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冷冻面团的劣化机理和质量改进方法:最新综述

张宏宏 , 樊浩然 , 徐学明 , 徐丹
Honghong Zhang , Haoran Fan , Xueming Xu , Dan Xu
江南大学食品科学与资源国家重点实验室, 无锡214122丽湖路1800号
a 江南大学食品科学与资源国家重点实验室,无锡市蠡湖路 1800 号,邮编 214122
北京工商大学食品与健康学院,北京100048,中国
北京工商大学食品与健康学院,中国北京 100048
c 江南大学食品科学与技术学院,中国无锡214122丽湖路1800号
c 江南大学食品科学与技术学院,无锡市蠡湖路 1800 号,邮编 214122
江南大学江苏省食品安全与质量控制协同创新中心, 中国无锡214122丽湖路1800号
无锡市蠡湖路 1800 号江南大学江苏省食品安全与质量控制协同创新中心 邮编:214122
e 江南大学江苏省先进食品制造装备与技术重点实验室,中国无锡214122丽湖路1800号
e 江南大学先进食品制造装备与技术江苏省重点实验室,无锡市蠡湖路 1800 号,邮编 214122

A R T I C L E I N F O

处理编辑:I Oey
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关键字: 关键词:

冷冻面团 冷冻面团
质量 质量
面团组成 面团成分
酵母 酵母
冻结 冷冻

抽象 摘要

A B S T R A C T 背景:冷冻面团技术的利用为延长面粉产品的保质期和提高生产效率提供了令人信服的解决方案。该技术已被广泛应用并不断研究。然而,冷冻面团的复杂生产过程带来了一个持续的挑战——冷冻损伤——它会影响冷冻面团的不同成分,如淀粉、麸质蛋白、酵母和脂质。这种损坏会导致面团质量下降。
A B S T R A C T 背景:利用冷冻面团技术为延长面粉产品的保质期和提高生产效率提供了令人信服的解决方案。这项技术已得到广泛应用和持续研究。然而,冷冻面团复杂的生产过程带来了一个持续的挑战,即冷冻破坏会影响冷冻面团的不同成分,如淀粉、面筋蛋白、酵母和脂质。这种破坏会导致面团质量下降。

范围和方法:本综述从多尺度的角度全面总结了冷冻面团中不同成分发生的变化,特别是淀粉、麸质蛋白、脂质和酵母。讨论了冷冻面团实际生产过程中从主要材料到最终产品的工艺改进方法。其中包括主要材料的选择和优化、酵母耐冻性的提高、添加剂、冷冻工艺(冷冻、储存和解冻)和面团制作工艺。
范围和方法:本综述从多尺度的角度全面总结了冷冻面团中不同成分发生的变化,特别是淀粉、面筋蛋白、脂质和酵母。讨论了冷冻面团实际生产过程中从主要材料到最终产品的工艺改进方法。这些方法包括主料的选择和优化、酵母耐冻性的改进、添加剂、冷冻工艺(冷冻、储存和解冻)以及面团制作工艺。

主要发现和结论:选用高筋强度的小麦粉和高膳食纤维的复合面粉,可以提高筋-淀粉基质的抗冻性。酵母的耐冻性可以通过杂交、基因工程、多阳离子肽预处理( -聚-Llysine)、微胶囊化技术,以及防冻剂的添加。除了提高不同添加剂的使用效果外,有效获取添加剂的方法和多种添加剂的协同组合也是重点。不同的冷冻面团需要选择合适的冷冻速度。新型物理场辅助冷冻技术对减少冷冻损伤具有积极作用。对于冷冻储存,低于冰点的温度 更环保,储存温度越低越稳定。创新的微波解冻目前对冷冻面团的应用效果较差。创新的面团制作工艺,如真空混合、面团冷冻前的热处理(部分烘烤、半蒸和预热的面团)和可食用涂层,都值得探索。
主要发现和结论:选择面筋强度高的小麦粉和使用膳食纤维含量高的复合面粉可以提高面筋-淀粉基质的抗冻性。通过杂交、基因工程、多阳离子肽( -聚赖氨酸)预处理、微胶囊技术和添加抗冻剂等方法可提高酵母的抗冻性。除了提高不同添加剂的使用效果外,获得添加剂的有效方法和多种添加剂的协同组合也是重点。不同的冷冻面团需要选择合适的冷冻速率。新型的物理场辅助冷冻技术对减少冷冻损伤有积极作用。在冷冻贮藏方面,亚冷冻温度 更为环保,较低的贮藏温度也更稳定。目前,创新的微波解冻对冷冻面团的应用效果不佳。真空搅拌、面团冷冻前的热处理(部分烘焙、半蒸和预热面团)以及可食用涂层等创新面团制作工艺值得探索。

