新疆馕是深受当地人们喜爱的传统发酵面食制品之一，以高筋小麦粉为主料，加入盐、酵母等辅料，经加水和面、醒发后，用擀面杖制成馕坯，大多呈圆形，中间薄，边沿略厚，在馕坯中央戳有花纹状通气孔，最后在特制的馕坑中高温烤制而成[1]，其显著特点是口感既酥脆又有一定嚼劲。
采用传统制馕技术工艺繁杂，耗时较长，尤其存放后难以保证其出炉时的口感与品质。为适应快节奏生活，能够增加面制品的销售空间、食用方便快捷且营养留存率高的冷冻面团技术已成为大势所趋，采用该技术预制新疆馕坯，既可以缩减预制新疆馕坯的步骤与时间，又能最大限度保留馕坯营养，延长货架期，且有望逐步更新和升级传统馕坑制馕技术[2]。但冷冻面团技术应用于中国传统的发酵面制品（如馒头、包子等）目前还处于研究的初级阶段，未能广泛的运用，制约了我国传统主食产业化的发展[3]。将该技术运用到新疆馕坯生产，在经历冻融循环后，具体表现为冷冻新疆馕坯焙烤后体积变小、硬度增加且风味减退等现象。新疆馕坯在冻融过程中会由于冷冻浓缩效应加速食品组分化学基团的反应，水分迁移与重结晶等对馕坯及其组分会造成机械性损伤，由此会使馕坯出现持气能力下降、馕坯内部结构黏结僵化，最终严重影响其产品品质[4]。
此外，实际的储运过程中制冷设备控制不准确、冻藏温度不均匀、冷冻新疆馕坯烘焙前需要较长时间的解冻，这些关键因素均会对冷冻新疆馕坯及馕的品质产生影响。现阶段国内外对冷冻面团的研究较少，因此，研究者们不断积极探索冷冻面制品在冻藏过程中品质变化机理[5-6]。目前的研究重在探究面团中分离的单一组分在冻藏过程中理化指标的变化规律，而未能揭示实际储运中冷冻新疆馕坯品质劣变规律和关键影响因素。
本文以冷冻新疆馕坯为研究对象，模拟设计冻融频次试验，考察冻融频次对馕坯流变学特性、水分结合状态、微观结构及蛋白质二级结构的影响，探讨这些变化与冷冻新疆馕坯烘焙特性变化的关联性，以期为冷冻新疆馕坯在实际储运过程中实现科学精准的品质控制提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
高筋小麦粉：河北金沙河面业集团有限责任公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；食用盐、植物油、白砂糖：市售；溴化钾（分析纯）：天津博天胜达科技发展有限公司。
1.2 仪器与设备
YH-A10002电子天平：瑞安市英衡电器有限公司；HM740和面机：青岛汉尚电器有限公司；Vizared2.0型真空冷冻干燥机：美国VirTris公司；MARS60动态流变仪、Tensor27傅里叶变换红外光谱仪：赛默飞世尔科技有限公司；JSM-IT300LV扫描电子显微镜：日本日立高新技术公司；Micro MR-25低场核磁共振仪：上海纽迈电子科技有限公司；CF-3500发酵箱：中山卡士电器有限公司；TA.XT.Plus质构分析仪：英国Stable Micro System公司；BVM6630面包体积测定仪：瑞典波通仪器公司。
1.3 方法
1.3.1 冷冻新疆馕坯的制备
工艺流程：100% 高筋小麦粉、2% 白砂糖、6% 全蛋液、28% 酵母、1.6% 食用盐、10% 植物油加38% 水混合均匀（以高筋小麦粉质量为基准）→和面10 min→醒发（温度28℃，相对湿度80% ，1 h）→压制成圆形馕坯→发酵（温度38℃，相对湿度80% ，30 min）→冷冻（温度-18℃，1 d）。
1.3.2 冻融条件及频次设计
取1.3.1制备的馕坯样品（温度-18℃，冷冻1 d），立刻放入醒发箱，温度25℃、相对湿度80% 下解冻1 h，此时冷冻新疆馕坯（中心温度为室温）即完成1次反复冻融试验，将馕坯分别冻融 0、1、2、3、4 次，样品分别记为 0 F/T～4 F/T。
1.3.3 冷冻新疆馕坯拉伸特性的测定
将1.3.1、1.3.2制备的馕坯样品于聚四氯乙烯模具中，制成50 mm×4 mm×3 mm长条状样品，将其放在质构分析仪的测试区域内，测试所用探头为A/KIE，测前速度 2.0 mm/s，测中速度 3 mm/s，测后速度 10 mm/s，拉伸距离50.0 mm，感应力5.0 g[7]。
1.3.4 冷冻新疆馕坯动态流变学特性的测定
