胡蘿卜抗凍蛋白對(duì)亞凍結(jié)下凍融面團(tuán)品質(zhì)的影響

張艷杰，王金慧，張少輝，艾志錄，潘治利，李 真，范會(huì)平

·農(nóng)產(chǎn)品加工工程·

胡蘿卜抗凍蛋白對(duì)亞凍結(jié)下凍融面團(tuán)品質(zhì)的影響

張艷杰，王金慧，張少輝，艾志錄，潘治利，李 真，范會(huì)平※

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450002；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002；3.河南省冷鏈?zhǔn)称饭こ碳夹g(shù)研究中心，鄭州 450002）

為了探究胡蘿卜抗凍蛋白（Carrot Antifreeze Proteins,CaAFPs）對(duì)不同凍融循環(huán)下面團(tuán)性質(zhì)的影響，該研究將CaAFPs按照0.5%的比例添加到面團(tuán)中，并以未加入CaAFPs的面團(tuán)作為對(duì)照。通過比較4 ℃冷藏、-12 ℃亞凍結(jié)凍藏以及-18 ℃凍藏下3種儲(chǔ)藏溫度下，以凍融處理為輔助手段，測(cè)定不同條件下面團(tuán)的含水率、失水率、可凍結(jié)水含量、質(zhì)構(gòu)特性以及pH值等指標(biāo)的變化趨勢(shì)，以此來研究CaAFPs對(duì)凍融下亞凍結(jié)面團(tuán)性質(zhì)的影響及機(jī)理。結(jié)果表明：經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，對(duì)照組面團(tuán)的失水率呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)（<0.05），加入CaAFPs后，有助于延緩面團(tuán)水分的散失，各組失水率均有所下降。對(duì)照組含水率呈現(xiàn)不同程度下降趨勢(shì)（<0.05），加入CaAFPs后，含水率較對(duì)照組高（<0.05）。對(duì)照組面團(tuán)的可凍結(jié)水含量呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì)（<0.05），加入CaAFPs后，對(duì)面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的保護(hù)作用，可凍結(jié)水含量均有所下降。對(duì)照組硬度、膠著性呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（<0.05），彈性、黏聚性和咀嚼性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（<0.05），加入CaAFPs后，在一定程度上可以改善面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性，使得質(zhì)構(gòu)變化緩慢些。對(duì)照組面團(tuán)的pH值呈現(xiàn)不同程度下降趨勢(shì)（<0.05），加入CaAFPs后，可以延緩面團(tuán)酸化現(xiàn)象，面團(tuán)的pH變化趨勢(shì)變小。以上說明添加CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)品質(zhì)具有一定的保護(hù)作用。研究結(jié)果為CaAFPs在冷凍面團(tuán)中的應(yīng)用以及優(yōu)化冷凍儲(chǔ)藏溫度等提供一定的參考，面團(tuán)在亞凍結(jié)凍藏-12 ℃下能夠保持較好的性質(zhì)，故可考慮將面團(tuán)儲(chǔ)藏在-12 ℃下以節(jié)約能源消耗并能保持其較佳的狀態(tài)，同時(shí)也拓寬了在亞凍結(jié)狀態(tài)下研究抗凍蛋白的性質(zhì)的研究思路。

蛋白；品質(zhì)控制；胡蘿卜；抗凍蛋白；冷凍面團(tuán)；凍融循環(huán)；亞凍結(jié)

0 引 言

目前，冷凍面團(tuán)在各個(gè)國(guó)家應(yīng)用十分普及，尤其是在面包加工以及饅頭制作等面制品加工行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛[1]。中國(guó)擁有非常悠久的面制品加工歷史，食品種類經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)變得相當(dāng)豐富，面食作為傳統(tǒng)主食包括了非常多的種類，如饅頭、春卷、餃子等傳統(tǒng)食物，以及面包等[2]。冷凍面團(tuán)的發(fā)展將會(huì)給中國(guó)面制品的發(fā)展帶來很大的助力。在北京、上海、廣州等地區(qū)，有些連鎖面包店為了能更好統(tǒng)一生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)開始采用冷凍面團(tuán)類的半成品進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品加工。冷凍面團(tuán)技術(shù)從20世紀(jì)50年代才開始發(fā)展，在切斷和面之后，將處理好的面團(tuán)整形分裝后進(jìn)行冷凍，運(yùn)往其他地區(qū)后進(jìn)行后續(xù)加工。冷凍面團(tuán)被研制出來的目的是為方便貯存和運(yùn)輸，其在很大程度上可以起到擴(kuò)大銷售面積，減少生產(chǎn)成本，以及提高生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化的作用[3]。冷凍面團(tuán)還具有優(yōu)越性，在保證面團(tuán)質(zhì)量的同時(shí)可減少生產(chǎn)成本和勞動(dòng)力，目前已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外烘焙行業(yè)使用，并在全球得到迅速發(fā)展[4]。盡管中國(guó)的冷凍面團(tuán)技術(shù)發(fā)展十分迅速，但是相較于國(guó)外冷凍面團(tuán)在面包上的應(yīng)用，仍有許多不足之處，如理論研究相對(duì)較少，且在應(yīng)用時(shí)也存在著許多問題，如冷凍過程中的干耗，凍燒結(jié)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)干裂以及變質(zhì)等問題[5]。

