不同地区传统老酵头对面团发酵特性及馒头品质的影响

艾志录, 聂文静, 邢小龙, 李真, 潘治利, 黄忠民, 索标*

1(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州,450002) 2(农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州,450002) 3(速冻面米及调制食品河南省工程实验室，河南 郑州,450002)

馒头是我国北方人民的传统主食，传统老酵馒头品质优良且具有独特风味。随着人们对传统老酵馒头的消费倾向越来越高，传统老酵头得到了广泛的关注。传统老酵头作为一种自然发酵生物技术在活性干酵母出现的几千年前已经得到了应用[1]，由单一酵母发酵制得的馒头风味单一化，使用传统老酵头为原材料制作出的馒头产品不仅风味独特且感官品质较好[2]。老酵头中的微生物在发酵过程中生成的有机酸和胞外多糖可影响面团体系中蛋白质与淀粉之间的相互作用，使面团的硬度降低[3-5]，为面团提供较低pH值的发酵环境，改善产品的体积和流变学特性[6]，延缓面制品的老化，延长产品的货架期[4,7]。然而，由于中国不同地区传统老酵头种类繁多，各品种之间的发酵性能也具有显著差异，发酵过程不稳定且较难控制，因而制约着老酵馒头的工业化生产。

丁长河等人[8]比较分析了从酵头中分离鉴定出不同菌种接种制作出的馒头与一种工厂化生产馒头在物性指标方面的差异，发现酵头发酵的馒头具有较好的品质特征和感官评分；程晓燕[9]研究了植物乳杆菌发酵馒头的抗氧化特性及挥发性风味物质特征，结果表明添加了乳酸菌发酵的酸面团蒸制出的馒头具有较多的风味物质；胡丽花[10]对面团发酵过程中酵母菌和乳酸菌之间的代谢作用进行了研究，结果表明不同菌种对于原料的利用程度有所不同，在面团发酵过程中代谢产酸及可溶性糖的含量不同。目前研究多集中在单菌接种及优势菌群对面团发酵及馒头品质的影响等方面，尚未见关于不同地区传统老酵头对面团发酵特性及馒头品质影响的研究报道。有研究证明，面团发酵过程中的发酵特性及面团的流变特性是衡量面团发酵品质优劣的重要标准[11]，而面团品质的优劣是决定馒头品质的重要因素[12]。因此，对老酵头发酵特性的研究十分必要。

我国以馒头为主食的地区广泛分布在各小麦主产区，因此本文多采集小麦主产地区的传统老酵头为研究对象，对不同地区老酵头在面团发酵过程中的发酵特性和制作馒头的品质进行综合分析，明确影响产品品质的主要因素，以期为我国传统老酵头在工业化生产中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

金苑特一粉，郑州金苑面业有限公司。14个地区老酵头样品所属地区、样品收集方式及前期试验所得最佳发酵时间见表1。

表1 十四种传统老酵头所属地区、收集方式及最佳发酵成熟时间Table 1 Fourteen kinds of traditional starter cultureregions, collection methods and optimal fermentationmaturation time

1.2 主要仪器与设备

SZM-10型搅拌机，广州旭重食品机械有限公司；JXFD-7型醒发箱，北京东孚久恒仪器技术有限公司；F3流变发酵仪，法国肖邦技术公司；FE20型实验室pH计，梅特勒仪器(上海)有限公司；AR-1000型流变仪，英国TA Instrument公司；SM-302型切片机，新麦机械(无锡)有限公司；TA-XT Plus型TPA质构仪，英国Stable Micro System公司。

1.3 老酵面团及老酵馒头样品的制备

将300 g面粉，150 mL水与适量老酵头混合均匀后，将所有原料放入搅拌机搅拌15 min，至面团的表面光滑不粘手为佳。将搅拌好的面团放置在醒发箱中进行发酵，醒发箱设置温度为37 ℃，湿度为60%。面团内部为密密麻麻的蜂窝状结构，有轻微酸味即为发酵完成。每个馒头称取100 g面团进行成型，将成型后的样品放置在醒发箱中进行20 min的二次醒发，然后大火蒸制20 min，停火5 min后即可开盖，至此完成馒头的制作。每次制作3个馒头，每个样品重复3次独立试验。

1.4 测定方法

1.4.1 老酵头制作面团发酵过程中pH值的变化

当不同老酵头制作面团在醒发箱中进行发酵时，每间隔2 h称取10 g面团与90 mL蒸馏水进行均质使其混匀，用pH计测定此时溶液的pH值[13]，每个样品重复3次取平均值。