1. 引言 1.导言

面包,蛋糕,馒头和面包是世界各地流行的主食(Decock&Cappelle,2005)。然而,新鲜面粉产品的保质期很短(一般 ),运输不方便,在储存过程中容易淀粉老化,共同影响食物的风味和口感(Selomulyo&周,2007)。为了更好地提供新鲜美味的面粉产品,降低生产成本,开发了冷冻面团技术。
面包、蛋糕、馒头和包子是全世界都受欢迎的主食(Decock & Cappelle, 2005)。然而,新鲜面粉产品保质期短(一般为 ),运输不便,储存过程中容易发生淀粉老化,这些因素都会影响食品的风味和口感(Selomulyo & Zhou, 2007)。为了更好地提供新鲜美味的面粉产品并降低生产成本,冷冻面团技术应运而生。
为了清楚地展示过去10年冷冻面团技术的发展,我们在Web of Science核心合集中检索了“冷冻面团”一词(图1A)。通过Web of Science Categories、Citations Topics Meso和Citations Topics Micro对检索结果进行更精细的细化,以排除与冷冻面团技术无关的文献(图1B)。VOSviewer(版本 1.6.18)用于对这些最终 404 篇文章的关键字进行聚类,并
为了清楚地显示冷冻面团技术在过去 10 年中的发展情况,我们在 Web of Science 核心文库中搜索了 "冷冻面团 "一词(图 1A)。根据 Web of Science Categories、Citations Topics Meso 和 Citations Topics Micro 对搜索结果进行了细化,以排除与冷冻面团技术无关的文献(图 1B)。我们使用 VOSviewer(1.6.18 版)对这 404 篇文章的关键词进行了聚类,并将其归纳为 "冷冻面团技术"(图 1B)。
一个
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文档类型: 文件类型 文章 & 评论文章 文档类型: 文章 & 评论文章
'- Web of Science 类别:
'-网络科学分类:
I 食品科学技术、应用化学、营养营养学、工程学、化学、生物化学分子生物学、生物技术应用微生物学、高分子科学、农业多学科、化学多学科、微生物学、多学科科学、生物学、I 化学有机、工程、'多学科、材料科学、多学科、农学、农业!工程
食品科学技术、应用化学、营养饮食学、化学工程、生物化学分子生物学、生物技术应用微生物学、高分子科学、农业多学科、化学多学科、微生物学、多学科科学、生物学、有机化学、工程学、多学科、材料科学、多学科、农艺学、农业工程学
引文主题 Meso: 引文主题 Meso:
食品科学与技术,医学真菌学,昆虫学,感染,嗅觉与味觉科学,植物化学物质,乳制品与动物科学,药理学与毒理学,膜科学,脂质,抗生素与抗菌剂,营养与营养学
食品科学与技术、医学真菌学、昆虫学、感染学、嗅觉与味觉科学、植物化学物、乳品与动物科学、药理学与毒理学、膜科学、脂质、抗生素与抗菌剂、营养学与饮食学

引用主题 微量淀粉、酿酒酵母、I 重试    错误原因
防冻蛋白、渗透脱水剂、I 抗氧化活性、壳聚糖、脂质、液滴、可可脂、拉曼光谱、姜黄素、健康声明、I 电穿孔、苜蓿

图 1.文献检索方法(A)、筛选细化标准(B)、冷冻面团文献计量可视化:冷冻面团文献关键词与其平均出现时间的关系(C)、冷冻面团文献年发表量(综述和文章)数(D)。根据平均出现时间为它们着色。其中,蓝色关键词在早期文章中较为常见,主要关注冷冻处理后酵母、面团和产品性质的变化以及冷冻面团的常规改进方法(图1C)。红色关键词在近几年发表的文章中出现较多,可分为六个方面:冷冻面团的变质机理、主要原料、酵母耐冻性的提高、添加剂、冷冻工艺(冷冻、储存和解冻)、面团制作工艺。关键词颜色从蓝色变为红色反映了研究热点的迁移。它们涉及冷冻面团从表观性能到组分多尺度结构的劣化机理,以及冷冻面团质量从使用单一改良剂到更有效的多种方法协同组合和更全面的加工工艺改进的改进方法。如图1D所示,过去10年(2013-2022年)与冷冻面团相关的物品呈增长趋势。相应地,总结它们的综述数量在出版中保持相对稳定。直到过去 3 年,评论数量略有下降。尽管如此,对冷冻面团的研究仍在继续增长。因此,鉴于发展趋势,本文综述从多尺度视角全面总结了冷冻面团的劣化机理,以及最新研究显示的提高冷冻面团品质的方法。

2.劣化机理 重试    错误原因

冷冻面团的冻害主要在冷冻过程中(冷冻、储存和解冻)引起。在冷冻过程中,冷冻面团中的可冷冻水会形成超过原始体积的冰晶并刺穿细胞,导致机械损伤。为了延长保质期,面团通常存放在冰箱中。储存过程中会积聚小冰晶,这会增加冰晶的体积,从而导致额外的机械损坏。由于运输过程中冷链不完全,较大的温度波动会引起冷冻面团的冻融循环。冻结造成的结构损坏导致解冻后冻结水量增加,而重新冻结会造成进一步的损坏。
冻害会影响冷冻面团的性能。与新鲜面团相比,随着冷冻储存时间的延长,解冻面团的结构逐渐变松,体积、硬度和弹性逐渐降低(Yang et al., 2021),面团的发酵体积更小(Lu & Zhu, 2023)。反过来,冻害引起的面团强度下降将导致产品性能的变化。最常见的问题包括面包体积减少、质地变硬、气味难闻和感官评估分数逐渐降低(Dai, Gao, Zeng, & Liu, 2022;Giannou,Kessoglou和Tzia,2003)。
针对实际生产过程中发生的损害,近年来,研究人员对淀粉、面筋蛋白等成分的变化及其与冷冻面团理化性质变化的因果关系进行了更系统的分析。

