《食品科學》：鄭州輕工業大學蘇東民教授等：酶制劑作用下淀粉超分子結構演變及其對冷凍面團饅頭品質的影響

近年來，冷凍面團技術因其安全、便捷、低成本等優點，逐漸成為面制品（如面包、披薩、饅頭等）標準化和規模化生產的關鍵技術。然而，貯藏、運輸、加工等過程可導致冷凍面團內部水分子在溶液態（水相）和凝固態（冰晶相）兩相間不斷轉化，進而引起生胚面團加工品質劣變。

酶制劑作為一種生物催化手段，具有綠色安全、反應迅速、高度專一性等優點，且在最終面制品中已基本失活，因此被應用于冷凍面團及其制品的加工過程中。其中，谷氨酰胺轉氨酶（TG）和

-淀粉酶是冷凍面團加工中常用的兩類酶制劑。此外，淀粉作為是冷凍面團中的主要組成成分，占面粉質量的60%以上，研究其超分子結構和理化性能的變化規律，對于延緩冷凍面團及其面制品的品質劣變具有重要意義。

鄭州輕工業大學食品與生物工程學院的王宏偉、王菲和蘇東民*等人旨在探明復合酶制劑（

-淀粉酶與TG）影響冷凍生胚面團品質劣變的基礎上，研究酶制劑添加對冷凍面團內部淀粉螺旋結構、短程有序化結構、熱力學特性、糊化特性及流變特性的影響規律，繼而通過組分回添方式探究凍融淀粉影響重組饅頭品質的作用規律，并構建“酶制劑添加-淀粉超分子結構-產品品質”之間的相互影響關系，以期為速凍面制品行業的高質量發展提供新的技術支撐。

一 酶制劑對面團內部可凍結水含量的影響

可凍結水指食品冷凍過程中最易發生相變的水分，可顯著影響食品的結構穩定性和質構品質。從表1可以看出，與新鮮面團相比，凍融循環面團的可凍結水質量分數顯著增加，為13.84%，這是因為凍融過程中溫度的波動會削弱水分與淀粉、蛋白質等聚合物分子間的相互作用，使得液態水容易形成冰晶。此外，凍融還可導致冰晶發生重結晶，導致冰晶變大，這可能會進一步破壞面團內部特征組分的微觀結構，改變其與水分子的結合能力，導致可凍結水含量的增加。然而，與凍融面團相比，酶制劑的添加可顯著降低面團內部的可凍結水質量分數，由13.84%降至最低11.56%，且隨著

-淀粉酶添加比例的提升，其面團內部可凍結水含量呈現逐漸下降的趨勢。這可能由于

-淀粉酶添加量為0%時，TG的存在可通過增強面筋蛋白分子間的交聯提升面筋網絡結構的穩定性和強度，從而有利于其鎖住更多的水分子，降低其可移動能力，阻礙冰晶的形成；此外，

-淀粉酶能夠作用于淀粉的分子鏈結構，使其降解并釋放出較短的線性鏈，其分子表面暴露出更多親水區域，更易與水分子發生結合，從而提升其水合能力與結合強度，促使冷凍面團內部可凍結水含量隨著

-淀粉酶添加量的提高而呈現不斷下降趨勢。與此同時，

-淀粉酶特異性降解破損淀粉能夠形成麥芽糖、麥芽三糖和其他低聚糖，此類小分子糖可以作為防凍劑，提高體系的滲透壓，使得部分原本可能凍結的水分變得不易凍結，降低冷凍面團的可凍結水含量。

二酶制劑對面團微觀結構的影響

激光共聚焦顯微鏡通過特異性熒光標記技術，可直觀顯示冷凍生胚面團中淀粉與面筋蛋白復合體系的分布特征，其中，綠色代表淀粉顆粒，紅色代表面筋蛋白。從圖1可以看出，經過凍融循環后，F 7 -空白面團內部的淀粉顆粒與面筋蛋白之間發生明顯的相分離，且二者之間的斷裂現象明顯。這可能是由于冰晶生成及重結晶產生的微機械力持續作用于“面筋蛋白-淀粉”基質，導致基質間或內部存在的氫鍵、疏水相互作用等次級鍵斷裂，從而導致原本嵌入面筋網絡結構的淀粉顆粒暴露，二者出現明顯的相分離。