冷凍面團(tuán)在運(yùn)輸和貯存過程中會(huì)受到諸多因素的影響，如溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致重結(jié)晶現(xiàn)象，影響到面團(tuán)的許多性質(zhì)，致使面團(tuán)的加工性能變差[6]。此外，面團(tuán)中的可凍結(jié)水在凍結(jié)過程中會(huì)破壞酵母的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使得酵母細(xì)胞內(nèi)的還原性物質(zhì)如谷胱甘肽等外泄，破壞面團(tuán)的面筋結(jié)構(gòu)，致使面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性改變，如硬度增加，咀嚼性變差等[7]。

大量文獻(xiàn)表明抗凍蛋白對(duì)于延緩冷凍面團(tuán)品質(zhì)劣變，保護(hù)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面具有一定的積極作用?？箖龅鞍祝ˋntifreeze Proteins，AFPs）是一類能夠抑制冰晶生長(zhǎng)，能以非依數(shù)形式降低水溶液冰點(diǎn)，但不影響其熔點(diǎn)的特殊蛋白質(zhì)[8]。抗凍蛋白所具有的這些性質(zhì)使其成為一種良好的食品添加劑，與其他來源的添加劑相比，消費(fèi)者更能夠接受植物中提取的天然性抗凍蛋白，因此抗凍蛋白具有非常大的潛在價(jià)值。其功能特性主要概括為以下幾類：熱滯活性，修飾冰晶的生長(zhǎng)形態(tài)，抑制重結(jié)晶等[8-9]。

本試驗(yàn)將冷誘導(dǎo)后的胡蘿卜中的蛋白質(zhì)通過鹽析的方法提取得到胡蘿卜抗凍蛋白（Carrot Antifreeze Proteins, CaAFPs），并將其添加到冷凍面團(tuán)中進(jìn)行不同循環(huán)次數(shù)的凍融處理，分別比較經(jīng)過4、?12、?18 ℃冷/凍藏后測(cè)定面團(tuán)的品質(zhì)指標(biāo)，為探究CaAFPs在冷凍面制品中的應(yīng)用及選擇面團(tuán)保藏和運(yùn)輸?shù)暮线m溫度提供參考。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與設(shè)備

金苑特一粉（含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%蛋白質(zhì)，2%脂肪和25%碳水化合物），河南金苑糧油有限公司；安琪活性干酵母，安琪酵母有限公司；CaAFPs（實(shí)驗(yàn)室提取）。

1.2 儀器與設(shè)備

SCIENTZ-11型無菌均質(zhì)機(jī)，寧波心芝生物科技股份有限公司；TA-XAPLUS型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro Systems公司；DSC-214型差示掃描量熱儀，德國(guó)耐馳公司；TSK．9416和面儀，廈門燦坤實(shí)業(yè)股份有限公司；JA2003型電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；RC-4型單溫度記錄儀，江蘇省精創(chuàng)電器股份有限公司；PHS-3C型pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 胡蘿卜抗凍蛋白CaAFPs的提取

參考Ding等[10]的方法，取一定質(zhì)量于4 ℃條件下冷馴化6 周的胡蘿卜塊根組織，置于含2倍體積冰緩沖液A（20 mmol /L 抗壞血酸（Vitamin C，Vc）、10 mmol /L乙二胺四乙酸（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid, EDTA）、50mmol /L 三氨基甲烷鹽酸鹽（Tris Aminomethane Hydrochloride, Tris-HCl），pH值7. 4）的攪拌器中均勻碾磨，然后用單層紗布過濾。液體混合物于4 ℃，100 000 r /min 離心30 min，上清液用2.2～3.5 mol/L硫酸銨沉淀。利用透析袋將沉淀于緩沖液B（50 mmol/L Tris-HCl，pH值7. 4）中復(fù)溶透析除鹽，后冷凍干燥，即為CaAFPs粗蛋白。以新鮮胡蘿卜中總蛋白含量為基數(shù)，計(jì)算得CaAFPs粗蛋白的得率約為10%。

2.2 熱滯活性檢測(cè)

