《食品科学》：郑州轻工业大学苏东民教授等：酶制剂作用下淀粉超分子结构演变及其对冷冻面团馒头品质的影响

近年来，冷冻面团技术因其安全、便捷、低成本等优点，逐渐成为面制品（如面包、披萨、馒头等）标准化和规模化生产的关键技术。然而，贮藏、运输、加工等过程可导致冷冻面团内部水分子在溶液态（水相）和凝固态（冰晶相）两相间不断转化，进而引起生胚面团加工品质劣变。

酶制剂作为一种生物催化手段，具有绿色安全、反应迅速、高度专一性等优点，且在最终面制品中已基本失活，因此被应用于冷冻面团及其制品的加工过程中。其中，谷氨酰胺转氨酶（TG）和

-淀粉酶是冷冻面团加工中常用的两类酶制剂。此外，淀粉作为是冷冻面团中的主要组成成分，占面粉质量的60%以上，研究其超分子结构和理化性能的变化规律，对于延缓冷冻面团及其面制品的品质劣变具有重要意义。

郑州轻工业大学食品与生物工程学院的王宏伟、王菲和苏东民*等人旨在探明复合酶制剂（

-淀粉酶与TG）影响冷冻生胚面团品质劣变的基础上，研究酶制剂添加对冷冻面团内部淀粉螺旋结构、短程有序化结构、热力学特性、糊化特性及流变特性的影响规律，继而通过组分回添方式探究冻融淀粉影响重组馒头品质的作用规律，并构建“酶制剂添加-淀粉超分子结构-产品品质”之间的相互影响关系，以期为速冻面制品行业的高质量发展提供新的技术支撑。

一 酶制剂对面团内部可冻结水含量的影响

可冻结水指食品冷冻过程中最易发生相变的水分，可显著影响食品的结构稳定性和质构品质。从表1可以看出，与新鲜面团相比，冻融循环面团的可冻结水质量分数显著增加，为13.84%，这是因为冻融过程中温度的波动会削弱水分与淀粉、蛋白质等聚合物分子间的相互作用，使得液态水容易形成冰晶。此外，冻融还可导致冰晶发生重结晶，导致冰晶变大，这可能会进一步破坏面团内部特征组分的微观结构，改变其与水分子的结合能力，导致可冻结水含量的增加。然而，与冻融面团相比，酶制剂的添加可显著降低面团内部的可冻结水质量分数，由13.84%降至最低11.56%，且随着

-淀粉酶添加比例的提升，其面团内部可冻结水含量呈现逐渐下降的趋势。这可能由于

-淀粉酶添加量为0%时，TG的存在可通过增强面筋蛋白分子间的交联提升面筋网络结构的稳定性和强度，从而有利于其锁住更多的水分子，降低其可移动能力，阻碍冰晶的形成；此外，

-淀粉酶能够作用于淀粉的分子链结构，使其降解并释放出较短的线性链，其分子表面暴露出更多亲水区域，更易与水分子发生结合，从而提升其水合能力与结合强度，促使冷冻面团内部可冻结水含量随着

-淀粉酶添加量的提高而呈现不断下降趋势。与此同时，

-淀粉酶特异性降解破损淀粉能够形成麦芽糖、麦芽三糖和其他低聚糖，此类小分子糖可以作为防冻剂，提高体系的渗透压，使得部分原本可能冻结的水分变得不易冻结，降低冷冻面团的可冻结水含量。

二酶制剂对面团微观结构的影响

激光共聚焦显微镜通过特异性荧光标记技术，可直观显示冷冻生胚面团中淀粉与面筋蛋白复合体系的分布特征，其中，绿色代表淀粉颗粒，红色代表面筋蛋白。从图1可以看出，经过冻融循环后，F 7 -空白面团内部的淀粉颗粒与面筋蛋白之间发生明显的相分离，且二者之间的断裂现象明显。这可能是由于冰晶生成及重结晶产生的微机械力持续作用于“面筋蛋白-淀粉”基质，导致基质间或内部存在的氢键、疏水相互作用等次级键断裂，从而导致原本嵌入面筋网络结构的淀粉颗粒暴露，二者出现明显的相分离。

酶制剂可有效改善“面筋蛋白-淀粉”基质的稳定性，且随着

-淀粉酶添加量的增加，“面筋蛋白-淀粉”基质的有序化程度呈现先增强后降低的趋势，其中添加量为900 U/kg时，冻融面团内部的面筋网络与淀粉颗粒形成稳定界面，具有良好的微观结构完整性和稳定性，表明酶制剂的添加可显著抑制冻融对其面团微观结构的破坏。相关变化一方面可能源于TG能够催化面筋蛋白形成共价交联，构建高强度弹性网络，其拓扑缠结密度的增强使面团的微观结构在冻融过程中不容易受到破坏；另一方面，

