小麥粉發酵產氣試驗方法的應用

李會寶馬云慶陳茂東

(天津大學管理學院1,天津 300072)

(濟南民天面粉有限責任公司 山東省企業技術中心2,濟南 250022)

小麥粉發酵產氣試驗方法的應用

李會寶1馬云慶2陳茂東2

(天津大學管理學院1,天津 300072)

(濟南民天面粉有限責任公司 山東省企業技術中心2,濟南 250022)

以小麥粉發酵產氣試驗方法測定小麥粉酵母面團的發酵產氣量,根據發酵過程產氣量變化的特征可分為:發酵產氣快速增長、產氣曲折增長、發酵產氣高潮、發酵產氣萎縮、發酵產氣維持 5個階段;小麥粉酵母面團成型后,在 30℃的試驗環境下,酵母菌一般 30～40 min完成活化,淀粉酶一般 80～90 min完成活化;淀粉酶活化后,大量生成易被酵母利用的新生態發酵糖,面團進入發酵產氣高潮;發酵后期產氣量大幅度降低,其原因是面團中發酵糖供給不足,如果向發酵殘渣中加入葡萄糖、白沙糖或小麥淀粉糊,仍能恢復發酵產氣,酵母菌活性,可保持 40 h以上,淀粉酶活性 24 h以上。

小麥粉 酵母 發酵面團 產氣量

小麥粉有可被酵母利用的發酵糖、可以酶解利用的多糖、難以利用的多糖及不能利用的多糖,前者為葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖等,約占小麥粉的0.5%;后者為破損淀粉及淀粉類多糖,約占小麥粉的 7%～12%[1]。而非淀粉多糖如纖維素、半纖維素為不發酵糖,完整的淀粉顆粒幾乎不受酶的攻擊,不形成酵母有效利用的多糖。小麥粉酵母面團發酵,其實質是利用小麥粉中的可發酵糖、可酶解利用的多糖產氣,起發面團并制作小麥粉發酵食品。小麥粉發酵產氣試驗方法的應用,為深入了解小麥粉的發酵、應用特性,為小麥粉合理加工、合理應用提供了切實可行的試驗研究新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

山農 12、濟南 17、豫麥 34、民天二號小麥粉:濟南民天面粉有限責任公司;小麥淀粉:山東成武華豐有限公司生產;白砂糖:市售,食品級;葡萄糖:市售,醫用;馬利牌活性干酵母:市售,哈爾濱馬利酵母有限公司生產。

1.2 小麥粉發酵產氣的試驗流程

產氣檢測試驗流程:小麥粉 50 g、干酵母0.5 g、添加劑適量、水適量→和制發酵面團→面團迅速放入恒溫 30℃的 1 000 mL產氣瓶(廣口瓶)中→面團發酵產氣,產氣瓶內壓力增大,壓迫氣體壓力平衡指示瓶內芯管液面下降→用刻度為 100 mL的甘油注射器抽氣至平衡瓶內芯管、外管液面持平,即內、外壓力平衡→抽氣定時計量→抽滿 100 mL時旋轉玻璃活塞三通排出→復原活塞三通,繼續抽氣、計量。小麥粉面團發酵氣體檢測裝置見圖1。

圖1 小麥粉面團發酵氣體檢測裝置

1.3 產氣量測定

參照小麥粉發酵產氣試驗方法[2]中小麥粉發酵試驗方法的具體要求進行。

2 結果與分析

2.1 小麥粉酵母面團發酵產氣

取山農 12、濟南 17小麥粉各 50 g,分別加入干酵母 0.5 g(用水溶解)、水 25.7 mL(山農 12)和24 mL (濟南 17),揉壓面團至手感柔軟。面團成型溫度25.5℃(山農 12)和 30.2℃(濟南 17),試驗溫度29.5～31℃。測定結果見圖 2。

圖2 山農12、濟南 17小麥粉發酵面團產氣量

從圖 2可看出,按產氣階段性躍升和驟降等特征劃分,其產氣順序為:快速增長段 (0～30 min);曲折增長段 (30～80 min);發酵高潮段 (80～210 min);發酵萎縮段 (210～280 min);發酵維持段 (> 280 min),山農 12最大產氣量 34 mL/10 min,8 h產氣量 617 mL;濟南 17最大產氣量 29 mL/10 min, 8 h產氣量647 mL。