2.1. 淀粉 重试    错误原因

淀粉作为冷冻面团成分中占比最大的成分,与冷冻面团的实际性能密切相关,最终对其最终产品的外观(颜色和比体积)和质地(质构特性)产生重大影响。受损的淀粉在烘烤过程中具有高度的淀粉分解性,产生的糖越多,加速美拉德反应和焦糖化反应,从而加深最终产品的颜色(马等人,2016)。在冷冻过程中,冰晶的形成和生长破坏了淀粉的表面结构,导致浸出物质(如直链淀粉,蛋白质和脂质)的释放(Li,Dhital和Wei,2017)。溶解更多的直链淀粉以增加面团的粘度,然后使内部结构紧密,从而降低面包的比体积(Yang等人,2022a)。此外,冷冻贮藏引起的淀粉回降会增加硬度和咀嚼性,降低最终产品的弹性(Xu et al., 2022;Yang 等人,2021 年)。
为了清楚地了解淀粉的变化与冷冻面团的质量特性之间的关系,传统的研究方法是反复冷冻和解冻淀粉溶液,以观察其结构和功能如何变化。近年来,人们已经意识到,从冷冻面团的复杂系统中提取淀粉可以更准确地评估淀粉的实际变化(Yang 等人,2021 年)。如表1所示,使用几种当代分析技术为进一步了解冷冻面团中淀粉的多尺度结构变化提供了机会。研究了淀粉在冻贮藏和冻融循环过程中的多尺度结构和理化性质。淀粉的多尺度结构涉及从大到小的颗粒结构、聚集体结构(层状和晶体结构)和分子结构(直链和支链淀粉的精细结构;短程有序结构;螺旋结构)(Chi et al., 2021;Le Corre 等人,2010 年;Li 等人,2017 年)。(1)颗粒形貌。如图2A所示,在冷冻面团中,淀粉颗粒的表面变得粗糙,导致出现凹坑和凹槽(Wang等人,2021,2022)。一些受损的淀粉颗粒会膨胀,一些会塌陷。由于冰晶形成过程中产生的微机械力,这些受损颗粒往往会聚集(Xu et al., 2022),这扩大了淀粉颗粒尺寸的分布范围(Wang et al., 2021)。(2)层状结构。如图2B所示,淀粉片中的结晶和非晶层厚度随着储存时间的增加而增加。Wang等人(2021)暗示,冰晶聚集过程中产生的微机械力增强了薄片内螺旋成分的堆叠。然而,温度波动导致的冰晶反复融化会分解结晶和非晶状薄片并破坏薄片结构(Wang等人,2022)。(3)晶体结构。淀粉分子的双螺旋结构规则排列并堆叠成结晶细胞。然后将晶体细胞堆叠成晶格。紧密堆叠的晶格形成晶体结构,也称为
冷冻面团中淀粉变质的表征。 重试    错误原因
结构 方法 参数 参考
颗粒
形态学
扫描电镜,
偏振光 重试    错误原因
显微术
图像(形态学 重试    错误原因
特征)
(Liu 等人,2019 年; 重试    错误原因
Yang et al.,
2021)
直径(颗粒 重试    错误原因
size)、SpSA
(Wang等人, 重试    错误原因
2021)
层状物
结构
萨克斯
(Wang等人, 重试    错误原因
2022)
结晶
结构
XRD射线衍射 多态型,RC 重试    错误原因
(Liu 等人,2019 年; 重试    错误原因
Xu 等人,2022 年) 重试    错误原因
短程
命令
分子的
傅里叶变换红
R1047/1022、R1045/ 重试    错误原因
1022
结构
拉曼
光谱学
FWHM 的
乐队
Xu 等人(2022 年) 重试    错误原因
螺旋结构 重试    错误原因
核磁共振
双螺旋,单螺旋 重试    错误原因
螺旋和非晶态 重试    错误原因
内容
(Wang等人, 重试    错误原因
2022)
SEM,扫描电子显微镜;SpSA, 比表面积;SAXS,小角度X射线散射;XRD、X射线衍射;RC, 相对结晶度;FTIR、傅里叶变换红外光谱;R1047/1022,吸收峰面积比值为1047和 ;R1045/1022,吸收峰面积之比为1045和 ;FWHM,最大半宽的全宽; CP/MAS NMR,碳-13交叉极化魔角旋转核磁共振。 重试    错误原因
图 2.淀粉颗粒结构的变化(A)、淀粉层状结构的变化(B)面筋-淀粉基质结构示意图(C)。
长程有序分子结构。冷冻、储存和冻融处理不会引起淀粉晶体类型的任何变化(Liu等人,2019;Wang 等人,2021 年)。冰晶产生的微机械力导致支链淀粉侧链的运动和重排,有利于形成新的双螺旋和单螺旋结构,提高淀粉分子结构的有序性(Wang等,2021)。然而,冻融处理导致淀粉颗粒的结晶和非晶区域中的分子内和分子间氢键断裂,导致有序分子结构的无定形化或双螺旋取向的恶化(Liu等人,2019;Xu 等人,2022 年)。(4)分子结构。在冷冻和储存过程中不会出现新的共价键,而是形成分子间氢键,这增强了淀粉链之间的连接,导致淀粉的双螺旋结构随着储存时间的增加而增加,淀粉的短程有序结构的有序性增强(Wang等,2021)。然而,在冻融循环过程中,淀粉颗粒中的氢键被破坏,从而降低了短程分子顺序(Xu等人,2022)。相应地,冷冻面团淀粉的理化性质与新鲜淀粉的理化性质有很大不同。通常,冷冻面团受损的淀粉会增加糊化温度,降低持水能力,并增加粘度参数(Liu等,2019;Wang 等人,2021 年;Yang 等人,2021 年;Yang 等人,2021 年)。

