mm的立方體吐司模具中，4 ℃ 冷藏解凍12 h，于35 ℃、相對濕度為75%的醒發箱發酵1.5 h，蓋上吐司蓋并放入烤爐(上火、下火溫度均為190 ℃)烘焙25 min。冷卻后的面包與脫氧劑一同放入聚偏二氯乙烯涂布聚丙烯(KOP)復合膜包裝袋中進行封口包裝。

1.2.4 冷凍面團酵母存活率測定 根據文獻[11]修改如下：將新鮮和凍藏的冷凍面團從中心剪下1 g置于9 mL 0.85% 的無菌生理鹽水中，漩渦震蕩使其混勻。吸取1 mL 上清液進行系列梯度稀釋，分別吸取100 μL稀釋液涂布于YPD平板中，30 ℃培養48 h。

1.2.5 面團發酵高度測定 將150 g冷凍面團放置于直徑為90 mm的圓底燒杯中，將面團壓平覆蓋燒杯底部，于35 ℃、相對濕度為75%的醒發箱中發酵60 min后測量面團高度。

1.2.6 面團水分含量測定 凍藏面團于4 ℃解凍12 h，從面團中心稱取2～3 g，采用水分測定儀進行測定。

1.2.7 全麥面包燒減率測定 根據文獻[12]的方法。

1.2.8 全麥面包比容測定 根據文獻[13]的方法。

1.2.9 質構分析 根據文獻[14]修改如下：將面包切成厚度為12 mm薄片，使用P/36探頭對中心的兩片面包進行連續2次壓縮測試。測前速度1.0 mm/s，測試速度3.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮程度40%，測定面包硬度和回復性。

1.2.10 老化率分析 根據文獻[15]的方法。

1.2.11 面包截面結構分析 面包切片后，以每英寸600個點掃描面包的橫截面圖像，采用Image J軟件選取面包掃描圖片中心40 mm×40 mm區域。通過閾值轉化法將灰度圖處理為二值圖。軟件可分辨的氣孔面積為0.01～100.00 mm2，分析氣孔面積分率和分形維數[16]。并定義氣孔面積1～100 mm2的為大型氣孔，大氣孔分率為圖像中的大型氣孔數與總氣孔數之比值。

1.2.12 數據統計分析 采用SPSS 16.0軟件對數據進行顯著性分析和相關性分析，顯著差異水平取P<0.05；采用OriginPro 8.5軟件對數據進行分析繪制；采用Image J軟件對圖像進行處理。

2 結果與分析

2.1 γ-聚谷氨酸對全麥粉持水率的影響

由圖1可知，全麥粉持水率隨γ-PGA添加量的增大而顯著增大，當γ-PGA添加量為1.0%，1.5%時，全麥粉持水率由對照組的107%分別升高至117%，124%；當γ-PGA 添加量為1.5%，2.0%時，二者的全麥粉持水率無顯著性差異，說明過高濃度的γ-PGA并不會繼續提高全麥粉持水率。有文獻[17]報道γ-PGA水凝膠的多袋狀結構能吸收大于自身重量的水分，因此γ-PGA具有優良的吸水性和保水性。謝新華等[9]向面筋蛋白中添加1.0%的γ-PGA，持水率比對照組提高了29%。