1.4.2 老酵面团发酵特性的测定

采用F3流变发酵仪进行老酵面团发酵特性的测定，取制备好的面团315 g迅速放置在发酵篮中，设定温度为37 ℃，测试时间设定在各样品的最佳发酵时间后2 h，面团上砝码质量为2 000 g[14]。

1.4.3 老酵头制作发酵面团动态流变特性的测定

面团的动态流变学特性测定选择振荡模式下的频率扫描进行试验。测定条件：直径35 mm的钛合金平板，夹缝距离为1 mm，应变0.1%，振荡频率为0.1～20 Hz，试验温度25 ℃。测定方法：取发酵的面团10 g，用保鲜膜包裹好，置于流变仪平台上，室温松弛25 min后，切除多余的面团，用硅油密封面团，以防测定过程中水分蒸发，在平台上平衡5 min，使残余的应力松弛后再开始测量，样品检测在1 h之内完成[15]，每个样品至少重复3次操作，取平均值。

1.4.4 老酵头制作馒头质构指标的测定

将制作好的老酵馒头在室温下放置1 h后，使用切片机将馒头切成厚度为15 mm的片状，取馒头中间的两片，使用探头P35进行测定，测前速度3.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，测后速度1.0 mm/s，压缩率设定为50%，2次压缩的间隔为5 s，起点感应力5 g。每个样品进行6次重复测定，取平均值。

1.4.5 老酵头制作馒头比容的测定及感官评价

将制作好的老酵馒头在室温下放置1 h后测定馒头的比容，用菜籽法测定馒头的体积，体积与馒头质量的比值即为馒头的比容，每个样品进行3次重复测定，取其平均值；选取10名人员组成馒头感官评定小组，感官评定标准参考苏东民等人[16]的评分规则并稍作改动，具体评分标准见表2。

1.4.6 数据处理

各指标最终数据均取多次测试的平均值，数据处理使用Excel软件，方差分析及相关性分析使用SPSS 20.0软件。

2 结果与分析

2.1 老酵头制备面团发酵过程中pH值的变化

不同地区老酵头制备面团发酵过程中的pH值的变化如图1所示。

不同地区老酵头制作的面团在发酵过程中，pH值的变化趋势大致相似，随着发酵时间的增加，面团的pH值持续降低。面团发酵初期，各面团的初始pH值范围在6.24～5.01之间，持续至面团成熟期，各面团的pH值范围在5.37～4.24之间。在面团发酵前期，微生物经过短暂的停滞期随即进入快速生长期，微生物总数不断增加[17]，并持续至面团成熟期，相应的产酸量也在累积，故在此阶段pH值的下降趋势较快。至面团发酵成熟期时，由于酵母菌与乳酸菌大量地生长繁殖，产生CO2和有机酸等多种酸性代谢产物，造成面团的pH值下降。在面团发酵后期，面团中微生物的生长受到发酵环境中所含营养物质及其产酸能力的局限[6]，其生长趋势进入稳定后期，pH值变化趋势相对缓慢并趋于稳定。至面团发酵至24 h，各面团的pH值范围在4.24～3.31之间，细胞代谢产物总量持续增加，酸积累量达到最大，故此时面团的pH值达到最低值。同时，从图1中可以看出，不同地区老酵头制备面团的pH值之间具有较为明显的差异，这是由于不同地区传统老酵头中由不同的乳酸菌组成，乳酸菌的组成和丰度是造成面团的pH值差异的主要原因，这与刘同杰[18]研究结果一致。且有研究证明，传统老酵头中菌种组成与地理位置有着很大的联系，一般是酵母菌，主要为酿酒酵母，起着发酵面团的作用；另一类主要微生物是乳酸菌，可产生乳酸、醋酸、丙酸等有机酸调节面团酸度[19]，且可产生胞外多糖(EPS)，具有增稠、乳化及胶凝作用，从而改善面团的流变特性[20]。因此不同地区老酵头中的菌种组成是影响老酵头品质的关键。

表2 馒头的评分标准Table 2 Scores of sensory evaluation system for grains steamed bread

图1 面团发酵过程中pH值的变化Fig.1 Changes of pH value during the dough fermentation注：老酵头编号见表1，下同。不同编号老酵头所对应的柱形表示样品的发酵时间，从左至右依次是：0、2、4、6、8、10、12、24 h，黑色柱形分别代表各样品的最佳发酵成熟时间。