THA=T?0（1）

（2）

2.3 凍結(jié)溫度的確定

參考Meng 等[12]的研究，確定了一個(gè)亞凍結(jié)溫度?12 ℃，將其與正常冷凍儲(chǔ)藏溫度?18 ℃和冷鮮溫度4 ℃進(jìn)行對(duì)比。

2.4 面團(tuán)制作

將原料按照以下比例進(jìn)行混合，面粉100%，高活性干酵母1.5%，蒸餾水50%，CaAFPs0.5%（CaAFPs組）。和面機(jī)和面10 min，壓延5次，用保鮮膜包裹，醒發(fā)40 min。將醒發(fā)后的面團(tuán)排氣后按照每塊20 g大小分裝，分裝好的面團(tuán)放入塑料盤內(nèi)保鮮膜包裹，于?30 ℃分別存放10、45、50 min使面團(tuán)中心溫度下降到4 ℃、?12 ℃、?18 ℃，轉(zhuǎn)移入相對(duì)應(yīng)溫度冰箱內(nèi)進(jìn)行凍藏或冷藏24 h，取出于室溫下分別進(jìn)行0、45、50 min解凍，使其中心溫度解凍至到4 ℃。以此為1個(gè)凍融循環(huán)，共進(jìn)行5個(gè)凍融循環(huán)，測(cè)定0～5次凍融循環(huán)的面團(tuán)的品質(zhì)指標(biāo)。

2.5 凍結(jié)-解凍溫度曲線

取3個(gè)新鮮面團(tuán)放入?30 ℃冰箱內(nèi)，利用TP9000數(shù)字溫度計(jì)探頭置于面團(tuán)中心部位，每相隔1 min測(cè)定并記錄一次樣品溫度，在面團(tuán)中心溫度分別下降到4 ℃，?12 ℃，?18 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)移入對(duì)應(yīng)冰箱存放60 min。將冷凍面團(tuán)從對(duì)應(yīng)冰箱中取出于室溫下進(jìn)行解凍，每隔1 min記錄面團(tuán)中心溫度。

2.6 面團(tuán)失水率的測(cè)定

分別稱量冷凍前的面團(tuán)質(zhì)量1（g）和凍融后的面團(tuán)質(zhì)量為2（g），計(jì)算面團(tuán)失水率，如式（3）所示：

2.7 面團(tuán)含水率的測(cè)定

將鋁盒置于105 ℃烘箱中烘干至恒量，稱量其質(zhì)量0（g），取1 g左右面團(tuán)，置于室溫下解凍至中心溫度4 ℃，將其放入鋁盒內(nèi)，稱取質(zhì)量1（g），在105 ℃烘箱中烘干至恒量，記錄質(zhì)量2（g）。含水率計(jì)算公式如下

2.8 面團(tuán)質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

冷凍面團(tuán)解凍至4 ℃，用質(zhì)構(gòu)儀（P50探頭）測(cè)定面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。得到硬度、彈性、凝聚性、咀嚼性等指標(biāo)。測(cè)試的試驗(yàn)參數(shù)是：測(cè)前2 mm/s，測(cè)中1 mm/s，側(cè)后1 mm/s，壓縮比70%，觸發(fā)力0.049 N，壓縮時(shí)間間隔5 s[13]。

2.9 面團(tuán)pH值的測(cè)定

面團(tuán)解凍至4 ℃后，取10 g樣品于無菌袋中，向其中加入無二氧化碳的蒸餾水90 mL，利用均質(zhì)機(jī)以12 T/s（每秒12次），均質(zhì)1 min后測(cè)定pH值[14]。

2.10 可凍結(jié)水含量的測(cè)定

采用差示掃描量熱儀對(duì)4、?12以及?18 ℃3個(gè)水平且凍融循環(huán)次數(shù)不同的面團(tuán)進(jìn)行可凍結(jié)水測(cè)定。用剃刀取約10 mg不同凍融循環(huán)次數(shù)下解凍冷凍面團(tuán)的中心部位樣品并稱量，密封于小坩堝中，放置于DSC樣品池中，以一個(gè)空坩堝作為參比。溫度程序?yàn)樵?30 ℃平衡5 min，然后以10 ℃/min升溫至15 ℃。記錄掃描曲線。通過熱分析軟件TA Universal Analysis，獲得面團(tuán)的冰晶熔化焓[15]。樣品可凍結(jié)水含量（F）的計(jì)算式如下：

式中?w為熔化焓，J；? Hm=333.3 J/g；為樣品質(zhì)量，g；為樣品含水率，g/g。

2.11 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均重復(fù)3次，并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)形式來表示，數(shù)據(jù)間的差異顯著性均采用單因素方差分析（One-way-ANOVA）的方法進(jìn)行分析，所用軟件為SPSS16.0，以<0.05表示所得數(shù)據(jù)間在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在顯著性差異，并采用Origin2019軟件制圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 胡蘿卜抗凍蛋白CaAFPs的THA

