不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团和面包品质的影响陈嘉茹

， 牛丽亚， 周庆红， 黄英金， 涂 瑾， 余莉莉， 肖建辉

(江西农业大学食品科学与工程学院1，南昌 330045) (江西农业大学农学院2，南昌 330045)

冷冻面制品技术的出现使面团制作和面包烘烤分离，实现了现烤现卖，不仅方便了家庭烘焙，更有利于面包的标准化生产，扩大其生产规模。但冷冻面团在长时间的冻藏和冷链运输期间，面团中水分的迁移及重结晶等会破坏淀粉与蛋白质的面筋网络，使得面团流变学特性改变、持气能力下降、易老化，从而导致最终产品硬度增大、体积减小、风味改变等品质的劣变[1]。目前，主要通过添加乳化剂、胶体、抗冻蛋白等改良剂来减缓产品品质劣变[2]。

我国是甘薯生产大国，产量占世界总产量80%左右。除鲜食外，大量甘薯被用来生产淀粉，而在加工过程中往往会产生大量的废液。研究发现，废液中含有大量甘薯可溶性蛋白，其含有丰富的人体所需的18种氨基酸，生物价值高，也可作为生物活性肽的优质来源[3]。如若将废液中的甘薯蛋白回收利用并进一步加工，既能提取高附加值的甘薯蛋白，使其发展成为优质、营养、健康的食品配料，还能减少资源浪费，解决生产废水的污染问题。Nazir[4]在高静水压下用木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、碱性蛋白酶酶解制得甘薯蛋白水解产物，并发现分子质量<3 ku肽组分在体外和体内均表现出降血压作用，可用于保健食品中。崔珊珊[5]发现超高压处理下，甘薯蛋白酶解产物的乳化性提高，可作为一种天然营养的乳化剂，改善产品的品质、功能特性。Zhang等[6]发现胡萝卜抗冻蛋白可提高酵母的存活率，延缓冷冻面团中冰晶的重结晶；Liu等[7]研究发现大豆多肽能保持冷冻面制品中的菌种发酵力。

目前，甘薯蛋白水解物与冷冻面制品的研究还鲜有报道，其对冷冻面制品品质的影响程度尚不明确。因此，本实验将从水分分布、流变学特性以及质构特性等方面研究添加不同分子质量的甘薯蛋白水解物对冷冻面团、面包品质的影响，为甘薯蛋白水解物与冷冻面制品结合而成的营养、方便、健康食品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

甘薯：商薯-19；面包用小麦粉(蛋白质11%，含水量13.6%，吸水率57.2%，灰分0.35%，湿面筋36%)；黄油、白砂糖、食盐；高活性干酵母。

1.2 仪器与设备

DHR-2流变仪，DSC-214型差示扫描量热仪，Micro MR型核磁共振仪，TEE32型TA-XT plus物性测定仪；Farinograph-E粉质仪。

1.3 方法

1.3.1 甘薯蛋白水解物的制备

参考Mu等[8]和祝婧等[9]的方法。

新鲜甘薯清洗、分拣、切块 →打浆→过滤取上清液→酸沉取沉淀(pH=4.0)→蛋白沉淀回溶(pH=8.0)→甘薯蛋白液→碱性蛋白酶(pH=8.0，50 ℃)酶解→离心取上清液→超滤膜截留脱盐(依次用截留分子质量为500、1 000、2 000、3 000 u的超滤膜进行超滤)→冻干(48 h)→不同分子质量甘薯蛋白水解物(SPPHs-500、SPPHs-1 000、SPPHs-2 000及SPPHs-3 000)，不同分子质量甘薯蛋白水解物成分见表1。

表1 不同分子质量甘薯蛋白水解物成分

1.3.2 冷冻面团的制备

将小麦粉(100%)、水(38%)、白砂糖(15%)、高活性干酵母(1%)、不加(空白)或者1%不同分子质量的甘薯蛋白水解物置于和面机面钵中，慢速搅拌14 min后将黄油(6%)加入，然后中速搅拌4 min，再将食盐(1%)加入，中速搅拌2 min，最后慢速搅拌10 min，使面团表面变光滑。面团和好后将面团分割成60 g/个，压片，搓圆，用保鲜膜包裹完整并置于-80 ℃超低温冷柜中速冻2 h，然后转入-18 ℃冷藏柜中冻藏7、14、28、42、56 d，得到不同冻藏时间的冷冻面团。

