乳酸菌发酵酸面团对青麦仁面包品质的影响

郭东旭，张康逸，高玲玲，张 灿，赵 迪

(河南省农业科学院农副产品加工研究中心，河南省全谷物小麦制品加工国际联合实验室，河南省全谷物鲜食加工工程技术研究中心，河南郑州450002)

酸面团是由谷物、水和具有活性的微生物经自 然发酵制得的一种面团［1］，是谷物食品生产中应用最古老的加工技术之一。酸面团发酵技术可以改善面团流变学特性，提高面团加工特性，改善面包质构［2］，延长产品货架期［3］，赋予面包特殊风味［4］，同时能够改善面包的营养价值［5］，减轻过敏体质人群不适症状［6］等。酸面团中微生物种类繁多，各成分之间相互作用产生大量代谢产物，其中乳酸菌是酸面团发酵中的主要微生物［7］，乳酸菌在面团发酵过程中通过降解蛋白质、糖类等使原料酸化，产生胞外多糖、氨基酸、乳酸、细菌素等［8］，从而影响面团的发酵、流变、烘焙特性等。

近年来，国内外学者对酸面团发酵技术及其制品进行了深入的研究。Katina等［9］研究认为乳酸菌发酵可以提高全谷物面团的营养价值;Rizzello等［10］研究发现酸面团发酵能改善面包的营养、质构等特性;Thiele等［11］研究了酸面团中不同组分对面包风味物质中氨基酸形成的影响;刘若诗等［12］研究了酸面团发酵剂对燕麦面包风味的影响，发现乳酸菌酸面团发酵能显著提高面包中挥发性物质的含量，使面包具有更浓郁的风味;钟京等［13］研究发现添加适量麸皮酸面团能改善高纤维面包面团的流变发酵特性，乳酸菌发酵能显著影响面包烘焙品质，改善麸皮添加对面团流变发酵特性和烘焙品质产生的不良影响;庄靓等［14］研究发现添加乳酸菌荞麦酸面团后，面团的面筋网络结构得到强化，制作的荞麦酸面团面包比容增大，硬度降低，改善效果最明显。

青麦仁是已经生长饱满、处于乳熟期的小麦粒，富含α、β淀粉酶和膳食纤维等多种营养成分，有助人体消化、降低血糖的功能。由于青麦仁中面筋蛋白含量较少，且膳食纤维含量较高，将其添加到面包中，往往会对产品品质有一定的影响，比如面包硬度较大、比容小、口感较差等，而有关酸面团对青麦仁面包品质影响的研究尚未见报道，因此本文研究了乳酸菌发酵酸面团对青麦仁面包品质的影响，以期为开发营养健康、品质优良的青麦仁面包提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新良原味面包粉(水分含量12.69%，灰分含量0.52%，蛋白含量13.98%，膳食纤维含量8.64%)新乡良润全谷物食品有限公司;青麦仁粉(水分含量10.31%，灰分含量1.7%，蛋白含量11.74%，膳食纤维含量12.56%)河南省农科院农副产品加工研究所;燕牌高活性干酵母(耐高糖，发酵力1380)广西丹宝利酵母有限公司;植物乳杆菌标准菌株Biogreen300 丹尼斯克(中国)有限公司;MRS肉汤培养基 北京奥博星生物技术有限公司;黄油 南海油脂工业有限公司;食盐、白砂糖等 均为市售食品级。

SM－25搅拌机、SPC－40SP醒发箱 无锡新麦机械有限公司;7890A－5975C气相色谱质谱联用仪 美国Agilent公司;DB－5MS毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm，1μm)美国J＆W公司;SPME57348－U顶空固相微萃取装置 美国Supelco公司;THB－402型超净工作台 无锡一净净化仪器设备厂;TMS－Pro型食品物性分析仪 美国Food Technology Corporation公司;APX－150C型恒温恒湿培养箱 上海博讯实业集团有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乳酸菌发酵酸面团的制备 将植物乳杆菌接入MRS肉汤培养基，在恒温培养箱中培养24 h(37℃)，吸取100μL混匀后的菌液到5 mL液体培养基中，2次活化后培养至对数生长期后期(菌体浓度＞108CFU/mL)，在4000 r/min条件下离心20 min，用无菌生理盐水洗涤2次得到菌泥。按m(青麦仁粉)∶m(水)=1∶1，加入质量分数0.25%上述菌泥，混合均匀后于恒温恒湿培养箱中培养(培养温度30℃，相对湿度85%)，发酵至pH4.0［15］。

