《Food Chemistry》：Influence of pulsed electric field on rheological and structural properties of frozen non-fermented dough by controlling ice crystal formation
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脉冲电场调控冷冻非发酵面团的冰晶形成与品质提升，通过优化相位转变时间（缩短33.33%）、抑制冰晶生长（减少20.88%）、增强面筋蛋白结构（β-折叠+12.66%，α-螺旋+8.98%）及调控淀粉结晶（结晶度+4.86%，短程有序性-35.44%），有效改善面团粘弹性（提升52.18%和60.27%）和水分布特性。
Xijing Wang|Lunan Guo|Ying Chen|Liang Zhang|Chunsen Wu|Jian-Ya Qian
扬州大学食品科学与工程学院，中国江苏省扬州市华阳西路196号，225127
摘要
脉冲电场（PEF）被用于调节冷冻过程中冰晶的形成和分布，以改善冷冻非发酵面团的质量。通过差示扫描量热法、低场核磁共振、扫描电子显微镜、共聚焦激光扫描显微镜和流变学对面团进行了表征。结果表明，在7.5 kV/cm的电场强度下进行PEF处理效果最佳：相变时间缩短了33.33%，冰晶和可冻结水的含量分别减少了20.88%和22.39%；面团的粘度和弹性分别提高了52.18%和60.27%； gluten蛋白的二级结构发生了变化，β-折叠片和α-螺旋分别增加了12.66%和8.98%；淀粉的结晶度提高了4.86%，淀粉分子的短程有序性降低了35.44%。PEF通过影响冰晶的形成、水的移动性以及蛋白质的二级结构，提高了冷冻非发酵面团的质量。
引言
当小麦粉与水混合时，会形成粘弹性面团。小麦粉聚集形成一种可拉伸、可延展且可凝固的蛋白质-淀粉基质，并形成薄的气体保持层（Gallagher等人，2004年）。小麦约占全球所有谷物消费量的30%，与水稻和玉米并列为世界上最重要的农作物。中国约有三分之一的人口以小麦粉制品为主食。中国特色的点心如馒头、包子、饺子和烧卖通常使用含或不含酵母的面团制成。蒸制是这些产品的常见保存和销售方式，但这需要在食用前重新加热，导致大量能源浪费。中国人喜欢在制作完成后立即食用这些食物，而面团的制作过程耗时较长。因此，超市、餐馆和家庭对即用型面团有大量需求。自20世纪90年代以来，冷冻面团技术已成为烘焙行业的一项创新食品加工技术，并迅速普及和应用（Omedi等人，2019年）。与通常含有多种成分和添加剂的烘焙食品不同，中国式点心的面团仅由小麦粉、水和（或不）酵母组成，属于典型的“清洁标签”产品，且不易受到冷冻影响。
冰晶的形成是影响中国式点心冷冻非发酵面团质量的关键因素。冰晶的数量和大小主要受两个关键因素的影响：面团通过冰晶形成温度（-1至-5°C）的速度以及系统中的可冻结水量。前者决定了冰晶生长的“时间窗口”——面团冷冻时间越长，形成的冰晶越有序、越大；后者为冰晶生长提供了“物质基础”——可冻结水量越高，结晶核的形成点和构建材料就越多。这两个因素共同调节结晶过程，影响冰晶的形态（Zhang等人，2020年），并决定冷冻面团的质量。
电场（EF）技术在调节冰晶形成方面显示出独特优势。Santos等人（2022年）研究了电场对冰晶形成和生长的动力学调控作用。Orlowska等人（2009年）证明，高压直流电场处理可以在蒸馏水中诱导可控的冰核形成。蒸馏水的结晶核温度从-12.28°C升高到-5.90°C；同时，随着结晶核温度的升高，过冷度降低。Mok等人（2015年）将脉冲电场（PEF）与排斥性静态磁场结合，实现了高效且协同的冷冻过程，在最短的相变时间内形成了均匀球形且平均尺寸最小的冰晶。Guo等人（2023年）提出，PEF处理诱导了面筋中水分子的极化和重新排列，影响了水与面筋蛋白之间的结合，从而增强了水分保持能力并促进了面筋蛋白的交联，提高了植物基食品的面筋网络稳定性。Lee等人（2024年）和Grgi?等人（2024年）展示了PEF在改善面包面团发酵特性方面的潜力，重点研究了PEF对酵母活性或单一原料成分性能的调控作用。
非发酵面团是中国点心的基础。其成分简单，缺乏抵抗冷冻应力的添加剂，因此对冰晶损伤极为敏感。尽管现有研究表明PEF在调节冷冻效率和抑制冰晶生长方面具有积极作用，但大多数研究仅限于单一组分系统，未能充分阐明复杂多相面团基质中各组分之间的相互作用。因此，本研究基于“清洁标签”和绿色技术的原则，利用PEF处理来调节冷冻过程中的冰晶形成。通过流变学性质、水分分布、冰晶含量和分布以及淀粉和蛋白质结构来研究PEF对冷冻非发酵面团质量的影响。本研究旨在为未来PEF在冷冻面团质量改进中的应用提供技术支持。
材料与试剂
小麦粉由内蒙古恒丰集团银良面粉业有限公司生产，含有122.0 g/kg的蛋白质、752.0 g/kg的碳水化合物、141.3 g/kg的水分和10.0 g/kg的粗脂肪。所有分析级化学品均从中国合格的供应商处购买。
冷冻面团的制备及脉冲电场（PEF）处理
参考Wang等人（2025年）的方法，将200.0 g小麦粉和96.0 g去离子水在搅拌机（HS-05D，南通欧恒机械有限公司）中混合。揉捏7分钟后，得到相应的面团
冷冻曲线
冷冻过程中水的相变决定了冷冻食品的质量；较小的冰晶对材料组织的损伤较小。如图1所示，在7.5 kV/cm的电场强度（EFI）下进行PEF处理，相变时间缩短了33.33%（从27分钟缩短到18分钟），这表明在较短时间内形成了大量较小的冰晶（S1显示了所有测试电场强度下的冷冻曲线）。这主要归因于水分子的方向性极化。
结论
本研究评估了不同电场强度（EFI）下的脉冲电场（PEF）处理对冷冻非发酵面团的冷冻行为、水分分布、流变学性质、淀粉结晶度、蛋白质结构和微观结构的影响。适中的电场强度（2.5–7.5 kV/cm）有效加速了冷冻过程，使相变时间缩短了多达33.33%。在7.5 kV/cm的电场强度下处理的效果最为显著
CRediT作者贡献声明
Xijing Wang：撰写初稿、进行研究、争取资金。Lunan Guo：争取资金、进行正式分析。Ying Chen：项目管理。Liang Zhang：数据整理。Chunsen Wu：资源调配。Jian-Ya Qian：撰写、审稿与编辑、监督、争取资金。
未引用参考文献
Gagneten等人，2023年
Shivu等人，2013年
Yang等人，2021年
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述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：32072133和32202085）和江苏省研究生研究与实践创新计划（编号：SJCX24_2366）的财政支持。