-淀粉酶能够破坏淀粉的链结构及其超分子结构的排列规整性，甚至特异性水解淀粉分子链生成糊精及低聚糖，其产物通过渗透压调控与调控冰晶形成减缓冰晶的破坏效应，且淀粉酶解形成的柔性链段可填充蛋白网络缺陷，共同形成具有互锁效应的稳定基质。然而，当

-淀粉酶添加量过多时（＞900 U/kg），淀粉内部结构破坏严重，其可与面筋蛋白发生竞争性吸水，从而破坏“面筋蛋白-淀粉”基质结构的稳定性。

三 酶制剂对淀粉短程有序化结构的影响

淀粉的短程有序结构通常是由直链淀粉和支链淀粉的短侧链形成的螺旋结构，尽管整体呈现无序状态，但局部区域存在有序的排列。图2为酶制剂添加前后淀粉的傅里叶变换红外光谱。通常，800～1 200 cm ―1 范围内的去卷积光谱可有效表征淀粉分子的短程有序性，其中，1 045 cm ―1 处的特征峰强度反映了淀粉分子的有序化结构微区，而1 022 cm ―1 处的特征峰则与无定形淀粉的含量有关，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，冻融淀粉的

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。这可能是因为

-淀粉酶的加入和冷冻面团内部“水-冰”相态的转变诱导淀粉分子内或分子间氢键的破坏，这种分子构象的调整使得淀粉颗粒内部有序性降低。此外，淀粉短程有序性与双螺旋结构相关，而

-淀粉酶的水解作用通过减少长链淀粉含量，阻碍双螺旋结构的形成，导致支链淀粉簇状分支的松散化，进一步削弱其有序度，表现为

R

1 045/1 022 值的下降。

由图3可以看出，所有淀粉样品的拉曼光谱特征峰清晰可见，且峰的位置基本一致，表明冻融循环以及酶制剂添加并未引起淀粉相关基团的变化。前人研究表明，拉曼光谱480 cm ―1 处半峰宽值（FWHH）的变化可表征淀粉的短程有序化结构，

其FWHH值越大则表明淀粉的短程有序化程度越低。由表2可知，酶制剂添加后，淀粉的FWHH值由16.94增加至最大19.22，这是淀粉分子内的有序化排列以及紧密程度被破坏的综合体现，表明冻融循环与酶制剂的加入使淀粉分子间的短程有序化程度降低，这与

R

1 045/1 022 值的变化一致。

四 酶制剂对淀粉分子螺旋结构的影响

图4为酶制剂添加前后淀粉的NMR图谱，其图谱中

94～105和81～84处的吸收峰分别代表淀粉葡萄糖单元中的碳原子C1和C4的吸收峰。C1区的振动强度可以反映淀粉晶体区的排列与规整度，C4区可以反映淀粉颗粒中的无定形程度，因此通过计算C1和C4的峰面积，可得到双螺旋、单螺旋和无定形区的相对含量。由表3可知，与原淀粉相比，冻融循环处理后淀粉的双螺旋结构比例下降至36.2%，单螺旋结构和无定形区比例分别增至4.3%和59.5%。这可能因为冻融循环可显著影响冰晶的形成与重结晶，从而导致分子内部氢键在反复冻融过程中被破坏，导致双螺旋结构的解旋与离散，引起双螺旋比例下降；与此同时，冰晶生长和融化过程中产生的机械应力迫使断裂链段重排为单螺旋构象或无序堆叠状态，淀粉颗粒内部逐渐形成更多松散区域，分子排列从高度有序向局部无序转变，最终表现为双螺旋结构含量的降低以及无定形片段比例的增加。酶制剂添加后，淀粉的双螺旋结构相对含量由36.2%降低至最低30.5%，无定形区相对含量由59.5%增加至最高60.1%，这可能归因于

-淀粉酶对淀粉分子链的破坏作用，导致其双螺旋结构发生解聚，逐步转化为无序的无定形区域；且结晶区被降解、短链分子的运动能力增强，以及低分子质量糊精的空间干扰效应，共同促进淀粉链段趋于无序排列。此外，部分柔性淀粉链段在分子内氢键的驱动下发生定向折叠，自发形成单螺旋结构，最终使双螺旋结构转变为单螺旋与无定形片段共存的状态。

