不同乳酸菌发酵酸面团对面包品质及风味的影响

周一鸣，欧阳博雅，向 茜，吕欣东，佘宣明，周小理,2,*，李云龙

（1.上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 201418；2.上海应用技术大学美丽中国与生态文明研究院，上海高校智库，上海 201418；3.山西农业大学 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

面包是一种方便、易获得的食品。在实际生产中，工厂为提高面包的品质往往会在面包中添加适量的改良剂。面包改良剂可以在一定程度上改善和提高面包的品质同时延缓面包的老化，从而延长产品的货架期[1-3]。酸面团发酵虽是古老的原始发酵技术之一，但运用酸面团发酵技术生产的面包与普通商业酵母发酵的面包相比具有无法替代的优势，尤其是其独特的风味。随着消费者对天然健康食品的日益青睐及国家监管部门对食品添加剂的控制日趋严格，酸面团发酵法是提升面包质构及风味的一条科学可靠的途径。

酸面团制作的面包具有较高的营养价值和独特的酸面团风味。利用酸面团作为发酵剂制作面包是一种古老的生物发酵技术，通过发酵作用，改善面团品质，进而起到提升面包营养[4]、风味[5-6]、质构[7-8]、感官和保质期品质的目的[9-10]。研究表明，面包中的风味物质约有40%是在发酵过程中产生。而酵母菌和乳酸菌是面包制作过程中最常见的两类微生物[11]，其中，酵母菌在面团发酵过程中的主要作用是产气，使面团蓬松的同时具有良好的持气性。而乳酸菌在面团发酵过程中主要是产生大量的有机酸类物质以酸化面团，同时产生大量醇类、酮类、醛类、酯类和有机酸类等风味物质，如乙酸、乙醇、2,3-丁二酮和乙酸乙酯等[12-13]，而酸面团风味的种类和含量与乳酸菌的发酵类型密不可分。例如，乳酸是植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum，Lp）在发酵酸面团时产生的主要有机酸，同时乳酸菌还会通过自身的呼吸作用产生少量的二氧化碳。但使用单一乳酸菌种制成的酸面团面包很难实现品质稳定和优良风味兼顾，闫博文等[14]通过乳酸菌协同酵母发酵制备产品可有效改善产品风味、质地和营养特性等。但目前关于复合乳酸菌发酵在活菌数、产品口感风味等方面并未有深入的研究说明。此外，乳酸菌能够产生抗腐败霉菌和细菌的代谢产物（如有机酸、细菌素），利用这类乳酸菌进行酸面团发酵，可以达到延长面包保质期的目的，实现生物防腐[15]。因此本研究选择Lp（同型）、类食品乳杆菌（Lactobacillus paralimentarius，Lpa）（异型）和发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum，Lf）（异型）3种乳酸菌，研究复合乳酸菌发酵酸面团对小麦面包品质的影响，以期为复合乳酸菌发酵酸面团的应用以及开发出营养健康、品质优良的小麦面包提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高筋小麦粉为金像牌面包用小麦粉；活性干酵母安琪酵母有限公司；细砂糖 太古糖业（中国）有限公司；食用盐 中盐上海盐业有限公司；上述均为食品级。无菌水、酸面团由实验室自制。

乳酸（色谱纯） 上海源叶生物科技有限公司；MRS肉汤培养基、MRS琼脂培养基 青岛高科园海博生物技术有限公司；无水乙醇等试剂均为分析纯，购自国药集团（上海）化学试剂有限公司。

Lp（CICC21794）、Lpa（CICC22147）、Lf（CICC22704）来自中国工业微生物菌种保藏管理中心，不同复配组合的菌种配比见表1。

表1 不同复配组合的菌种配比Table 1 Composition of mixed cultures

1.2 仪器与设备

M200 PRO酶标仪 奥地利帝肯公司；TA-XT plus物性测定仪 英国Stable Micro System有限公司；TQ8040气相色谱-质谱联用仪、LC-10AVP PLUS高效液相色谱仪 岛津管理（中国）有限公司；57330-U手动SPME进样器 上海楚定分析仪器有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头 上海朴贝公司；AW-3型智能水分活度仪 南京群联机电科技有限公司；FE20 pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；SPC-40FP醒发箱 上海龙跃仪器设备公司；PURELAB Classic超纯水机 英国ELGA公司；LJYT型烤箱 上海麦科食品机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸面团制作工艺