2.2 葡萄糖、白砂糖酵母溶液發酵產氣

取葡萄糖和白砂糖各 5 g,分別加入干酵母 0.5 g和30℃水60 mL于產氣瓶中混合,迅速密封,檢測產氣量,試驗溫度為 30～31℃。結果見圖 3。

圖 3 葡萄糖、白砂糖酵母溶液發酵產氣量

酵母在葡萄糖、白砂糖溶液中發酵產氣,按理論計算,1 g葡萄糖可生成二氧化碳氣體0.49 g,標準狀態為 270 mL[3]。由于在發酵的同時,還生成酒精、琥珀酸及為酵母自身利用的糖等,實際轉化為二氧化碳的比例減少。圖 3表明:8 h產氣量分別為581 mL、548 mL;產氣比較平穩,最大產氣量分別為 19 mL/10 min和 18 mL/10 min;發酵前期有一段明顯的酵母活化過程,最初產氣量僅為 1～2 mL/10 min,至40 min突升到 11～12 mL/10 min,已接近正常發酵產氣量底線,可認為酵母在此試驗環境下,活化時間為40 min。

2.3 小麥淀粉酵母面團及分別添加葡萄糖、白砂糖酵母面團發酵產氣

取葡萄糖和白砂糖各 5 g,干酵母各 0.5 g,分別加 35℃水 27 mL溶解,然后分別倒入 50 g小麥淀粉中,迅速以手指揉面成發酵面團,面團溫度 29.5～30℃,試驗溫度 29.5～31℃。結果見圖 4。

圖 4表明:小麥淀粉酵母面團前 30 min僅產氣5.5 ml,30 min時幾乎不再產氣,表明面團可發酵糖已幾乎用盡;30 min后產氣量逐漸增加,至 90 min產氣量升至 11 mL/10 min的最高點;而添加葡萄糖、白砂糖的小麥淀粉發酵面團,前期產氣較快,至40 min已升至 20～26 mL/10 min,為發酵產氣的次高峰,最大產氣量分別為 21 mL/10 min、27 mL/10 min,發酵過程,產氣量前高后低,呈平穩下降的趨勢。

2.4 小麥粉分別添加葡萄糖、白砂糖酵母面團的發酵產氣

取葡萄糖、白砂糖各 5 g,干酵母各 0.5 g,分別加水 25 mL溶解,然后分別倒入 50 g民天二號小麥粉中,以手指揉面到面團柔軟,面團溫度 30～30.2℃,試驗溫度 29.5～31℃。結果見圖 5。

圖 4 小麥淀粉及分別添加葡萄糖、白砂糖酵母面團的發酵產氣量

圖5 民天二號小麥粉及分別添加葡萄糖、白砂糖酵母面團的發酵產氣量

圖 5表明:添加了葡萄糖、白砂糖的小麥粉發酵面團在發酵的前 40 min產氣量升高的幅度較大,至40 min時,產氣量已分別達到 23 mL/10 min和28 mL/10 min,接近產氣的高峰;而小麥粉發酵面團的產氣特征是:產氣量經快速增長和曲折增長,至90 min時,已突升至 22 mL/10 min,接近產氣的高峰;最大產氣量為29mL/10min,產氣量大于20mL/10 min時段為產氣高潮,歷時 90 min;至 170 min,產氣量突降, 210 min降至 4 mL/10 min并進入發酵維持階段。

2.5 小麥粉酵母面團發酵后期的酵母產氣能力

制作 4個小麥粉酵母面團:取民天二號小麥粉各 50 g,馬利牌干酵母各 0.5 g,水各 25 g,以手指揉面,面團溫度為30.5～31℃,試驗溫度30～31℃;處理方法為:4個發酵面團,其中 1個面團連續發酵8 h。發酵 4 h后,取 0.5 g干酵母、5 g葡萄糖、5 g白砂糖分別用 60 mL、30℃的水溶解,然后倒入另外 3個發酵面團產氣量已很小的發酵殘渣中,并迅速攪均勻,繼續進行發酵產氣測定。結果見圖 6。

圖6 民天二號小麥粉酵母面團發酵4種不同處理的產氣量

圖 6表明:前 4 h,4個面團的發酵產氣量為404～406 mL;后 4 h連續發酵的面團產氣 85 mL;添加酵母液的產氣 63 mL;添加葡萄糖液的產氣505 mL;添加白砂糖液的產氣 581 mL。

