低压低氧条件下提高即发干酵母发酵力的研究

吴 坚,陈 灼,翁卫兵,戴贤君

(1.浙江科技学院 机械与能源工程学院,杭州 310023;2.中国计量大学 生命科学学院,杭州 310018)

在低压低氧的自然环境下,不利于微生物的生长,空气中所含有的微生物较少。酵母是微生物中的一种真菌,也是一种对人体有益的生物膨松剂。低压低氧条件不利于酵母菌的生长,从而影响面团的发酵。在高原环境中,面包外界压力与含氧量的变化,均会导致烤制的面包内部气泡小,外表塌陷、无光泽,且出现黏牙和酸味现象,这是由于高原环境下酵母无法正常发酵所导致。因此在低压低氧条件下提高酵母的发酵力对高原地区生产优质面包具有重要的意义。

食品工业中采用的面包酵母类型主要有鲜酵母、活性干酵母、即发干酵母3种。影响面团发酵的因素主要有发酵前酵母活化的情况[1]、温度[2]、含糖量[3]、发酵前的热冲击[4]和冷冲击[5]、外源添加剂[6-8]。白雪等[9]总结了提高酵母耐冻性、改善面筋结构和面团特性的有效方法;陈丽君等[10]的研究结果表明,胞内海藻糖含量与酵母的耐受性之间存在一定的相关性,海藻糖含量越高,酵母的耐性越好;Plourde等[11]的研究结果表明,生物分子在冷冻状态下,海藻糖可以形成玻璃态结构,使生物分子保持稳定;宋振玉等[12]通过比较低糖适应性耐冻酵母和普通酵母菌细胞构成发现,耐冻型酵母中海藻糖的含量是普通酵母的1.4倍;余利新等[13]指出,当聚葡萄糖从玻璃态转变成弹性状态,其水分的有效扩散急增,这有利于食品贮藏。

现有研究表明,目前市场上主要通过添加一定量的外源添加剂来提高酵母的发酵力,也有通过一些生物学方法[14]选择抗性酵母来提高面团的品质。国内外已有很多研究进行了抗性酵母的筛选工作[15-16],但关于耐低压低氧酵母的报道非常少。因此本研究对酵母抗低压低氧剂的添加和优选的探讨,不仅可以避免生物学方法选育出的耐低压低氧酵母带来的问题,而且能弥补酵母自身抗低压低氧性弱的缺陷。试验结果表明,针对高原环境的特殊性,在酵母中添加一定量的外源添加剂可以提高酵母在低压低氧条件下的发酵力和改善在低压低氧条件下面团的品质,这对高原地区批量生产品质较好的面包具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料、试剂和设备

1.1.1 试验材料与试剂

高筋小麦粉(廊坊风筝面粉有限公司),即发干酵母(安琪酵母公司),NaCl(广州洁珑化工有限公司),聚葡萄糖(浙江一诺生物科技有限公司),山梨醇(浙江一诺生物科技有限公司),蔗糖(浙江一诺生物科技有限公司),海藻糖(浙江一诺生物科技有限公司),纯净水(农夫山泉股份有限公司)。

1.1.2 仪器与设备

ME204分析天平(梅特勒-托利多公司),自制低压低氧锅,GHP-9270恒温培养箱(上海印溪公司),HH-M8304不锈钢电热恒温水浴锅(江苏新春兰科学仪器有限公司),高低压试验舱(重庆哈丁科技有限公司)。

1.1.3 低压低氧条件下发酵力测定

根据GB 31639—2016《食品安全国家标准 食品加工用酵母》[17]中测定酵母发酵力的方法,测定酵母发酵力的装置如图1所示。图1中,A为容量1 000 mL的广口玻璃瓶;B为容量2 000 mL的小口试剂瓶;C为容量100 mL的量筒;D为恒温水浴锅。将制备好的测试装置放入低压低氧环境中,A瓶中放入面团,在温度恒定为35 ℃的水浴中进行发酵,C瓶收集排出液,并进行体积读数,以发酵1 h排出液的体积(mL)作为酵母发酵力。