2.2 γ-聚谷氨酸對酵母存活率和面團發酵高度的影響

2.2.1 酵母存活率 由圖2可知，酵母菌存活率隨γ-PGA 添加量的增大而提高，當γ-PGA添加量為1.0%，2.0%時，二者的酵母存活率無顯著差異，均高達75%以上，而未添加γ-PGA的存活率僅為54%，說明γ-PGA可顯著提高酵母在全麥面團凍藏過程的存活率，提高酵母抗凍能力。Lu等[18]研究發現同為聚氨基酸的ε-聚-L-賴氨酸可通過靜電相互作用與酵母細胞膜的陰離子成分結合，從而對酵母產生冷凍保護作用。丁姍姍等[19]也發現γ-PGA 具有較強的抗凍活性。Kumio等[5]研究表明加入γ-PGA后，酵母存活率顯著增加，但添加量超過1.0%后酵母存活率不再提高。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2.2 面團發酵高度 由圖2可知，不同γ-PGA添加量的全麥面團的醒發發酵高度具有顯著差異，而發酵高度綜合反映了酵母發酵過程的產氣特性和面筋持氣穩定性[20]。與未添加γ-PGA組相比，當γ-PGA添加量為1.0% 時，其發酵高度增加了13.8%，說明γ-PGA可有效提高冷凍全麥面團的發酵高度。Jia等[21]認為這與酵母的死亡率有關，酵母死亡率越低，酵母活性越大，醒發能力越強。相關性分析發現，試驗的面團醒發高度與酵母存活率呈正相關，其線性相關系數R2=0.992，說明全麥冷凍面團中的酵母存活率越高，越有助于面團發酵。這可能是因為γ-PGA通過對酵母的抗凍保護提高存活率從而改善冷凍面團的發酵性能。

2.3 γ-聚谷氨酸對面團含水量和燒減率的影響

2.3.1 面團含水量 由表1可知，凍融循環的全麥面團水分含量基本上比恒溫凍藏的有所下降。Xu等[22]發現面團經凍融循環后，持水能力顯著降低(P<0.05)。凍融循環中，冰晶生長和再結晶可能會引起面筋網絡變弱，水分分布發生變化，水分遷移并流失。含有γ-PGA的冷凍全麥面團比對照組具有更高的水分含量，可能與γ-PGA提高全麥粉持水量有關。此外，γ-PGA的親水基團與水分子形成氫鍵從而抑制冰晶形成，具有良好的抗凍活性[23]，從而保護面團網絡結構和持水能力。

2.3.2 燒減率 燒減率是表示烘焙食品在加熱情況下的水分損失百分比，水分損失的程度是評價烘焙工藝和產品品質的重要指標之一。由表1可知，添加γ-PGA有助于減小燒減率，有助于保持烘焙后的面包濕潤程度；恒溫凍藏組，添加2.0%γ-PGA可使燒減率從對照組的10.9% 下降至9.6%。結合面團含水量和燒減率，凍藏過程持水性的改善說明面團面筋結構保持得好，從而表現在烘焙過程中燒減率下降。凍融循環組的全麥面團燒減率明顯高于恒溫凍藏組，這與凍融循環使得面筋網絡被冰晶破壞造成烘焙過程中面團持水能力下降有關，進而在烘焙過程中更易損失水分。

表1 γ-聚谷氨酸對面團含水量和燒減率的影響?

2.4 γ-聚谷氨酸對全麥面包烘焙特性的影響

2.4.1 比容 由圖3可知，面團冷凍貯藏造成酵母活力和面筋質量下降，反復凍融循環更是加劇了這些變化，導致面團醒發速度慢、面包比容小。與未添加γ-PGA組相比，添加γ-PGA后，恒溫凍藏組和凍融循環組的比容顯著增大，是因為γ-PGA提高了酵母存活率，增大了產氣量使全麥面團醒發高度上升，比容增大。當γ-PGA添加量<1.0%時，全麥面包比容隨γ-PGA添加量的增大而增大，與Shyu等[24]的研究結果相似；當γ-PGA添加量為2.0% 時，面包比容呈減小趨勢，可能是因為2.0%的添加量對全麥面團的黏彈特性產生影響，導致面團發黏，反而難以在揉面操作過程中成型，以及黏性過高影響面團在烤爐內受熱膨脹。相同γ-PGA添加量下，凍融循環組的比容比恒溫凍藏組的小，是因為反復凍融過程中冰晶的再生長和重結晶程度更深，造成了面筋蛋白結構發生不可逆的破壞[25]。

2.4.2 面包芯結構 氣孔面積分率(AF)越大，說明體系的持氣能力和穩定性越好，添加γ-PGA可提高面包的AF值。一方面，γ-PGA可能改善酵母菌的存活率，增加面團產氣量；另一方面，γ-PGA可改善面團的乳化特性[26]，從而提高面團持氣量，乳化作用使得面團中的氣泡在醒發過程中擴展，最終表現為提高面包的氣相面積分率。