1.2.2 面包的制备 不同面包的制作配方见表1(以总粉质量为100%，其他配料按其与总粉质量分数比例添加)［14］，制作工艺为:将除黄油外的各种配料加入到搅拌机中，将面团搅打至面筋扩展阶段，再加入黄油，继续搅拌至面筋完全阶段后，面团盖上保鲜膜，于室温下松弛15 min，分割面团150 g/个，擀成牛舌装，3个一组放入吐司盒中，于醒发箱中醒发100 min(38℃，RH 85%)，待面团发至吐司盒八分满时取出，烘烤(上火200℃、下火160℃、40 min)得到成品，待面包冷却后装入密封袋中，置于4℃条件下贮藏。

表1 不同面包样品配方(%)Table 1 The formulation of different kinds of bread(%)

1.2.3 面包质构特性的测定 将面包样品从4℃冰箱取出后在室温下恢复1 h后，将面包均匀切成20 mm厚度的面包片，分别测定不同样品储藏1、2、3、4、5、6、7 d时面包的质构参数，每个样品平行测定3次，结果取平均值，选取硬度、弹性、咀嚼性为分析指标。参数设置:选择TPA模式，探头型号P/50，测前速 率1.0 mm/s，测 试 速 率3.0 mm/s，测 后 速 率1.0 mm/s，两次压缩时间间隔5 s，下压距离40 mm，感应力5 g，压缩比50%［16－17］。

1.2.4 面包感官评价 选取10名经过培训的专业评价员(5男、5女)组成评价小组，分别对面包的色泽、组织结构、风味、口感等进行综合评价，结果取平均值，评价标准见表2。

1.2.5 酶法测定面包贮藏过程的老化度 取面包芯适量，用粉碎机粉碎过100目筛后备用。通过α－淀粉酶与葡萄糖淀粉酶作用于样品，测定葡萄糖含量。取100 mg样品，加入15 mL p H=6.9的磷酸缓冲液，随后加入2 mLα－淀粉酶(250 U)与1 mL葡萄糖淀粉酶(100 U)，置于37℃下水浴。利用DNS法测定反应过程中生成的葡萄糖的含量，计算出面包的老化度［18］。每个样品测试3次，取平均值。样品中淀粉的老化度可通过慢消化性淀粉(SDS)的质量分数来表征:

表2 面包感官评价标准Table 2 The sensory evaluation grading of bread

式中:SDS为样品中慢消化性淀粉质量分数，%;G为水解12 h后产生的葡萄糖质量，mg;D为水解20 min后产生的葡萄糖质量，mg;F为淀粉理论上水解产生的葡萄糖质量，mg。

1.2.6 面包中挥发性风味物质分析

1.2.6.1 挥发性成分的顶空固相微萃取 将制作好的面包芯分割成约5 mm×5 mm×3 mm的碎片，放入15 mL SPME样品瓶中，样品约占瓶子体积的3/5，盖上瓶盖，把样品瓶置于60℃恒温水浴中，并将已老化好的萃取头插入到样品瓶的上空，顶空萃取40 min，然后使纤维头退回到针头内，拔出萃取头进样。