将1.3.1、1.3.2制备的2 g馕坯中心样品放置于流变仪测试平台，参照陶虹伶等[8]的方法略作修改。使样品正好覆盖平板，在频率动态扫描下进行测试，测试条件：采用35 mm的圆形平板检测探头，测量间距1.00 mm，温度 25.0℃，频率扫描范围为 0.1 Hz～10.0 Hz，测定冷冻新疆馕坯弹性模量（G'）、黏性模量（G''）随频率发生的变化，每个样品重复测定3次。
1.3.5 冷冻新疆馕坯水分结合状态的测定
参考Han等[9]描述的方法稍作修改，取1.3.1、1.3.2制备的3 g馕坯样品，放入试管中，并塞入抵场核磁共振仪的检测室中，选取CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列进行测定，即可得到样品的横向弛豫时间（T2）。样品的测试参数如下：磁体线圈为Micro MR23-025V-I；接收机带宽为100 kHz；累加采样次数16，重复测定3次。
1.3.6 冷冻新疆馕坯的微观结构观察
参考马薇薇等[10]的方法，并稍作修改。将1.3.1、1.3.2制备的馕坯样品经真空冷冻干燥处理后，选取较为平整的截面，粘在带有导电胶的样品台上，进行喷金处理，置于扫描电子显微镜中观察冷冻新疆馕坯内部微观结构，放大倍数为800倍。
1.3.7 冷冻新疆馕坯的蛋白质二级结构测定
采用傅里叶变换红外光谱仪对冷冻新疆馕坯蛋白质的二级结构进行测定。将1.3.1、1.3.2制备的馕坯样品经真空冷冻干燥后粉碎。准确称取1 mg样品与150 mg溴化钾置于研钵中迅速研磨，压片。测定参数如下：扫描波段 4 000 cm-1～400 cm-1，扫描次数16，分辨率4 cm-1。使用Omnic 8.2软件截取酰胺I区（1 700 cm-1～1 600 cm-1），通过高斯去卷曲，二阶导数拟合，使残差最小[11]。
1.3.8 冻融频次对冷冻新疆馕坯烘焙特性的影响
将1.3.1、1.3.2制备的馕坯样品置于已预热至230℃的烤箱中焙烤8 min，取出焙烤好的馕坯，室温冷却1 h后装于聚乙烯袋中备用待测。
1.3.8.1 质构特性测定
将1.3.1、1.3.2制备的馕坯样品切成表面平整的2 cm×2 cm×2 cm的正方块，使用质构分析仪，选用全质构分析（texture profile analysis，TPA）模式，选择 P/36R探头，压缩比40% ，对样品进行质构测定，得到硬度、弹性、咀嚼度、回复性指标[12]。
1.3.8.2 比容测定
采用面包体积测定仪对馕坯的体积进行测定，首先，对面包体积测定仪进行校准，然后将制备好的馕坯样品放入仪器内，输入其质量后，开始测定，每个样品测定6次，取平均值。
1.3.8.3 感官评价
选择10名专业评价员组成感官评价小组，采用评分法对馕坯进行感官评价，满分100。感官评分标准参考刘长虹[13]的方法，稍作修改，详见表1。
表1 感官评分标准
Table 1 Sensory scoring standards
项目 评分标准 分数色泽（20分）金黄色，色泽均匀，无焦糊现象 17～20淡黄色，色泽较均匀，略有焦糊现象 10～16黄棕色或乳白色，色泽较差，有明显焦糊现象 0～9风味（20分）具有浓郁烘烤和发酵后馕饼的香味，酵母、配料味适中17～20具有较淡烘烤和发酵后馕饼的香味，酵母、配料味稍微重10～16没有馕饼特有的香味，酵母、配料产生的不良气味严重0～9
续表1 感官评分标准
Continue table 1 Sensory scoring standards
项目 评分标准 分数形态（20分）圆形规则，厚薄均匀，表面光滑，花纹清晰，无明显鼓泡17～20圆形规则，厚薄基本均匀，表面有龟裂现象，花纹清晰，有少量鼓泡10～16圆形不规则，厚薄不均匀，表面粗糙，花纹不清晰，有较大鼓泡0～9口感（20分）软硬适中，不粘牙，有酥脆感且略有嚼劲 17～20硬度偏硬或偏软，较粘牙，较有酥脆感和嚼劲 10～16干硬，粘牙，不易下咽，无酥脆感且嚼劲较大 0～9组织结构（20分）横截面气孔均匀，无孔洞，柔软且有弹性 17～20横截面气孔较均匀，孔洞小，弹性较差 10～16横截面气孔不均匀，孔洞较大，无弹性 0～9
1.4 数据分析
采用Excel 2016进行数据处理，利用SPSS 16.0中Duncan检验对数据进行显著性分析（P＜0.05），图像采用Origin2018绘制，红外光谱数据采用Omnic 8.2进行分析，所得结果均采用平均值±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 冻融频次对冷冻新疆馕坯拉伸特性的影响
