2 種乳酸菌發酵酸面團對饅頭品質與風味的影響

邢 倩，劉 敏，柯 勝，周中凱*

（1 石河子大學 農產品加工與質量安全控制重點實驗室 新疆石河子832003 2 天津科技大學食品科學與工程學院 天津 300457）

酸面團是由乳酸菌和酵母菌發酵的谷物加工產物以及水的混合物[1]。酸面團技術作為一種流傳已久的發酵技術，有著獨特的優勢。通過酸面團發酵，面團品質得到有效改善[2]，產品的質地、營養以及風味也得到改變。由于其具有更高的酸度以及抑制霉菌生長的能力[3]，因此酸面團還可作為改良劑，延緩產品的老化，使產品貨架期延長。

酸面團中的主要細菌是酵母菌和乳酸菌，不同的細菌在面團發酵過程中發揮不同的作用。酵母菌主要作用是通過產生氣體使面團蓬松，乳酸菌則通過自身的酸化能力影響內源蛋白酶和α-淀粉酶的活性，從而顯著改善風味、質地和營養[4]。研究表明，將酸面團添加到面團中會降低面團的彈性，使面團變得更加柔軟[5]。酸面團風味的類型和含量也與乳酸菌的發酵類型密切相關。例如植物乳酸桿菌作為酸面團中典型的發酵菌種，可以利用糖類和蛋白質，產生大量風味物質的前體物質，例如小肽、游離氨基酸等[6]。也有使用魏斯氏菌作為新的發酵劑來生產酵母面包的相關研究，魏斯氏菌不僅可在低酸濃度下生長，而且具有較高的β-半乳糖苷酶活力，能夠抑制真菌的生長[7]。對融合魏斯氏菌發酵的風味研究較少，且將其與其它乳酸菌復合發酵的相關研究也較匱乏。本文研究融合魏斯氏菌與植物乳桿菌與酵母單獨發酵和共同發酵對酸面團pH 值、酸度（TTA）、乳酸菌菌落數和有機酸含量，以及不同酸面團對饅頭面團水分分布、流變學特性及饅頭品質和風味的影響，為接下來使用相關菌種發酵酸面團奠定了理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設備

富強小麥粉，天津食品集團有限公司；安琪高活性酵母，安琪酵母股份有限公司；MRS 培養基，海博生物技術有限公司；融合魏斯氏菌（Weissella confusa）ZZK、植物乳酸桿菌（Lactobacillus plantarum）11118，糧油科學與工程實驗室提供。

電子天平，美國雙杰兄弟（集團）有限公司；MARS 60 動態流變儀，德國賽默飛世爾科技有限公司；食品體積測定儀，瑞典波通公司；TA.XT.Plus質構儀，英國Stable Micro Systems 公司；7890A/5960C GC-MS 儀器，美國安捷倫公司和面機，青島漢尚電器有限公司；恒溫恒濕培養箱，上海赫田科學儀器有限公司；Micro MR-25 低場核磁共振儀，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；蘇泊爾蒸鍋，浙江蘇泊爾股份有限公司；YXQ-LS-75511 立式壓力蒸汽滅菌器，上海博訊實業有限公司醫療設備廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 酸面團的制備 植物乳酸桿菌和融合魏斯氏菌在MRS 培養基活化擴培后，取處于生長對數期的細菌培養液在5 000×g、4 ℃下離心10 min 后取菌泥，用無菌蒸餾水洗滌兩次后，按7 lg（CFU/g）接種量接種菌泥到面團中，混合菌發酵組按照植物乳酸桿菌和融合魏斯氏菌體積比1∶1 接種到面團中，每組接種1%的活性干酵母，對照組為僅有活性干酵母的組，保證面團得率DY 值=100×（面粉質量+水質量）/面粉質量）=200[8]。在30 ℃和80%相對濕度下，在恒溫恒濕培養箱中發酵24 h。

1.2.2 饅頭的制備 普通饅頭面團中面粉與水的比例為2∶1，加入1%的活性干酵母。酸面團饅頭面團中用30%的酸面團替代等量的面粉。面團在和面機中攪拌15 min 至表面光滑，在室溫下松弛10 min 后，將面團分割并手動成型，在38 ℃、85%相對濕度（RH）下發酵40 min。最后，將醒發好的面團上鍋蒸20 min。