由表2、圖4可知，當γ-PGA添加量為1.0%時，恒溫凍藏組面包出現不均勻的氣孔和一些大的氣孔，大氣孔分率顯著提高(P<0.05)；分形維數隨γ-PGA添加量的增大而增大。圖像的分形維數表征圖形的復雜性，分形維數越大表示氣孔變形程度越大[27]。添加γ-PGA導致形成大氣孔分率和分形維數變大的原因可能是由于氣泡失穩，氣泡歧化是由于較小的氣泡收縮或不生長，而較大的氣泡生長更快。小氣泡的拉普拉斯壓力較高，會遷移、聚結成較大氣泡[28]。γ-PGA的高黏性雖然有助于保持面團的持氣量，但無法阻止氣體的遷移，形成的小氣泡會發生歧化、聚結成大氣泡，因此導致添加較多γ-PGA的全麥面包芯存在更多的大氣孔。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.4.3 質構 硬度越低說明面包口感越軟。由表3可知，添加1.0%的γ-PGA可顯著減小面包硬度。面包的柔軟度與比容有關，良好的面團結構和適量的大氣泡能增大烘焙后的面包比容，促進更松軟的面包結構。回復性與面包品質呈正相關[29]，當γ-PGA添加量<1.0%時，全麥面包回復性無顯著性差異，但2.0%添加量的回復性顯著減小，不利于面包貯藏、運輸過程中受壓力變形的恢復。綜上，添加1.0%的γ-聚谷氨酸對全麥面包質構品質具有改善作用。

2.5 γ-聚谷氨酸對面包老化的影響

面包硬度增加的程度是評價老化速度的重要指標[30]。由表3可知，貯藏期間面包芯硬度有著不同程度的增加。貯藏3 d后，恒溫凍藏組的硬度小于對應的凍融循環組。由于各組全麥面包初始硬度不同，老化率可更客觀描述貯藏過程中硬度的變化速度。貯藏3 d后，當γ-PGA添加量為0.0%時，凍融循環組和恒溫凍藏組的全麥面包老化率分別為3.36，2.67 N/d，當γ-PGA添加量為1.0% 時，凍融循環組和恒溫凍藏組的全麥面包老化率顯著降低(P<0.05)，分別為1.36，1.19 N/d，說明γ-PGA具有抗老化效果。這可能是因為γ-PGA與淀粉分子形成氫鍵，阻礙了淀粉分子內氫鍵的形成[31]，減弱了全麥粉淀粉的重結晶，從而延緩老化。

圖4 恒溫凍藏面包芯成像解析圖

表2 γ-聚谷氨酸對面包芯結構的影響?

表3 γ-聚谷氨酸對面包質構和老化率的影響?

3 結論

研究表明，恒溫凍藏和反復凍融循環過程中，添加γ-聚谷氨酸有助于改善全麥面團的抗凍、發酵流變和全麥面包的烘焙品質、抗老化特性，且γ-聚谷氨酸的最優添加量為1.0%。添加1.0%的γ-聚谷氨酸可使全麥粉持水率由對照組的107%升高至117%，全麥冷凍面團發酵高度增加了13.8%，改善了面團持氣穩定性；γ-聚谷氨酸可增大面包比容，改善面包芯結構，添加1%的γ-聚谷氨酸可提高面包切面的氣孔面積分率和分形維數，形成較大氣孔，保持全麥面包柔軟，顯著降低全麥面包的老化速率。綜上，γ-聚谷氨酸作為抗凍保濕改良劑，可改善全麥冷凍面團質量和全麥面包烘焙特性。試驗中添加γ-聚谷氨酸因增稠作用導致面團發黏，后續可考慮引入谷朊粉對面團操作性和全麥粉面筋品質進行改善。

致謝：感謝廈門海嘉面粉有限公司提供金焙全麥粉和交流指導。