酸面团在馒头发酵中的应用研究进展

王 榕，朱天园，赵闪闪，祁冰洁，宋立峰，赵秀红,

（1.沈阳师范大学粮食学院, 辽宁沈阳 110034；2.辽宁经济职业技术学院, 辽宁沈阳 110122）

中国是面食文化的发源地。作为传统面食之一的馒头，在我国饮食结构中一直占据着主导地位。据统计，馒头消耗量占我国面类食品消耗量的46%，居面类食品消耗量首位；在北方，馒头消耗量占面类食品消耗量的2/3，70%左右的小麦粉都用于制作馒头[1−2]。馒头作为我国传统发酵面食，不仅含有蛋白质、淀粉、维生素和水等营养物质，也承载着中华五千年传统食品文化。

酸面团是馒头发酵剂之一，主要是面粉和水混合后经乳酸菌及酵母菌发酵后制得的混合面团[3]。酸面团在我国早在公元1200年就有了应用历史[4]，在馒头蒸制中起着至关重要的作用。酸面团发酵不仅可以利用多种微生物代谢作用改变食品成分，如大分子的蛋白质和脂肪会被分解成小分子的氨基酸和短链挥发性脂肪酸等物质[5−6]，进而改善面团的表观、风味和营养等特性；也可以抑制微生物的生长，延缓淀粉老化，延长产品的保质期[7]。酸面团含有的微生物体系较复杂，发酵能力较弱且发酵时间长，加工时易受外界环境和加工条件的影响从而导致质量难以控制。随着酵母工业的发展，商业酵母因其发酵时间短、效率高且品质稳定的优点而逐渐取代了酸面团。然而商业酵母自身酶系单一，所发酵的馒头与酸面团发酵馒头相比风味较淡，缺少酸面团发酵馒头的浓郁香气。因此，酸面团在馒头发酵中的应用依然吸引了诸多学者关注。

1 酸面团

1.1 酸面团分类

按照发酵工艺的不同(图1)，酸面团通常可分为三类。第Ⅰ类酸面团是传统自然发酵酸面团，其以接面的形式进行发酵，即在新的发酵原料（面粉与水混合后的面团）中加入上一次制作馒头剩下来的发酵面团。此种发酵工艺的微生物来源于周围环境，具有较强的活性和发酵能力。这一工艺要求在室温下（20～30 ℃）发酵6～24 h，典型的产品如旧金山酸面包、传统的意大利酸面包和德国黑麦酸面包等[8]。此类酸面团的乳酸菌优势菌种为Lactobacillus sanfranciscensis（Lb. sanfranciscensis，旧金山乳杆菌）、Lactobacillus plantarum（Lb. plantarum，植物乳杆菌）、Lactobacillus fermentum（Lb. fermentum，发酵乳杆菌）和Lactobacillus brevis（Lb. brevis，短乳杆菌）等。酵母菌菌种主要是Saccharomyces exiguus（S.exiguus，少孢酵母）、Saccharomyces cerevisiae（S.cerevisiae，酿酒酵母）、Candida holmii（C. holmii，霍氏假丝酵母）和Candida milleri（C. milleri，梅林假丝酵母）等[9]。传统自然发酵的酸面团一般是固体，主要用于家用和小作坊生产。

第Ⅱ类酸面团是工业用酸面团，即将乳酸菌发酵剂（微生物通常分离自传统酸面团）直接加入到新的发酵原料中，在稍高于室温下（＞30 ℃）发酵1～3 d的一种液体面团[8]。其主要功能为使面团酸化或作为风味增强剂，其代表菌种为Lactobacillus panis（Lb. panis，面包乳杆菌）、Lactobacillus reuteri（Lb.reuteri，罗氏乳杆菌）、Lactobacillus johnsonii（Lb.Johnsonii，约氏乳杆菌）等耐酸的乳酸菌株，同时因发酵酸度较高，应在发酵完成后加入酵母，在保证产生足够CO2使面团起发的前提下维持酵母的活性与发酵力[10]。此类酸面团成品通常以半流体面团或经过热处理干燥后得到的产品进行工业化生产，半流体面团可方便工业化生产时的管道输送，干燥后的产品更是由于体积减小而具有方便储藏和运输的优点。

第Ⅲ类酸面团是混合型酸面团，即在初始阶段发酵原料先接种单一或混合菌种（即乳酸菌、酵母菌或二者混合菌发酵剂）制备起始酸面团，然后按照第Ⅰ类酸面团中传统的回溯方法进行使用和活化。对于此类酸面团发酵过程，乳酸菌群落也会经历典型的三步连续模式，优势菌群也会经历更替变化，但是初始接种的微生物菌群会被后期环境中的微生物所代替，而使后期掺入的微生物成为优势菌群，因此使用时也需要加入酵母[11]。