拉伸强度反映馕坯的面筋强度，拉伸距离与馕坯延展性和可塑性有关[14]。冻融频次对冷冻新疆馕坯拉伸特性的影响结果见图1。
图1 冻融频次对冷冻新疆馕坯拉伸特性的影响
Fig.1 Effect of freezing-thawing cycles on tensile properties of frozen semifinished Xinjiang naan
不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
由图1可知，随着冻融频次增加，新疆馕坯拉伸强度与拉伸距离均呈明显下降趋势，冻融频次为4时，拉伸强度和拉伸距离分别下降了43.73% 、19.67% ，说明新疆馕坯变得软黏，其延展性和可塑性降低，易断裂和流散。究其原因可能是新疆馕坯经冻融处理后，其表面和内部水分形成冰晶与重结晶，刺破面筋网状结构，破坏其完整性，进而在馕坯的后续发酵和烘烤过程中发生塌陷、扁平现象[15]。
2.2 冻融频次对冷冻新疆馕坯动态流变学特性的影响
弹性模量（G'）和黏性模量（G''）是动态流变学性能的主要参数，在恒定温度的频率扫描下，可反映冷冻新疆馕坯分子结构方面的信息。冷冻新疆馕坯的流变学特性主要受面筋蛋白和淀粉等组分的影响[16]。冷冻新疆馕坯动态流变学特性测定结果见图2。
图2 冻融频次对冷冻新疆馕坯弹性模量和黏性模量的影响
Fig.2 Effects of freezing-thawing cycles on elastic modulus and viscous modulus of frozen semifinished Xinjiang naan
由图2可以看出，在恒定温度扫描下，G'数值大于G''，这表明所测定的冷冻新疆馕坯是偏黏弹性的半固体。G'与G''均随冻融频次增加而呈现出规律性下降的变化趋势，此结果与王世新[17]的研究结果相似。这可能是由于反复冻融使得面筋蛋白和水分交联作用弱化，破坏了馕坯的面筋网络结构。
2.3 冻融频次对冷冻新疆馕坯水分结合状态的影响
利用低场核磁共振仪检测的冷冻新疆馕坯在冻融过程中水分结合状态结果见图3和表2。
图3 冻融频次对冷冻新疆馕坯横向弛豫时间（T2）分布的影响
Fig.3 Effect of freezing-thawing cycles on transverse relaxation time（T2）of frozen semifinished Xinjiang naan
表2 冻融频次对冷冻新疆馕坯横向弛豫时间T2及峰面积比例A2的影响
Table 2 Effects of freezing-thawing cycles on transverse relaxation time T2and peak area ratio A2of frozen semifinished Xinjiang naan
注：同列不同小写字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
冻融频次面积百分比A23/% 0 0.110±0.010a弛豫时间T21/ms弛豫时间T22/ms弛豫时间T23/ms面积百分比A21/% 面积百分比A22/% 11.727±0.051d 1 0.110±0.010a 6.700±0.021c 117.032±1.001b 15.053±0.004a 74.363±0.014a 12.234±0.317c 2 0.111±0.008a 6.772±0.012c 117.365±0.552b 14.375±0.007b 74.055±0.004c 12.557±0.101bc 3 0.119±0.010a 6.786±0.009c 117.032±1.002b 13.180±0.014c 74.340±0.006b 12.776±0.015b 4 0.120±0.006a 7.310±0.019b 116.701±1.539b 13.180±0.015c 73.613±0.004d 7.882±0.015a 125.736±1.555a 13.110±0.017d 72.485±0.007e 13.256±0.085a
