CN113749137B - 一种冷冻面团改良剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种冷冻面团改良剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种冷冻面团改良剂，所述冷冻面团改良剂为麦谷蛋白和多酚类化合物的共价复合物或非共价复合物。本发明通过制备麦谷蛋白‑多酚复合物，特别是将儿茶素、姜黄素以及原花青素这三种多酚与麦谷蛋白进行共价交联作为冷冻面团改良剂，提升了冷冻面团的强度，同时改善冷冻面团的粘弹特性、恢复能力和抗冻性能，同时也可以提高面筋网络结构的抗冻性能，从而阻碍冷冻面团劣变现象的发生，增加由冷冻面团制备的冷冻面包的比容和降低冷冻面团面包的硬度。

Description

一种冷冻面团改良剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于食品加工领域，具体涉及一种冷冻面团改良剂及其制备方法和应用。
背景技术
冷冻面团是指将鞣制好的面团经过速冻形成商业化的半成品，使用时经过解冻、熟化等流程，生产出成品。冷冻面团技术是20世纪发展起来的粮油加工新技术，解决了传统面制品保质期短、易变质的问题。然而，面团在冻藏过程中，由于冰晶体积变化、水分迁移和蛋白质变性，面筋蛋白网络结构发生解聚现象，最终导致产品品质变差。本文以冷冻面团中小麦面筋蛋白品质劣变机理为基础，开展多酚改良冷冻面团品质的研究。
目前在冷冻面团面筋蛋白劣变的研究中发现，麦谷蛋白的解聚是引起冻藏过程中面筋蛋白劣变的主要原因。麦谷蛋白是由许多肽链通过分子间二硫键连接而成的大聚集体，其组成、含量和分子量分布直接影响面粉的加工品质，因此期望通过改变麦谷蛋白的性质来改善面团性能。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种冷冻面团改良剂，该改良剂通过改善麦谷蛋白抗冻性能，从而防止冷冻面团劣变现象的发生。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出一种冷冻面团改良剂，所述冷冻面团改良剂为麦谷蛋白(优选地，麦谷蛋白的纯度≥85％)和多酚类化合物的共价复合物或非共价复合物。
其中，所述麦谷蛋白和多酚类化合物的质量比为1:0.01-1。优选地，麦谷蛋白和多酚的质量比为1:0.02。
具体地，所述多酚类化合物为多酚或植物多酚提取物。
更具体地，所述多酚或多酚提取物为原花青素、儿茶酚、姜黄素、矢车菊素、矢车菊素葡萄糖苷、矢车菊素半乳糖苷、木犀草素、杨梅苷、绿原酸、葡萄籽多酚提取物、石榴皮多酚提取物、葡萄皮多酚提取物、蓝莓多酚提取物、茶多酚、没食子酸中的任意一种或多种的组合，优选地，所述多酚为原花青素、儿茶酚或姜黄素。
本发明进一步提出了上述冷冻面团改良剂的制备方法，具体地，通过超声波自由基制备法、碱法或酶法制备共价复合物，通过直接混合制备非共价复合物。
其中，超声波自由基制备法为将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，调整pH到7.5-12.0，优选地，调整到9，高速剪切(优选地，5000-20000转/分)充分溶解均质，然后超声处理，调节pH至6.5-7.5，优选地，调整到7.0，然后透析后冷冻干燥得到。
其中，所述超声处理为间歇超声，在100-800W、10-80kHz下，2s工作、2s停止，重复超声处理5-40min。优选地，在400W、20kHz下，2s工作-2s停止，重复超声处理20min。
碱法制备为将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，调节pH到7.5-12.0，避光搅拌12-48h，调整pH到6.5-7.5，之后透析12-48h冷冻干燥。优选地，调节pH到9.0，避光搅拌24h，调整pH到7.0，之后透析24h冷冻干燥。
酶法制备为将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，添加漆酶或者多酚氧化酶，25-45℃,搅拌反应6-24h,之后透析12-48h，冷冻干燥。优选地，30℃,搅拌反应18h,之后透析24h，冷冻干燥。
麦谷蛋白-多酚非共价复合物通过将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，充分溶解均质，冷冻干燥后得到。
本发明进一步提出了上述冷冻面团改良剂在提高冷冻面团及冷冻面团产品的粘弹特性、抗冻特性上的应用，具体的，在应用时将所述冷冻面团改良剂加入到冷冻面团的制备过程中。
优选地，改良剂添加范围为整体配方的5-15wt％。