1.2 酸面团中主要微生物菌群及其作用

酸面团是一种复杂的生物生态系统，具有复杂的微生物组成，测定其微生物群落的方法各有利弊。传统的培养法可以简单分析物质代谢及分类，但是对于酸面团这种复杂体系的微生物覆盖范围较窄；而非培养法（如高通量测序方法、梯度变性凝胶电泳技术等）对于菌种的鉴定更加详细精确，但其对微生物亲族之间的区分不够准确且成本较高[7,12−13]。酸面团中优势微生物是乳酸菌和酵母菌，其中乳酸菌主要为能够合成乳酸和醋酸的异型发酵菌株，可使最终产品带有怡人的酸味[14−15]。酸面团中也有可能存在其它菌株，如醋酸菌、霉菌等，但其不被认为属于酸面团基质[16−18]。据报道，酸面团中已分离70余种乳酸菌，其中乳杆菌属为主要菌属[19]；鉴定为酵母菌属和假丝酵母菌属的酵母菌已超过25种[20]；多种微生物在发酵过程中相互作用产生CO2、醇类和酸类及少量的风味物质。Liu等[7]以独立培养和焦磷酸测序两种方法研究了我国不同地区15份传统酸面团中乳酸菌区系，结果表明两种方法都证明了Lb. sanfranciscensis为主要优势菌，焦磷酸测序法表明Lb. sanfranciscensis是唯一在15份样品中都有检测到的乳酸菌种。白雪等[21]研究了辽东地区11种不同酸汤子面团的微生物多样性，鉴定表明Lactobacillus为优势乳酸菌属，Candida和Pichia为优势酵母菌属。Lattanzi等[13]研究了18种用来生产传统意大利发酵食品的酸面团微生物区系，发现Lb. sanfranciscensis、Lb. plantarum和Leuconostoc citreum（Le. citreum，柠檬明串珠菌）为优势乳酸菌种，S. cerevisiae为优势酵母菌种。

1.2.1 乳酸菌 乳酸菌是一类可以发酵葡萄糖、乳糖及其他可利用碳水化合物产生醇、酯、酮、醛、有机酸及多种氨基酸的革兰氏阳性菌[8]。按照发酵类型，一般将乳酸菌分为专性同型发酵、兼性异型发酵和专性异型发酵（见表1），其中专性异型发酵乳酸菌对具有氨基酸的同化作用且能代谢多种糖类从而在天然酵母发酵过程占据优势地位[22−23]。糖酵解和磷酸葡萄糖酸途径是酸面团中兼性和专性异型发酵乳酸菌发酵六碳糖的常见方式[22]。在一些乳酸菌的磷酸葡萄糖途径中存在着麦芽糖磷酸化酶，麦芽糖磷酸化酶可以使乳酸菌在不使用ATP的情况下将面粉中的麦芽糖分解成葡萄糖和葡萄糖-1-P，给乳酸菌提供额外的能量优势，避免了菌间竞争[24]。

表1 酸面团中含有的乳酸菌[8,23]Table 1 The lactic acid bacteria contained in sourdough[8,23]

不同原料或地域发酵制得的酸面团所含有的乳酸菌属也不同，但是其组成以乳杆菌属为主，主要菌种为Lb. sanfranciscensis、Lb. plantarum及Lb. brevis等；其他菌属如Leuconostoc、Pediococcus、Weissella、Enterococcus、Lactococcus和Streptococcus等也会有少量存在（见表2）。

表2 不同原料酸面团含有的乳酸菌Table 2 The lactic acid bacteria mainly contained in different raw material sourdough

1.2.2 酵母菌 在成熟的酸面团中，酵母菌通常伴随着乳酸菌存在，二者比例一般为1:100至1:10，酵母菌数量普遍为106～107CFU/g，而乳酸菌的数目通常在108～109CFU/g范围内[8,34]。与乳酸菌共存的典型酵母如S. exiguus、C. humilis和东方伊萨酵母（克柔假丝酵母）等，酵母菌和乳酸菌种间稳定组合的例子有：C. humilis（或Kazachstania exigua）和Lb.sanfranciscensis；Lb. plantarum和Pichia kluyveri（P.kluyveri，克鲁维毕赤酵母）；Kazachstania barnettii和Lb. sanfranciscensis；S. cerevisiae和Lb. plantarum等[15−16,35]。酸面团中常见的酵母菌见表3。酵母菌最适合在25～28 ℃下发酵，当培养温度超过30 ℃时，酵母菌会产生轻微的酸味；温度为20 ℃左右时，酵母菌会产生刺鼻的醋酸味[36]。

