冷凍面團的研究進展

禚 悅 張士凱 王 敏 吳 澎

(山東農業大學食品科學與工程學院；山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，泰安 271018)

冷凍在面面團是指制品的制作過程中，為了方便貯存與運載，通過冷凍技術加工而得的半成品。將半成品冷藏處理，等需要使用的時候再將其解凍，而后進行剩余的生產加工流程[1]。

傳統的面制食品加工一般有兩種模式：第一種是現場制作與銷售，這種模式下很難實現集約化經營，而且生產出的食品質量參差不齊，難以做到標準化；第二種是在集中生產、統一加工成品后，配送至各區域進行銷售，然而在運輸、貯存過程中會對食品新鮮度、風味等造成影響，使得產品品質下降[2]。冷凍面團的出現，在成型、醒發、烘烤等環節中加入冷鏈工序，能夠使面包前期的加工操作與后期烘烤工序分離，突破傳統生產模式的制約，能夠使產品做到規模化、標準化生產的同時，還保證了產品的品質[3]。

冷凍面團具有較強的優越性，能夠在保證質量同時減少生產成本和勞動力。目前已經被用于國內外烘焙行業，在全球得到迅速發展[4]。

隨著我國食品行業的急速發展，冷凍面團在食品加工中的應用成為了研究的熱點。本文總結了國內外學者對冷凍面團品質及其影響因素的研究，分析了目前冷凍面團在理論研究及應用方面存在的問題，在此基礎上對我國冷凍面團的研究方向進行了展望，為更好地實現其工業化發展提供參考。

1 冷凍面團品質的影響因素

通常來說，在面團冷凍儲藏過程中其品質會受到諸多因素的影響，例如，溫度波動較大會導致面團的蛋白質結構被破壞，面制品的質量也會由于水分的丟失導致開裂，嚴重影響到冷凍面團制品的品質，因此對冷凍面團品質影響因素的研究至關重要。

1.1 小麥粉筋力

小麥粉是冷凍面團主要的成分，其功能是使面團具有持氣性、黏彈性。小麥粉筋力的大小是衡量面團凍后質量的關鍵參數。陸婕等[5]通過研究發現高筋面團的發酵活力高于低筋面團。黃敏勝等[6]研究發現小麥粉的筋力對于面團質量的影響遠大于蛋白質含量的影響。不同的產品所需的最佳面粉筋力有所不同。根據需要，在制作中式面點或面包時，為了獲得較高的面筋強度，在制作時應選擇具有良好筋力強度的高筋粉[7]，在較低溫度下，也可通過較強的面筋網絡降低對面團持氣性的破壞力度。

1.2 淀粉

通過掃描電鏡觀察冷凍糯米淀粉的老化特性和網絡結構發現，在冷凍貯藏過程中低溫環境對直鏈淀粉重結晶起到了促進作用，使支鏈淀粉最終形成了有序的晶體結構[8，9]；葉曉楓等[10]利用液氮環境速凍面團測定解凍面團直鏈淀粉含量得出，在第5天時直鏈淀粉含量下降劇烈，長時間凍藏使直鏈淀粉含量波動下降；張華等[11]通過直接提取小麥淀粉進行凍藏研究發現，經凍藏后表面受損的小麥淀粉顆粒，會增加溶解度和黏度，降低膨脹力和糊化溫度，表明凍藏后的淀粉顆粒形態、理化性質均發生了明顯變化。

通過分析不同儀器與方法對不同種類的淀粉實驗結果，可以發現，冷凍儲藏對于小麥淀粉的基本組成、微觀結構、晶體結構、糊化特性和熱力學特性都產生了一定的影響，并且進一步影響小麥粉的蒸煮特性和烘烤特性。在今后研究中我們可以利用淀粉與果膠的協同作用，利用復配體系提高淀粉質構的硬度與彈性，對冷凍面團性能起到更好的保護作用。