1.2.3 酸面團發酵過程中pH 值、TTA 和乳酸菌菌落數的測定 每隔2 h 取10 g 新鮮酸面團樣品，溶解于90 mL 無菌蒸餾水中，置于磁力攪拌器上攪拌30 min，用pH 計測量pH 值。用0.1 mol/L的NaOH 滴定其pH 值為8.6，所消耗NaOH 的量用于表示面團的TTA。

每4 h 取10 g 新鮮酸面團樣品，溶解于90 mL 無菌生理鹽水中，在無菌超凈臺中置于磁力攪拌器上攪拌20 min，取1 mL 溶液進行稀釋涂布，梯度稀釋至10-5～10-8，在MRS 固體培養基上培養48 h。

1.2.4 酸面團有機酸含量的測定 取5 g 新鮮酸面團，溶解于20 mL 蒸餾水中，在4 ℃下超聲提取2 h，混合物在4 ℃、10 000×g 下離心10 min，然后取2 mL 上清液在4 ℃、10 000×g 下離心30 min。

在25 ℃、0.8 mL/min 的流速下，使用C18 柱（5 μm×4.6 mm×250 mm）通過超高效液相色譜法測定酸面團中的乳酸和乙酸含量。0.1%磷酸作為流動相，注射量為10 μL。使用紫外檢測器（214 nm）進行檢測[9]。

1.2.5 饅頭面團的水分流動性測定 通過低場核磁共振技術（LF-NMR）測量饅頭面團的水分分布。將3 g 的面團放入核磁試管中，然后插入核磁共振探針。使用Carr-Purc 將制備好的樣品放置在直徑為40 mm 的板之間，板之間的間隙設置為2 mm。在恒定應變幅度為0.3%時，用振蕩頻率為0.1 Hz 至ell-Meiboom-Gill 序列（CPMG）確定自旋-自旋弛豫時間。典型的脈沖參數為：接收帶寬（SW）=100 kHz，主頻（SF）=22 MHz，90°脈沖時間（P1）=5.00 μs，數字增益（DRG1）=3，采樣點數（TD）=37 368，采樣重復間隔時間（TW）=2 000 ms，重復掃描次數（NS）=16，180°脈沖時間（P2）=11.00 μs，回波時間（TE）=0.25 ms，回波個數（NECH）=1 500[10]。

1.2.6 饅頭面團的流變學測定 將制備好的樣品放置在直徑為40 mm 的板之間，板之間的間隙設置為2 mm。在恒定應變幅度為0.3%時，用振蕩頻率為0.1 Hz 至10 Hz 的G′和G″記錄動態流變特性[11]。

1.2.7 饅頭比容的測定 BVM6630 食品體積測試儀用于測定饅頭樣品的比體積。每個樣品做3次平行，取平均值。

1.2.8 饅頭質構特性的測定 饅頭樣品冷卻1 h后，取中心部位，切成2 cm×2 cm×2 cm 的正方體進行質構特性的測定。使用配備圓柱探頭（P/35型）的質構儀的TPA 模式。樣品以2 mm/s 的速度進行雙重壓縮測試，第1 次壓縮和第2 次壓縮之間延遲5 s，變形率為40%，觸發力為5.0 g。每個樣品做5 次平行，取平均值。

1.2.9 饅頭風味物質的測定 揮發性化合物通過頂空固相微萃?。℉S-SPME）提取，并用氣相色譜-質譜（GC-MS）檢測。稱量每個饅頭樣品3.0 g，將其放入一個20 mL 的頂空瓶中，在60 ℃的恒溫水浴中平衡20 min，將老化好的SPME 針刺入小瓶中頂空萃取30 min，隨后迅速將SPME 針插入250 ℃的進樣口中解吸15 min。使用配備Rtx-5MS DB-WAX122-7032（30 m×0.25 mm×0.25 μm）柱的氣相色譜儀，通過GC-MS 分析饅頭樣品中的揮發性化合物。

色譜條件：初始溫度45 ℃保持13 min，以4℃/min 升溫至150 ℃保持2 min，然后以8 ℃/min升溫至250 ℃保持6 min。氦氣流速為1.0 mL/min，進樣口溫度為250 ℃。

質譜條件：電子源溫度為200 ℃，電離能量為70 eV，掃描范圍為35～500 m/z。通過與標準計算的保留指數（RI）進行比較來鑒定揮發性化合物，以2，4，6-三甲基吡啶為內標進行定量分析。根據受試化合物的峰面積與內標的比值計算受試化合物的含量。

