如何从配方设计上减少冷冻面团伤害
注：阅读之前提醒下大家，本期文字干货较多，图片少一些，建议收藏后细读❤️
The Global Frozen Dough Market size was worth US$ 18.59 billion in 2020, and it is predicted that it will reach US$ 27.44 billion by 2025, with a notable compound annual growth rate of above 8% over the conjecture period.
2020年，全球冷冻面团市场规模为185.9亿美元，预计到2025年将达到274.4亿美元，在此预测期内的复合年增长率将超过8%。
——Market Data Forecast
○Market Data Forecast对冷冻面团市场的预测
根据权威机构Market Data Forecast的预测，未来几年冷冻面团市场仍然会呈强劲的增长势态。冷冻面团技术自1950年代以来，就已经进入探索阶段，真正落地则要到1970年代。在欧洲冷冻面团占面包行业的比重在40%左右，美国在70%左右。而日本也从1980年代开始使用冷冻面团进行现烤，日本老牌企业KANEKA也在同一时期开始了世界首次研发、生产耐冷冻酵母；1993年7-11开始配送冷冻面团现烤面包……
—关于冷冻面团的优势以及市场现状的了解可回顾我们对乐斯福沈老师的采访「冷冻面团会成为烘焙行业解困的解决方案吗？」，下文不再赘述。
反观我国，目前冷冻面团使用量比重仅在10%左右，其中大部分多为中式酥类及挞类制品，发酵类的冷冻面团还处于起步阶段。抛开生产线的搭建与器材购置等硬性条件，对于冷冻面团的普及最重要的阻力还在于技术的闭塞。所以今天我们就从冷冻面团的伤害入手，来看相对应的配方优化方案👇。至于冷冻面团制程各环节的技术要点，我们下次再做分享（emm，这个坑后面填）。
1.常见冷冻面团的伤害+造成伤害的原因
2.如何从配方入手进行优化，减少冷冻面团劣势
主要来自于酵母/面筋/淀粉的损伤
1970年代至1990年代冷冻面团的发展，离不开添加剂的发展以及为提高冷冻面团质量而做得大量研究的催化。即便如此，冷冻面团仍然面临着技术挑战。我们之前在朋友圈有做过征集，看大家在使用冷冻面团过程中都遇到过哪些问题，得到了不少反馈：
冷冻时间太久后，发酵能力明显不足；
做出的面包表皮有梨肌，有些还有大气泡；
没有现打的面团柔软；
面团持气能力下降；
发酵和烘烤时膨发不够；
……
以上出现的冷冻伤害，可以大致划分为3类：酵母伤害、面筋受损、淀粉变性。我们来逐个剖析。
酵母活性受损
在之前讲「面包酵母历史与分类」一文时，我们就提到过面包酵母需要冷藏/冷冻保存，说明酵母菌种能抵抗零下低温，那为什么冷冻面团中酵母又非常容易失活呢？这就要从面团冷冻时的2个变化上说起了：渗透压、冰晶。
面团凝固温
在通俗认知里，水在低于0℃时就会开始结冰，不过面团中因为不仅含有水，还含有油脂、盐、糖等其他物质，因此水凝固的难度加大，凝固点会低于纯水，被称为“冰点降低”（freezing point depression）。所以一般情况下，冷冻面团的结晶温度为-9℃。
○「NMR分析冷冻面团在低温下的水份特性」论文数据
在冷冻过程中，面团中的水分发生了变化：半结合水在冷冻时一部分形成冰；深层结合水在面团冷冻时不发生变化或迁移。从上方的论文图中我们可以看到，在-30℃以下，面团中几乎没有液态水分子存在，而在-25℃~0℃之间，是固态冰、未冻结水、深层结合水并存的状态。