酶制劑可有效改善“面筋蛋白-淀粉”基質的穩定性，且隨著

-淀粉酶添加量的增加，“面筋蛋白-淀粉”基質的有序化程度呈現先增強后降低的趨勢，其中添加量為900 U/kg時，凍融面團內部的面筋網絡與淀粉顆粒形成穩定界面，具有良好的微觀結構完整性和穩定性，表明酶制劑的添加可顯著抑制凍融對其面團微觀結構的破壞。相關變化一方面可能源于TG能夠催化面筋蛋白形成共價交聯，構建高強度彈性網絡，其拓撲纏結密度的增強使面團的微觀結構在凍融過程中不容易受到破壞；另一方面，

-淀粉酶能夠破壞淀粉的鏈結構及其超分子結構的排列規整性，甚至特異性水解淀粉分子鏈生成糊精及低聚糖，其產物通過滲透壓調控與調控冰晶形成減緩冰晶的破壞效應，且淀粉酶解形成的柔性鏈段可填充蛋白網絡缺陷，共同形成具有互鎖效應的穩定基質。然而，當

-淀粉酶添加量過多時（＞900 U/kg），淀粉內部結構破壞嚴重，其可與面筋蛋白發生競爭性吸水，從而破壞“面筋蛋白-淀粉”基質結構的穩定性。

三 酶制劑對淀粉短程有序化結構的影響

淀粉的短程有序結構通常是由直鏈淀粉和支鏈淀粉的短側鏈形成的螺旋結構，盡管整體呈現無序狀態，但局部區域存在有序的排列。圖2為酶制劑添加前后淀粉的傅里葉變換紅外光譜。通常，800～1 200 cm ―1 范圍內的去卷積光譜可有效表征淀粉分子的短程有序性，其中，1 045 cm ―1 處的特征峰強度反映了淀粉分子的有序化結構微區，而1 022 cm ―1 處的特征峰則與無定形淀粉的含量有關，因此常用

R

1 045/1 022 值表示淀粉的短程有序化程度。由表2可知，添加

-淀粉酶后，凍融淀粉的

R

1 045/1 022 值由0.93下降至最低0.79，表明其短程有序性降低。這可能是因為

-淀粉酶的加入和冷凍面團內部“水-冰”相態的轉變誘導淀粉分子內或分子間氫鍵的破壞，這種分子構象的調整使得淀粉顆粒內部有序性降低。此外，淀粉短程有序性與雙螺旋結構相關，而

-淀粉酶的水解作用通過減少長鏈淀粉含量，阻礙雙螺旋結構的形成，導致支鏈淀粉簇狀分支的松散化，進一步削弱其有序度，表現為

R

1 045/1 022 值的下降。

由圖3可以看出，所有淀粉樣品的拉曼光譜特征峰清晰可見，且峰的位置基本一致，表明凍融循環以及酶制劑添加并未引起淀粉相關基團的變化。前人研究表明，拉曼光譜480 cm ―1 處半峰寬值（FWHH）的變化可表征淀粉的短程有序化結構，

其FWHH值越大則表明淀粉的短程有序化程度越低。由表2可知，酶制劑添加后，淀粉的FWHH值由16.94增加至最大19.22，這是淀粉分子內的有序化排列以及緊密程度被破壞的綜合體現，表明凍融循環與酶制劑的加入使淀粉分子間的短程有序化程度降低，這與