1.3 數據處理

所有分析測定至少進行3 次。使用統計軟件包SPSS 22.0（IMB，Armonk，NY，USA）和Origin 8.5（OriginLab，USA）對獲得的數據進行分析。Duncan 多范圍檢驗用于確定結果之間的差異，P＜0.05 被認為具有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 酸面團發酵過程中pH 值、TTA 和菌落數變化

所有酸面團樣品的pH 值均呈下降趨勢，而TTA 則呈相反趨勢。在發酵過程中，不添加乳酸菌的酸面團的pH 值下降最慢，最終為4.69，高于其它樣品。16 h 后LP 組pH 值低于WC 組，LP+WC組pH 值介于兩組之間。這些酸面團的pH 值分別為3.99，4.05 和4.00。所有處理組酸面團的pH 值在16 h 后下降速率減緩，這可能是由于隨著酸度的升高，乳酸菌本身的生長受到抑制。此外，與LP組相比，WC 組pH 值下降更快，可能是由于融合魏斯氏菌生長較植物乳酸桿菌更快。24 h 后，和CK 組對比，添加乳酸菌發酵的酸面團pH 值保持穩定。

所有酸面團發酵過程中的乳酸菌菌落數呈上升趨勢，添加乳酸菌發酵的酸面團的菌落數多于不添加乳酸菌發酵的酸面團。WC 組菌落數拐點早于LP 組，可能是由于融合魏斯氏菌的生長速度快于植物乳酸桿菌。LP+WC 組菌落數在24 h 達到最高為9.34 lg（CFU/g 酸面團），證明兩種乳酸菌可以協同發酵。發酵24 h 后，由于高濃度有機酸的積累，乳酸菌遭受酸脅迫，導致其生長受到抑制或細胞活力喪失[12]，其菌落數開始呈下降趨勢。根據菌株的生長活性和酸積累情況，選擇發酵時間為24 h。

圖1 酸面團發酵過程中pH 值、TTA 和乳酸菌菌落數Fig. 1 pH value，TTA and lactic acid bacteria colony count during sourdough fermentation

2.2 酸面團有機酸含量

添加乳酸菌發酵的面團中乳酸和乙酸的含量均高于不添加乳酸菌的面團。發酵24 h 后，LP 組乳酸含量最高為7.75 mg/g 酸面團，LP+WC 組中乙酸含量最高為0.49 mg/g 酸面團。小麥酸面團中有機酸的產生與乳酸菌的代謝類型密切相關。植物乳酸桿菌是兼性異型發酵乳酸菌，融合魏斯氏菌是異型發酵乳酸菌[13]。在發酵過程中，植物乳桿菌代謝葡萄糖產乳酸，而融合魏斯氏菌代謝葡萄糖產乳酸和乙酸，因此，LP 組乳酸含量高于WC組，而乙酸含量低于WC 組。由于乳酸菌之間的相互作用，通過乳酸菌共同發酵，乙酸的含量增加[14]。乙酸的酸度低于乳酸，因此LP 組pH 值低于WC 組，這與測量的pH 值結果一致。

圖2 酸面團中乳酸、乙酸含量Fig. 2 Content of lactic acid and acetic acid in sourdough

2.3 饅頭面團水分流動性

低場核磁共振（LF-NMR）是測定面團中不同成分之間質子分布和遷移的有效技術。根據橫向弛豫時間（T2）的分布，面團中質子分布的3 個群體被命名為T21、T22和T23。不同的T2弛豫時間表明水分的流動性不同。流動性有限的T21部分屬于結合水，T22代表半結合水，T23代表自由水[15]。如圖3所示，由于該峰的積分面積占總峰面積的百分比約為80%，因此1H 群體在T22中最為豐富，這表明面團中的半結合水是水分存在的主要形式。

圖3 饅頭面團水分流動性Fig. 3 The water mobility characterization of steamed bread dough

OSB 組T2弛豫時間為289.94 ms，LP、WC 和LP+WC 組的T2弛豫時間為235.43 ms，CK 組 為252.35 ms，添加酸面團的T2弛豫時間較普通饅頭面團短，表明添加酸面團的饅頭面團水分流動性較慢。添加接種乳酸菌酸面團的饅頭面團弛豫時間較CK 組短，有研究發現，與不含酸的樣品相比，添加酸會限制面團中水的流動性[16]，添加酸面團的饅頭面團的酸含量增加，這可能是添加酸面團的饅頭面團水流動性受限的原因之一。不同乳酸菌發酵的面團對饅頭面團的水流動性影響無明顯區別，樣品之間質子分布面積的差異不顯著。