1.2.6.2 GC－MS分析 GC条件:DB－5MS毛细管色谱柱(60 m×0.32 mm，1μm);升温程序:起始温度40℃，保留1 min，然后以6℃/min升温至160℃，接着以10℃/min升温至250℃，保留10 min。

MS条件:电子电离源;电子能量70 eV;进样孔温度250℃;发射电流200μA;离子源温度200℃;采集方式设定为全扫描;质量扫描范围m/z 33～495。

对GC－MS图谱进行计算机分析和人工检索，把每个峰与NIST 08和Wiley 7.0谱库相匹配检索定性，参考匹配度、纯度大于800作为鉴定依据，采用峰面积归一化法计算相对含量［19］。

1.3 数据处理

所得数据均为3次实验的平均值，采用Excel 2010和SPSS 19.0对数据进行统计处理、差异显著性分析，其中显著性差异水平为P＜0.05，用Origin 8.0进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同面包质构分析

不同面包样品在贮藏期间质构指标如表3所示，由表3可以看出，3种面包样品的硬度都随贮藏时间的延长而增大，这是由于面包在贮藏过程中发生淀粉老化，导致样品硬度增大，口感变差;贮藏1～7 d，添加了酸面团的面包与青麦仁面包的硬度存在显著性差异(P＜0.05)，第5 d开始，小麦面包与青麦仁酸面团面包的硬度不存在显著性差异(P＞0.05)，两者与青麦仁面包的硬度均存在显著性差异(P＜0.05)，贮藏第7 d时，青麦仁面包、青麦仁酸面团面包的硬度与小麦面包相比分别增加了23.59%、7.25%，这表明加入青麦仁粉后，样品的硬度明显增大，这是因为青麦仁粉中几乎不含面筋蛋白，且膳食纤维含量较高，添加青麦仁粉后，面团的面筋含量与面筋指数均降低，影响了面团面筋网络结构的形成，从而影响了面包的质地;而加入酸面团后，则能明显改善样品的硬度，这与张思佳等［20］的研究一致，这可能是因为在发酵过程中，青麦仁粉中的膳食纤维被酸面团中的酶作用而降解，减少了对面团面筋网络结构的破坏，同时酸面团能改善面筋网络结构的持气性，进而改善面团的发酵特性，提高青麦仁面包的比容，而面包的比容与硬度存在一定的负相关性，面包比容越大，硬度越小，因此青麦仁酸面团面包质地松软，品质较青麦仁面包得到明显改善［21］。

由表3可以看出，3种样品的弹性都随贮藏时间的延长呈下降趋势，其中青麦仁面包的弹性下降幅度最大，而弹性与面包品质成正相关，数值越大，样品口感越好，筋道爽口［22］。同一贮藏天数下，3种样品的弹性大小为:小麦面包＞青麦仁酸面团面包＞青麦仁面包，与小麦面包相比，加入青麦仁粉后，面包的弹性显著下降(P＜0.05)，而加入酸面团后贮藏4～7 d，则与小麦面包不存在显著性差异(P＞0.05)，表明酸面团的加入能显著改善样品的弹性，在第7 d时，青麦仁酸面团面包的弹性比青麦仁面包高11.11%。

由表3可以看出，3种样品的咀嚼性都随贮藏时间的延长呈上升趋势，且与贮藏期间样品硬度的变化趋势类似，咀嚼性与面包品质成负相关，其数值越大，面包吃起来越硬，口感品质越差［23］。3种样品中，青麦仁面包的咀嚼性最大，而加入酸面团后，样品的咀嚼性显著下降(P＜0.05)，在第7 d时，青麦仁面包的咀嚼性比青麦仁酸面团面包高16.41%，青麦仁粉的添加使得样品质地变差，咀嚼性增大，降低了面团中面筋蛋白含量，影响了面团面筋网络的形成，影响面团发酵时的膨发力与持气力，从而导致面包组织结构紧实，咀嚼性增大;而酸面团作为一种天然面团改良剂，在发酵过程中，其酸性环境能促进蛋白水解作用，促进面筋扩展，改变面团持气性，提高面团延展性，改善面包质地。