参照钟京[16]的方法制备各组复合乳酸菌发酵酸面团。对照组酸面团中不接菌。

1.3.2 乳酸菌生长曲线及乳酸菌计数

参照杨森[17]、刘同杰[18]的方法。

1.3.3 酸面团中pH值及可滴定酸（total titratable acid，TTA）的测定

参照Bartkiene等[19]的方法。

1.3.4 酸面团中有机酸含量的测定

参照高世阳等[20]的方法。

1.3.5 酸面团面包配方

将酸面团发酵到16 h，应用到酸面团面包的制作中得乳酸菌发酵酸面团面包（Lactobacillusfermented sourdough bread，LSB）。面包制作配方如表2所示，普通干酵母发酵面包（ordinary dry yeast fermented bread，OFB）与自然发酵酸面团制作的面包（naturally fermented sourdough bread，NSB）作为对照组。

表2 面包配料Table 2 List of bread ingredients g

1.3.6 酸面团面包制作流程

称料→面团调制→一次醒发（35 ℃、相对湿度85%、60 min）→分割，整形（50 g/个）→二次醒发（35 ℃、相对湿度85%、90 min）→烘烤（上火180 ℃、底火180 ℃、25 min）→冷却，成品。

1.3.7 酸面团面包烘焙特性的测定及感官评价

1.3.7.1 比容和质构测定

参照李真[21]的方法。

1.3.7.2 感官评价

参照李继峰等[22]方法并适当修改。选择20 位经过培训的人员（10 位女性，10 位男性，年龄为20～35 岁），对面包样品的比容、外观形状、内部色泽、结构、弹性、气味等指标进行评分。评价标准见表3。

表3 面包评价指标及评分标准Table 3 Criteria for sensory evaluation of bread

1.3.8 酸面团面包贮藏期和水分迁移的测定

参照虞桠芳[23]的方法。

1.3.9 酸面团风味物质的测定

参照杨浣漪[24]的方法。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0处理数据，每组数据重复3 次，取其平均值，并进行显著性分析，P＜0.05，差异显著。采用Origin 2019绘图。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌生长曲线及其活菌数变化的测定结果

由图1a可以看出，在0～2 h时间段内，3 株乳酸菌均处于延滞期生长速率都较缓慢，随后Lf与Lp在2～10 h最先进入对数生长期，增长迅速，且增长速率均高于Lpa，之后Lf和Lp两株菌种分别在10 h和14 h进入稳定期，而Lpa在18 h后进入稳定期。综上可知，Lf生长速率较Lp和Lpa最快。

图1 乳酸菌生长曲线（a）及其活菌数变化（b）Fig. 1 Growth curves of lactic acid bacteria (a) and change in the number of viable bacteria (b)

由图1b可知，在发酵初期（0～10 h），Lpa+Lp+Lf组的乳酸菌生长速率最快，Lpa组中乳酸菌生长最慢。发酵10 h，Lpa+Lp+Lf组和Lpa组酸面团中乳酸菌数量分别为9.20（lg（CFU/g））和8.93（lg（CFU/g）），说明复配组合中的3种菌之间具有良好的共生关系。随着酸面团中碳源、氮源的不断消耗，在发酵16 h，各菌株均逐渐达到稳定期，菌落总数为9.04～9.17（lg（CFU/g））。发酵16 h后，乳酸菌数量基本保持不变，原因在于乳酸菌产生的低pH值环境或酸面团中菌种之间的相互竞争碳源，从而在一定程度上抑制彼此的生长。

2.2 酸面团发酵过程中pH值、TTA及有机酸含量的变化

由图2可知，乳酸菌发酵酸面团的pH值始终低于自然发酵酸面团，TTA则相反，且最终pH值在3.88～4.10之间，TTA在10.47～12.40 mL之间。比较复配组合发酵和单菌发酵组结果，复合乳酸菌发酵酸面团中乳酸菌生长速率较快，在发酵2 h后产酸速度加快，在2～10 h产酸能力最强。在16 h酸度下降到pH 4.0。此时小麦粉中的内源性蛋白酶和淀粉酶活性被激活，有利于游离氨基酸和可溶性糖的代谢。当面团pH值低于4.0后，产酸速度降低，这可能是由于随着酸度的升高，乳酸菌自身的生长也受到抑制。Lpa和Lp的产酸速度最慢，这可能是由于它们的生长速度较慢导致产酸量较低。

图2 酸面团发酵过程中pH值（a）和TTA（b）的变化Fig. 2 Changes in pH (a) and TTA (b) during sourdough fermentation

酸面团发酵时微生物代谢糖类并产生以乳酸和乙酸为主的有机酸，降低面团pH值并激活谷物中的酶系，进而影响酸面团性质[25]。如图3所示，乳酸菌发酵组酸面团乳酸产量远高于乙酸。其中各组酸面团中的乳酸和乙酸含量均呈先上升后下降趋势，发酵到16 h达到最大值之后开始下降。由图3a可知，酸面团产乳酸最快的是Lpa+Lp+Lf组，在16 h乳酸含量高达9.05 mg/g；而Lf、Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf三组酸面团均可以促进乙酸的积累，其中酸面团中乙酸含量最高的是Lf组，在16 h乙酸含量高达2.31 mg/g（图3b）。乙酸的大量产生除了可以赋予酸面团更丰富的风味外，还可以作为抑菌剂，起到防止酸面团面制品变质的作用。