1.3.3 面包的制作

将冷冻面团在25 ℃下解冻60 min，然后在温度30 ℃、相对湿度82%的发酵箱中发酵60 min。发酵完成的面团放在已预热好的烤箱(上火200 ℃，下火190 ℃)中焙烤12 min。

1.3.4 粉质特性的测定

称300 g小麦粉，分别加入1%不同分子质量甘薯蛋白水解物和适量的水，混合均匀；参照GB/T 14614—2019测定小麦粉的粉质特性。

1.3.5 冷冻面团水分分布的测定

利用低场核磁共振仪测定解冻后的面团横向弛豫时间(T2)。将面团置于室温下解冻，取3 g面团放进圆柱小瓶，然后置于仪器中进行CPMG脉冲序列测定。参数设置参考Xin等[10]：主频(SF)21 MHz，接收带宽(SW)100 kHz，90°脉冲时间(P1)7 μs，180°脉冲时间(P2)13 μs，增益(GR1)10 db，数字增益(DRG1)3，采样点数(TD)156492，采样重复间隔时间(TW)1 500 ms，重复扫描次数(NS)64，回波个数(NECH)5 000，回波时间(DL1)0.15 ms。测试完成后反演得到T21、T22、T23。

1.3.6 冷冻面团可冻结水含量的测定

用DSC测量面团的可冻结水含量。20 ℃下解冻面团，称取10.0～11.0 mg面团于DSC铝坩埚中，压盖密封后待测。以空坩埚为参照，吹入氮气(50 mL/min)，冷却至等待温度-30 ℃，等待2 min后，以10 K/min的速率从-30 ℃升温到5 ℃，测定面团的融化焓[11]。

参照GB 5009.3—2016的直接干燥法测定面团的水分含量。冷冻面团的可冻结水含量(CFW ) 根据公式计算。

式中：ΔH为冰晶融化焓/J/g；ΔfH为水分潜热，314 J/g；W为面团的含水量/g/g。

1.3.7 冷冻面团流变特性的测定

用DHR-2流变仪测定冷冻面团的动态流变学特性。将室温下解冻完成的冷冻面团取适量搓圆置于流变仪底座上，采用直径30 mm平板，测试间隙为1 000 μm。通过应变扫描获取面团的线性黏弹区间，参数[12]：温度25 ℃，频率1 Hz，应变范围0.001%-1.0%。获取应变值后，通过小振幅频率扫描测定流变特性，参数：温度25 ℃，应变为0.062%，频率范围0.1～80 Hz，采集频度为5。

1.3.8 面包比容的测定

采用米替换法测定面包的比容。将烘烤后的面包室温下冷却1 h，称量每个面包的质量，用置换法测量其体积。计算公式为：比容(mL/g)=体积(mL)÷质量(g)

1.3.9 面包质构特性的测定

采用TA-XT plus物性测定仪测定面包的质构特性。取面包中心部分3 cm×3 cm，然后再均分成4份，用P/50R探头进行(TPA)质构测试，重复4次测试取平均值。参数：测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度2 mm/s，形变75%，感应力500 g。

1.3.10 数据统计分析

每组实验进行3次平行实验，数据处理与分析使用Excel、SPSS 20，用Duncan检验法进行0.05显著性检验，用Origin 21进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面团粉质特性的影响

面团的优良品质与面团的形成时间、稳定时间呈正相关，时间越长，面筋强度越大。由表2可知，与空白相比，甘薯蛋白水解物的添加，虽然使面团的吸水率和弱化度无明显变化，但使面团的形成时间、稳定性和粉质质量指数均增加。这可能是因为甘薯蛋白水解物富含多种氨基酸序列结构、极性和非极性氨基酸，给水分子、淀粉与蛋白质形成的面筋网络提供了更稳定的环境，增强了面团筋力，延长面筋稳定时间[13]。面团形成时间和粉质质量指数随甘薯蛋白水解物分子质量的增加而增加，稳定时间随分子质量的增加呈先增加后降减少的趋势，不同分子质量的甘薯蛋白水解物对面团的形成时间和粉质质量指数影响差异不显著，但在对面团稳定时间的影响存在显著差异。这可能是因为分子质量小的甘薯蛋白水解物中氨基酸肽链的数量多于分子质量大的甘薯蛋白水解物，为已形成的面筋网络提供更持久的稳定环境，提高了面筋的稳定性；而部分氨基酸肽链可能与水分子、蛋白质以及淀粉结合，形成更稳定的三维网络结构，使面筋的稳定时间增加[14]。因此，添加SPPHs-1 000、SPPHs-500对面团加工品质的效果改善相对更好。