1.3 蛋白質

面團加工過程中，冷凍儲藏能夠影響面筋蛋白、麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的二級結構，使其分子質量發生改變，最終對冷凍面團的品質特性及產品質量造成影響。潘治利等[12]通過對餃子皮中的麥谷蛋白冷凍、解凍循環過程結構以及功能特性進行研究，發現麥谷蛋白二級結構中無規則卷曲和α-螺旋含量均減少，同時蛋白質功能特性呈現出降低趨勢；趙妍等[13]通過實驗觀察小麥蛋白質在4個儲藏微環境中其二級結構的變化，結果發現貯存時間的延長，會使蛋白質二級結構的α-螺旋和β-轉角減少，β-折疊增多，同時三者之間能夠相互轉化；李學紅等[14]的研究中，將面團放于-18 ℃環境下進行冷凍儲藏，研究小麥蛋白中的醇溶蛋白與麥谷蛋白及其二級結構的變化，發現α-螺旋和β-轉角減少，β-折疊增多，并且對面團的彈性、黏性等均產生影響。另外，研究人員還利用高效液相分子排阻色譜(SE-HPLC)對面筋蛋白分子質量進行定量分析，發現凍藏后可溶性蛋白含量明顯增加，并進一步驗證了麥谷大分子蛋白(GMP)在凍藏過程中發生解聚[15]。

1.4 水分

凍藏期間溫度的波動會引起水分重結晶，破壞面筋蛋白結構，使冷凍面團品質下降[8，9]。冷凍面團在凍藏過程中，隨著凍藏時間的延長，冷凍面團表面水分發生干耗，內部水分緩慢移動到表面，造成面團中水分的喪失[16]，隨著時間的延長，水分減少使得表面產生裂紋，影響冷凍面團品質及外觀。溫度波動時，冷凍面團中冰晶不斷出現融化重組，發生重結晶，而重結晶產生的冰晶通常較大，會破壞面筋網絡結構，從而影響冷凍面團及成品品質[17，18]。研究發現胞外多糖可提高冷凍面團面筋的含水量，延緩面筋的脫水以及面筋基質中束縛水的遷移速率[19]。另外將不同取代度的羧甲基纖維素鈉添加到冷凍面團中能使面團中結合水的含量增加，高取代度的羧甲基纖維素鈉抑制冰晶形成的效果更好[20]。

在面團制作過程中，小麥蛋白需要水的作用才能形成面筋，冷凍時溫度波動會使水分會形成冰晶，影響水和蛋白質之間的相互作用，對面團的發酵特性、面筋的網絡結構造成破壞，導致成品質量下降。在以后的研究中，應創新冷凍技術，適當控制冷凍貯藏時的溫度，加強冷凍室的恒溫效果，減少溫度波動，削弱水分在面團中的遷移，改善冷凍質量。

1.5 酵母

酵母發酵過程中產生CO2使面團膨脹，生成的其它產物使面包具有豐富的香氣及良好的色澤。而在冷藏時，酵母細胞中的水分會形成冰晶，如果溫度起伏較大會導致重結晶現象，使冰晶體積增大，面筋網絡遭到嚴重的損壞，破壞酵母，降低其產氣能力，最終降低產品質量[21]。

目前，市面上酵母的種類有很多，由于產品需要的不同選擇也不同。Wolt等[22]發現，制作即用面團時，使用干酵母的最初醒發時間要比用鮮酵母短一些，若是在儲藏時間較久的面團中，干酵母的醒發時間卻要長一些。散裝液態酵母可更好地與小麥粉混合，減少預發酵所需時間，代謝活動降低，提高其抗凍能力[23]。另一方面，通過酵母添加量的增加來彌補酵母因冷凍而受的損傷，通常情況要比常規量多0.5倍。制作冷凍面團的酵母不一樣，各方面特性也不同，最終生產出的饅頭在質構特性、色度、比容以及感官等方面都有明顯差異；總的來看，低糖和耐糖型的活性干酵母制成的饅頭各方面品質更好、更穩定[24]。

在冷凍面團加工過程中，酵母的冷凍損傷是造成成品質量下降的主要因素。在儲存和運輸過程中，溫度的劇烈波動會導致冰晶尺寸的增大，加劇了冷凍對酵母的損害，降低其冷凍耐受性，使面團結構遭到破壞，導致面團品質下降。因此減少酵母在冷凍過程中的損傷，提高其抗凍性，是改善冷凍面團質量的重點研究內容。