抗凍蛋白能以非依數(shù)性降低溶液的冰點(diǎn)，使其低于熔點(diǎn)，而形成差值，這種差值稱之為熱滯活性THA[16]。目前，THA是表征抗凍活性的重要指標(biāo)。

通過DSC對(duì)CaAFPs的熱流進(jìn)行測(cè)定，其凍融曲線如圖1所示。對(duì)不同保留溫度下的曲線進(jìn)行分析，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

圖1 胡蘿卜抗凍蛋白的熱流曲線

表1 胡蘿卜抗凍蛋白的熱滯活性檢測(cè)結(jié)果

3.2 面團(tuán)凍結(jié)-解凍溫度曲線分析

利用溫度測(cè)定儀對(duì)面團(tuán)的中心溫度進(jìn)行測(cè)定。如圖2所示，將20 g面團(tuán)置于?30 ℃的冰箱中，使之溫度下降至?18 ℃，在?18 ℃的冰箱中儲(chǔ)藏60 min，取出于室溫下進(jìn)行解凍，面團(tuán)中心溫度的變化趨勢(shì)如圖2所示。同樣將20 g面團(tuán)置于?30 ℃冷凍，當(dāng)其中心溫度分別下降到4、?12和?18 ℃后，分別將該面團(tuán)轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的溫度下進(jìn)行儲(chǔ)藏，以確定用于儲(chǔ)藏面團(tuán)冰箱的穩(wěn)定性，其測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

圖2 凍結(jié)-解凍面團(tuán)中心溫度曲線

圖3 不同儲(chǔ)藏溫度面團(tuán)溫度曲線

如圖2所示，在?30 ℃冰箱內(nèi)面團(tuán)中心溫度下降到4 ℃所需時(shí)間為10 min左右；下降到?12 ℃所需時(shí)間為45 min左右；下降到?18 ℃所需時(shí)間為50 min左右。將下降到?18 ℃的面團(tuán)置于?18 ℃下儲(chǔ)藏60 min后，將該面團(tuán)在室溫下解凍。由解凍曲線可知，面團(tuán)中心溫度由?18 ℃上升為4 ℃所需時(shí)間為50 min；由?12 ℃上升為4 ℃所需時(shí)間為45 min。

由圖3可知，在一定的儲(chǔ)藏條件下，每個(gè)溫度下的冰箱中面團(tuán)的中心溫度波動(dòng)不大，說明冰箱具有一定的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，儲(chǔ)藏狀態(tài)良好。

從該指標(biāo)中可以得出20 g發(fā)酵面團(tuán)在?30 ℃條件下進(jìn)行速凍時(shí)使其中心溫度下降到4、?12、?18 ℃所需時(shí)間分別是10、45、50 min，在后續(xù)試驗(yàn)中可根據(jù)該時(shí)間對(duì)面團(tuán)進(jìn)行速凍。同樣，?12和?18 ℃的20 g冷凍面團(tuán)在室溫下進(jìn)行解凍至4 ℃所需時(shí)間也不同，分別為45和50 min。因此，在后續(xù)的試驗(yàn)中將以該測(cè)試時(shí)間對(duì)面團(tuán)進(jìn)行冷凍和解凍。

3.3 CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)失水率的影響

含水率是影響冷凍面團(tuán)品質(zhì)最直接因素之一，冷藏面團(tuán)在運(yùn)輸和貯藏過程中會(huì)發(fā)生干耗，冰晶升華等現(xiàn)象，面團(tuán)內(nèi)部水分向表面遷移，在面團(tuán)表面散失，最終使得冷凍面團(tuán)表皮干燥，含水量下降，加工性能降低，及后續(xù)加工產(chǎn)品的品質(zhì)下降[17]。失水率作為衡量冷凍面團(tuán)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，凍融過程中面團(tuán)失水率的變化很大程度上反映了面團(tuán)品質(zhì)的波動(dòng)情況。在4、?12、?18 ℃下儲(chǔ)藏的添加CaAFPs冷凍面團(tuán)與對(duì)照組面團(tuán)在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的失水率變化如圖4所示。

