《International Journal of Biological Macromolecules》：Combined protective effects of xanthan gum and maltitol on multi-scale properties of frozen dough under repeated freeze-thaw cycles
编辑推荐：
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XG与Mal的组合增强了酵母的存活率，显著优于未经处理的酵母。
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双重添加剂系统减少了可
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XG与Mal的组合增强了酵母的存活率，显著优于未经处理的酵母。
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双重添加剂系统减少了可冻结水分含量，并实现了最低的ΔH值。
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协同作用使α-螺旋和β-折叠结构恢复到接近原始水平，同时保持了二硫键的稳定性。
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复合添加剂组在拉伸力和位移性能上达到了接近原始产品的水平。
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使用复合改良剂的面包在质地方面有显著改善，接近原始产品的水平。
引言
冻结面团技术因其在节省时间、延长保质期和产品标准化方面的优势而在烘焙行业中得到广泛应用[1]。该技术通常采用“先冷冻再发酵”的策略，有效地保持了面团在烘焙前的物理化学稳定性[2]。作为面包、中式蒸面包和汉堡包等食品的多功能基础原料，冷冻面团通过冷链系统输送到零售终端。虽然冷链运输对于保持产品质量至关重要，但反复的冻融循环（通常由物流中断或储存不当引起）却构成了严重威胁[4]。这些循环会破坏面筋网络，加剧水分迁移，并降低酵母的存活率[5]，最终影响烘焙产品的持气能力、膨胀潜力和最终质地[6]。
为了减轻冻融循环中的质量下降，人们探索了多种策略。早期研究专注于单一添加剂，它们通过针对特定的劣化机制表现出部分保护作用[7]。最近，人们开始研究多组分复合配方，以通过互补的功能实现更广泛的保护[8]。然而，尽管取得了这些进展，但面团的劣化机制仍然复杂，主要受冰晶重结晶的影响。最初，细小的冰晶融化并重新生长成较大的不规则结构，破坏了水的分布。同时，表面升华导致面包皮硬化，降低了消费者的接受度[3]。从机械角度看，大冰晶会破裂酵母细胞壁和膜，降低发酵活性[9]。此外，水分迁移会削弱面筋-淀粉矩阵，减少面团的延展性和持气能力[10],[11]。尽管这些多组分系统比单一添加剂更有效地改善了水分保持能力或延缓了面包的老化，但大多数研究仅在单一冻融条件下进行，或者仅关注有限的质量属性。系统性地研究酵母存活率、面筋网络完整性、水分状态调节以及在反复冻融应力下的产品质地的情况仍然很少，尤其是针对水胶体-多元醇组合的研究。
为了克服单一组分的局限性，研究人员越来越关注复合系统，特别是水胶体和糖醇的组合[12]。黄原胶是一种强大的水胶体，它通过氢键增强面筋网络，形成更密集的三维结构[13]。其剪切稀化行为提高了加工性能，而其粘弹性特性则在发酵过程中支持面团的膨胀[14]。相反，麦芽糖醇具有冷冻保护作用；其羟基结合自由水，抑制淀粉的分子重排，减少可冻结水分含量[15]。除了其低血糖指数的好处[16]外，麦芽糖醇还能有效保护酵母细胞免受冷冻引起的膜损伤[9]。尽管已经有多种水胶体-多元醇组合被用于冷冻面团，但大多数研究仅关注孤立的质量属性或单一冻融条件，系统性的多尺度研究（涵盖酵母代谢、面筋蛋白结构、水分动态和宏观面团性能）仍然有限。特别是，这两种添加剂的联合作用机制——它们是独立作用于不同目标，还是通过耦合的物理和生化途径协同作用——尚未得到深入探讨。
因此，这项工作的新颖之处不仅在于报道了一种特定的改良配方。我们的目标是一个机制框架，将黄原胶的宏观物理限制作用与麦芽糖醇的微观细胞内和分子保护作用联系起来。具体来说，我们假设黄原胶主要在介观和宏观层面发挥作用，通过形成连续的凝胶网络来限制冰晶生长，并机械性地保护酵母细胞和面筋基质；而麦芽糖醇则在微观和分子层面通过细胞内渗透保护和直接结合水分来发挥作用。这些互补机制预期会在冻融损伤的不同环节发挥作用，而不仅仅是产生简单的叠加效应。为了验证这一假设，本研究设计了在相同的重复冻融条件下，同时监测所有相关组织尺度上的指标：酵母存活率和代谢活动、水分分布和状态、面筋网络完整性、面团微观结构以及最终产品质地。这种综合设计使得观察到的改进结果可以不仅仅被解释为单一的叠加效应，而是提供了一种多尺度、基于机制的保护策略的证据，为未来改良剂的合理设计提供依据。
因此，本研究探讨了黄原胶和麦芽糖醇对经历反复冻融循环的冷冻面团质量的综合保护作用。我们评估了酵母的代谢活性、面团的物理化学性质（包括pH值、可滴定酸度、湿面筋含量、分子间力、拉伸特性、发酵流变性和微观结构），以及蛋白质的结构属性（二级结构、表面疏水性和自由巯基团）。主要目的是阐明这种复合系统如何在多个组织层面上减轻冻融损伤，并为开发高性能的冷冻面团改良剂提供理论支持。
部分内容摘要
试剂和材料
高筋小麦粉（水分含量13%，蛋白质含量16.13%（干基），灰分0.6%（干基），损坏的淀粉7.7%（干基）由中国河南美丹纳贸易有限公司提供；酵母由中国安吉酵母有限公司提供；黄原胶和麦芽糖醇由中国内蒙古富峰生物科技有限公司提供。所有试剂均为分析级化学物质。
面团制备和冻融处理
面团配方的表达基于100.0克小麦粉干物质。
XG和Mal对酵母存活率和代谢活动的综合影响
如表1所示，反复的冻融循环（5次循环）对酵母造成了严重损害，活细胞数量减少了62.8%（从对照组的1.91×10^5 cfu/g降至FT组的0.71×10^5 cfu/g），存活率也相应下降到37.06%。这种广泛的细胞死亡与物理和渗透压的共同作用有关：细胞内外的冰晶形成会机械性地破坏膜完整性，而冰晶的重结晶也会进一步加剧损伤。
结论
本研究表明，在测试的特定条件下，黄原胶（XG）和麦芽糖醇（Mal）对冷冻面团具有综合保护作用。结果支持这样的观点：这两种添加剂可能通过不同的作用机制起效。黄原胶的三维凝胶网络提供了宏观物理限制，限制了冰晶的生长，并机械性地保护了面筋基质；而麦芽糖醇则
作者贡献声明
陈子强：负责撰写——初稿、方法学设计、数据整理。 赵亮：负责撰写——初稿、数据可视化。 杨玉琪：软件开发。 王若曦：软件开发。 谢东东：负责撰写——审稿与编辑、数据可视化、验证、项目管理、方法学设计、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国河南省自然科学基金（项目编号：262300420125）和河南工业大学“双一流”本科科技创新能力提升专项项目（项目编号：HN-HautFood-IAEG-021）的支持。
Ziqiang Chen|Liang Zhao|Yuqi Yang|Ruoxi Wang|Dongdong Xie