有益效果：本发明通过制备麦谷蛋白-多酚复合物，特别是将儿茶素、姜黄素以及原花青素这三种多酚与麦谷蛋白进行共价交联作为冷冻面团改良剂，提升了冷冻面团的强度，同时改善冷冻面团的粘弹特性、恢复能力和抗冻性能，同时也可以提高面筋网络结构的抗冻性能，从而阻碍冷冻面团劣变现象的发生，增加由冷冻面团制备的冷冻面包的比容和降低冷冻面团面包的硬度。
附图说明
图1为多酚修饰对麦谷蛋白游离氨基含量(a)和游离巯基含量(b)的影响；
图2为多酚修饰对麦谷蛋白表面疏水性(a)和内源荧光光谱(b)的影响；
图3为多酚修饰对麦谷蛋白粒径(a)和浊度(b)的影响；
图4麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团复合模量(a)、蠕变回复能力(b)和硬度(c)的影响；
图5为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团微观结构的影响；
图6为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团面包比容和硬度的影响；
图7为不同交联方式的麦谷蛋白-姜黄素共价复合物对冷冻面团面包比容和硬度的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中麦谷蛋白从上海源叶生物科技有限公司购买，纯度≥85％。
实施例1麦谷蛋白-多酚非共价复合物的制备。
配制浓度为2g的麦谷蛋白溶液、0.04g多酚(原花青素、儿茶酚、姜黄素)加入到100mL水中，充分溶解均质，冷冻干燥，得到样品于4℃下冷藏待用。
实施例2麦谷蛋白-多酚共价复合物的制备。
通过如下三种方法制备麦谷蛋白-多酚共价复合物：
(1)超声波自由基制备法：配制浓度为2g的麦谷蛋白溶液,0.04g多酚(原花青素、儿茶酚、姜黄素)加入到100mL水中，调整pH到9.0，高速剪切2min(23000转/分)，充分溶解均质，之后超声处理(400W，20kHz，2s工作，2s停止，超声处理20min),调整pH到7.0，之后透析24h，冷冻干燥，得到样品于4℃下冷藏。
(2)碱法：配制浓度为2g的麦谷蛋白溶液，0.04g多酚(原花青素、儿茶酚、姜黄素)加入到100mL水中，调整pH到9.0，避光搅拌24h，调整pH到7.0，之后透析24h冷冻干燥，得到样品于4℃下冷藏。
(3)酶法：配制浓度为2g的麦谷蛋白溶液,0.04g多酚(原花青素、儿茶酚、姜黄素)加入到100mL水中，添加漆酶或者多酚氧化酶(20U/mL)，30℃，搅拌反应18h，之后透析24h，冷冻干燥，得到样品于4℃下冷藏。
本申请进一步考察了多酚修饰对麦谷蛋白游离氨基含量和游离巯基含量的影响。采用邻苯二甲醛法测定麦谷蛋白游离氨基含量。采用巯基试剂盒(南京建成生物工程研究所)对游离巯基含量进行测定。
结果如图1所示。其中，G代表麦谷蛋白；GU代表超声波处理的麦谷蛋白；GPr代表麦谷蛋白/原花青素非共价复合物；GCa:代表麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物；GCu代表麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物；GPrU代表麦谷蛋白-原花青素共价复合物；GCaU代表麦谷蛋白-儿茶素共价复合物；GCuU代表麦谷蛋白-姜黄素共价复合物。
如图1(a)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价处理，对麦谷蛋白游离氨基含量没有显著影响。原花青素、儿茶素、姜黄素共价修饰，可以显著降低麦谷蛋白游离氨基含量。这一结果说明，多酚可以通过麦谷蛋白的游离氨基形成共价复合物。其中姜黄素-麦谷蛋白共价复合物中游离氨基含量最低。这一结果说明，相同条件下姜黄素与麦谷蛋白的共价交联程度最大。
如图1(b)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价修饰，可以显著增加麦谷蛋白游离巯基含量。而与非共价修饰相比较，原花青素、儿茶素、姜黄素共价修饰，可以显著降低麦谷蛋白游离巯基含量。这一结果说明，多酚也可以通过麦谷蛋白的游离巯基形成共价复合物。其中姜黄素-麦谷蛋白共价复合物中游离巯基含量最低。这一结果说明，相同条件下姜黄素与麦谷蛋白的共价交联程度最大。
图2为多酚修饰对麦谷蛋白表面疏水性和内源荧光光谱的影响。
实验方法如下：
表面疏水性：用0.01M，PH为9的磷酸缓冲液配置2mg/ml的样品溶液，分别稀释至浓度梯度为0.05-2mg/ml，加入5μl疏水荧光探针染料(ANS)，分别取200μl加入96孔黑板中。用酶标仪设定激发波长为390nm，发射光谱为470nm，测定其荧光值，以荧光值和蛋白浓度做标准曲线，样品的表面疏水性用其斜率表示。