图3 酸面团中乳酸（a）和乙酸（b）含量的变化Fig. 3 Changes in the contents of lactic acid (a) and acetic acid (b) in sourdough

2.3 不同菌种配比对面包比容的影响

由图4A可知，Lpa+Lp+Lf组面包体积最大（251.67 mL），较OFB和NSB的体积分别增长了18.71%和10.06%。这可能是由于复配组合发酵酸面团时对谷物中破损淀粉等起到较好的分解作用，产生小分子的糖利于酵母在醒发过程中发酵产气，进而增大了面包的体积。从图4B可知，Lf和Lpa+Lp+Lf两组酸面团面包的比容较OFB组显著提高（P＜0.05），分别提高了9.91%和19.43%。综上可知，Lf和Lpa+Lp+Lf两组酸面团可有效用于面包比容的改善。

图4 不同菌种配比对面包体积（A）和比容（B）的影响Fig. 4 Effects of different starter cultures on bread volume (A) and specific volume (B)

2.4 不同菌种配比对面包质构特性及感官品质的影响

面包的胶黏性、弹性和回复性与面包品质呈正相关，硬度、黏性和咀嚼性的数值与面包的品质呈负相关[26]。由表4可知，Lpa+Lp+Lf组面包较OFB组和NSB组硬度分别降低了38.21%和28.83%。NSB组品质与OFB组相比，并没有发生明显改善。在面包黏性和咀嚼性上，Lpa+Lp+Lf组面包较OFB组降低了42.04%和45.04%。在面包胶黏性和回复性上，Lpa+Lp+Lf组面包较OFB组提升了9.58%和29.17%。这说明复配组合发酵产物可使酵母菌的蛋白酶活性降低，进而减弱对面筋蛋白的分解，使面包获得较好的品质。结合感官评分，Lpa+Lp组面包的内部结构较为粗糙且风味发酸现象严重，让人产生不愉悦的感觉，OFB组由于风味较单一，不丰富，因而总体评分较低。综合以上结论，Lpa+Lp+Lf组酸面团可以显著提高面包品质。由此可见，不同菌株可以通过合适的比例配合协同发酵，通过彼此之间的竞争和互补作用，为面包形成理想品质提供了优势[27-28]。

表4 不同菌种配比对面包质构特性及感官品质的影响Table 4 Effects of different starter cultures on bread texture and sensory quality

2.5 不同菌种配比对面包老化的影响

2.5.1 菌种配比对贮藏期间酸面团面包硬度变化的影响

由图5可知，复合LSB组面包的硬度在贮藏期间始终低于OFB组和NSB组，且其变化速率也较低。其中Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf两组酸面团面包的硬度在贮藏期间变化最小。贮藏3 d，OFB组面包硬度较第1天增长了1.57 倍，NSB组增长至1.94 倍，而Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf组分别只增加了53.79%和34.82%。在贮藏3～5 d，OFB组面包硬度增长了78.38%，NSB组增长了61.01%，而Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf组面包的硬度的增长幅度最小，分别只增长了60.22%和57.23%，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，乳酸菌产生的有机酸形成了一个酸化环境，使面团的pH值降低，进而降低面包的淀粉消化率，抑制淀粉老化。在贮藏7 d后，Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf组面包的硬度分别只增长了1.93 倍和1.94 倍，而OFB组的硬度增长为原来的6 倍。综上可知，Lpa+Lp+Lf组酸面团有助于减缓面包的老化，延长产品货架期。

图5 不同菌种配比对贮藏期间面包硬度的影响Fig. 5 Effects of different starter cultures on bread hardness during storage

2.5.2 不同菌种配比酸面团面包水分的迁移

从图6a～c可知，在1～3 d贮藏期间，面包皮与面包1 cm处的水分含量相差较大，水分迁移顺着水分梯度从面包1 cm处向面包外表皮处迁移，且OFB组和NSB组面包中的迁移速率较快。Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf组酸面团面包中，面包表皮水分含量的上升速率较其他组面包都较慢。这主要是由于两组面包中产生了大量的有机酸，可以有效阻止面包芯水分向面包表皮的扩散。而面包芯与面包1 cm处的水分含量差异较小，水分在这两部分之间的迁移速率相对较慢。OFB与LSB相比，其各部分的水分变化速率均较快。酸面团发酵制作的面包尤其是Lpa+Lp+Lf组酸面团对抑制面包内的水分重新分布有积极作用[29]，综上可知：Lpa+Lp+Lf组酸面团面包在贮藏期间可延缓面包芯水分含量的减少。