图1 测定酵母发酵力的装置

1.2 试验方法

选择聚葡萄糖、山梨醇、蔗糖、海藻糖4种添加剂(以质量分数计),在低压低氧条件下预发酵1 h,然后测定酵母发酵力,进行单因素试验。添加剂配方单因素试验见表1。

表1 添加剂配方单因素试验

1.2.1 聚葡萄糖对酵母发酵力影响的试验

面粉280 g,酵母2.8 g,加水量145 mL,氯化钠4 g,将酵母、水、氯化钠加入到烧杯中,聚葡萄糖按照质量分数3.0%(8.4 g)、3.5%(9.8 g)、4.0%(11.2 g)、4.5%(12.6 g)、5.0%(14 g)分别加入烧杯中,搅拌混匀,将烧杯放入37 ℃水浴锅中,活化30 min后取出,将活化后的酵母混合物加入面粉中,揉至面团表面光滑无粉粒,用保鲜膜将面团包裹住,放入提前标记好的自封袋中,将面团放入低压低氧锅中预发酵1 h,然后将面团放入酵母发酵力测定装置中(排水法)测定发酵力。每组测定3个面团,取平均值。

1.2.2 山梨醇对酵母发酵力影响的试验

面粉280 g,酵母2.8 g,加水量145 mL,氯化钠4 g,将酵母、水、氯化钠加入到烧杯中,山梨醇按照质量分数0.9%(2.52 g)、1.2%(3.36 g)、1.5%(4.2 g)、1.8%(5.04 g)、2.1%(5.88 g)分别加入烧杯中,搅拌混匀,将烧杯放入37 ℃水浴锅中,活化30 min后取出,将活化后的酵母混合物加入面粉中,揉至面团表面光滑无粉粒,用保鲜膜将面团包裹住,放入提前标记好的自封袋中,将面团放入低压低氧锅中预发酵1 h,然后将面团放入酵母发酵力测定装置中(排水法)测定发酵力。每组测定3个面团,取平均值。

1.2.3 蔗糖对酵母发酵力影响的试验

面粉280 g,酵母2.8 g,加水量145 mL,氯化钠4 g,将酵母、水、氯化钠加入到烧杯中,蔗糖按照质量分数1.5%(4.2 g)、2.0%(5.6 g)、2.5%(7 g)、3.0%(8.4 g)、3.5%(9.8 g)分别加入烧杯中,搅拌混匀,将烧杯放入37 ℃水浴锅中,活化30 min后取出,将活化后的酵母混合物加入面粉中,揉至面团表面光滑无粉粒,用保鲜膜将面团包裹住,放入提前标记好的自封袋中,将面团放入低压低氧锅中预发酵1 h,然后将面团放入酵母发酵力测定装置中(排水法)测定发酵力。每组测定3个面团,取平均值。

1.2.4 海藻糖对酵母发酵力影响的试验

面粉280 g,酵母2.8 g,加水量145 mL,氯化钠4 g,将酵母、水、氯化钠加入到烧杯中,海藻糖按照质量分数1.2%(3.36 g)、1.7%(4.76 g)、2.2%(6.16 g)、2.7%(7.56 g)、3.2%(8.96 g)分别加入烧杯中,搅拌混匀,将烧杯放入37 ℃水浴锅中,活化30 min后取出,将活化后的酵母混合物加入面粉中,揉至面团表面光滑无粉粒,用保鲜膜将面团包裹住,放入提前标记好的自封袋中,将面团放入低压低氧锅中预发酵1 h,然后将面团放入酵母发酵力测定装置中(排水法)测定发酵力。每组测定3个面团,取平均值。

2 试验结果与分析

通过单因素试验筛选出4种添加剂的最佳添加量,再进行正交试验得到最优工艺组合配方。

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 聚葡萄糖对酵母发酵力的影响

通过试验可得,不加添加剂的试验酵母发酵力在常态下面团为448.67 mL,低压低氧后发酵力变为120.33 mL,这表明低压低氧对酵母活性的抑制作用极大。由图2可知,当聚葡萄糖质量分数为4.0%时,酵母发酵力最强,排水体积为343.67 mL。