1.6 加工工藝

在面團加工過程中，許多工序對產品的品質有很大的影響，例如和面和冷凍是冷凍面團生產過程中重要環節，其成功與否將能夠直接影響面團品質。和面應注意加水比例，過多過少均會影響成品質量[25]。冷藏技術可使面團長時間儲存，有利于運輸儲藏，但低溫會降低成品面包品質。在冷凍面團加工時，為了獲得更高品質的產品，有效控制冷凍速度和時間是非常有必要的。冷凍儲藏時，速凍和緩慢冷凍都會形成冰晶，緩慢冷凍使水有足夠的時間從細胞中流出，形成細胞外冰，導致酵母細胞脫水，影響酵母活力及面團結構。隨著冷凍速度的增加，面團基本成分的損失會減少，而且采用速凍產生的冰晶很小，幾乎不會損壞組織，對冷凍面團的成品品質影響也很小。目前，冷凍前的預發酵和冷凍系統在冷凍工藝中的研究最多。在冷凍前不進行發酵或者采用快速發酵的方式都能夠使后續冷凍工藝中酵母的敏感性下降、抗凍性能夠更好[26，27]。王顯倫[28]通過實驗記錄冷凍面團裂紋、皺縮隨發酵時間的發展關系，發現面團最佳的發酵時間為10 min。

1.7 改良劑

與新鮮面團制品相比，冷凍面團制品存在發酵時間長、體積小、質構性能差、口感降低等問題[29，30]。改良劑的使用在冷凍面團品質改善方面極其重要，對使用的酵母、冷凍面團的水分以及冷凍面團等方面均能起到很好的保護作用，從而提高了冷凍面團的成品質量。目前，常用的改良劑主要有食品膠、乳化劑、酶制劑、變性淀粉、抗凍劑。

1.7.1 食品膠

食品膠是一種可溶于水形成凝膠的食品改良劑，有增稠、黏合、膠凝和穩定等作用[31]，含親水基團可使面團中形成高分子復合物，使面團具有良好的流變特性[32]。面團在凍結過程中，食品膠的存在能夠減少可移動水量，避免大冰晶的大量形成，進而減弱冰晶對酵母細胞以及面筋網絡的破壞程度[33，34]。

黃原膠是食品加工中常用的食品膠，具有很強吸水性，對面筋蛋白具有很好的保護作用。黃原膠的網絡結構在面筋蛋白體系中有一定的支撐作用，可彌補面筋蛋白在面團冷凍過程中所受到的傷害。另外，黃原膠不僅能與麥谷蛋白形成復合網絡結構，還能夠通過吸水性使水分分散在面筋蛋白網絡結構中，阻礙冷凍過程中冰晶的長大與遷移，進而提高面筋蛋白的冷凍穩定性[35]。

研究發現，黃原膠可以改變面團的持水性與流變特性，從而對面團在冷凍時造成的質地惡化進行修復，使最終產品硬度降低[36]。另一方面，黃原膠能夠降低冷凍熟面的糊化溫度，減少熟化過程需要的能耗，可對成品質構進行改善[37]。但是，在某些加工過程中使用黃原膠效果并不明顯，而且其不適用于間斷式烘烤方式[38]。在以后的研究中，通過添加魔芋膠、果膠、瓜爾膠等，利用它們的協同作用，可以最大程度地提高面團的保水能力，減少自由水的重結晶數量，降低凍融循環對冷凍面團的負面影響，使成品具有更好的質構。

1.7.2 乳化劑

乳化劑是一種表面活性劑，能形成不溶復合物，可有效降低淀粉老化的程度，使面團柔韌性提升，從而使得加工成的食品疏松柔軟[39]。乳化劑可減少大冰晶的形成，保護酵母細胞，減少面筋網絡結構的損壞[40]。Selomulyo等[41]研究發現復配乳化劑對冷凍面團品質的改善要比單一乳化劑效果好。我們應充分利用復配乳化劑的協同作用，加強冷凍面團蛋白質網絡結構的形成，增強面團面筋的彈性和拉伸性，減少水分的散失和凍裂現象，提高產品質量。

1.7.3 酶制劑

酶制劑是從生物體中提取的有酶特性的蛋白質，是一種天然、安全的食品添加劑，能催化冷凍面團加工中的某些反應，使面團的流變學特性得到改善，提高成品質量。通過使用酶制劑，在冷凍面團與烘焙產品的質量改善方面都取得了特別好的結果。在沒有加酶制劑的冷凍面團中，組織結構不均勻，凍裂現象比較嚴重，蛋白質之間的網絡結構比較差，面筋彈性和延展性不好，拉伸性能也隨之下降。這樣做出的成品有裂紋，內部組織差，不細膩，彈性差，沒有嚼勁。