表3 酸面团中常见的酵母菌Table 3 The common yeasts in sourdough

1.2.3 乳酸菌与酵母菌的协同作用 自然发酵的酸面团中乳酸菌与酵母菌处于互利共生的生态位，二者互利共生，相互作用。乳酸菌代谢主要通过两条途径：糖酵解和6-磷酸葡萄糖途径。在糖酵解途径中，同型乳酸菌首先利用单糖使其分解生成丙酮酸，丙酮酸脱氢后生成乳酸；在6-磷酸葡萄糖途径中，异型乳酸菌分解单糖生成乳酸、乙酸、乙醇和CO2等物质。双糖或多糖在经酶分解为单糖后进入上述两种主要途径。酵母菌代谢可以发酵己糖生成乙醇，利用脱羧酶催化丙酮酸生成乙醛（被还原为乙醇）和CO2，以及生成甘油、琥珀酸等其他副产物。酸面团发酵过程中乳酸菌代谢可以为酵母菌提供能量来源，酵母菌代谢可以为乳酸菌提供氨基酸、丙酮酸盐等营养因子，相较于乳酸菌或酵母菌单一发酵的食品，二者相互作用对面团及发酵食品品质有较大影响[8,39]。

酸面团中乳酸菌的主要作用是改善面团的流变特性并增加面团比容、气孔稠密度和气孔表面积率，同时加速蛋白质水解并促进肽的形成。同时，乳酸菌还可以改善面团抗氧化性能，抑制支链淀粉结晶，延缓面团老化，提高抗菌能力并延长产品货架期[40]。而酵母菌的添加可以增加面团体积，使面包具有疏松多孔的海绵状结构，这主要归因于酵母菌发酵时CO2的大量产生，体现了酵母菌可作为生物疏松剂的功能[8]。二者共同发酵产生的酒精、有机酸等有机物质可以改善面团延伸性和粘弹性等性质；醛、醇、酮和酯等与风味物质有关的代谢产物在发酵面团风味形成中起关键作用，并赋予馒头特殊的发酵香气。吴小霞[41]研究发现用乳酸菌与酵母菌混合发酵的老面馒头比普通酵母馒头具有更优的感官品质，并且老面馒头餐后血糖指数上升的速度低于普通酵母馒头。何瑞等[42]对筛选出的复合菌与安琪酵母制作的苦荞麸皮馒头进行黄酮含量、感官评分及质构的比较，结果表明复合菌发酵的苦荞麸皮馒头具有更优良的功能和品质。蒋慧等[43]研究发现，混菌发酵馒头与酵母菌单菌发酵馒头相比，酯类物质相对含量从5.27%提高到9.53%，且混菌发酵馒头的风味强度明显高于单菌发酵馒头。

2 酸面团发酵在馒头中的应用

2.1 酸面团发酵对馒头风味特性的改善

米面制品发酵过程中风味物质的形成主要有四种途径：面粉等原料来源（自身含有一定风味物质）、脂肪氧化、热处理过程、微生物代谢及其酶系生物转化，其中酸面团发酵过程中微生物和酶的生物途径是影响产品风味的主要因素，酸、醇、醛、酮、酯和内酯都是由微生物发酵产生的[44−45]。酸面团风味形成过程中乳酸菌和酵母菌通过各自的代谢途径形成特殊的风味物质。乳酸菌代谢及其酶系作用对酸面团风味形成有一定影响。乳酸菌两条主要代谢途径中糖酵解途径最终产物为乳酸，风味物质较少；6-磷酸葡萄糖途径中一半的糖类物质被转化为乳酸，剩余的糖源被转化为乙醇、乙酸和CO2等挥发性风味物质。乳酸菌还可以利用自身酶系进行氨基酸代谢，由于乳酸菌发酵酸面团时会产酸，pH降低，使面团中蛋白酶和淀粉酶的活性提高加速蛋白质水解，而蛋白质水解会产生挥发性风味物质的前体物质和可供微生物转化为挥发性风味前体物质的氨基酸底物，赋予面制品更加浓郁的风味[46]。酵母菌发酵产生的醇、醛、酯等类物质也是酸面团风味形成的主要原因之一；另外，氨基酸经过Ehrlich途径代谢形成脂肪族或芳香族杂醇油和杂醇酸等风味物质[47]。

目前，国内外关于酸面团发酵对面制品风味影响主要集中在面包的风味物质上，关于馒头风味的挥发性物质的研究较少，无法确定馒头的关键风味物质。由于馒头与面包主要发酵原料相同，从而使二者含有同样的挥发性风味物质，如3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、己醛、戊醇等[10,48]。有研究表明，酸面团馒头的香气成分比商业酵母发酵馒头更为丰富，其主要香气成分为醛类和醇类，如（E）-2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇，二者相对气味活度值更高，更易被人类感知；且其挥发性风味物质含量高于普通馒头，挥发性风味物质含量和种类与乳酸菌种类和酸面团发酵类型有关，如经植物乳杆菌亚种发酵的馒头风味物质含量显著增多并产生了少见的乙酸-2-苯乙基酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮和2-乙基己醇等风味物质[49−51]。并且，酸面团在发酵过程中可以产生咸味氨基酸或小分子肽以及经乳酸菌代谢生成的乳酸和其他有机酸，可以明显增强酸面团馒头的咸味和酸味[44,52−53]。

