冷凍改良劑在速凍面條中的應用現狀及其研究進展

曹佳興，張國治*

（河南工業大學 糧油食品學院，鄭州 450001）

面條是我們日常生活中最為常見的一類主食。特別是在北方，面條更是餐桌上的“常客”。面條有著較好的特性，同時也有著較大的缺陷。由于面條中水分和營養物質含量較高，所以通常只能作為新鮮食品，在短時間內被食用，否則品質將會下降。

通過現有的工業技術生產的速食面主要有鮮濕面、方便面、掛面和速凍面。近年來，人們對于食品的營養性、健康性有了更高的要求[1]，方便面含油脂過高，在高溫處理過程中往往會產生一些對身體不利的物質；掛面食用口感風味不佳往往也影響人們消費。速凍面、米制品等深加工食品發展時間較短[2]，近年來隨著冷鏈物流的出現，速凍面食得到迅速發展，即便如此我國在速凍制品領域還與發達國家有著不小的差距。因此，分析研究速凍面在生產運輸貯藏中存在的物性學變化具有非常重要意義[3]。

到目前為止，冷鏈技術還無法精確控制溫度恒定，改善冷凍面制品品質和延長貨架期的方法還需要依靠改良劑。在工業應用中，改良劑可以彌補冷凍加工工藝的不足之處，能夠有效地改善面條在冷凍貯藏過程中的品質。對冷凍面制品中冷凍改良劑的研究狀況和進展進行綜述，以便為將來的進一步研究提供充足的理論依據。

1 冷凍儲藏對面條的影響

冷凍過程中面條內產生冰晶，會對面條品質產生較大影響。面條的烹飪性能會降低。并且隨著冷凍貯藏時間的延長，面條的剪切力、拉伸力、延伸率等抗凍性能會有較大變化。

1.1 對面條質構的影響

質構是評價面條的重要參考因素，它決定了消費者對產品的接受程度[4]。硬度和粘度分別代表了面條的強度和拉伸性能，是非常重要的烹飪參數[5]。在長時間的冷凍過程中，面條的質構會發生較大的變化；長時間冷凍儲藏會導致面條硬度降低，從而導致面條劣變。其原因主要是因為在長期凍藏過程中，面條內部產生冰晶，冰晶的生長和遷移會對面筋蛋白構成的網絡造成機械損傷，從而對面條筋度、硬度產生影響[6]。

Edwards,Izydorczyk等[7]通過拉伸試驗發現，隨著冷凍儲藏時間延長，拉伸力和拉伸距離逐漸降低，經過長時間冷凍后，該下降趨勢顯著。面條拉伸品質的變化可能是面條在冷凍貯藏過程中自身結構變化造成的；也可能是由于面條內部的水分遷移以及冰晶體的形成和生長，破壞面筋網絡，同時使蛋白質二級結構破壞，導致面筋結構松散從而對面條的拉伸品質產生負面影響。

1.2 蒸煮性能的影響

蒸煮性能主要是根據蒸煮損失和吸水率來確定。蒸煮損失定義為面條經過煮制后殘留在面湯中固形物的總量，造成蒸煮損失的主要原因可能是在蒸煮過程中面條內直鏈淀粉的溶出和一些可溶性蛋白的溶解[8]。蒸煮損失是面條品質的重要表現，蒸煮損失越大，渾湯越嚴重，面條品質就越差；而面湯內固形物的含量常常被用于評價面條蒸煮性能的重要指標。

貯藏初期面條質量良好，但隨著冷藏時間延長，面條經過蒸煮后面湯內固形物質量增加，面條損失增加。說明在凍藏過程中面條結構受到了破壞。在冷凍過程中，冰晶的形成、生長和再結晶是造成面條蒸煮損失增加的主要原因。自由水轉化成冰導致面條內部的空隙變大，面筋網絡結構變得松散，面筋網絡與淀粉結合程度降低，從而導致淀粉顆粒更容易析出。吸水率是指面條的吸水能力，是冷凍面條持水能力的一個指標[9]。冷凍面條的吸水率隨著冷凍貯藏時間延長而降低，面條水分吸收率的下降與冷凍面在冷凍貯藏過程中持水能力的改變有關；主要還是因為冰晶造成面筋網絡結構的破壞，使得面筋網絡的持水能力降低，從而導致冷凍面條在煮制時吸水率降低。