内源荧光：配置2mg/ml的样品溶液，分别取200μl加入96孔黑板中，以激发波长283nm，发射光谱在300-400nm范围内用酶标仪对样品进行荧光强度扫描。记录该发射光谱内样品荧光强的变化。
图2中，G代表麦谷蛋白；GU代表超声波处理的麦谷蛋白；GPr代表麦谷蛋白/原花青素非共价复合物；GCa:代表麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物；GCu代表麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物；GPrU代表麦谷蛋白-原花青素共价复合物；GCaU代表麦谷蛋白-儿茶素共价复合物；GCuU代表麦谷蛋白-姜黄素共价复合物。
如图2(a)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价/共价修饰，可以显著增加麦谷蛋白表面疏水性。其中共价修饰对于麦谷蛋白表面疏水性的增加大于非共价修饰。这一结果说明，多酚的共价修饰可以通过增加麦谷蛋白的表面疏水性继而促进麦谷蛋白网络结构的形成。
如图2(b)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价/共价修饰，可以增加麦谷蛋白内源荧光的强度。这一结果说明，各种处理均可以诱导麦谷蛋白发生去折叠化。其中共价修饰对于麦谷蛋白内源荧光强度的增加大于非共价修饰。这一结果说明，多酚的共价修饰可以通过增加麦谷蛋白的去折叠化继而促进麦谷蛋白网络结构的形成。
本申请进一步考察了多酚修饰对麦谷蛋白粒径和浊度的影响。其中，实验方法如下：
粒径：配置0.1mg/ml的样品溶液，用粒度仪(LS 13320)测其粒径的大小。
浊度：配置1mg/ml的样品溶液。用紫外分光光度计测定其在波长为660nm处的吸光度值，以吸光度值来表示其浊度。
结果如图3所示。其中，G代表麦谷蛋白；GU代表超声波处理的麦谷蛋白；GPr代表麦谷蛋白/原花青素非共价复合物；GCa:代表麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物；GCu代表麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物；GPrU代表麦谷蛋白-原花青素共价复合物；GCaU代表麦谷蛋白-儿茶素共价复合物；GCuU代表麦谷蛋白-姜黄素共价复合物。
如图3(a)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价/共价修饰，可以增加麦谷蛋白的粒径。这一结果说明，各种处理均可以诱导麦谷蛋白发生聚集。
其中共价修饰对于麦谷蛋白粒径的增加大于非共价修饰。这一结果说明，多酚的共价修饰可能诱导麦谷蛋白-多酚-麦谷蛋白高聚物的形成。
如图3(b)所示，超声波处理，或者原花青素、儿茶素、姜黄素非共价/共价修饰，可以增加麦谷蛋白的浊度。这一结果说明，各种处理均可以诱导麦谷蛋白发生聚集。
其中共价修饰对于麦谷蛋白浊度的增加大于非共价修饰。这一结果说明，多酚的共价修饰可能诱导麦谷蛋白-多酚-麦谷蛋白高聚物的形成。
实施例3冷冻面团的制备。
取7g麦谷蛋白-多酚复合物、7g麦醇溶蛋白和86g小麦淀粉采用V-5混合器进行混合，混合后的样品与50g水混合制备面团。面团用保鲜膜包裹后，-18℃冷冻14天，之后在4℃条件下解冻。其中，麦谷蛋白-多酚复合物为分别用实施例1和2中的四种(非共价和共价)不同的方法制备得到。
对比例1取7g麦谷蛋白、7g麦醇溶蛋白和86g小麦淀粉采用V-5混合器进行混合，混合后的样品与50g水混合制备面团。面团用保鲜膜包裹后，-18℃冷冻14天，之后在4℃条件下解冻。
对比例2取7g超声波处理后的麦谷蛋白、7g麦醇溶蛋白和86g小麦淀粉采用V-5混合器进行混合，混合后的样品与50g水混合制备面团。面团用保鲜膜包裹后，-18℃冷冻14天，之后在4℃条件下解冻。其中，超声波处理的麦谷蛋白为：配制浓度为2g的麦谷蛋白溶液,加入到100mL水中，调整pH到9.0，高速剪切2min(23000转/分)，充分溶解均质，之后超声处理(400W，20kHz，2s工作，2s停止，超声处理20min),调整pH到7.0，之后透析24h，冷冻干燥，得到样品于4℃下冷藏。
对制备得到的冷冻面团进行性能测试。
(1)冷冻面团流变学特性研究。
具体地，使用TA流变仪测试台在线性粘弹区内对冷冻面团进行频率震荡测试。测量条件为25mm帕尔贴、间距1000μm，温度25℃，角频率0.1-10赫兹，应力1Pa。测量前应保证样品温度为25℃。记录冷冻面团的储能模量(弹性模量G′)及损耗模量(粘性模量G″)，采用公式计算复合模量(G*)：G*＝[(G′)2+(G″)2]1/2。