2.2. 小麦麸质蛋白 重试    错误原因

麸质是冷冻面团的重要成分,形成面团的骨骼结构并赋予面团特性。图1C显示,近5年来,面筋蛋白一直是冷冻面团变质机理研究的重点。
目前的研究对冷冻面团生产过程中面筋蛋白的变化进行了更全面的描述,其中包括以下4个主要方面:(1)蛋白质结构。蛋白质二级结构的主要形式有 -螺旋 -表 -匝和随机线圈。为了保持结构稳定性,这些结构会发展出更小的分子并重新排列以达到最低能量状态。在冷冻、储存和冻融循环后,经常注意到 -螺旋结构和 结构或随机线圈(Gao, Liu, Meng, & Zeng, 2022;Wang 等人,2022 年;Yang 等人,2021 年)。维持蛋白质三级结构的共价键主要包括二硫键。在冷冻储存和冻融循环过程中,一些二硫键被破坏并转变为巯基,这增加了巯基浓度(Bai,Guo,Xing和Zhu,2022;Yang 等人,2021 年)。疏水相互作用在维持蛋白质的三级结构中起着重要作用。冷冻和储存过程减少了疏水连接,从而暴露了更多的疏水基团并增加了蛋白质表面的疏水性(Gao,Liu,Meng和Zeng,2022)。(2)蛋白质分子。储存过程中的微小温度波动会导致冷冻面团内融化的冰晶迁移,从而削弱面筋网络内二级键的强度,使疏水基团暴露于水相并逐渐降低可溶性蛋白质含量(Gao,Liu,Meng和Zeng,2022)。在面团形成过程中,高分子量和低分子量的面筋亚基通过分子内和分子间二硫键聚集,形成大结构面筋大聚合物(GMP)(Wang,Jin和Xu,2015)。GMPs可以在面筋网络的构建中发挥作用,因此其含量
会影响面团的质量。冷冻和储存可解聚面团中的GMP。冷冻速率、储存时间、储存稳定性和酵母的存在是影响GMP解聚程度的因素。快速冷冻抑制了冷冻面团中GMP的解聚,贮藏时间的延长加剧了GMP含量的下降(Yang等,2021)。与非发酵面团相比,酵母的存在对温度波动较大的发酵冷冻面团(冻融循环)的GMP含量有显著的负面影响(Lu&Zhu,2023)。在稳定温度下冷冻储存期间,发酵面团和非发酵面团之间的GMP解聚速率几乎没有差异(Lu&Zhu,2023)。(3)面筋网络。如图2C所示,麸质蛋白的三维网络主要由交织的麸质蛋白和麦醇溶蛋白组成。麦醇溶蛋白散布在网络中,使面团具有发泡和粘性,而具有连续纤维的谷蛋白为面团提供强度和弹性(Wang等人,2015)。新鲜面团的蛋白质网络物理完整、厚实、光滑,孔洞分布均匀。冰晶机械地破坏了冷冻面团的面筋蛋白网络,使其逐渐松动,一些部分断裂,导致表面粗糙和大的不规则孔的发展(Dai, Gao, Tian, et al., 2022;Zhang, Zeng, Gao, Zhang, & Wang, 2022)。这个过程使暴露嵌入的淀粉颗粒更容易(Zhang, Zeng, et al., 2022)。(4)蛋白质的功能特性。冷冻面团生产会影响面筋的几个重要功能特性,包括溶解度、持水性、持油性、乳化能力、乳液稳定性、发泡能力、发泡稳定性和粘弹性。如上所述,冷冻面团中的可溶性蛋白质含量降低,其疏水性增加。与此相关的是,面筋的溶解度和持水能力下降随着储存时间的延长(Zhang, Zeng, et al., 2022)。由冻结引起的更多疏水基团的暴露导致持油能力的增加(Gao,Liu,Meng和Zeng,2022)。可溶性蛋白质含量的降低导致蛋白质扩散到油/水界面的减少,因此面筋蛋白的乳化能力降低,反之亦然,乳化稳定性增加(Gao,Liu,Meng和Zeng,2022)。面团中气室的分布受面筋发泡能力的影响,因此,产品的质地和风味受到显着影响。具有较好发泡能力的蛋白质通常表现出较低的发泡稳定性。冷冻后,面筋蛋白的结构松弛,其水合膜被破坏,这使得其难以在水和空气的界面上膨胀和分散(Zhang, Zeng, et al., 2022)。因此,发泡能力降低,发泡稳定性增强。麸质蛋白的流变特性也受到冷冻储存的影响。由于麸质蛋白大分子的解聚,麸质蛋白网络的结构分解。结果,麸质的交联受到损害,从而降低了麸质的粘弹性。弹性模量
和粘性模量 发现麸质随着储存时间的增加而减少,其特征是冷冻麸质的弹性和粘度降低(Yang 等人,2021 年;Zhang, Zeng, et al., 2022)。
冷冻面团在冷冻和储存过程中面筋质量的恶化已经有据可查。在食用之前,冷冻面团必须加热。热处理包括烘烤、蒸煮、微波加热等。最近,研究人员比较了冷冻面团和新鲜面团热处理过程中麸质蛋白的聚合行为。麦醇溶蛋白和麸质蛋白是影响冷冻面团最终产品质量的重要蛋白质。热处理将新鲜面筋从均匀分布的状态转变为热感应下的聚合(Abedi&Pourmohammadi,2021)。为了更好地说明冷冻面团中受损面筋蛋白在整个加热过程中的聚合过程,进行了一项分阶段研究。在加热的初始阶段 ,鲜面筋和冷冻面筋的蛋白质二级结构转化存在较大差异。这 -新鲜面筋螺旋含量先减后增,而反平行趋势 -sheet 和 -turn 恰恰相反。两者的内容 -helix 和 -片状在冷冻面筋中逐渐增加,而其他结构则相反(Wang,Zou,Gu和Yang,2018)。此外,冷冻面筋表面的一些疏水基团(例如酪氨酸)被显着掩埋,这进一步削弱了分子链的灵活性(Wang等人,2018)。在中间加热期间 ,新鲜面筋和冷冻面筋之间的蛋白质二级结构转化没有差异,尽管冷冻面筋的展开受到阻碍。该事件可能不仅与受损的麸质结构有关,还与终止谷蛋白蛋白和麦醇溶蛋白聚合的丝氨酸蛋白酶抑制剂的上调有关(Wang等人,2020)。在加热的最后阶段 ,新鲜麸质的聚集比冷冻麸质更明显,分子间 -片状含量明显高于冷冻面筋(Wang等人,2018)。随后,较长的加热时间导致分子链充分聚集、折叠和排列,冷冻和储存对任何二级结构的影响没有显著差异,而是在初始加热阶段达到二级结构分布的平衡并消除了冷冻储存的影响(Wang等。 然而,冷冻储存中的麸质形成了更不稳定的二硫键构象(t-g-g和t-g-t构象)(Wang等人,2020)。 重试    错误原因
冷冻面筋的脆弱结构使其对温度变化表现出敏感状态,因此与新鲜面筋相比,它在热处理过程中表现出以下特性。(1)面筋网络中的孔隙更大更多,这是由于聚合面筋亚基的聚合能力降低所致。(邹,杨,顾和王,2019)。(2)冷冻面筋的结构具有较厚的孔壁(加热至 阶段),因为冷冻和储存使面筋分子单体更容易受到热聚合的影响(Wang等人,2018)。(3)醇溶蛋白聚集体的分布更加不均匀,因为冷冻和储存抑制了特定麦醇溶蛋白亚基( -麦醇溶蛋白和 -麦醇溶蛋白)到热聚集(Zou等人,2019)。综上所述,与鲜面团相比,冷冻面筋的孔壁更致密、孔壁更厚,导致膨胀能力较弱,进而降低了冷冻面团的持气能力。谷蛋白大分子和麦醇溶蛋白亚基聚合能力的降低使得冷冻面团的粘弹性低于新鲜面团。