五 酶制剂对淀粉热特性的影响

淀粉的热特性直接影响面团加工性能及终产品品质。如表4所示，冻融循环处理后，淀粉的糊化起始温度（

T

o ）、峰值温度（

T

p ）、终止糊化温度（

T

c ）及糊化焓（∆

H

）均呈下降趋势，这是冰晶机械作用驱动的结果，即冰晶的形成及重结晶可破坏淀粉内部的短程有序化结构、双螺旋构象等超分子结构，从而导致淀粉颗粒容易吸水膨胀且刚性下降，最终降低冻融淀粉的热特性参数。加入酶制剂后，尽管整体表现为下降趋势，但其糊化温度呈现波动性变化，这可能是酶解作用使淀粉分子链的断裂，使其内部结构的异质性降低，颗粒内部应力分布更均匀，加热过程中呈现同步化的吸水膨胀行为，表现为

T

o 、

T

p 、

T

c 的下降。Δ

H

下降是因为酶处理后，淀粉超分子结构有序化程度下降，致使淀粉糊化过程中所需破坏的有序化结构减少，同时，短链淀粉分子更易与水分子结合，最终导致体系加热时所需热量下降，焓值降低。

六酶制剂对淀粉糊化特性的影响

表5为酶制剂添加前后冻融淀粉糊化特性的变化规律，与原淀粉相比，冻融淀粉的峰值黏度和回生值都有不同程度的增加，这可能是由于冻融处理破坏了淀粉的短程有序化结构、双螺旋结构等规整排列的超分子结构，从而有利于柔性淀粉链容易吸水膨胀，导致峰值黏度升高。此外，反复冻融可导致“水-冰”相态的不断转变，而随着水分物态的变化，部分柔性淀粉链释放出来，互相之间通过形成大量氢键，促使淀粉链发生重排，最终表现为回生值的增加。

酶制剂添加后，淀粉的特征糊化特性值呈现整体上升的趋势，且随着

-淀粉酶的添加，其变化更为明显，其中回生值的增幅尤为显著，其作用机制可能源于

-淀粉酶对淀粉分子结构的双重调控。一方面，

-淀粉酶通过靶向水解支链淀粉的分支区域（

-1,4-糖苷键），释放出短链直链淀粉片段，这些短链分子因长度缩短而迁移性增强，在冷却阶段更易通过氢键重排形成致密缔合结构，从而强化分子间相互作用并加速回生进程。另一方面，酶解产生的低聚糖与糊精作为可溶性组分，通过羟基与水分子及淀粉链段形成多重氢键网络。这种动态作用不仅能够优化分子扩散路径，还可通过“桥接效应”促进支链淀粉残余簇与直链片段的协同重结晶。

七酶制剂对淀粉流变特性的影响

淀粉流变特性（储能模量

G

’ 与损耗模量

G

” ）通过调控分子链间的相互作用促进基质复杂网络结构的形成，能够直接影响面团的持气能力与结构稳定性。如图5所示，与原淀粉相比，冻融循环提升了淀粉的

G

’ 和

G

” ，这可能由于冻融循环导致淀粉有序化结构的破坏与断裂，提高了分子链的柔性与自由度，促进了淀粉分子间的相互作用和氢键的重新形成，从而提升淀粉凝胶的黏度与弹性。而冻融面团中添加酶制剂后，淀粉凝胶的弹性和黏性都有所增加，这可能是由于酶解破坏了淀粉的分子有序化结构，使其分子链发生降解，而疏松的分子有序化结构有利于淀粉凝胶内部聚合物分子链之间的相互作用和缠结，增强其凝胶网络结构的稳定性和刚性，从而导致

G

’ 和

G

” 的增加。此外，短链分子互相之间容易发生聚集或重排，且酶解产生的短链分子通过增强分子的柔性空间与可迁移能力，优化凝胶网络的空间分布均一性，赋予体系更高的弹性，形成了相对“锁定”的结构并使得凝胶体系对外界扰动更加刚硬，导致其凝胶的

G

’ 和

G

” 增加。

八 重组馒头品质分析

本研究通过分离重组的方法构建“冻融淀粉-面筋蛋白”复合体系，旨在揭示冻融淀粉对馒头品质的影响机制。其中，馒头比容可作为其感官品质的直观体现，而质构特性则是影响馒头口感和适口性的关键因素。由表6可知，冻融淀粉的加入使得重组馒头的比容由2.03 mL/g下降至1.78 mL/g，而其硬度、内聚性、黏着性及咀嚼性均有所增加。这一现象与冻融循环引发的淀粉分子构象重组密切相关，反复的温度波动与冰晶机械应力促使双螺旋结构解离，短程有序化性降低，使得内部分子链松散化，原本紧密排列的直链淀粉构象部分解离，暴露出更多亲水位点，增强淀粉与面筋蛋白的水分竞争效应，削弱面筋网络持气能力。在蒸制过程中，气体膨胀受限使馒头内部结构未能充分伸展，最终表现为比容下降及硬度、咀嚼性等质构参数的同步上升。