表2 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面团粉质特性的影响

2.2 不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团水分分布的影响

弛豫图谱中的拟合峰占比、弛豫时间显示了添加不同分子质量甘薯蛋白水解物对面团水分分布情况的影响。由图1可知，第1个峰(T21)在0.8～1.5 ms之间，被认为是与淀粉、蛋白质等大分子物质紧密结合的、流动性最弱的水分，称为强结合水；第2个峰(T22)在8～15 ms之间，被认为是面团中远离大分子，与强结合水以氢键结合的、有一定流动性的水分，称为弱结合水；第3个峰(T23)在115～150 ms之间，流动的水分不受约束，称为自由水[15]。面团中的水分主要以结合水的形态存在。

随冻藏时间的延长，强结合水呈先减小后缓慢增大的趋势，这可能是因为冻藏生成的冰晶损伤了面筋网络，造成水分迁移[16]，缓慢增大可能是因为淀粉在冻藏过程中与水的亲和力增大，增强与水分的结合。弱结合水冻藏前4周先减小后增大，后4周呈快速下降的趋势；自由水则随冻藏时间的延长呈连续增加的趋势。这表明冻藏时间的延长，冰晶的增大破坏了面团的面筋网络，对面团中水分的束缚力减弱，使部分弱结合水转变成自由水。从图1a～图1c可知，实验组的结合水含量的下降幅度以及自由水含量的上升幅度均显著小于空白组，SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000这3组的变化趋势更稳定。这可能是因为甘薯蛋白水解物中的某些特定氨基酸肽段中的-NH基团和水分子的-OH形成氢键，使多肽分子结合在冰晶表面，延缓冻藏过程中冰晶的增大，从而减少大冰晶对面筋网络的破坏，保持面筋蛋白一定的持气能力[17]；添加SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000的面团抑制水分迁移的效果相对更好，可能是因为这3组中的氨基酸链提供的非极性环境可以更好的稳定那些结合于冰晶表面的氢键[18]。

注：a～c:T21、T22、T23峰面积占比； d: 典型反演图。图1 不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团水分分布的影响

2.3 不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团可冻结水含量的影响

可冻结水含量的增加表明面团中可形成冰晶的那一部分水(可冻结水：自由水和一部分多层水)含量增多；可冻结水重结晶形成的冰晶会破坏面团的面筋网络，改变面团中蛋白质二级结构的存在形态的含量，影响面团的品质[19]。抑制可冻结水含量增加的目的与抑制水分迁移一致，即尽可能的减少冰晶的重结晶与增大，从而减少对面筋网络的破坏。由图2可知，随冻藏时间的延长，与空白组相比，添加SPPHs-500对面团可冻结水含量的影响不显著；添加SPPHs-1 000、SPPHs-2 000、SPPHs-3 000的面团，可冻结水含量随冻藏时间的延长呈上下波动的趋势，冻藏56 d后，添加SPPHs-2 000和SPPHs-3 000的冷冻面团其可冻结水含量只增加了约9%，显著小于空白组(19%)。这表明甘薯蛋白水解物的添加对可冻结水含量的增加有良好的抑制作用，且SPPHs-2 000和SPPHs-3 000对可冻结水含量增加的抑制效果显著优于SPPHs-500和SPPHs-1 000。这可能也是因为带正电荷的多肽与带负电荷的冰表面的—OH相互作用发生结构重组，形成氢键，覆盖在冰表面上，形成“非冰结合面”，从而抑制冰晶的形成，减少冰晶对面团中联结蛋白质与淀粉的二硫键的破坏[20]；SPPHs-2 000和SPPHs-3 000的抑制效果更好可能是因为分子质量较大的肽链与冰结合更紧密[21]。

注：相同储藏时间不同上标小写字母表示存在差异显著(P<0. 05)，余同。图2 不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团可冻结水含量的影响

2.4 不同分子质量甘薯蛋白水解物对冷冻面团流变学特性的影响

随冻藏时间的延长，面团中游离的水分重结晶形成冰晶，冰晶的增大会加速破坏淀粉的面筋网络，造成高聚物解离，使面团的弹性发生劣变[22]。从图3a～图3e可知，与空白组相比，实验组的弹性模量仍呈现先减小后增大的趋势，但空白组弹性模量的下降速度以及下降范围均显著大于实验组。