图2 聚葡萄糖对低压低氧条件下面团酵母发酵力的影响

2.1.2 山梨醇对酵母发酵力的影响

由图3可知,当山梨醇质量分数为1.2%时,酵母发酵力最强,排水体积为273.33 mL。

图3 山梨醇对低压低氧条件下面团酵母发酵力的影响

2.1.3 蔗糖对酵母发酵力的影响

由图4可知,当蔗糖质量分数为2.0%时,酵母发酵力最强,排水体积为151.67 mL。但相对其他添加剂而言,添加蔗糖对酵母性能的影响较小,然而添加蔗糖可以改善面包的口感,还可以为酵母发酵提供能量,因此虽然蔗糖对酵母活性的影响不大,但仍然作为添加剂来使用。

图4 蔗糖对低压低氧条件下面团酵母发酵力的影响

2.1.4 海藻糖对酵母发酵力的影响

由图5可知,当海藻糖质量分数为1.2%时,酵母发酵力最强,排水体积为216.67 mL。另外,酵母存活率与酵母胞内的海藻糖含量相关,当浸泡不完全充分时,添加海藻糖的酵母耐低压低氧率随浸泡时间的增加而增大,当浸泡时间达到30 h时,耐低压低氧率最高。一般情况下面包酵母的活化时间不可能太长,海藻糖并未能完全发挥作用,但海藻糖是一种经济的添加剂,能在一定程度上提高酵母的抗低压低氧性,所以也被选用。

图5 海藻糖对低压低氧条件下面团酵母发酵力的影响

2.2 正交试验设计及试验结果分析

2.2.1 正交试验设计

根据4种添加剂在低压低氧条件下对即发干酵母发酵力的影响效果,获得4种添加剂的最佳质量分数分别为:聚葡萄糖4.0%、山梨醇1.2%、蔗糖2.0%、海藻糖1.2%。再进行正交试验可得到最优组合配方,正交试验因素水平见表2。

表2 正交试验因素水平表

2.2.2 正交试验结果及分析

根据表2中因素和水平进行正交试验,获得了不同组合下的酵母发酵力值,并对试验结果进行极差分析。正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果

由表3可知,A的极差最大,其次分别是D、C、B。因此4个因素中对酵母发酵力的影响顺序为A>D>C>B,由极差分析结果得出优化工艺组合为A1B3C2D2;9组试验中低压低氧面团发酵力最高的为第6组,工艺条件A2B3C1D2,发酵力为452.0 mL;进行验证性试验得出工艺条件A1B3C2D2的发酵力为414.7 mL。通过对2组工艺条件测得的酵母发酵力大小说明正交试验的最优工艺组合为A2B3C1D2。

2.2.3 最优工艺组合制作的面包感官评价

将最优工艺组合的混合添加剂加入到面团中,在面团醒发120 min后,研究不同条件下发酵面包感官评定的结果,主要从面包的形态、表面色泽、组织结构、口感、气味等方面进行评价,每项各占20分,总分100分。不同条件下发酵面包的感官评定见表4。

表4 不同条件下发酵面包的感官评定

从表4中可以看出,低压低氧条件下添加混合添加剂的发酵面包在形态、表面色泽、组织结构、口感等项目上得分均好于没有加混合添加剂的发酵面包,可以达到正常条件下制作面包的要求。图6为低压低氧条件下添加混合添加剂烤制的面包。

图6 低压低氧条件下添加混合添加剂烤制的面包

3 结 语

在低压低氧条件下即发干酵母拥有较好的发酵活性,添加食品添加剂可以有效地提高酵母发酵力,通过单因素试验和正交试验可以得出,对面团酵母发酵力影响最大的最优配方质量分数分别为聚葡萄糖4.0%、山梨醇1.5%、蔗糖1.5%、海藻糖1.2%,活化时间为30 min,此时发酵力为452.0 mL。在低压低氧条件下,用即发干酵母和对发酵力影响最好的最优配方生产出来的面包具有芳香浓郁的烘烤香味,利用最优配方再加入鸡蛋、牛奶、黄油所制成的低压低氧面团烤制成面包后外观和口感与正常制作面包无较大差异,可以在生产中进行应用。针对高原高寒地区环境的特殊性,通过提高即发干酵母发酵力的研究,有助于实现在高原高寒条件下快速批量生产主食面包,对满足高原高寒地区环境下的主食保障需求有重要的意义。