驱动冷冻面团多尺度结构劣化的水-冰动力学：机理、表征与定向调控

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Water–ice dynamics driving multiscale structural deterioration in frozen dough: Mechanisms, characterization, and targeted regulation

　　

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  综述了冷冻面团中水-冰动态的机制与监测方法
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  水分迁移与冰晶再结晶形成自强化损伤循环
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  蛋白质和淀粉的构象重排具有条件依赖性
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  水-冰动态导致气室液膜失稳并引发SGSPs脱附
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  靶向调控冰晶与水的状态并稳定基质可削弱该循环

引言

冷冻面团技术将面团制备与最终加工分离，促进了面粉类食品的标准化、集中化和工业化生产。冷冻技术和冷链技术的进步，以及中央厨房的日益普及，进一步增加了其应用潜力。然而，冷冻、冷藏储存、运输及后续处理往往会损害面团的持水能力、粘弹性、发酵活性和持气能力，最终影响产品质量并限制其更广泛的应用（Jiang et al., 2025b; Li et al., 2025c; Wang et al., 2026a）。这些质量损失与冷冻和冷藏储存过程中的水-冰动态密切相关，特别是水分迁移以及冰晶的成核、生长和再结晶。

基于冻结行为，冷冻面团中的水可分为可冻结水和不可冻结水。可冻结水主要包括自由水以及与面筋蛋白和淀粉弱结合的水，在冷却过程中发生冰晶成核和晶体生长。在过冷条件下，冰晶成核涉及有序分子簇的形成，随后水分向生长的冰晶输送（Sun et al., 2023; Xie et al., 2023）。冷藏储存期间的温度波动可进一步促进冰晶再结晶，此过程中较小的晶体收缩或消失，而较大的晶体生长（Lin et al., 2023）。这些过程涉及水向冰相的重新分配以及剩余未冻结相的冷冻浓缩，从而改变水的流动性、其与大分子物质的关联以及冷冻面团的局部物理化学环境。

面团主要由嵌入在连续面筋网络中的淀粉颗粒组成，其冷藏储存稳定性与面筋网络的连续性和淀粉颗粒的完整性密切相关（Lu et al., 2023; Tao et al., 2023）。水的重新分配、冷冻浓缩以及冰晶引起的机械应力可能导致面筋构象重排、麦谷蛋白大分子聚合体解聚、网络破坏、淀粉颗粒损伤以及分子重组，从而损害基质稳定性（Liu et al., 2024; Wang et al., 2026b; Zhao et al., 2022）。然而，这些结构变化并不一定是单向的。一些研究报告了蛋白质有序度降低、疏水基团暴露、网络解聚以及淀粉螺旋结构破坏，而另一些研究则观察到蛋白质聚集增加或淀粉结晶度提高（Wang et al., 2021; Zhang et al., 2022a）。这些差异可能反映了水-冰动态的阶段依赖性：早期冻结期间的脱水和冷冻浓缩可能促进大分子靠近和局部有序化，而持续的水分迁移、冰晶粗化和机械扰动则可以逐渐破坏原始基质结构。

除了面筋网络和淀粉颗粒外，淀粉颗粒表面蛋白以及发酵面团中分隔气室的薄液膜也是重要的结构组成部分。与淀粉颗粒表面相关的蛋白质可作为淀粉与面筋之间的分子桥梁，促进界面粘附和应力传递。冻融引起的水分迁移和冰晶形成可能使这些蛋白质移位并削弱淀粉-面筋相互作用（Tao et al., 2025; Tao, Lu, Zhu, Wang, & Xu, 2023）。在预发酵冷冻面团中，冰晶可能在气-液界面附近优先形成和生长，引发局部水分迁移和冷冻浓缩，从而扰乱液膜组成和稳定性（Baier-Schenk et al., 2005b; Grenier et al., 2021; Jiang, Guo, & Zhu, 2025b）。因此，理解水-冰动态如何影响面筋蛋白、淀粉颗粒、淀粉颗粒表面蛋白和气室液膜，对于阐明冷冻面团的多尺度结构劣化至关重要。