2.3. 麸质-淀粉基质 重试    错误原因

未冷冻面团的面筋-淀粉基质结构致密,由面筋蛋白交织而成的连续三维网络,由球形淀粉颗粒牢固嵌入(图2C)。麸质-淀粉基质中的麸质和淀粉相互作用。这 -螺旋是麸质蛋白中的主要二级结构,通常被认为是支持麸质网络的主要骨架结构。淀粉的存在可以保护 -麦醇溶蛋白的螺旋从聚集成反平行 -表(Yang 等人,2022b)。因此,冷冻处理后淀粉的损伤加剧了对冷冻面筋网络的损伤。淀粉的种类可分为较大的颗粒大小的A型 和较小的颗粒大小的B型 .A型颗粒通常嵌入网络中并支撑面筋网络骨架,而B型颗粒的功能更像是润滑剂,灵活地附着在骨架上,与网络结合得更紧密(图2C)。因此,与A型颗粒相比,B型颗粒对面筋网络的二级结构影响更大,其损伤对冷冻面团流变性能的影响更大。此外, -turn 和 -发现冷冻面团中的片状内容物随 A/B 淀粉颗粒比例而变化(Yang 等人,2022b),推断形成 -turn 和 -冷冻面团中的片状物与淀粉变质有关。
冷冻面团中水的分布与水与麸质-淀粉基质之间的相互作用有很大相关性。冷冻面团中的不动水不与面筋淀粉基质紧密结合,在冷冻储存过程中重新分配。Yang等人(2022a)认为,在冷冻贮藏过程中,水从麸质迁移到淀粉区域,这可能与麸质疏水性的提高和淀粉吸水能力的提高有关。在这个过程中,麸质蛋白对整个面团的持水能力起着决定性的作用,麸质损伤的减弱增加了冷冻水的含量(Yang et al., 2022b)。因此,一小部分固定化水与蛋白质极性基团结合并迁移到结合更紧密的水。大多数不动的水向外迁移,增加了游离水的含量。
冷冻面团的麸质-淀粉基质中的麸质和淀粉都会受到不同程度的破坏。为了确定哪种对冷冻面团质量的影响占主导地位,使用重组面团(重组淀粉和面筋)进行调查。Yang et al. (2022a) 模拟了小麦粉中的小麦淀粉或麸质冷冻。他们发现淀粉对面包比体积的影响大于麸质。对于冷冻面团的粘弹性、面包屑的颜色和细胞密度,面筋的影响更大。在冷冻面团产品的硬度增加方面,是以淀粉还是面筋的作用为主,取决于储存时间。硬度的增加主要受贮藏初期(前4周)淀粉变质和贮藏后期(最后4-8周)面筋变质的影响。
此外,对麸质淀粉基质的破坏也会影响冷冻面团的营养价值。虽然淀粉的消化率不是由淀粉的有序结构决定的,但冷冻后淀粉颗粒中产生的凹坑和裂缝使酶分子更容易渗透到颗粒中,这反过来又增加了体外消化率(Yang等人,2021,2021)。冷冻面团中蛋白质的氨基酸含量在储存中也会受到影响。随着冻融循环的增加,天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸和半胱氨酸的含量降低(Wang等,2022)。这可能会影响蛋白质的代谢和消化程度。从营养学的角度来看,冷冻处理对冷冻面团的影响机制研究较少,值得进一步研究。