注：上標(biāo)不同字母表示相同凍融次數(shù)下差異顯著（P＜0.05），下同。

由圖4可知，經(jīng)過5個(gè)周期凍融循環(huán)，對(duì)照組和CaAFPs組面團(tuán)失水率均不斷上升，添加CaAFPs的面團(tuán)在經(jīng)過5個(gè)周期凍融循環(huán)后，其失水率增大趨勢(shì)較對(duì)照組平緩，在第5個(gè)凍融循環(huán)周期時(shí)，對(duì)照組面團(tuán)的失水率顯著高于CaAFPs組面團(tuán)（<0.05）。其原因可能是CaAFPs對(duì)于面團(tuán)起到保水作用，CaAFPs通過降低面團(tuán)中自由水的冰點(diǎn)及控制冰晶長(zhǎng)大減弱其對(duì)面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)的破壞，保持面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性，降低了水分的流失，所以失水率在同一凍融循環(huán)周期內(nèi)低于對(duì)照組[18]。4 ℃冷藏面團(tuán)的失水率在經(jīng)過5個(gè)周期凍融循環(huán)后增加趨勢(shì)顯著大于?12 ℃和?18 ℃凍藏面團(tuán)（<0.05），在第5次凍融循環(huán)時(shí)面團(tuán)失水率遠(yuǎn)大于另外兩組（<0.05）；?18 ℃凍藏面團(tuán)在在經(jīng)過凍融循環(huán)后失水率變化趨勢(shì)最為平緩；?12 ℃凍藏面團(tuán)的失水率變化趨勢(shì)顯著低于4 ℃冷藏面團(tuán)（<0.05），與?18 ℃含水率變化趨勢(shì)接近。其原因可能是面團(tuán)中的自由水在冰點(diǎn)溫度下凍結(jié)為冰晶，其水分流失的途徑主要為干耗和升華，其水分流失速率遠(yuǎn)低于4 ℃冷藏條件下水分的揮發(fā)流失[19]。因此如果面團(tuán)需要較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸或者儲(chǔ)藏時(shí)，為了避免面團(tuán)水分的流失，應(yīng)當(dāng)選擇?12 ℃或者?18 ℃進(jìn)行凍藏，可以有效抑制面團(tuán)在儲(chǔ)藏或者運(yùn)輸過程中因溫度波動(dòng)導(dǎo)致的水分流失現(xiàn)象。

3.4 CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)含水率的影響

對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)，凍藏溫度以及有無添加CaAFPs的面團(tuán)含水率進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果如圖5所示。

圖5 CaAFPs對(duì)凍融循環(huán)面團(tuán)含水率的影響

由圖5可知，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后面團(tuán)的含水率顯著下降（＜0.05），添加CaAFPs后面團(tuán)的含水率下降趨勢(shì)相對(duì)平緩，失水較少。原因可能是CaAFPs對(duì)面團(tuán)中的水分具有吸附作用，同失水率指標(biāo)研究結(jié)果保持一致。4 ℃冷藏面團(tuán)含水率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加下降較為明顯，且第5次凍融循環(huán)含水率遠(yuǎn)低于?12 ℃與?18 ℃凍藏面團(tuán)（<0.05）；?18 ℃面團(tuán)含水率下降趨勢(shì)最為平緩，經(jīng)過5次凍融循環(huán)后失水最少；?12 ℃凍藏面團(tuán)含水率下降趨勢(shì)明顯低于4 ℃冷藏面團(tuán)，且與?18 ℃相差不大，主要原因一方面是冷藏或凍藏室溫度與面團(tuán)之間的蒸氣壓和冰晶升華，面團(tuán)中水分向外遷移[20]；另一方面冷藏或凍藏引起面筋蛋白發(fā)生變性，引起面筋蛋白對(duì)水的束縛能力減弱[21]，而在4 ℃下的這兩種作用機(jī)制最強(qiáng)，?12 ℃次之，?18 ℃最小。該結(jié)果與上述失水率測(cè)定結(jié)果保持一致，相互補(bǔ)充。

3.5 CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)可凍結(jié)水的影響

根據(jù)水分與面團(tuán)中分子的結(jié)合狀態(tài)，可以將水分分為自由水和結(jié)合水。根據(jù)其冷凍的狀態(tài)不同可將其分為2類：不可凍結(jié)水和可凍結(jié)水。在經(jīng)過低溫處理之后，只有可凍結(jié)水才能夠結(jié)成冰晶。在凍藏過程中，可凍結(jié)水會(huì)循環(huán)再結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致面筋基質(zhì)損傷和酵母死亡，影響面團(tuán)的品質(zhì)特性[22]。