表3 不同面包质构分析Table 3 Texture analysis of different bread

2.2 不同面包感官评价分析

不同面包感官评分如表4所示，由表4可以看出，随着贮藏时间的延长，3种样品的感官得分均呈下降趋势，从第3 d开始，青麦仁酸面团面包与小麦面包得分基本一致，且不存在显著性差异(P＞0.05)，表明酸面团面包的品质与小麦面包相差无几。与第1 d相比，第7 d时3种样品的感官得分分别下降了21.79%、19.04%、17.78%，其中添加了酸面团的样品得分下降幅度最小，表明酸面团能有效延缓面包品质的劣变。在同一贮藏时间条件下，加入青麦仁粉后，样品的感官得分低于小麦面包，这是因为青麦仁中面筋蛋白含量较低，膳食纤维含量较高，添加之后样品表皮颜色发暗，颗粒感较明显，口感较硬，切开后内部纹理粗糙，气孔较大，组织结构不细腻，因此感官得分较低，但加入青麦仁粉后，样品具有青麦仁独特的清香味，这是区别于小麦面包的一个特点。而在青麦仁面包中加入酸面团后，样品的感官得分均高于青麦仁面包，品质得到明显改善，在外观、内部结构、口感、风味等方面均有提高，这是因为加入酸面团后，面团的面筋网络结构得到改善，持气性增加，外观更加饱满，内部组织结构细腻，疏松多孔，在保留青麦仁特有清香味的同时，又赋予样品更为独特的风味［24］，从而得到消费者认可。

表4 不同面包感官评分(分)Table 4 Sensory scores of different bread(score)

2.3 不同面包慢消化性淀粉含量(SDS)的变化

不同面包贮藏期间慢消化性淀粉含量(SDS)的变化如图1所示，由图1可知，在第1 d时，小麦面包、青麦仁面包、青麦仁酸面团面包的SDS分别为18.24%、15.88%、15.36%，3种面包样品的SDS含量都随贮藏时间的延长而升高，第7 d时3种样品的SDS分别为43.25%、37.42%、35.23%，其中小麦面包的SDS变化幅度最高，与小麦面包相比，青麦仁面包的SDS升高较慢，这可能是因为青麦仁是在乳熟后期收割，此时小麦籽粒开始沉积淀粉，但尚未完全成熟进入蜡熟期，青麦仁中淀粉含量比小麦粉低，在老化过程中，淀粉酶可利用水解的淀粉较少;而添加了酸面团的样品其SDS则升高最慢，在第7 d时分别比小麦面包、青麦仁面包低8.02%、2.19%，表明酸面团能有效延缓面包的老化，这可能是在发酵过程中乳酸菌能够产生有机酸，形成一个酸化环境，面团的pH降低，进而影响面包中水分的分布［25］，降低面包的淀粉消化率，并且酸面团生成的胞外多糖能增加面包的持水性，减少贮藏期内水分在淀粉和蛋白质之间的迁移，从而抑制淀粉老化［26］。

图1 不同面包慢消化性淀粉含量(SDS)的变化Fig.1 Change of SDSin different kinds of bread

2.4 不同面包挥发性风味物质分析

采用计算机检索和人工解析各峰相应的质谱图，按面积归一法计算相对含量，分析结果见表5;3个面包样品中共检测出68种风味物质，主要包括醇类、醛类、酸类、酯类、酮类、烃类，以及芳香杂环类化合物，不同样品中挥发性风味物质种类和含量不同，其中小麦面包、青麦仁面包、青麦仁酸面团面包分别检测出32种、42种、46种风味物质，其中有15种化合物共同存在于3种面包中，其在小麦面包、青麦仁面包、青麦仁酸面团面包中分别占84.41%、74.90%、78.64%，表明酸面团的添加增加了面包中挥发性风味物质种类，改善了面包的风味。