使用TA流变仪对冷冻面团进行蠕变恢复测试。测量条件为25mm帕尔贴、间距1000μm，温度25℃，应力250Pa,蠕变300s，恢复300s。测量前使样品温度为25℃。记录应变和恢复数据，
相对恢复率则可通过以下公式计算：
式中S300s为蠕变阶段的最大应变；S600s为恢复阶段的终应变。
图4为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团复合模量(a)、蠕变回复能力(b)和硬度(c)的影响。其中，G代表添加了麦谷蛋白的冷冻面团；GU代表添加了超声波处理的麦谷蛋白的冷冻面团；GPr代表添加了麦谷蛋白/原花青素非共价复合物的冷冻面团；GCa:代表添加了麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物的冷冻面团；GCu代表添加了麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物的冷冻面团；GPrU代表添加了麦谷蛋白-原花青素共价复合物的冷冻面团；GCaU代表添加了麦谷蛋白-儿茶素共价复合物的冷冻面团；GCuU代表添加了麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团。
面团的复合模量(G*)可以用于表征面团的强度。如图4(a)所示，添加了超声波处理的麦谷蛋白，或者麦谷蛋白/儿茶素、麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物，可以略微提升冷冻面团的强度。添加麦谷蛋白/原花青素非共价复合物，可以较大程度的提升冷冻面团的强度。添加麦谷蛋白-多酚共价复合物可以显著提升冷冻面团的强度。其中添加麦谷蛋白-姜黄素共价复合物效果最佳。
蠕变回复能力的测定可以用于评价面团的粘弹特性，较高的应变值表明较弱的结构。如图4(b)所示，添加了超声波处理的麦谷蛋白，麦谷蛋白/多酚非共价复合物、麦谷蛋白-多酚共价复合物均可以改善冷冻面团的粘弹特性。其中添加麦谷蛋白-姜黄素共价复合物效果最佳。此外，添加麦谷蛋白/多酚非共价复合物、麦谷蛋白-多酚共价复合物均可以改善冷冻面团的恢复能力。其中添加麦谷蛋白-姜黄素共价复合物效果最佳。
(2)冷冻面团流变学硬度的测定。
使用TA质构仪，测定速度为1mm/s。探头使用P/36R柱形探头，力量感应元10kg，触发力8N，压缩比例为70％。
图4(c)为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团硬度的影响结果。
如图4(c)所示，添加了超声波处理的麦谷蛋白，或者麦谷蛋白/儿茶素、麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物，对冷冻面团的硬度没有显著影响。添加麦谷蛋白/原花青素非共价复合物，可以较大程度的提升冷冻面团的硬度。添加麦谷蛋白-多酚共价复合物可以显著提升冷冻面团的硬度。其中添加麦谷蛋白-姜黄素共价复合物效果最佳。
(3)冷冻面团微观结构的研究。
1mg冷冻面团加入10μL异硫氰酸荧光素(0.1mg/mL)，采用荧光显微镜观察微观结构。
图5为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团微观结构的影响。A为添加了麦谷蛋白的冷冻面团；B为添加了超声波处理的麦谷蛋白的冷冻面团；C为添加了麦谷蛋白/原花青素非共价复合物的冷冻面团；D为添加了麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物的冷冻面团；E为添加了麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物的冷冻面团；F为添加了麦谷蛋白-原花青素共价复合物的冷冻面团；G为添加了麦谷蛋白-儿茶素共价复合物的冷冻面团；H为添加了麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团。
如图5A所示，在冷冻面团中淀粉颗粒不规则(如小圈所圈范围所示)，麦谷蛋白网络结构被破环。不规则淀粉同样在图2B/C/E/G中被观察到。在图5D/F/H中，基本上未能观测到不规则淀粉的存在，且淀粉颗粒被麦谷蛋白所包裹。且添加了麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的抗冻性能最佳。
实施例4冷冻面团面包的制备。
面团的制备：95g低筋粉，5g麦谷蛋白-多酚复合物，50g水,3g干酵母,8g蔗糖,2g奶粉、1g盐和0.5g面包改良剂(安琪酵母股份有限公司)。面团用保鲜膜包裹后，-18℃冷冻14天，之后在4℃条件下解冻。解冻好的面团在35℃，85％相对湿度下醒发50min，之后再210℃下焙烤20min,冷却到室温。
