乳酸菌发酵对空心面条品质的影响

王文琪,王志强,沈海军,王爱红,黄玉军

1(江苏省联合职业技术学院扬州旅游商贸办学点,江苏 扬州,225001) 2(扬州大学 食品科学与工程学院,江苏 扬州,225127)

面条是市场需求量大、食用方便的传统主食。发酵空心面对比普通生鲜面条具有久煮不烂、细嫩滑爽、且易于消化的特点,深受人们喜爱[1]。地方特色显著的发酵空心面主要有泅洪空心挂面、绥阳空心面、岐山挂面、中江挂面等[2]。有关空心面的研究并不多。任元元等[3]认为影响空心面综合品质的关联性指标为湿面筋含量和糊化温度, 适合加工为空心面小麦粉糊化温度应小于84 ℃。林娟[4]研究认为加水量53%、加盐量4.1%、pH值7.0,在该条件下,空心面的品质最佳。但含盐量高不符合现在人饮食健康追求,且传统空心面制作要经过20多道工序,70多小时发酵,因此极大限制了空心面市场。

乳酸菌作为一种具有益生作用的微生物,通常是以发酵剂的形式应用到产品中[5]。李晓娜等[6]认为乳酸菌发酵可缩短面团发酵时间,提升面条风味及营养特性。KATINA等[7]研究发现,对于全谷物面团,采用乳酸菌发酵效果更好,不仅能够改善面团营养价值,而且对相关保健制品的研发也大有好处。杨浣漪等[8]研究了河南地区传统面食微生物组分,表明植物乳杆菌为优势菌株。近年来,乳酸菌在发酵面包、饼干等烘焙面点中扮演着越来越重要的角色,但是将乳酸菌运用到空心面中的研究较少。因此针对空心面制作工艺繁杂、自然发酵时间长、品质难以控制等加工技术中的问题,结合传统手工空心面的制作工艺,本文选择植物乳杆菌(Lp)、类食品乳杆菌(Lpa)、发酵乳杆菌(Lf)3种乳酸菌,研究乳酸菌单独与复合发酵对空心面品质的影响,期望为空心面的工业加工与开发提供一些理论依据,同时为提高空心面的营养与品质提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

雪花面粉,泰兴市雪霞面粉厂生产,中筋面粉,蛋白质含量10.80%,灰分0.34%;食盐,淮牌;植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum,Lp,CICC21794)、类食品乳杆菌(Lactobacillusparalimentarius,Lpa,CICC22147)、发酵乳杆菌(Lactobacillusfermentum,Lf,CICC22704),AA中国微生物菌种保藏中心;活性干酵母,安琪酵母有限公司;MRS肉汤培养基,北京陆桥技术股份有限公司。

TA.XT 2i食品质构仪,英国Stable Micro Systems公司;电子天平,奥豪斯国际贸易(上海)有限公司;JHMZ-200电动和面机,北京东孚久恒仪器技术有限公司;DZM-140小型压面机,辉轩食品机械有限公司;冰箱,海尔集团;电磁炉,苏泊尔股份有限公司;pH酸度计,梅特勒托利多;LHS-100CH恒温恒湿箱,上海一恒科学仪器有限公司;AccuFat-1050磁共振分析仪,江苏麦格迈医学科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 乳酸菌发酵菌泥的制备

参照葛珍珍等[9]的方法制备各组别乳酸菌发酵菌泥,不同组别的菌种配比如表1所示。

表1 不同组别菌种配比Table 1 Strain ratios of different groups

1.2.2 空心面的配方及制作

参照任元元等[3]和T/GGI 01—2021《绥阳空心面》[10]做适量调整。空心面配方见表2。制作流程见图1。

表2 空心面配方 单位:g

图1 空心面的制作工艺流程Fig.1 The production process of hollow noodles

1.2.3 蒸煮特性的测定

每个样品取20根面条(称重m1)为一组,置于500 mL沸水中煮5 min,捞出以流动的自来水冲淋约10 s,称量煮后面条的重量(m2),记录完整的面条根数N。将面汤加入恒重的烧杯(m3),加热蒸发掉大部分水,放入105 ℃恒温箱中至恒重(m4)。按照公式(1)计算吸水率,公式(2)计算断条率,公式(3)计算干物质失落率:

(1)

(2)

(3)