圖6 CaAFPs對(duì)凍融循環(huán)面團(tuán)可凍結(jié)水含量的影響

由圖6可知，添加CaAFPs之后的面團(tuán)在相同水平的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)可凍結(jié)水含量均低于對(duì)照組面團(tuán)（<0.05），在第4次凍融循環(huán)后對(duì)照組面團(tuán)的可凍結(jié)水含量顯著高于CaAFPs組面團(tuán)（<0.05），而CaAFPs組面團(tuán)的可凍結(jié)水含量增加趨勢(shì)整體來看相對(duì)平緩，并未出現(xiàn)較大波動(dòng)。其原因可能是所添加的CaAFPs能夠和面團(tuán)中的自由水結(jié)合，減少了可凍結(jié)水的含量，且由于CaAFPs自身的特殊性，在低溫下仍能夠保持原有結(jié)構(gòu)，降低周圍水分的冰點(diǎn)，使之不被凍結(jié)。加入CaAFPs后，重結(jié)晶現(xiàn)象受到抑制，面團(tuán)樣品的面筋網(wǎng)絡(luò)得到了加強(qiáng)，減緩大冰晶引起的破壞[23]。對(duì)照組面團(tuán)在第3次凍融循環(huán)后可凍結(jié)水含量顯著增加（<0.05），其原因可能是經(jīng)過多次凍融循環(huán)，面團(tuán)的面筋網(wǎng)路結(jié)構(gòu)遭到破壞，部分結(jié)合水被釋放轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤?，增加了可凍結(jié)水的含量[24]。4 ℃面團(tuán)的可凍結(jié)水含量相比于?12 ℃和?18 ℃，在經(jīng)過5個(gè)凍融循環(huán)之后增加的趨勢(shì)較為顯著，且在第5次凍融循環(huán)之后可凍結(jié)水含量明顯高于?12 ℃和?18 ℃保藏面團(tuán)。其中?18 ℃面團(tuán)的可凍結(jié)水含量變化趨勢(shì)最為平緩，且增加量最少。?12 ℃保藏面團(tuán)的可凍結(jié)水含量變化趨勢(shì)與增加量顯著低于4 ℃保藏面團(tuán)（<0.05），且比?18 ℃保藏面團(tuán)高，其原因可能是低溫束縛氫原子的運(yùn)動(dòng)，且溫度越低，束縛越強(qiáng)[25]?？蓛鼋Y(jié)水屬于自由水，因此自由水的減少降低了可凍結(jié)水的含量。

3.6 CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響

面團(tuán)的質(zhì)地品質(zhì)和感官評(píng)分可以通過質(zhì)構(gòu)特性反映，利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)、凍藏溫度以及有無添加CaAFPs下面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果如表2所示。

表2 CaAFPs對(duì)凍融循環(huán)面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響

注：相同溫度同列均值有不同上標(biāo)字母者表示差異顯著（<0.05）。

Note: Different superscript letters in the same column mean indicated significant difference under same temperature (<0.05).

由表2可知，在4 ℃冷藏條件下未經(jīng)過凍融循環(huán)的面團(tuán)，CaAFPs組和對(duì)照組的面團(tuán)的硬度并無顯著差異。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，包括對(duì)照組面團(tuán)和CaAFPs組面團(tuán)的硬度都隨之增大。并且在相同的凍融循環(huán)內(nèi)，添加CaAFPs的面團(tuán)硬度要明顯小于對(duì)照組面團(tuán)的硬度，且存在著顯著性差異（<0.05）。在相同的凍融次數(shù)下，兩組面團(tuán)之間的硬度、彈性、膠著性、咀嚼性、黏聚性均存在著明顯的差異（<0.05），CaAFPs組面團(tuán)的彈性、黏聚性、咀嚼性均比對(duì)照組顯著增加（<0.05），而膠著性則明顯降低（<0.05）。分析原因：對(duì)照組面團(tuán)在凍融循環(huán)過程中重結(jié)晶破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致面團(tuán)的彈性及咀嚼性變差。添加CaAFPs后面團(tuán)中水分的重結(jié)晶受到抑制，一定程度上保護(hù)面團(tuán)原有結(jié)構(gòu)，彈性及咀嚼性變化較小[25]。未添加CaAFPs面團(tuán)水分流失嚴(yán)重，使面團(tuán)硬度增加及咀嚼性變差。

隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，面團(tuán)的彈性、黏聚性以及咀嚼性都在逐漸降低，而硬度、膠著性則在不斷增大。不同處理面團(tuán)的硬度、彈性、黏聚性、回復(fù)性、咀嚼性等指標(biāo)在同一溫度下均具有顯著性差異（<0.05）。其中硬度在?18 ℃除第0次凍融循環(huán)外，在其他相同凍融循環(huán)水平內(nèi)均要低于?12 ℃與4 ℃保藏組。而?12 ℃的硬度明顯低于4 ℃冷藏組，但是與?18 ℃保藏組的差異不大。4 ℃的硬度在3個(gè)溫度水平的同一凍融次數(shù)內(nèi)均比較高。原因可能是速凍之后?18 ℃和?12 ℃條件下保藏時(shí)冰晶生長(zhǎng)比較快，且冰晶數(shù)量較多，保證了面團(tuán)的結(jié)構(gòu)完整性[26]，因此其多項(xiàng)指標(biāo)要明顯優(yōu)于在4 ℃條件下面團(tuán)。而在4 ℃下保藏時(shí)，面團(tuán)內(nèi)的水分并沒有結(jié)成冰晶，因此揮發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致面團(tuán)水分含量降低，從而使得其彈性、黏聚性、咀嚼性等指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果低于凍藏條件下面團(tuán)[27]。