其中，麦谷蛋白-多酚复合物按照前述方法利用不同的方法、不同的多酚类型制备，得到不同方法制备的面包。
对不同方法制备得到的面包性能进行测定。
(1)冷冻面团面包的比容和硬度测定。
面包比容的采用面包体积测定仪。面包的硬度测定采用TA质构仪,测定速度为1mm/s。探头使用P/36R柱形探头，力量感应元10kg，触发力8N，压缩比例为70％。
图6为麦谷蛋白-多酚复合物对冷冻面团面包比容和硬度的影响。其中，G为添加了麦谷蛋白的冷冻面团面包；GU为添加了超声波处理的麦谷蛋白的冷冻面团面包；GPr为添加了麦谷蛋白/原花青素非共价复合物的冷冻面团面包；Gca为添加了麦谷蛋白/儿茶素非共价复合物的冷冻面团面包；Gcu为添加了麦谷蛋白/姜黄素非共价复合物的冷冻面团面包；GprU为添加了麦谷蛋白-原花青素共价复合物的冷冻面团面包。GcaU为添加了麦谷蛋白-儿茶素共价复合物的冷冻面团面包。GcuU为添加了麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团面包。
如图6所示，添加了麦谷蛋白-多酚共价复合物均可以增加冷冻面团面包的比容和降低冷冻面团面包的硬度。其中，添加了麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的效果最佳。
图7不同交联方式的麦谷蛋白-姜黄素共价复合物对冷冻面团面包比容和硬度的影响。GcuU为添加了超声波自由基法制备的麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团面包。GcuA为添加了碱法制备的麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团面包。GcuE为添加了酶法制备的麦谷蛋白-姜黄素共价复合物的冷冻面团面包。
如图7所示，添加了由超声波自由基法和碱法制备的麦谷蛋白-多酚共价复合物可以增加冷冻面团面包的比容和降低冷冻面团面包的硬度，其效果优于酶法制备的麦谷蛋白-多酚共价复合物。
综上所述，本发明通过制备麦谷蛋白-多酚复合物，特别是将儿茶素、姜黄素以及原花青素这三种多酚与麦谷蛋白进行共价交联作为冷冻面团改良剂，提升了冷冻面团的强度，同时改善冷冻面团的粘弹特性、恢复能力和抗冻性能，同时也可以提高面筋网络结构的抗冻性能，从而阻碍冷冻面团劣变现象的发生，增加由冷冻面团制备的冷冻面包的比容和降低冷冻面团面包的硬度。

Claims (7)

1.一种冷冻面团改良剂，其特征在于，所述冷冻面团改良剂为麦谷蛋白和多酚类化合物的共价复合物或非共价复合物，所述麦谷蛋白和多酚类化合物的质量比为1:0.01-1，所述多酚类化合物为原花青素、儿茶酚、姜黄素中的任意一种或几种的组合。
2.权利要求1所述的冷冻面团改良剂的制备方法，其特征在于，通过超声波自由基制备法、碱法或酶法制备共价复合物；或通过将配方量的麦谷蛋白和多酚或多酚提取物溶于水中，充分溶解均质，冷冻干燥后得到。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，超声波自由基制备法为将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，调整pH到7.5-12.0，高速剪切充分溶解均质，然后超声处理，调节pH至6.5-7.5，透析后冷冻干燥得到。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声处理为间歇超声，在100-800W、10-80kHz下，2s工作、2s停止，重复超声处理5-40min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，碱法制备为将配方量的麦谷蛋白和多酚或多酚提取物溶于水中，调节pH到7.5-12.0，避光搅拌12-48h，调整pH到6.5-7.5，之后透析12-48h冷冻干燥。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，酶法制备为将配方量的麦谷蛋白溶液和多酚或多酚提取物溶于水中，添加漆酶或者多酚氧化酶，25-45℃，搅拌反应6-24h，之后透析12-48h，冷冻干燥。
7.权利要求1所述的冷冻面团改良剂在提高冷冻面团及冷冻面团产品的粘弹特性、抗冻特性上的应用，其特征在于，将所述冷冻面团改良剂加入到冷冻面团或冷冻面团产品的制备过程中，改良剂添加范围为整体配方的5-15wt%。
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