酶制剂处理显著改善了馒头的比容与质构特性，这是因为

-淀粉酶靶向水解淀粉分子链生成糊精及低聚糖，该过程不仅重构淀粉相的黏弹特性，同时可有效增强面团网络结构稳定性。此外，受到破坏的淀粉颗粒在发酵过程中更容易被酵母利用，可产生更多的二氧化碳，提高面团的发酵效率。当

-淀粉酶添加量为900 U/kg时，重组馒头的比容和质构特性较接近未冻融对照组水平，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，当酶添加量超过900 U/kg时，馒头的比容和质构特性呈下降趋势，这是可能是因为过度水解导致淀粉颗粒过小或完全溶解，过小的淀粉颗粒无法有效填充至面筋网络间隙，弱化“面筋蛋白-淀粉”基质结构的稳定性。这种结构的弱化会降低面团持气能力，致使馒头蒸制过程中气体膨胀受限，最终导致馒头比容下降、质地硬化等品质劣化现象。

结 论

本研究系统探究了复合酶制剂对冻融面团体系中水分状态、微观结构及淀粉多尺度结构和理化特性的影响，并通过重组馒头模型阐明淀粉特性与产品品质的构效关系。结果表明：酶制剂通过调控淀粉分子构象与颗粒完整性，有效降低面团可冻结水比例并强化面筋-淀粉复合结构。具体表现为双螺旋结构解旋、短程有序性降低。这些结构的变化导致淀粉的糊化温度、糊化焓（Δ

H

）降低，峰值黏度、最终黏度、回生值和流变特性均有所增加。进一步探究发现，淀粉多尺度结构和理化性能的改变显著影响重组馒头的品质，当

-淀粉酶添加量为900 U/kg时，重组馒头的比容和质构特性比较接近未冻融对照组水平。本实验不仅为酶制剂在冷冻面团的合理应用提供了理论基础，还阐明了酶制剂通过调控淀粉多尺度结构影响面团和重组馒头品质的分子作用机制，为冷冻面制品品质定向改良提供新的技术路径。

作者简介

通信作者：

苏东民，男，汉族， 1963 年生，博士，教授，河南省首批享受政府津贴专家，硕士生导师。主持完成国家自然科学基金项目 1 项；主要参加完成国家自然科学基金项目 3 项；主持完成省级重点科技支撑项目 1 项；主持完成省级科技攻关及省级国际科技合作计划项目 2 项；主持完成省级教学研究项目 3 项；主要参加完成全军后勤、农业部 948 引进项目等省部级科研项目 7 项；主要参加申报起草了《小麦粉馒头》国家标准。在国内外学术期刊上发表专业论文 60 余篇。先后主编出版《小麦粉品质改良与专用粉生产》等著作教材 7 部。获得国家科技进步奖二等奖 1 项；中国长城食品安全科技奖特等奖 1 项；中国粮油学会科技进步奖一等奖 1 项；中国食品科学技术学会科技创新技术进步奖二等奖 1 项；中国粮油学会第六届优秀论文奖二等奖 1 项；中国粮油学会科学技术奖三等奖 1 项；省教育厅科技进步奖二等奖 1 项；省教育科学研究优秀成果奖一等奖 1 项。

第一作者：

王宏伟，男， 博士，郑州轻工业大学食品与生物工程学院副教授，硕士生导师，主要从事 淀粉基谷物食品加工 、速冻米面食品加工等方面研究 。目前以第一或通讯作者发表 SCI 学术论文 30 余篇， EI 8 篇，主持或参与国家级、省部级科研项目 10 项，研究成果荣获奖励 6 项 ，主持或参与教学工程项目 3 项，并担任《 Food Chemistry》 审稿人、食品科学杂志青年编委。 获得中国食品工业协会科学技术奖一等奖、河南省教育厅优秀科技成果（论文）一等奖。

引文格式：

王宏伟, 王菲, 贾梦圆, 等. 酶制剂作用下淀粉超分子结构演变及其对冷冻面团馒头品质的影响[J]. 食品科学, 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.

实习编辑：俞逸岚；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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