2.4. 其他组件 重试    错误原因

尽管脂质仅占面团的一小部分,但冷冻储存会抑制竞争性糖酵解和其他耗氧活动,从而使面团更容易发生脂质氧化和酸败,从而降低其质量。在小麦粉中观察到的内源性脂质中,极性脂质在气泡界面富集,有助于提高气泡稳定性。然而,由于暴露在空气中,它们变得更容易氧化(Goesaert等人,2005)。根据(Zhao & Xu,2022),冷冻面团中脂质的氧化在前3个月可以忽略不计,6个月后相当可观,并且在9-15个月期间达到顶峰,然后由于氧气限制而下降。
发酵面团是冷冻面团中最常见的。对于添加酵母的发酵面团,冷冻和解冻会降低酵母的发酵能力,对产品质量的影响较大。在新鲜制作的面团中,酵母细胞充分发育,母细胞周围有孢子。冷冻面团中的酵母细胞外观凹陷,冷冻、储存和解冻后会收缩。孢子的数量也会下降。冷冻储存和冻融循环对酵母的影响在微观结构上几乎相同(Lu&Zhu,2023)。Dai, Gao, Zeng, & Liu (2022) 表征了酵母的生长和代谢活性 发酵面团的价值。这 发酵面团的价值在贮藏初期(1-3周)迅速下降,然后稳定下来。在冷冻贮藏的早期阶段,由于营养充足,酵母代谢更加活跃,产生大量的有机酸。随着储存时间的延长,酵母的活力和产气能力会降低,导致面团发酵减少(Gao,Liu,Meng和Zeng,2022;Wang,Lee,Xu和Jin,2016)。此外,Lu和Zhu(2023)对酵母的理化性质和冷冻馒头品质的典型参数进行了因子分析,发现酵母代谢物(果糖和葡萄糖)的变化可以反映不同条件下(冷冻贮藏和冻融循环)下酵母代谢的差异。此后,酵母在冷冻面团中的变质机理可以通过酵母代谢物(果糖和葡萄糖)的变化来解释。对发酵面团酵母的研究主要处于早期阶段,近年来研究较少(图1C)。 重试    错误原因

3.提高冷冻面团质量的方法 重试    错误原因

为了尽量减少冷冻面团在冷冻和储存过程中的质量劣化,研究了冷冻面团生产的几个方面,从主要材料端到产品端(图3)。在本综述中,这些改进大致分为以下几类:主要材料的选择和优化、酵母耐冻性的提高、添加剂的使用以及冷冻、储存、解冻和面团制作工艺的改进。

3.1. 主要材料的选择和优化 重试    错误原因

为了选择更适合冷冻面团的小麦粉,比较了不同品种的小麦粉。Liu等人(2022)比较了三种不同小麦粉(S-YM20、S-ZM27和S-ZM366)在8次冻融循环后的淀粉差异。S-ZM366的抗冻性能最强,损伤淀粉含量增幅最小,淀粉颗粒表面凹孔和裂缝分布最轻微。当小麦粉由各种类型的小麦制成时,淀粉含量和面筋质量是不同的。对于淀粉组成,A型淀粉颗粒和B型淀粉颗粒的比例影响了淀粉在冷冻贮藏过程中的抗冻性。与软小麦相比,硬质小麦的冻敏性B型淀粉颗粒比例较小。Tao, Huang, et al. (2018)发现硬质小麦淀粉对冻融处理更敏感,比体积较低,面包屑硬度较高,不适合冷冻面团产品。虽然B型颗粒对冷冻更敏感,但Yang等人(2019)表明,由于全麦淀粉中A型颗粒的百分比较大,因此在冷冻面团的质量劣化中起着主导作用。蛋白质含量和面筋强度较高的小麦粉表现出更好的抗冻性,从而有助于提高冷冻生面的烹饪性能(Liu et al., 2022)。根据(Wang等人,2018),面筋强度是一个更关键的因素。Zhu, Li, Zhao, Song, and Li (2019) 确定了麸质 Glu-B1 突变的两条近等基因系,以评估不同麸质强度对冻融循环的影响,发现麸质强度高的面粉是冷冻面团的最佳选择。
复合面粉是通过将小麦粉与其他谷物面粉混合来制备的。复合面粉中纤维含量较高,可以提高面粉的稳定性,抑制冷冻面团中蛋白质结构的劣化,降低水分的流动性。Feng,马,Sun,Wang和Wang(2022)在复合面粉中添加了30%的黑米粉,因此,所得冷冻面团中可冷冻水量的增加小于普通冷冻面团中的可冷冻水量。然而,膳食纤维含量高的面粉会干扰麸质网络的构建(马,Han,Li,Zheng和Wang,2019;Nawrocka,Krekora,Niewiadomski和Miś,2018)。因此,最近的研究重点是提高冷冻面团的稳定性,同时使其形成更好的面筋网络。研究发现,减小黑米粉的粒径可以减少其
图 3.在冷冻面团生产过程中提高质量的方法。
阻碍面团中面筋的形成(Feng, 马, Wang, & Wang, 2022)。周 等人(2022 年)首先用植物乳杆菌 ST-III 发酵荞麦粉,然后用 加法。所得冷冻面团不仅具有低水迁移率和高抗冻性,而且提高了蛋白质消化率。不同的谷物面粉对提高冷冻面团的质量有不同的作用。因此,混合了多种谷物粉,以优化复合面粉配方。Teleky、Martău、Ranga、Chețan 和 Vodnar (2020) 发现添加 10% 的大豆粉可以增加面团的弹性。江等人(2019)发现大豆残渣粉抑制了面筋的变质,因此将三种谷类面粉与小麦粉混合,以获得最佳比例 马铃薯粉, 大豆渣粉, 魔芋粉和 面粉。复合面粉具有很大的应用价值,因为它可以提高冷冻面团的质量,提高营养价值。