1.2.4 pH与可滴定酸度(titratable acid,TTA)的测定

量取90 mL的去离子水和10 g样品,研磨搅拌成均匀地乳浊液,用pH计测定混合溶液的pH,作为生鲜面条的pH值。向混合溶液中加0.1 mol/L的NaOH溶液直至pH值为8.5,记录NaOH溶液消耗体积(mL)即为该面条样品的TTA。

1.2.5 质构特性(texture profile analysis,TPA)的测定

每组取21根面条放入1 L沸水中煮至最佳蒸煮时间,取出放入冷水中浸泡10 s,立即进行面条的质构特性测定。TPA参数设置测前速率、测试速率和测后速率均为0.8 mm/s,形变量为70%。2次压缩停留间隔为10 s。数据采集速率为400 pps,触发力为5 g。每个样品重复测定6次, 试验结果取其平均值。从TPA质构曲线上可得到6个参数值:硬度、黏度、弹性、内聚性、咀嚼性和回复性。

1.2.6 水分分布的测定

参照李立华等[11]的方法略作改动。取3根同等条件下贮藏2 d的空心面条样品并用保鲜膜包裹,于25 ℃的条件下将样品放入低场核磁共振的样品管中进行检测,采用CPMG脉冲序列测定空心面横向弛豫信号T2,重复检测3次取平均值。检测参数:采用R50-F10-PIN探头,采样点数TD=10 104,间隔时间1 000 ms,回波数量为1 000,重复扫描间隔2 s,重复扫描次数为8次。

1.2.7 游离氨基酸总量的测定

参照罗昆等[12]HPLC的方法略作改动。称取1 g空心面样品捣碎置于15 mL容量瓶中,加入5%的三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)溶液定容至50 mL,25 ℃超声30 min后静置2 h,过滤取上层清液5 mL放离心管,12 000 r/min离心0.5 h。参考罗昆等[12]的色谱条件。

1.2.8 蛋白质体外消化率(invitroprotein digestibility,IVPD)

参照MINEKUS等[13]和黄其程[14]的方法测定空心面IVPD。凯氏定氮法测定消化前蛋白含量N1。取煮好的1 g面条样品,加入15 mL 20 mg/mL的胃蛋白酶溶液,用HCl溶液将pH值调节为3.0,37 ℃ 180 r/min振荡2 h;用NaOH溶液将pH值调整到7.0,加入15 mL 5 mg/mL胰蛋白酶溶液,37 ℃ 180 r/min 振荡1.5 h;沸水浴灭酶10 min终止反应。样品加入5 mL 100 g/L的TCA溶液,静置20 min,在10 000 r/min 下离心15 min,沉淀再用TCA溶液洗涤一次后用凯氏定氮法测定未消化蛋白含量N2。利用公式(4)计算IVPD:

(4)

1.3 数据处理

Excel 2019和SPSS Statistics 24软件进行数据处理及相关性分析,Origin 2021软件进行图形的绘制。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌发酵对面条蒸煮特性的影响

面条的蒸煮特性是评价空心面品质好坏的十分重要的指标[15]。吸水率能体现面条中面筋蛋白情况和淀粉吸水膨胀程度[16],蒸煮损失率体现煮制过程中营养成分的流失程度,该数值越小越好[17]。由表3可知,乳酸菌单菌及复合菌发酵对空心面蒸煮特性影响显著,乳酸菌发酵的面条断条率均低于对照组,其中单菌C组和复合菌G组断条率为0,这说明乳酸菌发酵的面条内部面筋网络优,断条率低。复合菌G组的面条蒸煮损失率最低,吸水率最高,且无断条,这说明复合乳酸菌发酵的空心面品质最佳。这可能是因为复合组中3种菌能良好共生[18],同时乳酸菌发酵增强了面筋网络结构,改善了面条质量[19]。