2.4 饅頭面團流變特性

通過動態流變學研究饅頭面團的黏彈性。如圖4 所示。所有面團樣品的儲能模量（G′）和損耗模量（G″）均隨頻率的增加而增加，面團的G′大于G″，表明饅頭面團的彈性大于黏性。結果表明，當添加酸面團時，G 和G″均降低。添加乳酸菌發酵酸面團的饅頭面團G′和G″均高于不添加乳酸菌發酵酸面團的饅頭面團，LP+WC 組的G′和G″均高于LP 組和WC 組。

圖4 饅頭面團的動態流變特性Fig. 4 Rheological properties of steamed bread doughs

酸面團的添加促進了面團的吸水性，發生形變的原因之一是面團中的水分含量增加，在流變學上則體現為黏彈性下降。面筋網絡結構與面團的流變學有高度相關性[17]，面團結構的弱化與蛋白質的溶解度有關，蛋白質溶解度的增加促進了面筋蛋白質內的分子內靜電排斥，靜電排斥阻止形成新的鍵，從而導致結構弱化。在低pH 值下，小麥面筋更容易溶解，添加酸面團導致了這一結果[18]。除了蛋白質外，添加酸面團還可以改變淀粉顆粒結構，乳酸菌在面團中的代謝使淀粉溶解，這也使面團軟化，即黏彈性降低[19]。與不添加乳酸菌的酸面團相比，添加乳酸菌發酵的饅頭面團的黏彈性有所改善，這可能是因為乳酸菌的某些代謝產物與蛋白質和淀粉相互作用，改善了面團的網絡結構。例如，發酵過程中產生的有機酸可能是最重要的影響之一，乳酸有助于增強面筋的彈性，而乙酸進一步硬化面筋[20]。此外，淀粉酶、蛋白酶和半纖維素酶等酶的活性也會影響饅頭面團的流變學特性。因此，添加酸面團對面團流變學的影響是多種因素綜合作用的結果。

2.5 饅頭比容

添加酸面團對饅頭的比容有積極影響。LP+WC 組比容最大為2.17 mL/g，較普通干酵母面包（OSB）增長了20.56%，添加酸面團對饅頭比容的影響取決于酸度分布和結構網絡[21]。饅頭比容的增加可能是由于添加酸面團改善了網絡結構，融合魏斯氏菌屬于異型發酵乳酸菌，在發酵過程中將葡萄糖轉化為乳酸、乙酸和二氧化碳。WC 組比容大于LP 組，這主要是由于融合魏斯氏菌通過6-磷酸葡萄糖/磷酸戊糖途徑（異型乳酸發酵）產生CO2[22]。融合魏斯氏菌和植物乳桿菌協同發酵有助于提高饅頭的比容。

2.6 饅頭質構特性

添加酸面團的饅頭在硬度、黏性和咀嚼性方面顯著改善，在彈性、黏聚性和回復性方面略有改善。WC+LP 組的硬度較OSB 降低了25.89%，添加LP+WC 酸面團的饅頭的質構特性最好。由圖5 可知，LP+WC 組的比容最大，這可以解釋硬度、咀嚼性較低，彈性較好的原因。黏聚性代表材料破裂前的變形程度，反映饅頭結構的內阻。由于饅頭在咀嚼過程中形成塊狀而不是直接解體，因此需要更高的黏聚性[23]。結果表明，兩種菌株的協同作用提供了更好的質構特性。

表1 饅頭的質構特性Table 1 Texture parameters of steamed breads

圖5 饅頭的比容Fig. 5 Special volume of steamed breads

圖6 饅頭中揮發性物質的聚類分析Fig. 6 Cluster analysis of volatile compounds in steamed breads

2.7 饅頭風味特性

饅頭中共檢測到35 種揮發性化合物，包括醛（4）、酮（3）、酸（6）、醇（9）、酯（6）、呋喃（2）和芳香類化合物（5）。添加酸面團的饅頭風味比普通饅頭風味豐富，且添加乳酸菌發酵酸面團饅頭的風味比未添加乳酸菌發酵酸面團的饅頭風味豐富。