3.2. 提高酵母的耐冻性 重试    错误原因

为了提高酵母的耐冻性,近年来广泛研究了耐寒酵母杂交、基因工程技术、溶液浸泡预处理、微胶囊技术等方法。
已被人类驯化的贝克酵母在发酵面团方面优于其他啤酒酵母,尽管它的耐冻性略低。为了获得优质的耐寒酵母,耐寒的非酿酒酵母( .酿酒酵母)通过罕见的交配与面包酵母杂交,产生相对于亲本具有更高打样能力的杂交种(Magalhães,Calton,Heiniö和Gibson,2021)。目前,表型微阵列鉴定技术已经能够快速筛选和鉴定耐寒酵母(Jung等人,2021)。
通过基因工程提高酵母耐冻性的研究一直受到关注。海藻糖、脯氨酸和甘油在酵母细胞中的积累可以帮助酵母抵抗冷冻应激(Lahue、Madden、Dunn 和 Smukowski Heil,2020 年;Putri、Damat、Pakpahan、Santoso 和 Saati,2022 年;Semkiv, Ternavska, Dmytruk, & Institute of Cell Biology NAS of Ukraine Lviv & Sybirny A.A, 2018年;Stefanello 等人,2018 年)。其中,酵母细胞中海藻糖的浓度是最关键的,可以通过水解酶和合酶进行调节。海藻糖的水解主要由中性海藻糖酶(由NTH1基因编码)和酸性海藻糖酶(由ATH1基因编码)催化(Kopp,Muller和Holzer,1993)。除了删除相应的基因以抑制海藻糖水解外,还研究了其他在低温保护中发挥作用的物质,包括应激蛋白的热休克家族(HSP12表达)。Chen&Lin(2022)发现NTH1基因的缺失与HSP12基因的缺失相结合可以增强酵母的耐冻性。海藻糖的合成受系统I(尿苷二磷酸葡萄糖依赖性海藻糖合成途径)和系统II(腺苷二磷酸葡萄糖依赖性海藻糖合成途径)调节(Sun等人,2019)。早期的基因工程研究主要集中在系统I酶系统的相关基因TPS1和TPS2上(Tan等人,2014;Vogel,Aeschbacher,Müller,Boller和Wiemken,1998)。与TPS1过表达相比,MAL62过表达增加了麦芽糖代谢(促进系统II),从而增加了海藻糖的合成,尽管效果很小(Sun等人,2019)。此外,MAL62的过表达增加了甘油的含量,从而对提高酵母的耐冻性有显着影响(Sun等人,2020)。SNF1 的过表达可以在冷冻过程中保持相对较高的脯氨酸、赖氨酸和甘油含量,从而提高酵母细胞的冷冻耐受性(Meng 等人,2021 年)。从高度耐受的物种中获取基因以引入酵母细胞的方法已被证明是有效的。从高山土壤中筛选出新嗜酸枝孢菌SL16产生的冷适应葡萄糖氧化酶基因,该基因对冷冻面团的面包体积有显着影响(Ge等人,2020)。
酵母细胞的一系列预处理在操作上比基因工程更简单,可以提高酵母细胞的耐冻性。酵母预处理后 -聚-L-赖氨酸,多阳离子肽的独特结构,它们之间的静电相互作用增强了细胞自聚集,导致酵母细胞中更长的滞后和对数生长期以及更高的细胞内海藻糖水平(Lu,Xing,Guo,Sun和Zhu,2020;Lu, Xing, Yang, Guo, & Zhu, 2021)。同时 -聚-L-赖氨酸预处理减少了冷冻过程中面筋网络的解聚,并促进了冷冻面团加热过程中的面筋蛋白热聚集(Lu, Yang, Guo, Xing, & Zhu, 2021)。
微胶囊技术将酵母细胞包裹起来,能够在一定程度上将酵母与冷冻面团变化的影响隔离开来。de la Cruz-Gavia等人(2018)制备了乳清蛋白分离物 .酿酒酵母复合物凝聚物(麦芽糊精DE10为壁材料)通过喷雾干燥法,导致酵母冷冻后存活率更高、更稳定。A. Mihaly Cozmuta 等人(2021 年)使用海藻酸钙-酵母或海藻酸钙-淀粉-酵母水凝胶代替游离酵母细胞。在冷冻贮藏后3个月内克服了酵母细胞的冷冻敏感性,使面包皮颜色和硬度、味道和气味具有良好的性能。此外,添加一定量的抗坏血酸有助于在面团发酵过程中酵母细胞从微胶囊中浸出(Mihaly Cozmuta 等人,2022 年)。