表3 不同乳酸菌发酵对面条蒸煮特性的影响 单位:%

2.2 乳酸菌发酵对面条pH与TTA的影响

酸化过程是改善酸面团营养特性的基础,研究乳酸菌的酸化过程具有十分重要的意义[20]。pH对面团中的微生物生长、酶活性等均有影响。面团的酸化程度则可以用TTA值来表征[15]。几组乳酸菌发酵面条的pH和TTA变化如图2所示,乳酸菌单菌和复合菌发酵面条的pH值均低于对照组,且随着发酵时间的延长,pH均呈下降趋势,最终稳定在3.83～4.11,TTA的变化则相反,用乳酸菌发酵的面条NaOH消耗体积最终稳定在10.25～12.23 mL,这是因为发酵过程中,乳酸菌释放出大量的乳酸和乙酸,从而降低了pH提高了酸度[21]。对照组的面条pH值下降缓慢,其他利用乳酸菌发酵的面条pH值均迅速降低,这说明乳酸菌产生的有机酸更多,其中用发酵乳杆菌(Lf)发酵的面条pH下降最为迅速,对照组的最为缓慢,植物乳杆菌(Lp)和类食品乳杆菌(Lpa)单独发酵对比复合乳酸菌发酵的面条pH下降缓慢,说明Lf的生长速度较快、产酸较多,Lp和Lpa的单独产酸能力不如复合乳酸菌产酸能力。发酵20～24 h pH和TTA趋于稳定,这可能是因为发酵后期,pH较低不利于乳酸菌的生长。

a-pH;b-TTA图2 不同乳酸菌发酵对面条pH和TTA的影响Fig.2 Effect of different lactic acid bacteria fermentation on pH and TTA of noodles

2.3 乳酸菌发酵对面条质构特性的影响

面条的硬度、弹性和咀嚼性与面条品质呈正相关,黏性与面条的品质呈负相关[22]。由表4可知,复合益生菌发酵后面条的质构均提升显著(P<0.05),单菌发酵则仅C组提升显著(P<0.05),其中G组面条较CK组硬度提升了22.9%,咀嚼性提升了19.36%,黏性降低了57.82%,这说明复合乳酸菌发酵的面条相比对照组具有较好的品质。这可能是因为乳酸菌发酵增加了面团中的直链淀粉,从而导致面条黏性下降,黏性越小,面条越滑爽适口[23]。在面条的弹性上,乳酸菌发酵的面条弹性均高于对照组,这可能是因为乳酸菌发酵过程中分解了面团中一部分纤维素和大分子蛋白质,同时乳酸菌发酵有利于形成面筋蛋白二硫键,使得面筋网络更加紧密,从而提高面团的延展性和筋性[24]。综上所述,G组复合乳酸菌发酵可以显著提高面条品质。由此可见,不同乳酸菌种复配协同发酵,有利于面团品质提升。这与程晓燕[25]得到的乳酸菌发酵小麦酸面团显著提高产品品质的结论一致。

表4 不同乳酸菌发酵对面条质构特性的影响Table 4 Effects of different lactic acid bacteria fermentation on the texture characteristics of noodles

2.4 乳酸菌发酵对面条贮存过程中水分分布的影响

利用低场核磁共振技术检测空心面中水分分布情况和结合状态,弛豫信号主要来自样品中的H质子,信号的变化表示空心面中水分状态的变化。由表5可知,通过对所测定的数值反演,在检测范围内出现了3个峰,分别是T21、T22、T23;T21代表结合水,范围在0～10 ms表示与蛋白质和淀粉结合紧密、难流动。T22代表不易流动水,范围在10～100 ms表示与蛋白质和淀粉结合不太紧密,T23代表自由水。三者的相对信号幅度峰标记为A21、A22、A23,分别代表每种水成分的含量。

表5反映不用组别面条的弛豫时间T2及水分含量A2的变化规律。A22占总峰面积的90%以上,是面条中的主要水分形式,这与葛珍珍等[26]、姜东辉[27]的研究结果相类似。乳酸菌发酵组对比自然发酵组,T21值总体呈变小趋势,T22和T23值无明显变化规律;对应的A21值总体呈变大趋势,A22值变小,说明乳酸菌发酵面条结合水的能力更强,面条蒸煮损失变小。

表5 不同乳酸菌发酵对面条水分分布的影响Table 5 Effects of different lactic acid bacteria fermentation on the moisture distribution of noodles