谷氨酞胺轉氨酶是一種能夠催化蛋白質分子內或分子間發生酞基轉移的酶類。蛋白質或多肽之間發生共價交聯使得蛋白質的膠凝能力、持水力和熱穩定性等發生變化，改善了蛋白質的結構以及功能性質。在和面時添加谷氨酰胺轉氨酶可增強面筋筋力及膠凝能力，降低冰晶對面筋網絡的破壞程度，提高冷凍面團發酵活力[42]。楊選等[43]研究指出添加谷氨酰胺轉氨酶的冷凍面團中醇溶蛋白以及谷蛋白含量顯著下降，凍融循環后非發酵面團的深層結合水相對含量增大。

淀粉酶可以將小麥粉中的破損淀粉分解成糊精、麥芽糖或葡萄糖等此類更簡單的化合物，為酵母提供較多的營養物質，滿足酵母發酵的需要，從而可提高冷凍面團中酵母的發酵特性，能夠使酵母更好地繁殖與生長，成品更加疏松柔軟[44，45]。添加α-淀粉酶可使蛋白質的空間結構發生變化，使冷凍面團制品感官品質發生明顯改善，添加0.01%淀粉酶可以顯著增強冷凍面團筋力以及增大面包體積[46，47]。另外，岑濤等[48]的實驗發現在冷凍面團中加入一些木聚糖酶能夠有效改進其延展性、面筋彈性。

隨著人們對食品安全問題的關注，食品添加劑的安全問題越來越受重視，但酶制劑在烘烤過程中會失活，被認為對人類健康是安全的。在以后研究中，可加強其他生物酶制劑對冷凍面團品質影響的研究，以及進一步研究酶制劑與其他食品添加劑的混合增效作用，有效預防食品添加劑超標現象。

1.7.4 抗凍劑

抗凍劑能對冷凍面團中的酵母起到很好的保護作用，增強酵母的發酵活力，而且其在抑制冷凍面團水分遷移流失方面效果顯著，進而可以阻礙冰晶以及重結晶的形成，保護面筋網絡結構，提高冷凍面團品質。常用的抗凍劑有抗凍蛋白、海藻糖、F-99等。

1.7.4.1 抗凍蛋白

抗凍蛋白又被稱為冰結構蛋白，是一類由某些生物體為抵御外界環境變化所產生的多肽，能夠有效抑制冰晶生長[49]。研究發現將不同來源的抗凍蛋白添加到冷凍食品中，可以延長冷凍食品的儲藏時間，提高解凍質量[50-53]。Zhang等[54]研究發現添加了燕麥抗凍蛋白的面團具有較強的發酵力，面筋基質沒有受溫度的波動和冷凍的破壞，面團的結構特性增強了，但隨貯藏時間的延長，改善作用逐漸降低。姬成宇等[55]研究表明抗凍蛋白能夠抑制二硫鍵的斷裂和二級結構的變化，減少冰晶的重結晶，防止面團的水分散失，維持面團的持水能力。抗凍蛋白對冷凍面團有很好的保護作用，并且與其他添加劑或食品本身沒有反應[56]。抗凍蛋白雖能夠提高面團的發酵力，在冷凍食品中具有廣闊的發展空間，然而現階段實現抗凍蛋白工業化生產仍然具有很大的困難，而且抗凍蛋白生產成本高也是需要解決的重要難題。

1.7.4.2 海藻糖

海藻糖化學性質非常穩定，具有很強的抗脫水作用，可以有效地防止生物膜、蛋白質等在寒冷環境下遭受損傷[57]。海藻糖有內源和外源之分，酵母的抗凍能力主要與內源海藻糖有關。內源海藻糖含量越高，酵母細胞的抗凍性則越強。外源海藻糖則在為酵母提供能源的同時配合機體冷凍應激反應，對受損細胞進行修復。內源海藻糖與外源海藻糖均能減小細胞受冷凍損傷的程度[58]，但內源海藻糖比外源海藻糖抗凍效果好。關于海藻糖的抗凍機理目前還沒有確定，較認可的有“水替代”、“玻璃態”或“優先排阻”三種假說[59]。但海藻糖作為一種非還原性雙糖，無毒無害，具有抗寒抗旱特性，能對酵母細胞活性起到很好的保護作用，從而能夠提高面團的發酵能力，改善冷凍面團制品的品質，是一種很好的面團改良添加劑。