1.3 水分的影響

水作為一種活性物質，對于食品質量有著重要的影響，特別是對于冷凍食品的影響尤為明顯[10]。由于冷凍面條的含水量較高，大部分水分可以轉化為冰晶；其中與面筋和淀粉結合的水流動性較差[11]；另一類水與面筋、淀粉結合較弱。結合度低的水相比結合度高的水有著更強的活性和流動性[12]。面條內的半結合水和游離水對冰晶的數量、大小以及分布起著至關重要的作用。隨著冷凍貯藏時間延長，面條內可凍結水含量增加，導致面條的感官和質構下降[13]。

可凍結水量的增加可能是面條中部分自由水游離于面筋網絡或淀粉中,在冷凍貯藏過程中由于溫度變化形成冰晶和再結晶，使面團內的面筋結構受到了較大程度的破壞，而面筋網絡的破壞又導致其保水能力下降，進而使面條中出現更多的可凍結水，這些可凍結水又會形成更大的冰晶,對面筋網絡造成進一步地破壞，導致原來結合緊密的網絡結構形成疏松、破碎的結構，這會使面筋的保水能力進一步下降，從而在冷凍面條內部出現惡性循環，面條的持水能力大幅度降低。這一影響在冷凍面條復熱的過程體現的尤為明顯，有研究表明，隨著冷凍貯藏時間延長，面條內高濕度區域減少，這說明長時間的凍藏使面條的吸水率降低，面條的持水能力下降，面條品質劣變[14-15]。

2 冷凍改良劑

在冷凍面條的生產加工過程中，抗凍劑可提升面條抗凍性能，這是改善面條在冷凍貯藏期間品質的重要手段。冷凍改良劑通常能夠提高面條內結構的穩定性；強化面筋網絡結構；抑制可凍結水的形成；延緩冰晶的生長，從而能夠使冷凍面條在冷凍貯藏期間更加穩定。目前工業生產中常用到的抗凍改良劑可分為以下幾類：食用膠體、乳化劑、抗凍酶制劑及復合磷酸鹽。

2.1 乳化劑

乳化劑是食品生產中一種重要的添加劑，作為表面活性物質，乳化劑是由非極性的親油性基團和極性的親水性基團組成。這兩部分分別處于分子兩端，因此乳化劑具有良好的親水、親油性。

在冷凍面條生產中它能夠降低水表面張力，減緩面條內冰晶的生長，保持面條結構強度。藍天鳳[16]研究發現β-環糊精和硬脂酰乳酸鈉都會對水分遷移產生影響，它們都能夠降低面條內自由水含量，增加結合水含量，有效抑制面條在凍藏時水分的遷移。使其無法生長成較大的冰晶，從而能夠有效地抑制面條在冷凍貯藏過程中的損傷。除此之外，乳化劑還有乳化、分散、增稠、潤滑等效果，在食品生產中也都有較好的體現。乳化劑與蛋白質的結合形式取決于蛋白質的結構和乳化劑的類型，在冷凍面條生產過程中，乳化劑親水基團與麥醇溶蛋白結合，親油基團與麥谷蛋白結合，面筋結構相互纏聯形成大分子面筋網絡。Ribotta等[17]發現添加DATEM可以增加冷凍面團的面筋強度。面團內面筋結構進一步加強，制得的面條也有較好的彈性和韌性，在冷凍貯藏時也會更穩定。乳化劑與淀粉主要是通過疏水作用結合，少部分也會以形成氫鍵的方式結合。劉海燕等[18]研究發現冷凍面條烹煮時，淀粉顆粒從面筋網絡結構中析出，溶于面湯，導致渾湯，造成蒸煮損失。而乳化劑與淀粉結合形成絡合物，能增強面條內淀粉分子與面筋網絡的結合度，面條在復熱時能夠減少淀粉的析出，降低蒸煮時的面湯的渾濁度，提高其烹飪性能。除此之外乳化劑還能延緩淀粉的老化，提高面條的彈性、韌性、咀嚼性以及營養性。任順成等[19]發現SSL與面筋蛋白發生強烈的交互作用，形成面筋-蛋白復合物，這種復合物能與直鏈淀粉發生交聯作用，形成穩定的復合結構。雖然目前關于乳化劑在食品中的研究較多，但是不同加工工藝中所需要的乳化劑還是有較大差異。

2.2 食用膠體

親水膠體是含有大量親水基團的高分子長鏈聚合物，其化學成分以蛋白質和天然多糖為主,在自然界中分布較廣泛。在面制品中能與蛋白質和淀粉等聚合物競爭水分，親水膠體具有良好的凝膠性、增稠性、穩定性、持水性、附著性[20]。親水膠體的結構以及添加量在很大程度上決定其性能；同時，冷凍面條的配方以及生產工藝也會對其性能產生較大影響。生產冷凍面條時，利用親水膠體的增稠性和凝膠特性，添加少量的親水膠體便能使面團粘度提高而且不易發生脫水[21]。膠體具有很強的持水性，在冷凍過程中，膠體可以減少自由水的移動，提高面條的冷藏穩定性，減緩冰晶對面條內面筋網絡結構的破壞[22]。使冷凍面條的質量得到較大的改善。