2.5 乳酸菌发酵对面条中营养指标的影响

2.5.1 乳酸菌发酵对面条游离氨基酸总量的影响

面条中的氨基酸种类、含量和比值是评定其蛋白质营养价值高低的重要指标。乳酸菌发酵对面条中游离氨基酸的影响如图3所示,乳酸菌发酵的面条游离氨基酸总量均高于对照组,氨基酸总量由高到低对7组乳酸菌发酵空心面排序,依次为G组、E组、C组、F组、D组、B组、A组,说明乳酸菌发酵有利于氨基酸的释放,且复合乳酸菌发酵要优于单菌发酵,其中G组游离氨基酸总量(223.56 mg/100 g)是CK组游离氨基酸总量(162.47 mg/100 g)的1.38倍,THIELE等[28]研究发现酵母发酵面团游离氨基酸含量较乳酸菌发酵酸面团的低,与本文研究结果一致。G组的游离氨基酸总量高,说明乳酸菌复合发酵一定程度上改善了空心面的营养价值。

食物中最主要的限制氨基酸是赖氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met),由表6可知,乳酸菌发酵后的空心面赖氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)均高于CK组,所有组别空心面中谷氨酸(Clu)含量均最多,由CK组的43.15 mg/100 g增加至G组的64.58 mg/100 g。8种必需氨基酸,组氨酸(His)、苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、赖氨酸(Lys)分别由CK组的2.63、7.53、4.92、2.53、6.27、4.11、4.58、3.95 mg/100 g最大增加至G组的4.68 mg/100 g、E组的9.34 mg/100 g、G组的5.86 mg/100 g、D组的3.46 mg/100 g、G组的8.53 mg/100 g、G组的5.67 mg/100 g、G组的5.64 mg/100 g、G组的5.75 mg/100 g,造成这一现象的原因可能是因为乳酸菌生长繁殖过程中产生的酶水解了一些蛋白质,从而增加了游离氨基酸的含量[29]。检测的9种非必需氨基酸,谷氨酸(Clu)和天冬氨酸(Asp)主要体现鲜味,甘氨酸(Gly)和脯胺酸(Pro)主要体现甜味[30],乳酸菌发酵空心面,这些氨基酸均有一定幅度增加,综上所述乳酸菌复合发酵使空心面更加鲜甜。

2.5.2 乳酸菌发酵对空心面中IVPD的影响

IVPD是评定一种食品中蛋白质的营养价值的常用方法,IVPD越高,则被吸收的数量就越多,其营养价值越高。不同组别面条的体外消化率如图4所示。用乳酸菌发酵后空心面的IVPD均高于CK组,最高的是G组达90.83%,高出对照组15.59%,这可能是因为乳酸菌发酵消除了面团中的部分抗营养因子,研究表明[31-32]抗营养因子可影响蛋白质的消化吸收,同时部分蛋白质降解成氨基酸或多肽,这与游离氨基酸总量增加结果一致,从而使蛋白质水解速度提高,最终促使IVPD变高。这一结果与吕欣东[33]的研究结论:乳酸菌酸面团中蛋白质的降解能够提高蛋白质的利用率相一致。

图3 不同乳酸菌发酵对面条游离氨基酸总量的影响Fig.3 Effects of different lactic acid bacteria fermentation on the total amount of free amino acids of noodles注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

表6 不同乳酸菌发酵对面条游离氨基酸含量的影响 单位:mg/100 g

图4 不同乳酸菌发酵对面条蛋白质体外消化率的影响Fig.4 Effects of different lactic acid bacteria fermentation on the digestibility of noodle proteins in vitro

3 结论

乳酸菌发酵空心面与对照组空心面的品质存在明显差异,不同乳酸菌及复合乳酸菌应用于空心面的制作,提高了空心面品质。和对照组相比,乳酸菌发酵的面条断条率少,pH值下降,TTA增加,样品面条的硬度、弹性和咀嚼性变大,黏性减小,面条结合水的能力更强,面条蒸煮损失变小,品质得到改善。在营养价值方面,乳酸菌发酵面条的IVPD高于对照组,游离氨基酸总量也均高于对照组,氨基酸总量由高到低对7组乳酸菌发酵空心面排序,依次为G组、E组、C组、F组、D组、B组、A组,说明乳酸菌发酵有利于氨基酸的释放,其中G组游离氨基酸总量(223.56 mg/100 g)是对照组游离氨基酸总量(162.47 mg/100 g)的1.38倍;这些游离氨基酸可为空心面提供甜鲜味,提高面条的感官品质。综上所述复合乳酸菌发酵要普遍优于单菌发酵,特别是复合乳酸菌发酵(Lpa+Lp+Lf)组明显改善了空心面的品质。