2.6 小麥粉酵母面團發酵后期淀粉酶活性的測定

取豫麥 34小麥粉 50 g、加入干酵母 0.5 g、水24.8 mL制備發酵面團,并在產氣瓶中發酵 24 h;取5 g小麥淀粉,加水 80 mL煮沸至半透明,制備糊化淀粉液;糊化液冷卻至 30℃倒入已發酵 24 h的面團殘渣中并迅速攪拌均勻,測定時,殘渣混合液溫度31℃,試驗溫度 30～31℃。結果見圖 7。圖7表明:發酵 24 h的面團殘渣最終產氣能力為 4 mL/10 min,倒入糊化液后,迅速形成產氣高潮,至 50 min時達到最高值 32 mL/10 min,10 min產氣量大于 20 mL的產氣高潮時段為 130 min,之后產氣速度急劇降低,至 240 min進入產氣低谷,產氣量2～5 mL/10 min。

圖 7 糊化淀粉在豫麥 34小麥粉發酵面團殘渣中酶解發酵的產氣量

3 討論

3.1 小麥粉酵母面團發酵產氣特征

山農12、濟南17、民天二號粉發酵面團的產氣過程均有明顯的特點,這就是產氣變化的階段性。當發酵面團成型后,從酵母活化、產氣量快速增長開始,經曲折增長,進入發酵產氣高潮,然后發酵萎縮,產氣量急劇降低,最后產氣很少并長時間維持。因此,小麥粉酵母面團的發酵產氣過程可分為產氣快速增長、產氣曲折增長、發酵產氣高潮、發酵產氣萎縮、發酵產氣維持 5個階段。而當小麥粉品種不同、儲存時間不同、發酵溫度不同、酵母品牌不同、酵母新鮮度、使用量不同時,其表現形式如發酵初期的產氣能力、最高產氣量、產氣高潮及維持時間等也將有所區別。

3.2 發酵前期酵母菌活化時間和淀粉酶活化時間

小麥粉酵母面團發酵初期,產氣量是逐漸升高的,其升高過程有兩次明顯的躍升,這就是酵母菌活化和淀粉酶活化的結果。

圖 3、圖 4表明:酵母在葡萄糖、白砂糖介質中發酵產氣,產氣量分別由 30 min時的 4、5 mL/10 min和 15、23 mL/10 min快速上升至 40 min的 11、12 mL/10 min和 20、26 mL/10 min,已接近或達到了正常發酵產氣的水平,可見,在 30℃和足量發酵糖存在的試驗環境下,干燥的酵母菌經液化處理由抑制狀態過渡到活化狀態的時間約為 40 min。

當以小麥淀粉酵母面團發酵時,由于小麥淀粉中含糖量極少,在發酵的前 30 min里總產氣量僅為5.5 mL,至 30 min時產氣量幾乎為零,但 30 min后,產氣量逐漸回升,至 90 min時已達到 11 mL/10 min的最高點,之所以在 30 min后產氣量回升,這應是面團中的淀粉酶對小麥淀粉中可發酵利用的多糖酶解作用的結果。90 min達到了產氣量最高點,表明淀粉酶已完成了活化狀態的改變。

與葡萄糖、白砂糖、小麥淀粉發酵不同,小麥粉發酵糖含量低,可發酵利用的多糖含量較高,淀粉酶含量較高,所以發酵初期小麥粉酵母面團中的酵母菌及淀粉酶活化特征也與其他發酵試驗稍有不同,圖 2、圖5顯示:山農 12、濟南 17、民天二號小麥粉酵母面團在面團成型后 30 min產氣量分別由 20 min的 14、15、14 mL/10 min升高到 19、17、17 mL/10 min,然后經曲折上升分別于 80、90min躍升到 22、24、22 mL/10 min,這表明,小麥粉酵母面團酵母菌、淀粉酶的活化時間分別為 30 min、80～90 min。與圖3、圖 4相比,趨勢是一致的,結果稍有不同。而產氣量曲折上升,這應是小麥粉酵母面團發酵固有的特征,其原因是:此時酵母菌正在活化,面團中固有的可發酵糖已消耗太多,而淀粉酶尚未充分活化,酶解可發酵多糖的能力不足,造成可發酵糖供給不足。

大量試驗表明:以干酵母做發酵劑,在 30℃的條件下,制作良好的小麥粉酵母面團,酵母菌的活化時間一般為 30～40 min,淀粉酶的活化時間一般為80～90 min。淀粉酶活化后,即可大量分解面團中可發酵利用的多糖,酵母則有較多的發酵糖發酵產氣,面團發酵隨之進入了產氣的高潮。