冷冻新疆馕坯的T2弛豫时间可分为3类：T21（0.01 ms～1 ms）为强结合水，是馕坯中淀粉与蛋白质紧密结合水；T22（1 ms～10 ms）为弱结合水，水与面筋蛋白和淀粉颗粒相连；自由水用T23（10 ms～1 000 ms）表示，弛豫时间大小，代表着水与分子间的结合是否紧密[18-20]。
根据图3结果，曲线上的3个波峰分别代表冷冻新疆馕坯中3种状态的水分存在形式，从左到右分别对应 T21、T22和 T23，且 T21＜T22＜T23，冷冻新疆馕坯中的水分主要以T22弱结合水的形式存在。
水分流动性增强会加剧冷冻面团品质劣变[21]。弛豫时间越小，代表水与分子间的结合越紧密，流动性越差，反之则流动性越强[22]。由表2可知，随冻融频次增加，T22呈整体增加趋势，T23在冻融前期无显著性变化，冻融第4次时显著增加了7.40% ，表明反复冻融后，冷冻新疆馕坯的水分流动性增强，使馕坯品质劣变加剧。冷冻新疆馕坯中形成的冰晶会削弱面筋蛋白或淀粉等组分对水的束缚能力，进而影响T22和T23的分布情况[23]。A21、A22、A23分别代表冷冻新疆馕坯中的强结合水、弱结合水和自由水的相对含量。与冻融第0次相比，冻融第4次时A21下降了14.82% ，表明反复冻融导致部分强结合水失去与蛋白质和淀粉的紧密结合；而A22呈上下浮动变化，A22在冻融0 F/T～2 F/T时，先下降又略微上升，冻融2 F/T～4 F/T时，弱结合水下降且不断流失，但此时它仍是主要的水分存在形式，可能是由于反复冻融导致馕坯水分生成结晶与重结晶，其机械作用会使淀粉、面筋蛋白等空间构象发生不可逆变化，这与王秋玉等[24]的研究结果相似。随着冻融频次增加，A23呈上升趋势，表明反复冻融使水分更具流动性和不稳定性。
2.4 冻融频次对冷冻新疆馕坯微观结构的影响
冷冻新疆馕坯微观结构测定结果见图4。微观结构中呈椭圆形和球形且表面光滑的颗粒为小麦淀粉颗粒[25]，呈片状附着在淀粉颗粒表面的为面筋蛋白。
图4 冻融频次对冷冻新疆馕坯的SEM图（×800）
Fig.4 SEM images of frozen semifinished Xinjiang naan undergoing different freezing-thawing cycles（×800）
a.0 F/T；b.1 F/T；c.2 F/T；d.3 F/T；e.4 F/T。
从图4a可以看出，未经过冻融的面筋网络结构排列规整，呈椭圆形和球形的淀粉颗粒被面筋网络包裹[26]，致使冷冻新疆馕坯表现出致密、低孔隙的内部微观结构。与图4a相比，图4b～4e中面筋网络微观结构产生了较大的空洞和凹痕，淀粉颗粒发生溶胀且数量减少，可能是在反复冻融过程中，水分重新分布和重结晶导致馕坯微观结构被破坏[27]。
2.5 冻融频次对冷冻新疆馕坯蛋白质二级结构的影响
采用傅里叶变换红外光谱法，对冷冻新疆馕坯蛋白质酰胺I带区域（波数为1 700 cm-1～1 600 cm-1）进行检测。酰胺I区主要是由酰胺键C=O的伸缩振动引起的，与蛋白质二级结构密切相关，包括α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规则卷曲。其中α-螺旋和β-折叠属于紧密有序结构，β-转角属于比较松散的部分有序结构，而无规则卷曲为松散的无序结构[28]。
红外光谱酰胺I带中各波长区间对应的二级结构归属[29]见表3。不同冻融频次的冷冻新疆馕坯红外光谱图及蛋白质二级结构含量如图5所示。
表3 酰胺I带去卷积后各个条带区间所对应的二级结构归属
Table 3 Secondary structure element corresponding to each waveband after deconvolution of amide I
条带区间/cm-1 二级结构归属1 664～1 646 α-螺旋1 637～1 615、1 700～1 682 β-折叠1 681～1 664 β-转角1 645～1 637 无规则卷曲
图5 不同冻融频次的冷冻新疆馕坯红外光谱图及馕坯蛋白质二级结构含量
Fig.5 Infrared spectrum and protein secondary structure composition of frozen semifinished Xinjiang naan undergoing different freezing-thawing cycles