3.3. 添加剂的使用 重试    错误原因

已经广泛研究了各种提高冷冻面团质量的添加剂,重点是亲水胶体、防冻剂、麸质蛋白添加剂、速冻特种脂肪、乳化剂、
不同来源的亲水胶体的应用和作用。 重试    错误原因
添加剂
加法
对产品的影响 重试    错误原因 对面团成分的影响 重试    错误原因 参考
动物
起源
猪皮
明胶
制作更大的体积,更柔软的面包屑和 重试    错误原因
更好的外观 重试    错误原因
提高麸质蛋白的抗性 重试    错误原因
网络;有限的水迁移 重试    错误原因
Yu等人(2020) 重试    错误原因
DDG公司
减缓了 重试    错误原因
面团的微观结构;保护 重试    错误原因
面团的流变特性 重试    错误原因
减缓了冷冻水的增加 重试    错误原因
含量和水的流动性;稳定了 重试    错误原因
谷蛋白的二级结构(防止 重试    错误原因
二硫键不断裂并保护 重试    错误原因
-螺旋被摧毁)
(周 等人,2022 年) 重试    错误原因
植物来源 KGM公司
减少了面团上的裂缝和孔洞, 重试    错误原因
改善了面团的热稳定性。 重试    错误原因
改善蒸煮的高度和白度 重试    错误原因
面包但降低了弹性、内聚力 重试    错误原因
和馒头的弹性 重试    错误原因
延缓了水的迁移;缓解了 重试    错误原因
面筋蛋白结构的变化 重试    错误原因
存储引起的特性 重试    错误原因
(崔,刘,吴,隋和张, 重试    错误原因
2019;He 等人,2020 年) 重试    错误原因
南玻 形成微小的冰晶 重试    错误原因
提高冻结速率、粘弹性、 重试    错误原因
变性转变温度和 重试    错误原因
面筋蛋白的降解温度; 重试    错误原因
保护面筋的二级结构 重试    错误原因
蛋白
Gao, Liu, Meng, & Zeng 重试    错误原因
(2022)
GG系列
改善流变性能和架子 重试    错误原因
杂粮面团的寿命和质地 重试    错误原因
PAR Baked的质量和感官特性 重试    错误原因
并准备吃thalipeeth;减少了 重试    错误原因
硬度和比体积的增加 重试    错误原因
无麸质芝士面包 重试    错误原因
未报告。 重试    错误原因
(Gaikwad和Arya,2018; 重试    错误原因
罗德里格斯-桑多瓦尔,2019 年) 重试    错误原因
微生物
起源
黄原
提高弹性和粘度,使 重试    错误原因
面包具有更好的颜色、体积和可见度 重试    错误原因
孔隙率
受保护的麸质蛋白二级结构 重试    错误原因
(保留了更多的二硫键和 -螺旋; 重试    错误原因
使面筋的孔更小更多 重试    错误原因
均匀;抑制解聚 重试    错误原因
HMW系列中的麸质蛋白
达)。
(Jiao et al., 2019;Wu et al., 重试    错误原因
2022)
三山
提高硬度、咀嚼性、弹性、 重试    错误原因
蒸制的比体积和孔隙结构 重试    错误原因
面包
降低冷冻的冷冻含水量 重试    错误原因
面团;减缓了 重试    错误原因
(Li 等人,2022 年) 重试    错误原因
使烘焙产品夹带更多的空气, 重试    错误原因
比体积更高,面包更嫩 重试    错误原因
面包屑质地 重试    错误原因
保持酵母的活力;降低游离硫醇 重试    错误原因
内容;抑制程度 重试    错误原因
面筋大分子的解聚 重试    错误原因
聚合体;提高乳化活性 重试    错误原因
冷冻面团。 重试    错误原因
(Li 等人,2022 年) 重试    错误原因
葡 聚 糖 未报告
提高了淀粉在游离物中的稳定性 重试    错误原因
解冻循环;使微观结构 重试    错误原因
小麦淀粉凝胶更致密、更均匀; 重试    错误原因
增加新鲜面筋的水分含量 重试    错误原因
并延缓了麸质的脱水 重试    错误原因
冻融工艺,保持结构 重试    错误原因
面筋的完整性 重试    错误原因
(Tang et al., 2018, 2019) 重试    错误原因
-PGA公司
缓解发酵变质 重试    错误原因
冷冻馒头面团的流变学 重试    错误原因
增强麦醇溶蛋白和谷蛋白的交联; 重试    错误原因
促进麸质的自聚集; 重试    错误原因
稳定二硫键和麸质 重试    错误原因
网络结构 重试