添加酸面团后，样品中的挥发性化合物增加到46种，其中丙基丙二酸、丁酸、3－癸烯－2－酮、庚酸、2，2，7，7－四甲基辛烷、壬烯、4－甲基十四烷、2－己基－1－辛醇、3－甲氧基十三烷基乙酸酯等物质是青麦仁酸面团面包独有的风味化合物，丰富了样品的风味;同时，苯乙醇、癸酸乙酯、月桂酸乙酯等物质含量也显著升高，样品中检测出的5－戊基－2(3H)－二氢呋喃酮具有甜香、柠檬清香和可可香，癸醛具有柑橘的味道，3－羟基－2－丁酮具有淡奶油香，D－柠檬烯具有橙子及柠檬香气，这些物质均有助于样品特殊风味的形成，改善青麦仁酸面团面包的风味。

不同面包挥发性风味物质和类别统计结果见表6。研究表明当面粉灰分含量较高时，能增加其挥发性化合物的含量，影响面包的风味［27］。添加青麦仁粉后，样品中挥发性化合物含量较高的是酯类、醇类、醛类，分别占比52.64%、13.12%、12.28%，其中，酯类、醇类、醛类物质中相对含量最高的分别是辛酸乙酯、苯乙醇、庚醛。酯类物质是一类阙值较低、易挥发的风味物质，是发酵香气成分中的主要呈香物质［28］，而辛酸乙酯是其代表性物质，一般有水果香气，并有菠萝、苹果样的香韵和果酒的酒香味;醇类物质的风味阈值较高，通常具有芳香、植物香、酸败和土气味［29］。3种样品所共有的醇类物质主要是苯乙醇，苯乙醇是一种具有玫瑰花香、蜜香的芳香高级醇，具有柔和、愉快而持久的特点;醛类物质属于羰基化合物，阈值较低，在脂肪氧化中形成的速度很快，对风味贡献也较大，正己醛具有青草味，这也是青麦仁面包区别于小麦面包特有的风味［30－31］。而添加酸面团后，样品中挥发性化合物含量较高的是酯类、醇类、醛类，分别占比56.69%、13.72%、11.47%;与小麦面包、青麦仁面包相比，样品中酸类物质分别增加了72.1%、45.9%，这可能是因为在酸面团发酵过程，乳酸菌产生了有机酸，形成了一系列的酸类化合物，赋予样品更柔和的酸味［12］;同时样品中酯类、醇类物质增加，而对面包风味贡献不大的烃类则显著下降，这与程晓燕的研究也一致［24］。

表5 不同面包挥发性风味物质GC－MS分析结果Table 5 Composition of volatile flavor compounds in different breads determined by GC－MS

续表

表6 不同面包挥发性风味物质分类统计结果Table 6 Analytical results of volatile flavor compound sorts in different kinds of bread

3 结论

将乳酸菌发酵后的酸面团添加到青麦仁面包中，能改善面团的发酵特性，面团的持气性增大，样品的硬度、咀嚼性显著降低，弹性显著增大(P＜0.05)，面包的品质得到改善;加入酸面团后，样品外观饱满，内部组织结构细腻，疏松多孔，口感松软，风味浓郁，感官评分更接近于小麦面包，与小麦面包不存在显著性差异(P＞0.05);随着贮藏时间的延长，第7 d时青麦仁酸面团面包中的SDS分别比小麦面包、青麦仁面包低8.02%、2.19%，酸面团生成的胞外多糖能增加面包的持水性，能有效延缓面包的老化;3种样品分别检测出32种、42种、46种风味物质，有15种化合物共同存在于3种面包中，酸面团的添加引入了丙基丙二酸、丁酸、3－癸烯－2－酮、庚酸等9种酸面团面包独有的风味物质，与小麦面包、青麦仁面包相比，样品中酯类、醇类物质含量增加，烃类物质含量下降，酸类物质则分别增加了72.1%、45.9%，赋予了面包特有的酸味，5－戊基－2(3H)－二氢呋喃酮、癸醛、3－羟基－2－丁酮、D－柠檬烯等物质则赋予了样品多样的风味;结果表明酸面团的添加对青麦仁面包的品质有明显的改善作用，为青麦仁面包的应用提供了理论基础。