首先冷冻过程中，在-3℃至-12℃时，酵母细胞内部水分会结冰，体积变大，酵母受到损伤。同时随着冷冻面团中的其他水相继结冰，导致面团渗透压升高，足以破坏酵母的细胞膜。当面团处于这种未完全冻结的状态时，细胞外液的冰晶会随着流出细胞液体的凝固而越长越大，最终面团会被不断长出的冰晶体扎出许多洞，而解冻的过程又会使面团中保存的液体由这些通道流出。最终导致酵母细胞受损或死亡，面团出现裂纹，持气能力下降，同时从受损和死亡的酵母细胞中溶出的大量谷胱甘肽会让面团过分柔软，对面包体积产生负面影响。
○「冷冻工艺条件对发酵面团中抗冻酵母活性的影响」论文数据，随着冷冻终温的降低，面团的发酵力不断下降，温度低于-26℃后这种趋势更加明显。
同时冻藏还会导致酵母细胞呼吸受损，因此冷冻面团温度一般在-18℃，环境温度不能波动太大，防止重结晶的发生。至于冷冻速率和解冻环节，我们则会在下期关于制程的讲解上再进行展开。（注：即使快速冷冻，在冷冻过程中冰晶也会持续变大，这种现象也被称为“冰晶重结晶”）
面筋受损
在之前Tuzi老师的那篇「面缸里的平衡，是好面包的开始」一文中，已经介绍过面粉中的醇溶蛋白和麦谷蛋白与水结合形成面筋。
○良好的面筋网络，CIB
但是在冷冻过程中，面团中冰结晶效应会诱发谷蛋白大分子聚合体发生解聚，面筋间的结合降低，二硫键（蛋白质分子间的连接纽带）断裂，导致水合作用弱化，吸水能力下降，面团弹力下降，持气能力不足。
淀粉的冷冻变化
冷冻过程中，淀粉在冻藏时也会发生一部分破损，淀粉晶体中的直链淀粉溶出，淀粉结晶度增加，面包芯硬度增加。随着冷冻和解冻过程的发生，损伤淀粉的含量也相应增加。大家知道，一般面包用面粉中损伤淀粉的量约为全部淀粉量的7%~12%。冷冻面团中的损伤淀粉含量增加，会导致面团非常软塌粘手；并且冻融后的受损淀粉无法与面筋形成稳定的面团结构，导致面包比容下降。
以上，就是导致冷冻面团伤害的3个主要因素了。基于上面的原因，因此在冷冻面团的配方上，就可以进行相应的设计了👇
从这几个方面对症下手
酵母的选择上
根据上面解释的，我们可以知道在冷冻过程中酵母会一部分失活，所以在制作冷冻面团时，通常酵母用量会是普通配方用量的2~3倍。
另外还可选择专门用于冷冻面团的耐冻酵母，比如KANEKA冷冻面团高活性干酵母KIDYG。如果是烘焙门店自制冷冻面团，手头没有耐冻酵母，冷冻时间不超2周的，可选用乐斯福金燕鲜酵母，效果也不错，不过冷冻后的面团需要尽快取用。
这里不妨插播一下，在对酵母菌种研究与筛选中发现，酵母细胞内含有的海藻糖和脯氨酸对抗冻力有一定的正向影响，高含量的海藻糖与高水平的压力耐受性密切相关；脯氨酸可以清除活性氧（ROS），而活性氧被认为是酵母在渗透、冷冻压力下的主要杀手。与海藻糖或脯氨酸的单一积累相比，同时增加两者的含量可以让酵母具有更高的耐受性，并提高了冷冻面团的发酵能力。
在上面我们了解到冷冻过程中面筋会受到一定程度的损伤，因此冷冻面团的配方设计上，一般会添加一定含量的谷朊粉（又称面筋蛋白，用量在1%~2%），提高面筋含量，弥补面筋的损伤。
上图是对冻藏1、4周的冷冻面团进行800倍放大，扫描电镜分析，由图可以看出，冻藏1周时2%面筋蛋白添加组能明显观察到连续清晰的束状面筋网络，淀粉颗粒镶嵌于其中；而空白组的面筋网络和淀粉小颗粒混合在一起，不能明显观察出。冻藏4周时，面筋蛋白组还能观察到破碎的面筋网络，而空白组几乎观察不到面筋膜，淀粉颗粒大都裸露在外。说明2%面筋蛋白能明显增加面筋网络的抗冻能力，改善冷冻面团品质，延长冷冻面团保质期。
抗冻蛋白