目前關于食用膠體在面制品中的研究還是集中在添加食用膠后面團的流變性能以及面團質構改善等宏觀方面。萬金虎等[23]通過對照工業生產中四種常見親水膠對面條的影響發現，黃原膠和魔芋膠對面團吸水率的提高較為顯著；Lauren Tebben[24]也在研究中發現當黃原膠添加量大于等于0.4%時，面條的粘性較好但延展性較差，添加量為0.1%～0.4%時面團的延展性和粘度提升較為均衡，大量的黃原膠可能會影響面條強度。而Zannini等[25]發現，隨著黃原膠添加量的增加，面條強度減弱，并且提出親水膠體會破壞面筋網絡而不是增強面筋網絡。在工業生產中，確定食用膠體的最佳添加量是非常關鍵的。薛淑靜等[26]通過正交實驗發現添加混合凝膠(0.5%黑木耳多糖、1.0%南瓜多糖、1.0%魔芋粉)時面條的綜合得分最高，面條的感官品質最好；同時面條的抗凍性能和蒸煮性能也有了較大的提高。現階段的研究主要是通過動態力學熱分析 （DMTA）、掃描電鏡（SEM）、聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS–PAGE）等研究食用膠對面筋蛋白結構的影響。Kontogiorgos[27]采用（Cryo-SEM）發現隨著凍藏時間延長面筋網絡結構強度明顯降低。萬金虎[28]利用（SEM）和（DSC）觀察凍藏28 d后的添加食用膠的面團發現，面團內可凍結水含量明顯降低，面條內冰晶的重結晶現象較弱，面筋網絡結構相對完整。

2.3 酶制劑

酶制劑是食品工業中非常重要的一類添加劑，它廣泛應用于焙烤行業、面粉深加工、速凍食品生產行業。酶制劑是酶經過提純或者從生物體中提取，經過一定的處理后具有催化活性的生物制品[29]。酶制劑主要的來源是生物提取，安全性更高，更能讓人們接受。而且相比其他添加劑，酶制劑的作用效果更顯著、作用條件溫和、效率更高。

現階段的研究主要集中在常用酶制劑 (葡萄糖氧化酶、谷氨酰胺轉氨酶、木聚糖酶、α-淀粉酶等)對面團品質的影響和工藝的優化。袁永利等[30]研究發現，在面粉中添加GOD和TG能有效改善面團的穩定性，改善相關制品的凍藏穩定性。Eugenia等[31]研究發現經過GOD處理的面團比容大，抗凍性強。在工業應用中谷氨酰胺轉氨酶和葡萄糖氧化酶對面團的改良效果更顯著，這也印證了學者們的研究。但是目前大量的研究都集中在面團及其制品品質改良層面，而酶制劑對麥谷蛋白和醇溶蛋白作用機理的研究，蛋白質二級結構變化以及蛋白質的組成等方面的研究仍然不夠深入。孔曉雪等[32]通過研究酶制劑對面團蛋白組分的影響發現在面團中加入這兩種酶制劑，隨著添加量的增加，面筋中的醇溶蛋白下降顯著，谷蛋白大聚合體的含量上升，這說明這兩類酶制劑都能在面筋蛋白內形成谷蛋白大聚合體，促進蛋白質交聯，達到了增筋的效果。而Gupta[33]研究認為，GOD和TG對低分子量蛋白的交聯沒有顯著作用。Steffolani等[34]研究顯示，GOD主要通過氧化面筋蛋白中的-SH，促進-SS的生產，從而使蛋白質之間發生交聯，使面筋結構更穩定。但是TG酶對面筋蛋白中-SH的減少機制目前還沒有明確解釋。隨著食品工業的發展，越來越多的復合酶制劑應用在工業生產中，相比單一酶制劑，復合酶制劑的協同作用對面團改良效果往往要強于單一酶制劑。嚴曉鵬等[35]研究發現真菌木聚糖酶、纖維素酶、真菌α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶對面筋結構改良具有顯著效果。

目前應用于冷凍面條中酶制劑的種類較多，但是對于酶制劑的作用機理還有待深入研究。單一酶制劑的作用效果往往不及復合酶制劑，因此研發復合酶制劑也有著較大的意義。酶制劑不僅可以與不同種類酶制劑復合使用，還可以將其與其它改良劑復合使用，利用協同作用提高改良效果。改良劑的協同性作用研究也是添加劑研究的熱點問題。