3.7 CaAFPs對(duì)凍融面團(tuán)pH值變化的影響

pH值可以在一定程度上間接反映發(fā)酵面團(tuán)的發(fā)酵程度和發(fā)酵速率[28]，通過測(cè)定面團(tuán)pH值的變化可以大致了解面團(tuán)在經(jīng)過多次凍融循環(huán)之后的發(fā)酵情況，以及分析面團(tuán)是否處于良好的發(fā)酵狀態(tài)下。面團(tuán)的pH值的變化很大程度上取決于酵母菌作用，酵母菌將糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而導(dǎo)致pH值的降低。面團(tuán)pH值保持在這一范圍內(nèi)可以提高其利用性，便于在解凍之后繼續(xù)發(fā)酵[29]。利用pH儀對(duì)不同狀態(tài)下的面團(tuán)測(cè)定，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 CaAFPs對(duì)凍融循環(huán)面團(tuán)pH值的影響

由圖7可以看出，添加CaAFPs的面團(tuán)的pH值在未凍融循環(huán)時(shí)就高于對(duì)照組，之后在相同水平凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)其pH值都高于對(duì)照組面團(tuán)（<0.05）。pH值越大所代表的酸度就越小,說明多次凍融循環(huán)影響了面團(tuán)的發(fā)酵程度。在經(jīng)過5次凍融循環(huán)之后面團(tuán)的pH值總體都在降低（<0.05），而添加CaAFPs的面團(tuán)的pH值的變化趨勢(shì)相對(duì)平緩，對(duì)照組面團(tuán)的pH值變化趨勢(shì)較大。這說明添加CaAFPs后，面團(tuán)的發(fā)酵程度有所減輕，有效提高了冷凍面團(tuán)的應(yīng)用范圍，延長(zhǎng)其儲(chǔ)藏期。4 ℃經(jīng)過5次凍融循環(huán)的面團(tuán)pH值相比于在?12 ℃和?18 ℃經(jīng)過5次凍融循環(huán)的面團(tuán)pH值下降程度顯著大，在第5次凍融循環(huán)后其pH值遠(yuǎn)低于?12 ℃與?18 ℃保藏面團(tuán)（<0.05）。?18 ℃凍藏面團(tuán)在經(jīng)過5次凍融循環(huán)之后其pH值相比于其他兩組下降最少，且下降趨勢(shì)最為平緩。?12 ℃保藏面團(tuán)的pH值變化與4 ℃保藏面團(tuán)的差距十分顯著，相較于?18 ℃凍藏面團(tuán)的pH值前兩次凍融差異不大。其原因可能是經(jīng)過凍結(jié)之后，面團(tuán)中能夠被酵母菌利用的自由水減少，凍結(jié)成冰。且溫度較低時(shí)不利于酵母菌生長(zhǎng)和繁殖，因此酵母菌進(jìn)入休眠狀態(tài)，減少了對(duì)于糖分的分解和小分子物質(zhì)的生成[30]，從而使得經(jīng)過5次凍融循環(huán)之后在?12 ℃和?18 ℃凍藏面團(tuán)的pH值變化不大。

4 結(jié) 論

向發(fā)酵面團(tuán)中按照0.5%的比例添加胡蘿卜抗凍蛋白（Carrot Antifreeze Proteins，CaAFPs），研究有無添加CaAFPs面團(tuán)的失水率、含水率、可凍結(jié)水、質(zhì)構(gòu)特性、pH值變化等指標(biāo)得出結(jié)論：CaAFPs能夠有效減少面團(tuán)在凍融循環(huán)過程中水分的流失，提高面團(tuán)凍融循環(huán)后的含水率，有效緩解面團(tuán)在凍藏狀態(tài)下的干耗現(xiàn)象，添加CaAFPs面團(tuán)的可凍結(jié)水經(jīng)過凍融循環(huán)后增加量顯著低于對(duì)照組（<0.05）。添加CaAFPs后，能夠顯著降低凍融循環(huán)面團(tuán)的硬度，膠著性；提高面團(tuán)的咀嚼性、彈性、黏聚性等（<0.05）；可以減緩面團(tuán)pH值的降低，提高面團(tuán)的利用性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