醛類是通過脂質和氨基酸的氧化產生的[24]，酸面團的較長發酵時間為不飽和脂肪酸的氧化提供了有利條件，隨著面筋的溶解，包裹在面筋網絡中的面粉脂質可能會釋放。乳酸菌還可以促進脂質氧化，因為它們可以通過代謝葡萄糖產生乳酸[25]?？赡苁怯捎谥参锶闂U菌的氨基酸代謝能力較弱[26]，LP 組醛的濃度低于WC 組，LP+WC 組醛類濃度最高。

酮類物質主要是由氨基酸降解以及飽和脂肪酸的β-氧化產生[26]。2-辛酮具有牛奶和奶酪的味道，而僅在WC 組和LP+WC 組中檢測到，這可能是融合魏斯氏菌代謝的獨特產物。在所有樣品中檢測到的酮類物質很少，而添加乳酸菌發酵酸面團的饅頭中產生的酮類物質含量更多。

對于酸，由于在面團發酵過程中，乳酸菌代謝產有機酸以形成一系列酸性化合物，使樣品具有更柔和的酸味，故LP、WC 和LP+WC 組酸含量較多。乙酸可能來自酸面團中乳酸菌的異乳酸發酵或酵母、醋酸菌的代謝。LP+WC 組中乙酸含量最多，與有機酸測定結果一致。由于乙酸是酯的重要前體，所以適量的乙酸對風味有積極影響[27]。還檢測到異戊酸、己酸和正庚酸。辛酸僅在添加酸面團的饅頭中檢測到，辛酸是一種具有酸干酪味道的酸，且辛酸可與乙醇反應生成辛酸乙酯，為饅頭提供特殊的風味。

所有樣品中都含有豐富的醇。3-甲基-1-丁醇是最豐富的醇類，它被認為是由酵母細胞通過艾利希途徑生成的。苯乙醇也通常被認為是由苯丙氨酸通過艾利希途徑產生的。通過這種方式，作為芳香前體的氨基酸被釋放出來[25]。檢測到的各種醇取決于乳酸菌菌株或酵母，Pétel 等[28]發現正戊醇和正庚醇主要由乳酸菌生產。LP+WC 組中醇類物質含量最多，證明兩種乳酸菌可以與酵母協同發酵產生更多醇類。

由于揮發性高，酯是一種重要的芳香化合物。醇和酸在酯化酶的作用下發生酯化和脫水。同時，基質中前體酸和醇的含量也會影響酯的形成[29]?？赡苁怯捎诟啧ッ富钚院湍途凭?，添加酸面團的饅頭中的乙酸乙酯含量增加[27]，且LP+WC 組增加最多。辛酸乙酯、乙酸己酯、乳酸乙酯和辛酸乙酯可以賦予饅頭水果風味，這些酯對香氣有顯著貢獻[30]。由于融合魏斯氏菌通過異乳酸發酵生產乙醇，乙醇作為酯的前體，所以WC 組的酯含量比LP 組豐富。

亞油酸通過氧化生成α，β-不飽和醛，然后轉化為烷基呋喃，2-戊基呋喃使饅頭具有花香氣味[25]。亞麻酸通過氧化降解途徑或苯丙氨酸通過Strecker 降解途徑生成苯甲醛，這是一種令人愉悅的杏仁風味[31]。萘是由類胡蘿卜素的熱降解形成的，Wang 等[32]也在饅頭中檢測到萘。LP+WC 組芳香類化合物含量最多。

表2 饅頭的揮發性物質Table 2 Volatile compounds of steamed breads

3 結論

植物乳桿酸菌和融合魏斯氏菌發酵都使得酸面團的pH 值下降，TTA 和乳酸菌菌落數上升。LP組pH 值下降速度較WC 慢，LP+WC 組乳酸菌菌落數最多。由于植物乳酸桿菌和融合魏斯氏菌的代謝途徑和代謝能力不同，植物乳桿菌產生更多的乳酸，而融合魏斯氏菌代謝產生更多的乙酸，LP組中乳酸含量最高，LP+WC 組中乙酸含量最高。添加酸面團限制了面團中的水分流動，降低了面團的黏彈性，然而，添加植物乳桿菌和融合魏斯氏菌發酵酸面團的饅頭面團的G′和G″均高于僅添加酵母酸面團的饅頭面團，且LP+WC 組相對LP組和WC 組黏彈性更好。酸面團的加入增加了饅頭的比容，改善了饅頭的質構特征，豐富了饅頭的風味。結果表明，LP+WC 組饅頭比容最大，質構特性最好，風味最佳，表明兩種乳酸菌可以協同與酵母發酵，使饅頭具有更好的品質。