1.7.4.3 F-99

F-99是一種專為低溫冷凍面團法生產面包而研制的食品改良劑，適用于非完全發酵和完全發酵的冷凍面團，可以穩定面筋網絡結構，增強酵母的抗凍性能，提高面團的持氣能力，延長冷凍面團的儲存時間[60]。

2 冷凍面團研究存在的問題及措施

我國冷凍面團技術工藝仍還處于探索和改進過程中。在生產過程中，經冷凍面團生產的食品與門店現場制作的產品相比較，前者更容易萎縮、硬化、開裂、變色等。目前，冷凍面團存在的主要問題是酵母抗凍性弱和面團的持氣能力降低。

2.1 酵母的抗凍性弱

酵母的適宜生長在20～30 ℃環境下，而冷凍面團需在-18～-40 ℃環境下加工，溫度不適合生長。而且酵母細胞內的水形成結晶，冷藏越久結晶越大，面團受到更嚴重的機械損傷，易使面團出現開裂現象。若冷藏溫度波動大，會對酵母造成二次傷害，使酵母細胞損壞更多，同時酵母細胞存活率下降，且存活的酵母活性、發酵力以及產氣能力均會下降。如果面團反復凍融，各項指標均會下降。冷凍面團在解凍的時候會釋放谷胱甘肽，這種成分損壞面筋網絡結構，減弱其持氣性和骨架支撐力。因此，在冷凍面團制作過程中應選擇適合的耐凍酵母以降低其在冷凍過程中的損傷程度，還可通過使用添加劑的方式來改善酵母的抗凍性，而且添加劑還可以保持面團的流變學和熱物理性質，提高酵母的抗凍性和發酵能力。優化冷凍儲存條件也能夠對酵母的活性以及面團網絡結構起到保護作用，從而可將因冰晶引起的冷凍損害減弱。此外，諸如超聲波輔助冷凍之類的新型冷凍技術可以同時加速冷凍過程，并產生細而均勻的冰晶，從而保護面團網絡結構。

2.2 冷凍冷藏使面團的持氣能力降低

面團在冷凍儲藏過程中，由水產生的冰晶破壞了面筋結構，使得面團持氣性降低。為提高冷凍面團的持氣能力，采取改進冷凍工藝、添加面團品質改良劑和對酵母進行防凍保護等措施，可得到一定改善。冷凍工藝方面，采用先進冷凍設備，減小溫度波動，降低冰晶對面團的損害。針對面團改良劑，可以分析多種配比用量使用時的改善情況，得出最優選擇。還可以添加面筋，修補損傷的面筋網絡加強骨架支撐力，改善面團持氣性。二乙酰酒石酸單雙甘油酯是常用的面包品質改良劑，它能夠與面筋中的親水基團和疏水基團連接，構建新的面團網絡結構，使面團的攪拌持氣性提升，增大面包體積，防止塌陷[61]。

3 展望

我國冷凍面團技術自從得到廣泛認可以來，得到了飛速的發展。目前，冷凍面團在國外的研究較為深入，在國內雖發展的也非常迅速，但對其體系的研究還不夠成熟全面，最終冷凍產品的質量仍然不及新鮮產品，促進我國食品加工向工業化與標準化方向發展，滿足人們對食品新鮮度和安全性的不斷追求，必將是今后冷凍面團的重點發展方向。

在以后的研究中應注意提高酵母的冷凍耐受性，同時優化冷凍速度并避免溫度波動，使酵母活性很好地保持并防止冷凍面團中水分的重結晶。此外，新穎的冷凍技術可以加快冷凍過程并改善傳熱和傳質，例如超聲輔助冷凍已顯示出對面團性能和細胞活力的積極影響，但是目前研究極少，其作用規律和影響機制還有待于更深層次的研究，以提高冷凍面團的品質以促進工業及標準化生產。目前已有方法主要是單獨使用的，可以將這些方法結合使用來進一步提高酵母的活力，保護面團網絡結構并為最終產品提供更新鮮的口感。