不同小写字母表示差异显著，P＜0.05。
如图5A所示，冷冻新疆馕坯的傅里叶变换红外光谱在4 000 m-1～500 cm-1范围内出现的特征吸收峰位置没有明显变化，表明反复冻融不会改变馕坯蛋白质二级结构的吸收峰位置。
由图5B可知，随着冻融频次的增加，馕坯的β-折叠含量呈不断下降趋势，β-转角含量不断增加。可能是因为反复冻融导致水分再分配及重结晶生成，二硫键断裂，稳定肽链结构作用弱化，使维持β-折叠的氢键断裂，转变成更容易形成的β-转角。在冻融频次增加的过程中，蛋白质结构发生严重解聚现象，降低了空间聚集的有序程度。
2.6 冻融频次对冷冻新疆馕坯烘焙特性的影响
2.6.1 冻融频次对冷冻新疆馕坯质构特性的影响
冷冻新疆馕坯的馕心明显较边缘薄，而使得硬度、组织结构和酥脆性更加突出，这可能与馕心较薄更易于在烘焙后形成较均匀的内部结构和酥脆的口感有关，故对馕心的质构参数进行了测定。冻融频次对冷冻新疆馕坯质构特性的影响见表4。
表4 冻融频次对冷冻新疆馕坯质构特性的影响
Table 4 Effect of freezing-thawing cycles on texture of frozen semifinished Xinjiang naan
注：同列不同字母表示存在显著性差异（P<0.05）。
冻融频次 硬度/g 弹性 咀嚼度 回复性0 4 654.50±207.23c 0.302±0.007a 1 5 262.28±280.53c 0.95±0.02a 3 479.28±163.85c 0.273±0.002a 2 6 028.07±161.52b 0.91±0.01b 3 902.17±277.42b 0.271±0.010a 3 6 328.55±130.16b 0.91±0.04b 4 179.75±291.40b 0.245±0.005a 0.270±0.041a 4 7 439.01±187.25a 0.90±0.02c 5 510.23±390.24a 0.89±0.08d 5 714.65±154.01a
如表4所示，随着冻融频次增加，冷冻新疆馕坯的硬度平缓上升，但并不代表馕坯品质好，这与Xu等[30]的研究结果相似。新疆馕坯的咀嚼度随冻融频次增加而平缓增大。反复冻融过程中，馕坯表面及内部水分的迁移会破坏其与蛋白质和淀粉组分的结构，故其硬度与咀嚼度均上升；同时，与冻融0次的样品相比，其他冻融样品的弹性显著降低，回复性无显著性变化，且随着冻融频次增加而呈整体下降趋势，这可能与反复冻融后酵母活力下降及持气能力退化有关。因此，反复冻融对馕坯质构特性有一定负面影响。
2.6.2 冻融频次对冷冻新疆馕坯比容和感官品质的影响
比容是评价馕坯烘焙品质最直观的指标。冻融频次对馕坯比容及感官品质的影响见图6。
图6 冻融频次对馕坯比容及感官品质的影响
Fig.6 Effects of freezing-thawing cycles on specific volume and sensory quality of Xinjiang naan
不同小写字母表示差异显著，P<0.05。
由图6可知，随着冻融频次的增加，馕坯的比容明显降低，反复冻融促使馕坯比容下降可能与酵母活力下降和面团理化特性劣变有关。同时，感官评分随着冻融频次增加呈显著下降趋势（P<0.05），可能是在反复冻融过程中，蛋白质结构遭到破坏，导致在焙烤时其与糖类物质美拉德反应不够充分，使醛和杂环化合物等风味物质减少，进而导致馕坯感官品质降低。
3 结论
本试验通过探究储运过程中冻融频次对冷冻新疆馕坯及其品质的影响，在模拟储运过程中，冷冻新疆馕坯的拉伸强度与拉伸距离明显下降，其强结合水A21下降了14.82% ，弱结合水A22呈上下浮动变化，自由水A23增加，在反复冻融下，强结合水和弱结合水向自由水方向转变；流变学特性（弹性模量G'与黏性模量G''）呈明显下降趋势；从内部微观结构观察到，面筋网络结构受到破坏，包裹淀粉颗粒的能力下降；同时，还降低了蛋白质内部β-折叠的含量，β-转角含量增加。从烘焙特性可以看出，反复冻融也会导致馕坯比容降低、硬度和咀嚼性提高、感官评分降低。
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