3.3 小麥粉酵母面團發酵的產氣高潮與特點

小麥粉酵母面團發酵均有一段產氣高潮,它的主要特點是:①產氣量大,以 50 g小麥粉、0.5 g酵母制作良好的面團在 30℃試驗條件下,不同小麥粉的10 min最大產氣量為 21～34 mL;②產氣集中,以 10 min產氣量大于 20 mL為底線,不同小麥粉的持續時間分別為 60～180 min;③產氣量升、降快,產氣高潮一般始于面團成型后 80～90 min,以淀粉酶活化為起點,此時的產氣量迅速上升,而高潮后期,產氣量又迅速下降。

山農 12、濟南17,民天二號小麥粉酵母面團發酵均表現了上述產氣高潮的特征,三者最大產氣量分別為 34、29、29 mL/10 min,10 min產氣量保持在 20 mL以上的時段分別為 140、150、90 min。小麥粉酵母發酵面團之所以具有較長時段的產氣高潮,關鍵在于面團中完成了活化的淀粉酶,淀粉酶迅速水解面團中的可發酵利用多糖,并在麥芽糖酶、蔗糖酶等作用下迅速轉化成新的發酵糖,新發酵糖具有較高的活性,容易為酵母利用,所以產氣快,單位產氣量大,一旦面團中可發酵利用的多糖耗盡,產氣量也隨之迅速減少,這就形成了前期迅速上升,后期快速下降的特點。

如果沒有淀粉酶的作用,就不會形成上述產氣高潮的特點,圖 3為葡萄糖、白砂糖酵母溶液發酵產氣圖,發酵液中沒有可發酵利用的多糖,也沒有淀粉酶的酶解反應,圖 3顯示:盡管發酵液中有過量的發酵糖,但未能形成發酵高潮,它的產氣特征是:(1)產氣平穩,即使后期可發酵糖量減少,產氣量下降也較平穩;(2)單位產氣量小,葡萄糖酵母液最大產氣僅19 mL/10 min,白砂糖酵母液僅 18 mL/10 min。

3.4 小麥粉酵母面團發酵后期酵母活性的研究

小麥粉、酵母面團發酵后期,產氣量急劇下降,表明面團發酵正在萎縮,當產氣量低于 20mL/30 min時,可認為已進入發酵維持階段,此時酵母的活性依然存在,只要向發酵殘渣中補充發酵糖,發酵產氣仍可繼續(見圖 6)。

圖 6中,4個發酵面團前 4 h的產氣量基本一致,分別為 406、405、404、405 mL;而后 4 h,持續發酵的面團 30 min產氣量為 8～14 mL,添加酵母液的為5～10 mL,這表明:面團經 4 h發酵,殘渣中可供酵母利用的發酵糖已極少;而加入葡萄糖、白砂糖液的則恢復了發酵產氣,后 4 h分別產氣 505、581 mL,這也表明面團殘渣的發酵能力仍在,酵母的活性依然存在。

對加入葡萄糖液的殘渣繼續試驗,發酵 8 h后,取干酵母 0.5 g加水 60 mL溶解,倒入發酵殘渣中攪勻;發酵 26 h后,取葡萄糖 5 g加水 60 mL溶解,倒入發酵殘渣中攪勻;發酵 49 h后,取葡萄糖 5 g加水60 mL溶解,倒入發酵殘渣中攪勻;試驗溫度30～31℃,面團與發酵殘渣溫度 30℃。結果見表1。