4 ℃面團(tuán)經(jīng)過5次凍融循環(huán)之后所測(cè)得的曲線變化率均顯著大于?12 ℃與?18 ℃凍藏面團(tuán)，其性質(zhì)相比于凍融循環(huán)前相差較大，不適合應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間的保藏與運(yùn)輸。?12 ℃與?18 ℃凍藏面團(tuán)所測(cè)得曲線變化率相對(duì)較小，且兩者在凍融兩次前相差不明顯，考慮到運(yùn)輸與保藏成本的因素，選擇對(duì)速凍面團(tuán)進(jìn)行?12 ℃凍藏更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能，同時(shí)能夠較好保持面團(tuán)性質(zhì)，適合較短時(shí)間下的保藏。

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Effects of carrot antifreeze protein on the quality of freeze-thaw dough under subfreezing

Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Zhang Shaohui, Ai Zhilu, Pan Zhili, Li Zhen, Fan Huiping※

(1.,,450002,; 2.,,450002; 3.,450002,)

Carrot Antifreeze Proteins (CaAFPs) are characterized by the unique anti-recrystallization capacity for potential uses in the food industry. In this study, a systematic investigation was conducted to explore the effect of CaAFPs on the properties of subfrozen dough under different freeze-thaw cycles, in order to determine if -12 ℃ suitable for the frozen dough storage and the state. The CaAFPs were added to the dough at a proportion of 0.5%. The dough without CaAFPs was used as the control. Three kinds of storage temperatures were set as 4℃ refrigerated, -12 ℃subfrozen, and -18 ℃frozen. The freeze-thaw was taken as the auxiliary means to measure the freezable water content, texture, and pH under the different conditions of moisture content and water loss rate. Significance analysis was then made to compare the freeze-thaw CaAFPs under the influence mechanism of the frozen dough properties. The results showed that the water loss rate of the dough in the control group showed an increasing trend in the different degrees (<0.05) after five freeze-thaw cycles. The addition of CaAFPs greatly contributed to delaying the water loss of the dough, indicating a decrease in the water loss rate in all groups. The water content of the control group showed a decreasing trend in the different degrees (<0.05). The water content was higher than that of the control group after adding CaAFPs (<0.05) under freeze-thaw. An increasing trend was found in the freezable water content of the dough in the control group in the different degrees (<0.05) under freeze-thaw. The addition of CaAFPs posed a certain protective effect on the network structure of the dough, indicating the decrease in the freezable water content. There was an upward trend (<0.05) for the hardness and gumminess in the control group, whereas, a downward trend was the springing, cohesiveness, and chewiness (<0.05) under freeze-thaw. After adding CaAFPs, the texture characteristics of the dough were improved significantly to more slowly adjust the texture. The pH of the dough showed a decreasing trend in the different degrees (<0.05) in the control group. The acidification of dough was delayed for the smaller pH change trend of dough, when adding CaAFPs. In general, the moisture content of dough decreased with the increase of freeze-thaw time, where the water loss rate and the content of freezable water increased significantly, the pH value decreased, and the texture was difficult to say. But the opposite trend occurred, as the temperature dropped. Among them, -12 ℃ and -18 ℃ were significantly better than 4 ℃. There was no significant difference between them in the first two times of freeze-thaw, but after three times of freeze-thaw, -18 ℃ was obviously better than -12 ℃. The findings can provide a strong reference for the application of CaAFPs in the frozen dough and the optimization of freezing storage temperature. As such, the dough can be maintained excellent properties at -12 ℃ in the sub-freezing storage. Therefore, the dough can be expected to store at -12 ℃ for energy saving under the better state. At the same time, a new research idea can be offered for the properties of antifreeze proteins in the subfreezing state.

protein; control quality; carrots; antifreeze protein; frozen dough; freeze-thaw; subfrozen

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027

TS201.1

A

1002-6819(2022)-23-0258-08

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Zhang Yanjie, Wang Jinhui, Zhang Shaohui, et al. Effects of carrot antifreeze protein on the quality of freeze-thaw dough under subfreezing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(23): 258-265. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.23.027 http://www.tcsae.org

2022-07-12

2022-09-24

河南省青年人才托舉工程項(xiàng)目（2022HYTP040）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31801580）；河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃（21B550002）聯(lián)合資助

張艷杰，博士，講師，研究方向?yàn)楣任锕δ艹煞旨八賰鍪称菲焚|(zhì)。Email：yanjiezhang@henau.edu.cn

范會(huì)平，博士，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與儲(chǔ)藏工程、天然活性成分。Email：fanhuiping1972@hotmail.com