基于ISP调控的面团冷冻加工过程冰晶形成机理研究

以冰结构蛋白调控的冷冻面团体系为研究对象, 通过研究面团体系在不同来源、不同数量冰结构蛋白存在下的冷冻面团加工过程中复杂水溶液相的冰晶成核、生长、 冰-水相平衡特征，建立冰结晶热力学和动力学数学模型，在微尺度水平上描述冰结构蛋白影响冰晶生长和粒度分布规律, 确定其在宏观水平上影响冷冻面团流变特性、烘焙特性、提高冷冻面团加工品质的内在机理。阐明ISP调控的冷冻面团加工过程的冰结晶过程的动态机理, 一方面, 有关研究结果不仅在结晶学理论上有所突破，丰富高级谷物化学、现代烘焙科学与低温生物学等相互交叉学科领域的学术内容, 而且为拓宽ISP新型食品添加剂和冷冻面团高新技术的广泛应用提供必要的基础数据和科学理论指导,促进冷冻面团高新技术在我国现代食品工业特别是传统主食品工业化进程中应用, 提升我国烘焙食品业和冷冻面制品业的整体技术水平。

冷冻面团深加工技术的研究与提高一直是世界烘焙科学和谷物化学界关注的热点之一。在前期工作的基础上，本课题着重研究探讨了一种热稳定的冰结构蛋白(TSISP)调控面团冷冻加工过程中冰晶-水-蛋白质分子间相互作用的规律。首先运用核磁共振成像仪（NMR）和衰减全反射傅立叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR）等现代技术手段研究了TSISP对面筋蛋白质-水面团体系中水分子弛豫时间（T2）、质子密度、蛋白质水合度和蛋白质二级结构、麦谷蛋白亚基组成和动态流变学特性的影响；然后采用 DSC和法国最先进的F3发酵流变仪等新技术手段考察了冷冻面团体系中另一关键组分酵母细胞内冰晶形成量（IIF）、细胞释放谷胱甘肽（GSH）量和面团发酵流变学特性参数在冷冻和冻藏过程中发生的变化规律；最后进一步运用扫描电子显微镜（SEM）等研究了TSISP对体系中冻融淀粉分子凝胶冰晶熔化焓（ΔHs-ice）、回生焓（ΔHret）和回生率（RR）、析水率和超微结构等关键参数的影响。结果表明，TSISP 通过在微尺度水平上阻止面筋蛋白质脱水、水分子重新分布和蛋白质结构的变化，通过减少酵母细胞内冰晶形成量 IIF，通过减少淀粉ΔHs-ice和析水率，最终显著地减小了冷冻面团体系的冰晶熔化焓（ΔHd-ice）、改善了冷冻面团体系的超微结构和发酵流变学特性（AT、A1、Hm 和 h），从而确定了TSISP在宏观水平上影响冷冻面团流变特性、烘焙特性、提高冷冻面团加工品质的内在机理。阐明ISP调控的冷冻面团加工过程的冰结晶过程的动态机理，一方面，丰富了高级谷物化学、现代烘焙科学与发酵工学等相互交叉学科领域的学术内容，另一方面为拓宽新型冷冻面团高新技术的应用范围提供了必要的基础数据和科学理论指导，促进冷冻面团高新技术在我国现代食品工业特别是烘焙食品工业化进程中应用。