2.2 酸面团发酵对馒头表观特性的改善

酸面团发酵可以改善馒头的比容和质构，增加馒头柔软度，且乳酸菌的种类不同对比容和质构的影响也不同，如植物乳杆菌馒头比容品质优于短乳杆菌馒头[50,54]。乳酸菌发酵产生的有机酸不但可以提高面团风味，同时可以降解面筋蛋白，降低面筋蛋白的网状密度以及机械强度，有利于面筋的伸展，提高面团持气性，也达到增加馒头烘焙体积的效果；而酵母菌的添加可以产生CO2，增加面团体积[39,55]。馒头的烘焙体积也受到胞外多糖含量以及面筋蛋白结构特性等多种因素的影响。面制品比容和质构的改善在很大程度上取决于面团的酸化类型和酸化速率，酸面团的生物酸化是渐进式的，这种酸化模式使原料和微生物中的酶类保持最大程度的活性，进而对面团的结构产生有利影响，能更好改善酸面团的比容和质构。Chen等[56]发现添加酸面团可提高馒头感官评分和比容，延缓馒头贮藏过程中水分含量的下降速率。

2.3 酸面团发酵对馒头营养特性的改善

酸面团发酵过程中，由于乳酸菌的作用提高了全谷物、高纤维或无麸质谷物的质构、口感以及风味，也可以提高各种生物活性物质水平和矿物质生物利用度，并降低有害化合物含量和淀粉生物利用度（适用于低GI值产品），且麸皮酸面团发酵可以有效促进磷酸六肌醇降解，增加人体对镁和磷的吸收[57−58]。全谷物中矿物质的生物利用度被植酸抑制，谷物、酵母菌和乳酸菌中都存在植酸酶，而谷物内源性植酸酶起主导作用。酸面团发酵通过提供酸性环境增强了植酸酶活力，加速谷物内源性植酸酶分解植酸。酸面团发酵时，异质发酵乳酸菌酸化和面筋蛋白二硫键减少提高了内源蛋白酶活性和底物可及性，同时由于乳酸杆菌菌株特异性细胞内肽酶的作用，更深入的破坏了面筋蛋白结构，使蛋白质降解生成氨基酸并积累[59−60]。有研究表明，不同乳酸菌发酵类型所产生的有机酸和氨基酸也不同，如同型乳酸菌发酵会比专性异型乳酸菌发酵产生更高含量的的乳酸和甜味氨基酸等[34]。酸面团发酵产生的胞外多糖可以改善面团面筋网络结构、降低面团强度和弹性、掩盖有机酸的作用并产生低聚糖，有助于提高无麸质食品营养价值，改良效果与EPS产量、性质以及发酵过程中有机酸等代谢产物有关[8,57,61−62]。

3 结语与展望

酸面团发酵是一种应用广泛的传统生物技术，发酵过程中产酸、产气、降解面筋蛋白的作用能够明显改善馒头的比容和质构，还可以增加风味物质的含量和种类，提高营养价值并减少有害物质含量。酸面团对馒头品质的积极影响与其含有的微生物菌群种类、含量、协同作用相关，有些改善机制仍待进一步研究。

国外酸面团多用于发酵小麦、黑麦和大麦等面制品，而在我国酸面团主要用于发酵小麦面制品。采用酸面团发酵小麦面粉制作馒头，不仅赋予了传统主食更优的品质，而且改善了传统主食风味单一的现状，开拓了传统主食的新局面。由于酸面团发酵并不是单一的过程，发酵品质常会受到发酵菌种、发酵环境和加工条件等多种因素的影响，因此，无法保证每次制作的酸面团品质恒定，导致最终发酵产品品质不稳定，使酸面团在馒头中的应用仍保持在实验室阶段，难以工业化批量生产。但随着现代科技发展，食品工业正在通过深入研究酸面团发酵机理，筛选出发酵效果较好的单一或复合菌种；同时对酸面团发酵加工设备和生产工艺等方面进行研究和改善；并且严格控制生产工艺流程、保证接种菌的性能优越以维持最终产品品质，努力将实验室研究结果应用到实际生产中。相信在不久的将来，酸面团发酵馒头工业将建立可以保障产品品质稳定的生产工艺，实现其高水平工业化生产，为传统食品工业化发展开拓新的思路。