损耗角正切是黏性模量和弹性模量的比值，可用来评价面团中高聚物比例的变化情况[23]。面团中高聚物所占的比例越高表明面团中的面筋蛋白聚合程度越大，即面团的品质越好。因此，Tanδ的比值越小，面团的品质越好。由图3f～图3j可知，冷冻面团的损耗角正切(Tanδ)随冻藏时间的延长而增大。从图3k中可知，与空白组相比，冻藏的前28 d实验组的Tanδ均大于空白组，但实验组的Tanδ的增长速度远小于空白组，而冻藏28 d 后，空白组的Tanδ均显著大于实验组；与各实验组相比，添加SPPHs-1 000的面团的Tanδ平均值最小，因此抑制面团品质劣变的效果最好。这表明添加甘薯蛋白水解物在长时间的冻藏中可以抑制面团蛋白质二级结构的破坏，有效的减缓面团在冻藏过程中的发生的品质劣变。这可能是冻藏过程中甘薯蛋白水解物的添加增大了面团中高聚物的比例，延缓了面团中面筋弹性的劣变，增强了面团面筋蛋白的耐破坏力[24]。

2.5 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面包比容的影响

面包的体积与酵母细胞的产气能力以及面筋网络的持气能力密切相关，面团冻藏时产生的冰晶会破坏面团内部持气的三维网络和破坏酵母细胞的细胞壁，造成酵母死亡，产气能力下降，进而导致烘烤后的面包的比容大幅度下降[25]。由图4可知，与空白组相比，添加了SPPHs的面包，比容的下降幅度显著减小，其中添加SPPHs-3 000的面团，面包比容从4.8下降到4.2，仅减小了13%，显著小于空白组(31%)。这表明添加甘薯蛋白水解物可以减少冰的重结晶，对酵母细胞起到一定的保护作用，从而有效的保持面包的品质[26]。这可能是甘薯蛋白水解物通过与酵母细胞上的磷脂双分子层结合，能在一定程度上降低冰晶对酵母细胞的损伤，减少酵母细胞的死亡；甘薯蛋白水解物的氨基酸种类丰富，组成平衡，对酵母细胞的生长、发酵可能有促进作用[27]；添加SPPHs-3 000的效果最好，可能是高分子质量的肽链与磷脂结合的面积相对较大，能给酵母细胞提供更好的保护作用[28]。

图4 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面包比容的影响

2.6 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面包硬度的影响

冰晶的增大会破坏面团中的淀粉和面筋蛋白的网络结构，造成面团持气性能降低，面包体积减小，进而造成面包硬度的增大；冻藏使淀粉结晶度增大，表面结构被破坏，导致产品老化速度加快，硬度增加。由图5可知，随冻藏时间的延长，添加了甘薯蛋白水解物的面包其硬度的增长幅度和增长速率均显著小于空白组，但不同分子质量的甘薯蛋白水解物的添加对面包硬度的影响差异不显著。这可能是因为甘薯蛋白水解物与水分子结合后，阻碍了水分子自由度增大，减少冰晶对淀粉的损伤，维持淀粉与蛋白质的结合，减少淀粉颗粒的剥离，阻碍了淀粉老化、回生，减缓了面包硬化的速度[29]。部分实验组的硬度与比容不相关，可能是因为面包表皮的持气性强，烘烤时裹住从面包内部溢出的CO2，而面包内部的体积并没有充满，造成面包上部有大空洞，面包芯紧实。

图5 不同分子质量甘薯蛋白水解物对面包硬度的影响

3 结论

冻藏过程中由于冰晶的形成，会破坏面团的结构，造成品质下降。与空白相比，添加不同分子质量的甘薯蛋白水解物可使面团粉质特性的各项指标均显著增大。随冻藏时间的延长，添加甘薯蛋白水解物的面团，结合水下降的幅度以及可冻结水含量增加的幅度较空白组均显著减少；面团储能模量的下降速度显著减缓；其烘烤后的面包，比容显著增大，硬度显著减小。这说明甘薯蛋白水解物与淀粉、蛋白形成更加稳定的网络结构，抑制水分的迁移、减少冰晶的生成，减缓面团发生快速劣变，并能在一定程度上保护酵母细胞，保证产气量，抑制淀粉的解离，减缓面包老化。因此，添加甘薯蛋白水解物能改善冻藏中冰晶对面团的损害，从而稳定和提高面团、面包的品质，其中分子质量>1 000 u的甘薯蛋白水解物对面团的改善效果更显著。