表1 發酵面團與疊加酵母等的發酵產期試驗/mL

表 1表明:該發酵面團殘渣,經 24、48 h后仍可維持低水平產氣能力;只要加入發酵糖,仍可恢復發酵產氣,酵母的發酵產氣活性至少可保持40 h。

3.5 小麥粉酵母面團發酵后期殘渣中淀粉酶活性

小麥粉酵母面團均有一段發酵產氣高潮,高潮后期,產氣量急劇減少,這是由于可被淀粉酶利用的可發酵多糖基本耗盡所致,此時殘渣中的酵母活性、淀粉酶活性均存在。

圖 7中,發酵 24 h的面團殘渣已基本不具發酵能力,當加入了由 5 g小麥淀粉制備的糊化液后迅速恢復了發酵產氣能力。這應是淀粉酶快速反應的結果。表明淀粉酶活性的主要依據有:①產氣快而集中。淀粉糊加入后,迅即形成了產氣高潮,至150 min產氣量急劇下降;②產氣量高。在高潮階段,最大產氣量為 32 mL/10 min,而前期小麥粉發酵面團僅 25 mL/10 min;③與此相關,淀粉糊本身不具有發酵產氣能力,曾以5 g小麥淀粉制糊,加入0.5 g酵母液發酵,在 30℃試驗條件下,30 min僅產氣 1 mL左右。不具發酵能力的淀粉糊之所以能在 24 h后的發酵殘渣中大量產氣,正是由于殘渣中的淀粉酶水解糊化淀粉進而被酵母利用的結果,能快速產氣、大量產氣,表明該發酵面團殘渣中的淀粉酶活性、酵母活性依然存在,仍具有發酵利用的價值。

4 結論

4.1 小麥粉發酵產氣試驗方法簡單、靈敏、結果準確,適用于小麥粉發酵產氣的檢測和研究。

4.2 依據試驗結果可知:小麥粉酵母面團發酵產氣是一個連續的過程,按產氣量變化特點分段,依次為發酵產氣快速增長、產氣曲折增長、發酵產氣高潮、發酵產氣萎縮、發酵產氣維持 5個階段,如小麥粉品種不同,產地不同,儲存時間不同,酵母品種、新鮮度、使用比例不同以及發酵溫度不同等,其表現形式也不相同。

4.3 以干酵母制備小麥粉發酵面團,當面團柔軟適中,溫度為 30℃時,酵母的活化時間一般為 30～40 min,淀粉酶的活化時間一般為 80～90 min。

4.4 小麥粉酵母面團發酵的產氣高潮與諸多因素相關,當以 50 g小麥粉、0.5 g干酵母、適量水制作面團,在 30℃下,一般 80～90 min進入發酵產氣高潮,表現為:產氣量快速上升,并躍升到 20 mL/10 min以上;持續的時間按不同小麥粉 60～180 min不等,期間的最大產氣量 21～34 mL/10 min不等,產氣高潮后期,產氣量迅速下降。上述特點,源于面團中活化了的淀粉酶,它能大量水解面團中可發酵利用的多糖并隨之轉化為新的發酵糖,新發酵糖具有較大的活性,易被酵母利用而大量發酵產氣,當面團中可發酵利用的多糖耗盡,產氣量也隨之迅速下降。

4.5 小麥粉酵母面團發酵后期,發酵產氣量降低,主要原因是發酵糖供給量不足,只要向發酵殘渣中補充發酵糖或可發酵利用的多糖,酵母就能恢復發酵產氣,其酵母菌活性可保持 40 h以上,淀粉酶活性24 h以上。

[1]M.里切西爾.加工食品的營養價值手冊 [M].陳葆新,譯.北京:中國輕工業出版社,1989:102

[2]李會寶,馬云慶,陳茂東.小麥粉發酵產氣試驗方法[J].糧油加工,2009(3):85-87

[3]AH羅斯.發酵食品[M].朱慶裴 ,唐是雯,譯.北京:中國輕工業出版社,1989:107.

The Gas Generation ExperimentalMethod of FermentedWheat Flour

Li Huibao1Ma Yunqing2ChenMaodong2
(Tianjin University Management1,Tianjin 300072)
(JinanMintian Flour Co.,Ltd Enterprise Technology Center of Shandong Province2,Ji’nan 250022)

This article covers an explanation about the method of testing the gas amount created by fermented dough ofwheat flour.According to the gas variation feature,the gas generation process can be specified as five pha2ses,i.e.gas rapid increasing phase,gas circuitously increasing phase,peak phase,slowing down phase and maintai2 ning phase.After thewheat flour dough for mation,at condition of 30℃,yeast normally completes activation in 30～40 min,and amylase normally completes activation in 80～90 min.After the amylase activation,a great deal of new fer2 mentable sugar is generated,which is easy to be used by yeast,and the dough enters the peak phase of gas genera2 tion.The gas generation slows down greatly at the end phase of fermentation;the reason is insufficient supply of fer2 mentable sugar in the dough.If glucose,white sugar or starch paste is added into the fermented residue,itwill refer ment and regenerate gas;the yeast and amylase can keep activity over 40 h and 24 h,respectively.

wheat flour,yeast,fer mented dough,amount of gas generation

TS05 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0009-06

2008-12-19

李會寶,男,1962年出生,博士,區域經濟可持續發展

馬云慶,男,1965年出生,碩士,工商管理