图6 不同菌种配比对贮藏期间面包水分含量的影响Fig. 6 Effects of different starter cultures on the moisture content of bread during storage

随着面包贮藏时间的延长，面包水分活度会逐渐降低，加快淀粉老化回生，由图6d可知，在贮藏过程中，LSB较OFB的水分活度变化减缓，甚至基本保持稳定，尤其是Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf组酸面团面包，水分活度变化速率最慢，这可能是Lpa+Lp+Lf组所形成的酸化环境及其产物可以减少贮藏期内水分在淀粉和蛋白质之间的迁移，从而增加面包的持水性。综上可知，复合乳酸菌发酵酸面团可以有效延缓面包的老化。

2.6 不同菌种配比对面包挥发性物质的影响

由图7和表5可知，在各组酸面团面包中风味物质总含量最高的是Lpa+Lp+Lf组和Lp+Lf组，最高含量达352.39 μg/kg和182.90 μg/kg。9 组面包样品中共检测出69种风味物质，主要包括醛类、酯类、酮类、醇类、酸类以及其他类化合物，不同样品中挥发性风味物质种类和含量不同，其中OFB、NSB、Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf酸面团面包分别检测出31、36、39种和49种风味物质，其中有14 种化合物共同存在于9种面包中。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。

表5 不同菌种配比对面包挥发性物质含量的影响Table 5 Effects of different starter cultures on the contents of volatile substances in bread μg/kg

续表5

图7 不同菌种配比对面包各类挥发性物质的影响Fig. 7 Effects of different starter cultures on contents of different classes of volatile substances in bread

添加Lpa+Lp+Lf酸面团后，样品中的挥发性化合物增加到49种，其中己酸乙酯、2-甲基丙酸苯乙酯、2-呋喃甲醇、1-壬醇和顺-3-壬烯-1-醇等物质是Lpa+Lp+Lf酸面团面包独有的风味化合物，丰富了样品的风味。同时，5-羟甲基糠醛、月桂醛、苯乙醇、癸酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、壬酸和D-柠檬烯等物质含量也显著升高，样品中检测出的2-甲基丙酸苯乙酯具有花香、果味、玫瑰和蜂蜜的气味，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，改善小麦酸面团面包的风味。

添加Lpa+Lp+Lf酸面团后，样品中挥发性化合物含量较高的是酸类、酯类、醇类、醛类，含量分别为116.63、38.56、115.98 μg/kg和49.41 μg/kg，其中，酸类、酯类、醇类、醛类物质中相对含量最高的分别是壬酸、辛酸乙酯、苯乙醇、苯甲醛。酯类物质的阈值一般较低，是易挥发的风味物质，同时是发酵香气成分中的主要呈香物质[30]，而辛酸乙酯是具有代表性的物质，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[31]。9种样品所共有的醇类物质主要是苯乙醇，它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，而Lpa+Lp+Lf组酸面团面包中苯乙醇含量最高为103.66 μg/kg；醛类物质一般阈值较低，对面包风味的整体贡献较大，主要提供奶油、脂肪、香草、清香、果味等气味。苯甲醛呈现的风味主要是杏仁、坚果和木香味。与OFB、NSB组相比，Lpa+Lp+Lf组酸面团面包中酸类物质分别为OFB、NSB组的4.43 倍和2.66 倍。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[32]，同时样品中酯类、醇类物质也大量增加。

3 结 论

本研究通过将不同乳酸菌发酵酸面团以及复合乳酸菌发酵酸面团应用于面包的制作中，提高酸面团面包的品质，研究表明：将乳酸菌发酵后的酸面团添加到小麦面包中，样品的硬度、咀嚼性显著降低，弹性增大（P＜0.05），面包的品质得到改善；加入酸面团后，随着贮藏时间的延长，第7天时Lpa+Lp+Lf组酸面团面包的硬度只增长了1.94 倍，而OFB的硬度增长为原来的6 倍。Lpa+Lp+Lf组酸面团的添加能有效延缓面包老化；9种样品分别检测出31、36、42、41、38、37、39、42 种和49种风味物质，有14 种化合物共同存在于9种面包中，Lpa+Lp+Lf组酸面团对提高面包中醇类、酯类、醛类、酸类和酮类风味物质的含量有明显促进作用，其中酯类、酸类、酮类和醇类挥发性物质含量分别是OFB组的2.75、4.43、2.29 倍和3.03 倍。且Lpa+Lp+Lf组酸面团面包中苯乙醇、乙酸、壬酸、辛酸乙酯等含量较其他组都有显著升高，这些物质具有花香和水果类香气，可以为面包提供更丰富气味，提升面包的感官品质。结果表明复合乳酸菌酸面团，特别是Lpa+Lp+Lf组酸面团的添加对小麦面包的品质有明显的改善作用，为复合乳酸菌发酵酸面团的应用提供了理论基础。