人们已开发出多种策略来减缓冷冻面团的劣化，包括优化冷冻和储存条件以及添加抗冻蛋白、酶、多糖和其他功能性成分（Jiang et al., 2026）。从机制上讲，这些方法主要寻求调节水状态和冰晶行为，同时稳定面筋-淀粉基质，从而减少冰晶引起的结构损伤。现有的综述大多按添加剂类别、成分类型或加工方法来组织这些策略，对于将水-冰动态、基质劣化和质量调控联系起来的一般机制的整合相对有限。因此，本综述聚焦于冷冻面团中的水-冰动态，系统地考察其潜在机制、监测与表征方法、相关的多尺度结构劣化以及靶向质量调控策略。通过建立连接水-冰动态、结构劣化和质量保持的机制导向框架，本综述旨在为保持冷冻面团质量和开发有效的冷冻保护技术提供理论基础。

章节摘要

冷冻面团系统的概述与分类

冷冻面团系统可按冷冻发生的加工阶段分为四类：未发酵、预发酵、部分熟制和完全熟制产品。未发酵冷冻面团在混合和成型后、发酵前进行冷冻，此时面筋-淀粉基质仍相对紧密，尚未形成发达的气室网络。冷藏储存期间的劣化主要与水分迁移和冰晶引起的面筋网络

冷冻前面团中的水分分布

加水后，淀粉、面筋蛋白和非淀粉多糖在混合和静置过程中竞争水分。淀粉通过颗粒表面和非晶区吸收水分，而面筋蛋白在混合过程中水合并形成连续网络（van Rooyen et al., 2023）。根据水的流动性及其与基质的相互作用，面团中的水通常分为强结合水、弱结合水和自由水。强结合水与

水-冰动态引起的冷冻面团多尺度结构劣化

冷冻面团质量劣化是由多个结构尺度上的水-冰引起的损伤所致，而非单一组分的损伤（图4）。面筋网络和淀粉颗粒构成面团的主要基质，决定其粘弹性、持水性和可加工性。淀粉颗粒表面蛋白（SGSPs）有助于淀粉-面筋界面粘附、应力传递和基质连续性，而预发酵面团中的气室液膜对于

通过冷冻和冷藏储存条件调控冰晶动态

初始冷冻速率通过调节冰晶成核与晶体生长之间的竞争来影响冰晶尺寸。快速冷却促进高度过冷，增加成核速率和成核密度。它还能加速冻结前缘的推进，从而减少水分向生长中的冰晶迁移以及后续晶体生长的可用时间。这些效应有利于形成大量小冰晶，并可能减少机械

结论与展望

本综述阐明了冷冻面团中水分分布、冰晶成核、晶体生长、冷冻浓缩和再结晶的热力学和动力学机制。它还总结了DSC、LF-NMR、Cryo-SEM、CLSM和CRM在表征水状态、冰晶形貌和微观结构方面的应用。然而，冷藏储存过程中水分迁移、局部相变和冰晶再结晶的连续原位监测和定量分析

未引用参考文献

Jin et al., 2026; Zheng et al., 2023.

CRediT作者贡献声明

Lulu Yin：写作——初稿；可视化；数据整理；正式分析；软件；方法学；验证；调查；概念化。Tingting Li：写作——审稿与编辑。Waleed Al-Ansi：写作——审稿与编辑；项目管理；数据整理；监督。Yikai Ren：数据整理；调查；可视化；软件。Kaidi Wang：调查；正式分析；软件；方法学。Mingcong Fan：监督、项目管理、写作——审稿与编辑。

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作者声明，他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到 中国农业科研系统专项基金（CARS-08-G19）、新疆维吾尔自治区关键技术研究与开发项目（2025B04026-002）、国家重点研发计划（2025YFF1107604）、中央高校基本科研业务费（JUSRP202501061）以及食品科学与资源全国重点实验室江南大学研究项目（编号SKLF-ZZB-202514）的资助。

Lulu Yin|Tingting Li|Waleed Al-Ansi|Yikai Ren|Kaidi Wang|Mingcong Fan|Haifeng Qian|Yan Li|Li Wang