抗冻蛋白
抗冻蛋白，也被称为“冰结构蛋白”（ice-restructuring proteins ，简称ISPs），其蛋白能够附着在微小冰晶体的表面，阻止晶体继续生长扩大。
像冰淇淋之所以没有凝固得如冰块那么坚硬，一部分是因为含有大量的可溶性糖，导致凝固点温度降低，另一原因则是抗冻蛋白的加入，可以消除冰淇淋的冰渣。
○「冰结构蛋白对长期冻藏冷冻面团抗冻发酵特性与超微结构的影响」论文数据，点击可放大查看
大家已经知道冰晶的形成对酵母和面筋组织都有很大的伤害，抗冻蛋白的加入，阻止了冰晶重结晶，同时抗冻蛋白还可以在一定程度上保护面筋结构免于被打散、被降解。
上图是空白对照组（未添加抗冻蛋白）和添加了0.5%的抗冻蛋白的面团在冷冻0、35、70、107天后的状态对比，左侧图可以看到添加了抗冻蛋白的在相同冻藏天数下，比容积更大；右侧图可以看出右列添加了抗冻蛋白组，与左列空白组的面包超微结构对比，同样明显添加了抗冻蛋白的面筋膜结构保存较好，虽然也有断裂和空洞，但面筋留存情况较好。
增稠剂/胶体
胶体中一般含有亲水基团，可以提高持水率，控制水分的迁移，使游离水分子失去运动的自由度。瓜尔豆胶、槐豆胶、刺愧豆胶等基本都可以减少可冻结水含量，从而抑制冰晶的产生。
○「刺槐豆胶对冷冻面团水分分布及面包品质的影响」论文数据图，LBG指的是添加了刺愧豆胶的冷冻面团
上图就是添加了刺槐豆胶（LBG）的冷冻面团，与空白组相比，明显提高了弹性（面筋持气性）和柔软度。因为添加LBG后，减小了自由水的占比，减弱了冷冻面团的流动性；同时LBG在一定程度上保护了面筋蛋白的网络结构，维持了淀粉颗粒的排布状态以及面团发酵速度的稳定。（更多图解和数据可查询原论文）
不过胶体的添加需要适量，过量不仅增加面团粘稠度，也会减少成品面包的比容。
乳化剂
乳化剂是一类具有亲水基团和疏水基团的表面活性剂，能够在分散相表面形成保护膜、降低界面张力。同时乳化剂具有将麦谷蛋白与醇溶蛋白，以及麦谷蛋白与淀粉相结合的作用。因此加入乳化剂，可使面团形成更致密的网状结构，在冷冻时起到保护面筋的作用，增强面团持气能力。
另外涉及的一点则是乳化剂，比如单甘酯可以与直链淀粉结合形成聚集体，防止淀粉重结晶，保持面包柔软度，从而延缓了面包老化。
这里不妨再提一下，鸡蛋中的蛋黄富含卵磷脂，卵磷脂作为一种乳化剂，也经常被添加到冷冻面团中，起到保护面筋作用，增加冷冻面团的持气能力，维持膨发力。
以上，除了我们提到的这些，还有通过适量添加海藻糖、α-淀粉酶、戊聚糖酶等方式来阻止面团的冷冻伤害，同时以上原料的添加也能有效延缓面包老化。不过有一点不同的是，在制作冷冻面团时，通常水量会比普通配方减少2%~3%，起到减少冰晶的形成，保护酵母和面筋结构的作用。
以上，就是我们今天的分享内容了。在了解了冷冻面团伤害的原理之后，再从配方上进行优化，有针对性的减少冷冻面团的伤害。有些原材料的使用和设计，文中提炼了原理和实验结果，更具体的实验现象研究大家可以搜索论文进行查阅。
下一期的冷冻面团课题，我们将围绕制程进行展开，讲解技术要点，对冷冻面团技术感兴趣的不要错过哦❤️ 。希望随着冷冻面团技术的成熟，冷冻面团可以成为烘焙行业解困的解决方案~
文 | Mogu
图 | 网络+CIB
主要参考资料：
JIB内部资料
Modernist Cuisine
《NMR分析冷冻面团在低温下的水份特性》
《冷冻工艺条件对发酵面团中抗冻酵母活性的影响》
《刺槐豆胶对冷冻面团水分分布及面包品质的影响》
《面筋蛋白对冷冻面团超微结构及馒头品质的影响》
《乳化剂对冷冻面团(高筋粉)拉伸特性的影响》