2.2 老酵头对面团发酵特性的影响

图2、图3和图4显示了老酵头对面团发酵特性各参数的影响，Hm为面团发酵过程中的最大膨胀高度，正相关于产品的比容；R为保留系数，可反映面团的持气率；Tx代表面团开始泄露CO2的时间，可反映面团的持气性。以图2结合图1可以看出，面团pH值越高，其Hm相对也较大。这是由于当pH值相对较高时，面团酸度较小，蛋白质的降解作用较弱，能够形成较为连续的面筋网络[21]，使面团持气量较高，体积相对较大。相反的，当面团pH值降低时，其Hm也相对较小，主要是由于面团的酸度增加，小麦内源性蛋白酶活性增强，促进了面团中乳酸菌菌株特异性的蛋白水解活性，进一步降解了面团中的蛋白质[22]，使其面筋网络过于软化，从而影响面团的体积。

图2 不同老酵头制作面团在发酵过程中的最大膨胀高度Fig.2 The maximum swelling height of dough made bystarter culture from different regions during fermentation

由图3可知，不同地区老酵头制作面团的Tx排序为：2#>6#>3#>4#>8#>9#>13#>11#>10#>12#>7#>4#>5#>1#。结合图4可知，排名较靠前的老酵头其持气率也较高。其中发酵速度较快的1#和5#老酵头开始释放CO2的时间最早，耐发性不强，在生产过程中不易控制。结合图1可以看出，4#、8#、9#老酵头pH值相对较高，但持气率并不是最高，这是由于面团酸化作用相对较弱，对面筋网络的改善作用并不明显，随着发酵时间的延长，产气量持续增加，面团体积增大，面团的内部组织孔洞也越来越大，易撑破表面而使面团坍塌漏气，因此持气性有所降低[23]，相应的持气率也不高。2#、6#、3#老酵头制作的面团在发酵前期至发酵成熟期这一阶段持气量不是最高，但其后期持气率相对较高，耐发性强，这是由于老酵头中的乳酸菌在发酵过程中合成的胞外多糖与蛋白网络结构相互影响，在适宜的酸化环境下，强化了面筋网络，从而增强面团的稳定性和持气性[24]。10#、11#、12#、14#老酵头pH值较低，面团酸度较高，造成面筋蛋白过度水解，使面筋网络结构弱化，因此面团的持气率较低，开始释放CO2的时间较早。

图3 不同老酵头制作面团发酵完成后开始漏气的时间Fig.3 Time to start leaking after dough fermentation iscompleted with different regions starter culture

图4 不同老酵头制作面团发酵时的持气率Fig.4 Gas holdup during dough fermentation with trationalstarter culture from different regions

综合分析可知，在老酵头制作面团发酵过程中，pH值范围在5.01～5.37之间的老酵头，面团耐发性不强，容易塌陷漏气；pH值范围在4.24～4.89之间的老酵头，面团持气率较高，耐发性相对较好；pH值范围在4.24～3.73之间的老酵头，面团持气量较小，耐发性差，且持气率较低。

2.3 老酵头发酵对面团动态流变学特性的影响

弹性模量(G′)为贮能模量，反映的是物质的弹性本质；黏性模量(G″)为损耗模量，反映的是物质的黏性本质[25]。图5和图6分别是面团发酵完成后的弹性模量、黏性模量随频率变化的关系图。14个地区的老酵头对面团的G′与G″的影响规律基本一致，随着扫描频率的增大，14种老酵头制作面团的G′与G″总体逐渐升高，且G′始终大于G″，该现象说明老酵面团的性质类似于固体，在一定线性范围内的变形可以压缩和回复[26]。

图5 不同地区老酵头对面团弹性模量(G′)的影响Fig.5 Effect of different regions starter culture on elasticmodulus (G′) of dough

图6 不同地区老酵头对面团黏性模量(G″)的影响Fig.6 Effect of different regions starter culture on viscousmodulus (G″) of dough

由图5和图6可知，2#、7#、5#、3#、6#、1#老酵头的G′和G″处于较高水平，结合面团发酵成熟期的pH值来看，这几种老酵头制作面团发酵成熟期的pH值在4.24～4.89之间，在适度的酸化环境下，酸面团发酵产生的有机酸及酸面团中的乳酸菌合成的胞外多糖面团的流变学特性有显著改善，随着频率的增加其G′和G″的上升速度较快，表明其面筋网络结构相对较强，面团强度的稳定性相对较好。其次为pH值范围在5.01～5.37之间的9#、13#、4#、8#老酵头，这几种老酵头发酵的面团酸度相对稍低，酸化作用相对较弱，对面团流变特性改善不明显。pH值相对较低的14#、10#、11#、12#老酵头G′与G″也处于较低水平，且其上升的趋势逐渐平缓，表明面团的耐形变能力相对较弱。由于老酵面团为酸性环境，在此环境中存在较多的正净电荷，蛋白质的溶解度增大，分子内静电排斥作用增大，致使面筋蛋白展开，疏水基团暴露，而分子间强静电斥力阻碍了新键形成，二者间的相互作用使蛋白结构弱化[27]，最终使面团软化，对面团及其制品的耐形变力产生消极影响。