R

1 045/1 022 值的變化一致。

四 酶制劑對淀粉分子螺旋結構的影響

圖4為酶制劑添加前后淀粉的NMR圖譜，其圖譜中

94～105和81～84處的吸收峰分別代表淀粉葡萄糖單元中的碳原子C1和C4的吸收峰。C1區的振動強度可以反映淀粉晶體區的排列與規整度，C4區可以反映淀粉顆粒中的無定形程度，因此通過計算C1和C4的峰面積，可得到雙螺旋、單螺旋和無定形區的相對含量。由表3可知，與原淀粉相比，凍融循環處理后淀粉的雙螺旋結構比例下降至36.2%，單螺旋結構和無定形區比例分別增至4.3%和59.5%。這可能因為凍融循環可顯著影響冰晶的形成與重結晶，從而導致分子內部氫鍵在反復凍融過程中被破壞，導致雙螺旋結構的解旋與離散，引起雙螺旋比例下降；與此同時，冰晶生長和融化過程中產生的機械應力迫使斷裂鏈段重排為單螺旋構象或無序堆疊狀態，淀粉顆粒內部逐漸形成更多松散區域，分子排列從高度有序向局部無序轉變，最終表現為雙螺旋結構含量的降低以及無定形片段比例的增加。酶制劑添加后，淀粉的雙螺旋結構相對含量由36.2%降低至最低30.5%，無定形區相對含量由59.5%增加至最高60.1%，這可能歸因于

-淀粉酶對淀粉分子鏈的破壞作用，導致其雙螺旋結構發生解聚，逐步轉化為無序的無定形區域；且結晶區被降解、短鏈分子的運動能力增強，以及低分子質量糊精的空間干擾效應，共同促進淀粉鏈段趨于無序排列。此外，部分柔性淀粉鏈段在分子內氫鍵的驅動下發生定向折疊，自發形成單螺旋結構，最終使雙螺旋結構轉變為單螺旋與無定形片段共存的狀態。

五 酶制劑對淀粉熱特性的影響

淀粉的熱特性直接影響面團加工性能及終產品品質。如表4所示，凍融循環處理后，淀粉的糊化起始溫度（

T

o ）、峰值溫度（

T

p ）、終止糊化溫度（

T

c ）及糊化焓（?

H

）均呈下降趨勢，這是冰晶機械作用驅動的結果，即冰晶的形成及重結晶可破壞淀粉內部的短程有序化結構、雙螺旋構象等超分子結構，從而導致淀粉顆粒容易吸水膨脹且剛性下降，最終降低凍融淀粉的熱特性參數。加入酶制劑后，盡管整體表現為下降趨勢，但其糊化溫度呈現波動性變化，這可能是酶解作用使淀粉分子鏈的斷裂，使其內部結構的異質性降低，顆粒內部應力分布更均勻，加熱過程中呈現同步化的吸水膨脹行為，表現為

T

o 、

T

p 、

T

c 的下降。Δ

H

下降是因為酶處理后，淀粉超分子結構有序化程度下降，致使淀粉糊化過程中所需破壞的有序化結構減少，同時，短鏈淀粉分子更易與水分子結合，最終導致體系加熱時所需熱量下降，焓值降低。

六酶制劑對淀粉糊化特性的影響

表5為酶制劑添加前后凍融淀粉糊化特性的變化規律，與原淀粉相比，凍融淀粉的峰值黏度和回生值都有不同程度的增加，這可能是由于凍融處理破壞了淀粉的短程有序化結構、雙螺旋結構等規整排列的超分子結構，從而有利于柔性淀粉鏈容易吸水膨脹，導致峰值黏度升高。此外，反復凍融可導致“水-冰”相態的不斷轉變，而隨著水分物態的變化，部分柔性淀粉鏈釋放出來，互相之間通過形成大量氫鍵，促使淀粉鏈發生重排，最終表現為回生值的增加。

