海藻多糖在预烘焙冷冻面包中的应用及其对冷冻面筋的影响

《Food Structure》：Application of seaweed polysaccharides in pre-baked frozen bread and their effect on frozen gluten

海藻多糖（SA、PGA、κ-、ι-、λ- Carrageenan）对预烤冷冻面包的质构和面筋结构具有显著改善作用，其中PGA能最大程度抑制冰晶形成，维持面筋网络完整性，为海藻多糖作为天然抗冻剂在冷冻烘焙中的应用提供实验依据。

　　

应珠|尚远桑|玛雅·菲特里扬蒂|罗晓虎|伊姆兰·马哈茂德·汗|徐雪明

浙江-马来西亚农产品加工与营养联合研究实验室，宁波大学食品科学与工程学院食品关键有害物质检测、控制与预警重点实验室，中国宁波315832

摘要

在冷冻过程中，冰晶的形成和重结晶会破坏面筋结构。本研究首次探讨了五种海藻多糖——海藻酸钠、丙二醇海藻酸盐（PGA）、κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和λ-卡拉胶对预烤冷冻面包质量的影响。结果表明，海藻多糖显著降低了预烤冷冻面包的硬度，而PGA显著增加了面包的体积（P < 0.05）。此外，还研究了这五种海藻多糖在冻融处理前后对面筋蛋白物理化学性质和结构的影响。冻融处理后，与对照组相比，海藻多糖增加了面筋中强结合水的比例，降低了弱结合水的含量，减少了面筋中的游离巯基含量和表面疏水性指数，并增加了α-螺旋结构的含量。与其他四种海藻多糖相比，用PGA处理的面筋在冻融处理后的网络完整性得到了改善。我们的研究结果表明，海藻多糖可作为天然冷冻保护剂应用于冷冻烘焙产品中。

引言

冷冻面团技术已在烘焙行业中得到广泛应用。与传统冷冻面团不同，预烤冷冻面团不会因酵母活性下降而影响发酵性能。然而，在冷冻过程中，温度波动会导致冷冻面包变硬、失去弹性并减少体积，从而影响最终产品的质量（Zhang等人，2024年）。其主要原因是冰晶的形成和重结晶，这通常会破坏面团结构和面筋网络（Chen等人，2023年；Liang等人，2022年）。面筋蛋白是小麦中的主要蛋白质，被认为是面团的“骨架”，对最终烘焙产品的质地、体积和整体感官质量至关重要（Sang等人，2022年）。

因此，为了控制冷冻储存过程中的冰晶形成和重结晶并提高最终产品的质量，通常会添加添加剂来改善冷冻面团产品的品质。主要添加剂包括抗冻蛋白、亲水性胶体、酶制剂和改性淀粉（Tang等人，2019年）。近年来，来自天然来源的具有抗冻活性的多糖因其高效性、安全性、可再生性和对人体健康的好处而受到越来越多的关注。亲水胶体通常具有较高的持水能力（Bárcenas等人，2004年），这可以在冻融循环中提高产品稳定性，并延缓冷冻和冷藏过程中的质量下降。目前，亲水胶体可分为植物来源的多糖（如瓜尔胶）、动物来源的胶体（如鱼皮明胶）和海洋来源的多糖（如卡拉胶）。

海藻多糖是一类化学性质新颖、具有生物活性且复杂的亲水性胶体碳水化合物，从海洋藻类中提取，广泛用于烘焙食品。根据其藻类来源，它们可分为褐藻多糖、红藻多糖和蓝绿藻多糖等。其中，褐藻多糖和红藻多糖的研究较为深入。褐藻多糖包括海藻酸钠（SA）和丙二醇海藻酸盐（PGA）等；而红藻多糖包括κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和λ-卡拉胶。SA是一种由α-L-古洛糖酸和β-D-甘露糖酸组成的线性阴离子多糖。PGA是通过海藻酸与环氧丙烷的酯化反应形成的海藻酸盐衍生物。κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和λ-卡拉胶分别含有一个、两个或三个负电荷的硫酸酯基团（Ishaq等人，2024年）。植物来源的多糖（如瓜尔胶）含有大量羟基，主要通过氢键与面筋蛋白相互作用（Zheng等人，2025年）。与植物多糖不同，海藻多糖（如SA）是带有负电荷的阴离子多糖（Zhang等人，2023年）。研究表明，它们可以吸引带正电荷的蛋白质分子，形成静电相互作用，从而形成亲水复合物（Zhang等人，2024年）。使用亲水胶体可以有效减轻冷冻过程中冰晶对面筋蛋白的损伤，从而提高冷冻面团的质量。黄原胶的强亲水性可以增强面团的持水能力，减缓老化过程，并改善烘焙产品的质地（Wu等人，2022年）。研究发现，添加SA可以通过静电相互作用改善新鲜面团中亲水胶体阴离子与面筋之间的亲水复合物的形成，从而增强面筋的强度和吸水性（Li等人，2019b）。尽管关于海藻多糖在烘焙食品中的应用研究已取得了一些进展，但目前的研究仍存在明显局限性。大多数先前的研究集中在非烘焙冷冻面团和新鲜面团上，很少有研究探讨海藻多糖对预热冷冻面筋和预烤冷冻面包的影响。

在本研究中，我们探讨了五种海藻来源的阴离子多糖（SA、PGA、κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和λ-卡拉胶）对预烤冷冻面团制成的面包质量的影响。此外，我们还阐明了这五种海藻多糖与面筋之间的相互作用，包括面筋蛋白的水分布、表面疏水性和游离巯基团。本研究的结果为海藻多糖在冷冻面团中的应用提供了依据。

材料

高蛋白小麦粉（含12.8%蛋白质）购自上海亿海 Kerry 食品工业有限公司。海藻酸钠（SA）和丙二醇海藻酸盐（PGA）购自山东青岛明月海藻有限公司，κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和λ-卡拉胶购自广东广泰食品科技有限公司。酵母购自湖北Angel Yeast公司。糖和盐从当地超市购买。所有使用的化学品均为分析纯。使用去离子水。

面包质量分析

面包的质量数据见表1，包括烘焙损失、比体积、水分含量以及新鲜面包和预烤冷冻面包的孔隙率和细胞密度。添加五种海藻多糖显著降低了预烤冷冻面包的烘焙损失和硬度（P < 0.05）。这可能是由于海藻多糖改善了面包碎屑的质地。

比体积是面包的关键特性之一。

结论

本研究探讨了五种海藻多糖对预烤冷冻面包及其对预热冷冻面筋蛋白的影响。结果表明，这些海藻多糖显著降低了预烤冷冻面包的硬度和烘焙损失。此外，这些多糖通过延缓强结合水向半结合水的转化、推迟二硫键的分解，有效保持了面筋的结构完整性。

作者贡献声明

尚远桑：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供、方法论设计、资金获取、概念构思。 应珠：撰写——初稿撰写、方法论设计、实验实施、数据整理、概念构思。 罗晓虎：资源协调。 玛雅·菲特里扬蒂：撰写——审稿与编辑、实验实施、数据整理。 徐雪明：方法论设计、概念构思。 伊姆兰·马哈茂德·汗：监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们与所提交的工作没有任何商业或关联利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（32202076）、浙江省自然科学基金（LQ23C200003）以及宁波市科学技术局公益计划项目（2025S237）的支持。