2.4 復合磷酸鹽

復合磷酸鹽作為改良劑和食品配料廣泛的應用于食品行業，在面制品中磷酸鹽可以改善面條彈性，降低冷凍面條表面裂痕，所以近年來磷酸鹽在面條生產中的應用越來越廣泛。中國食品添加劑使用衛生標準中對食品中磷酸鹽種類和標準用量做出了明確規定，面制品中常用的磷酸鹽為焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、磷酸二氫鈉。工業中常把這四種磷酸鹽按照一定比例復配后添加到面制品中，其分子量及在食品工業中主要用途和用量表見表1[36-38]。

表1 面制品中常用的磷酸鹽 單位：g/kg

復合磷酸鹽可以改善冷凍生面條的凍藏穩定性、解決面條在復熱過程中存在的糊湯、不耐住、彈性差及斷條等一系列問題。吳雪輝等[39]研究發現，將焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉、三聚磷酸鈉和偏磷酸鈉按照一定比例復配后能增強面條的彈性和韌性，改善面條等蒸煮品質，有效降低面條糊湯率。這主要是因為磷酸鹽使面筋蛋白充分吸水溶脹，強化了面筋網絡結構，使面條穩定性提高，在冷凍貯藏過程中有較好的表現。王佳瑋等[40]發現將0.3%的磷酸二氫鈉添加到冷凍面團中能夠極大程度地增強冷凍面團的彈性和韌性，這說明磷酸二氫鈉的加入能改善面團的內部結構。Li等[41]經過研究認為磷酸鹽在面條中主要是通過螯合金屬離子、強化面筋網絡結構、增強面條保水性來改善面條品質，同時磷酸鹽的加入可以促進面筋蛋白與淀粉的交聯作用，在面條復熱時淀粉不易溶出，極大地改善了面條的烹飪性能。

雖然復合磷酸鹽對面制品有極其顯著的改良效果，但是現階段磷酸鹽的使用仍然存在一系列問題。磷酸鹽的適量添加可以提高食品品質，但是過量添加又會造成食品品質劣變。劉瑞莉等[42]將常用的三種磷酸鹽按照不同量加入到面條中發現，隨著磷酸鹽添加量增加，面條的蒸煮損失也在增加。人體對磷酸鹽正常攝入量為2.7～4.5 mg/dL，正常攝入磷酸鹽有益人體健康，但過量攝入又會誘發一系列疾病[43]。目前食品行業中對磷酸鹽應用日益廣泛，人們日常攝入磷酸鹽的量也會有所增多，因此現階段在保持食品質量的同時應該盡量減少磷酸鹽的使用。今后的研究重心可能會放在尋找磷酸鹽與其它添加劑的最佳復配組合、尋找和開發磷酸鹽替代品等問題。

3 總結與展望

速凍面制品改良劑可以通過提高面條的吸水能力和保水能力、增強面筋網絡結構的強度、控制冰晶的大小、延緩冰晶生長的速度等方面改善面條的品質。但要生產更高質量、高營養的速凍面，對于改良劑的優化還可以從以下幾點進行。

3.1 研發優質改良劑和復配改良劑

速凍面的改良劑類型多，其作用機理以及作用效果也有所差異。乳化劑和酶制劑可以強化面筋網絡，食用膠有較好的持水能力，對面條的抗凍改良效果較好。使用單一改良劑在添加到一定量時可能會對產品的某一項性能產生劣變影響，而改良劑復配后之間產生協同作用，對產品的改良效果往往要優于單一改良劑。因此復配改良劑研究和開發依然是現階段及將來速凍食品領域研究的重要內容之一。

3.2 研發天然食品改良劑

營養、健康是現階段人們對于食品的基本要求，天然食品改良劑更能被消費者接受，但是目前天然改良劑的種類較少，在實際工業生產中的效果也遠不及其它改良劑。我國作為小麥、玉米的生產大國，谷阮粉、玉米醇溶蛋白等天然改良劑沒有被廣泛使用，所以我國天然改良劑的研發還有較大的空間。特別是現在人們生活質量不斷提高，“天然”產品越來越受歡迎，因此，加強天然改良劑的研發有著重大的意義和更好的前景。

3.3 深入研究改良劑的作用機理

改良劑作用機理的研究是為了優化速凍食品工藝、提高速凍食品質量是其最基本的研究內容，只有深入研究改良劑機理，才能更好地開發優質改良劑。但是目前對酶制劑作用機理的研究還不夠深入，對酶制劑的研究也僅僅是集中在產品品質改良層面。因此在后續的研究過程中，改良劑的作用機理，特別是酶制劑的作用機理將會是研究的重點內容。