酶制劑添加后，淀粉的特征糊化特性值呈現整體上升的趨勢，且隨著

-淀粉酶的添加，其變化更為明顯，其中回生值的增幅尤為顯著，其作用機制可能源于

-淀粉酶對淀粉分子結構的雙重調控。一方面，

-淀粉酶通過靶向水解支鏈淀粉的分支區域（

-1,4-糖苷鍵），釋放出短鏈直鏈淀粉片段，這些短鏈分子因長度縮短而遷移性增強，在冷卻階段更易通過氫鍵重排形成致密締合結構，從而強化分子間相互作用并加速回生進程。另一方面，酶解產生的低聚糖與糊精作為可溶性組分，通過羥基與水分子及淀粉鏈段形成多重氫鍵網絡。這種動態作用不僅能夠優化分子擴散路徑，還可通過“橋接效應”促進支鏈淀粉殘余簇與直鏈片段的協同重結晶。

七酶制劑對淀粉流變特性的影響

淀粉流變特性（儲能模量

G

’ 與損耗模量

G

” ）通過調控分子鏈間的相互作用促進基質復雜網絡結構的形成，能夠直接影響面團的持氣能力與結構穩定性。如圖5所示，與原淀粉相比，凍融循環提升了淀粉的

G

’ 和

G

” ，這可能由于凍融循環導致淀粉有序化結構的破壞與斷裂，提高了分子鏈的柔性與自由度，促進了淀粉分子間的相互作用和氫鍵的重新形成，從而提升淀粉凝膠的黏度與彈性。而凍融面團中添加酶制劑后，淀粉凝膠的彈性和黏性都有所增加，這可能是由于酶解破壞了淀粉的分子有序化結構，使其分子鏈發生降解，而疏松的分子有序化結構有利于淀粉凝膠內部聚合物分子鏈之間的相互作用和纏結，增強其凝膠網絡結構的穩定性和剛性，從而導致

G

’ 和

G

” 的增加。此外，短鏈分子互相之間容易發生聚集或重排，且酶解產生的短鏈分子通過增強分子的柔性空間與可遷移能力，優化凝膠網絡的空間分布均一性，賦予體系更高的彈性，形成了相對“鎖定”的結構并使得凝膠體系對外界擾動更加剛硬，導致其凝膠的

G

’ 和

G

” 增加。

八 重組饅頭品質分析

本研究通過分離重組的方法構建“凍融淀粉-面筋蛋白”復合體系，旨在揭示凍融淀粉對饅頭品質的影響機制。其中，饅頭比容可作為其感官品質的直觀體現，而質構特性則是影響饅頭口感和適口性的關鍵因素。由表6可知，凍融淀粉的加入使得重組饅頭的比容由2.03 mL/g下降至1.78 mL/g，而其硬度、內聚性、黏著性及咀嚼性均有所增加。這一現象與凍融循環引發的淀粉分子構象重組密切相關，反復的溫度波動與冰晶機械應力促使雙螺旋結構解離，短程有序化性降低，使得內部分子鏈松散化，原本緊密排列的直鏈淀粉構象部分解離，暴露出更多親水位點，增強淀粉與面筋蛋白的水分競爭效應，削弱面筋網絡持氣能力。在蒸制過程中，氣體膨脹受限使饅頭內部結構未能充分伸展，最終表現為比容下降及硬度、咀嚼性等質構參數的同步上升。

酶制劑處理顯著改善了饅頭的比容與質構特性，這是因為

-淀粉酶靶向水解淀粉分子鏈生成糊精及低聚糖，該過程不僅重構淀粉相的黏彈特性，同時可有效增強面團網絡結構穩定性。此外，受到破壞的淀粉顆粒在發酵過程中更容易被酵母利用，可產生更多的二氧化碳，提高面團的發酵效率。當