2.4 不同地区老酵头对馒头物性特征及其感官品质的影响

不同地区老酵头对馒头物性指标的影响结果见表3，不同地区老酵头制作的馒头感官评分见表4。

表3 不同地区老酵头对馒头品质指标的影响Table 3 Effects of different regions starter culture on texture indexes of steamed bread

注：表中数据为M±SD；同一列小写英文字母上标不同表示均值之间存在显著性差异(p<0.05)。

表4 不同地区老酵头制作馒头感官评定结果Table 4 Sensory evaluation of steamed bread made with starter culture in different regions

由表3、表4可知，由不同老酵头制作馒头的物性指标之间差异明显，结合面团发酵成熟期的pH值来看，pH值范围在4.24～3.73之间的10#、11#、12#、14#老酵头，面团发酵至成熟时期的酸度相对较高，面筋蛋白过度水解，破坏了面团的流变学特性，以此面团制作出的馒头硬度较大，口感较差，其感官评分在69～76之间，BARBER[29]与CROWLEY[30]的研究中也发现过度酸化的酸面团产品质地较硬，而适度酸化的酸面团产品质地较软。pH值范围在5.01～5.37之间的9#、13#、4#、8#老酵头，由于其面团pH值相对稍高，面筋蛋白的酸化作用未完全，对面团流变学特性没有明显改善，从而导致以此面团制作出的馒头硬度较低，咀嚼性较差而口感不佳，其馒头的感官评分在78～83之间。2#、7#、5#、3#、6#、1#老酵头制作出的馒头其物性指标相对适中，面团发酵成熟时pH值范围在4.24～4.89之间，在此发酵环境下，使能够形成网状结构的面筋蛋白的溶解性及膨胀性增加，对面团的流变特性有显著改善[31]，制作出的馒头感官品质较佳，感官评分较高，在86～89之间。由表4可以看出，14个地区老酵头制作出的馒头感官评分排序为2#>7#>5#>3#>6#>1#>8#>4#>13#>9#>11#>12#>10#>14#。

相关研究表明，馒头的质构指标(texture profile analysis，TPA)测试与感官评价指标具有显著相关性[28]。不同地区老酵头制备样品指标间的相关性分析结果见表5，通过表5可以看出各指标之间具有不同程度的相关性。其中，面团成熟期pH值与TTA(total titratable acidity)极显著负相关，与2.2的测定结果一致。馒头的比容与面团成熟期pH值极显著正相关，硬度、黏性、咀嚼度与面团成熟期pH值极显著负相关，与感官评分极显著负相关，而其余指标与pH值无显著相关性。由此可说明，面团成熟期pH值对馒头硬度、黏性、咀嚼性指标与感官品质影响显著。不同指标间的关系曲线如图7所示，由图7可以看出，馒头的硬度、黏性、咀嚼性与pH值呈线性相关，而与馒头的综合评分非线性相关。结合图1、图7、表5可以得出，当pH值范围在4.24～4.89之间时，馒头的质构指标与感官评分正相关，高于或低于此范围，馒头的质构指标与感官评分负相关，与试验结果反映一致。因此在实际生产中，提高对老酵头制作面团发酵过程中酸度的监测，是改善产品品质的关键。

表5 各品质指标间的相关系数Table 5 Correlation coefficients among indexes of steamed bread

注：L*表-馒头表皮亮度。

图7 不同地区老酵头制作馒头物性指标间相关性分析Fig.7 Correlation analysis of physical characteristics of Chinese steamed bread made by traditional starter from different regions

3 结论

不同地区老酵头发酵面团的发酵特性参数及流变学特性不同，制作馒头的比容、硬度、黏性、咀嚼性和感官品质差异均显著(p<0.05)。面团发酵成熟期的pH值是影响老酵面团发酵特性、馒头的物性指标及感官品质的重要因素，相关性分析结果表明老酵馒头的比容与面团成熟期pH值极显著正相关，硬度、黏性、咀嚼度与面团成熟期pH值极显著负相关，与综合评分极显著负相关。面团成熟期的pH值在4.24～4.89之间的老酵面团耐发性较好，流变学特性比较稳定，制作出来的馒头感官品质较好，综合评分也比较高。在实际生产中，提高对老酵头制作面团发酵过程中酸度的监测，是改善产品品质的关键。该结论为老酵头在工业化生产中的应用提供一定的参考。