-淀粉酶添加量為900 U/kg時，重組饅頭的比容和質構特性較接近未凍融對照組水平，比容由1.78 mL/g增加至1.95 mL/g，硬度由1 281.38 g降低至920.67 g，然而，當酶添加量超過900 U/kg時，饅頭的比容和質構特性呈下降趨勢，這是可能是因為過度水解導致淀粉顆粒過小或完全溶解，過小的淀粉顆粒無法有效填充至面筋網絡間隙，弱化“面筋蛋白-淀粉”基質結構的穩定性。這種結構的弱化會降低面團持氣能力，致使饅頭蒸制過程中氣體膨脹受限，最終導致饅頭比容下降、質地硬化等品質劣化現象。

結 論

本研究系統探究了復合酶制劑對凍融面團體系中水分狀態、微觀結構及淀粉多尺度結構和理化特性的影響，并通過重組饅頭模型闡明淀粉特性與產品品質的構效關系。結果表明：酶制劑通過調控淀粉分子構象與顆粒完整性，有效降低面團可凍結水比例并強化面筋-淀粉復合結構。具體表現為雙螺旋結構解旋、短程有序性降低。這些結構的變化導致淀粉的糊化溫度、糊化焓（Δ

H

）降低，峰值黏度、最終黏度、回生值和流變特性均有所增加。進一步探究發現，淀粉多尺度結構和理化性能的改變顯著影響重組饅頭的品質，當

-淀粉酶添加量為900 U/kg時，重組饅頭的比容和質構特性比較接近未凍融對照組水平。本實驗不僅為酶制劑在冷凍面團的合理應用提供了理論基礎，還闡明了酶制劑通過調控淀粉多尺度結構影響面團和重組饅頭品質的分子作用機制，為冷凍面制品品質定向改良提供新的技術路徑。

作者簡介

通信作者：

蘇東民，男，漢族， 1963 年生，博士，教授，河南省首批享受政府津貼專家，碩士生導師。主持完成國家自然科學基金項目 1 項；主要參加完成國家自然科學基金項目 3 項；主持完成省級重點科技支撐項目 1 項；主持完成省級科技攻關及省級國際科技合作計劃項目 2 項；主持完成省級教學研究項目 3 項；主要參加完成全軍后勤、農業部 948 引進項目等省部級科研項目 7 項；主要參加申報起草了《小麥粉饅頭》國家標準。在國內外學術期刊上發表專業論文 60 余篇。先后主編出版《小麥粉品質改良與專用粉生產》等著作教材 7 部。獲得國家科技進步獎二等獎 1 項；中國長城食品安全科技獎特等獎 1 項；中國糧油學會科技進步獎一等獎 1 項；中國食品科學技術學會科技創新技術進步獎二等獎 1 項；中國糧油學會第六屆優秀論文獎二等獎 1 項；中國糧油學會科學技術獎三等獎 1 項；省教育廳科技進步獎二等獎 1 項；省教育科學研究優秀成果獎一等獎 1 項。

第一作者：

王宏偉，男， 博士，鄭州輕工業大學食品與生物工程學院副教授，碩士生導師，主要從事 淀粉基谷物食品加工 、速凍米面食品加工等方面研究 。目前以第一或通訊作者發表 SCI 學術論文 30 余篇， EI 8 篇，主持或參與國家級、省部級科研項目 10 項，研究成果榮獲獎勵 6 項 ，主持或參與教學工程項目 3 項，并擔任《 Food Chemistry》 審稿人、食品科學雜志青年編委。 獲得中國食品工業協會科學技術獎一等獎、河南省教育廳優秀科技成果（論文）一等獎。

引文格式：

王宏偉, 王菲, 賈夢圓, 等. 酶制劑作用下淀粉超分子結構演變及其對冷凍面團饅頭品質的影響[J]. 食品科學, 2025, 46(19): 89-97. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250520-129.

WANG Hongwei, WANG Fei, JIA Mengyuan, et al. Effects of enzyme addition on the evolution of starch supramolecular structure and the quality of steamed bread made with starch from frozen dough[J]. Food Science, 2025, 46(19): 89-97. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250520-129.

實習編輯：俞逸嵐；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、西昌學院、北京聯合大學協辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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