酸面團在饅頭發酵中的應用研究進展

王 榕，朱天園，趙閃閃，祁冰潔，宋立峰，趙秀紅,

（1.沈陽師范大學糧食學院, 遼寧沈陽 110034；2.遼寧經濟職業技術學院, 遼寧沈陽 110122）

中國是面食文化的發源地。作為傳統面食之一的饅頭，在我國飲食結構中一直占據著主導地位。據統計，饅頭消耗量占我國面類食品消耗量的46%，居面類食品消耗量首位；在北方，饅頭消耗量占面類食品消耗量的2/3，70%左右的小麥粉都用于制作饅頭[1?2]。饅頭作為我國傳統發酵面食，不僅含有蛋白質、淀粉、維生素和水等營養物質，也承載著中華五千年傳統食品文化。

酸面團是饅頭發酵劑之一，主要是面粉和水混合后經乳酸菌及酵母菌發酵后制得的混合面團[3]。酸面團在我國早在公元1200年就有了應用歷史[4]，在饅頭蒸制中起著至關重要的作用。酸面團發酵不僅可以利用多種微生物代謝作用改變食品成分，如大分子的蛋白質和脂肪會被分解成小分子的氨基酸和短鏈揮發性脂肪酸等物質[5?6]，進而改善面團的表觀、風味和營養等特性；也可以抑制微生物的生長，延緩淀粉老化，延長產品的保質期[7]。酸面團含有的微生物體系較復雜，發酵能力較弱且發酵時間長，加工時易受外界環境和加工條件的影響從而導致質量難以控制。隨著酵母工業的發展，商業酵母因其發酵時間短、效率高且品質穩定的優點而逐漸取代了酸面團。然而商業酵母自身酶系單一，所發酵的饅頭與酸面團發酵饅頭相比風味較淡，缺少酸面團發酵饅頭的濃郁香氣。因此，酸面團在饅頭發酵中的應用依然吸引了諸多學者關注。

1 酸面團

1.1 酸面團分類

按照發酵工藝的不同(圖1)，酸面團通常可分為三類。第Ⅰ類酸面團是傳統自然發酵酸面團，其以接面的形式進行發酵，即在新的發酵原料（面粉與水混合后的面團）中加入上一次制作饅頭剩下來的發酵面團。此種發酵工藝的微生物來源于周圍環境，具有較強的活性和發酵能力。這一工藝要求在室溫下（20～30 ℃）發酵6～24 h，典型的產品如舊金山酸面包、傳統的意大利酸面包和德國黑麥酸面包等[8]。此類酸面團的乳酸菌優勢菌種為Lactobacillus sanfranciscensis（Lb. sanfranciscensis，舊金山乳桿菌）、Lactobacillus plantarum（Lb. plantarum，植物乳桿菌）、Lactobacillus fermentum（Lb. fermentum，發酵乳桿菌）和Lactobacillus brevis（Lb. brevis，短乳桿菌）等。酵母菌菌種主要是Saccharomyces exiguus（S.exiguus，少孢酵母）、Saccharomyces cerevisiae（S.cerevisiae，釀酒酵母）、Candida holmii（C. holmii，霍氏假絲酵母）和Candida milleri（C. milleri，梅林假絲酵母）等[9]。傳統自然發酵的酸面團一般是固體，主要用于家用和小作坊生產。

第Ⅱ類酸面團是工業用酸面團，即將乳酸菌發酵劑（微生物通常分離自傳統酸面團）直接加入到新的發酵原料中，在稍高于室溫下（＞30 ℃）發酵1～3 d的一種液體面團[8]。其主要功能為使面團酸化或作為風味增強劑，其代表菌種為Lactobacillus panis（Lb. panis，面包乳桿菌）、Lactobacillus reuteri（Lb.reuteri，羅氏乳桿菌）、Lactobacillus johnsonii（Lb.Johnsonii，約氏乳桿菌）等耐酸的乳酸菌株，同時因發酵酸度較高，應在發酵完成后加入酵母，在保證產生足夠CO2使面團起發的前提下維持酵母的活性與發酵力[10]。此類酸面團成品通常以半流體面團或經過熱處理干燥后得到的產品進行工業化生產，半流體面團可方便工業化生產時的管道輸送，干燥后的產品更是由于體積減小而具有方便儲藏和運輸的優點。

第Ⅲ類酸面團是混合型酸面團，即在初始階段發酵原料先接種單一或混合菌種（即乳酸菌、酵母菌或二者混合菌發酵劑）制備起始酸面團，然后按照第Ⅰ類酸面團中傳統的回溯方法進行使用和活化。對于此類酸面團發酵過程，乳酸菌群落也會經歷典型的三步連續模式，優勢菌群也會經歷更替變化，但是初始接種的微生物菌群會被后期環境中的微生物所代替，而使后期摻入的微生物成為優勢菌群，因此使用時也需要加入酵母[11]。

1.2 酸面團中主要微生物菌群及其作用

酸面團是一種復雜的生物生態系統，具有復雜的微生物組成，測定其微生物群落的方法各有利弊。傳統的培養法可以簡單分析物質代謝及分類，但是對于酸面團這種復雜體系的微生物覆蓋范圍較窄；而非培養法（如高通量測序方法、梯度變性凝膠電泳技術等）對于菌種的鑒定更加詳細精確，但其對微生物親族之間的區分不夠準確且成本較高[7,12?13]。酸面團中優勢微生物是乳酸菌和酵母菌，其中乳酸菌主要為能夠合成乳酸和醋酸的異型發酵菌株，可使最終產品帶有怡人的酸味[14?15]。酸面團中也有可能存在其它菌株，如醋酸菌、霉菌等，但其不被認為屬于酸面團基質[16?18]。據報道，酸面團中已分離70余種乳酸菌，其中乳桿菌屬為主要菌屬[19]；鑒定為酵母菌屬和假絲酵母菌屬的酵母菌已超過25種[20]；多種微生物在發酵過程中相互作用產生CO2、醇類和酸類及少量的風味物質。Liu等[7]以獨立培養和焦磷酸測序兩種方法研究了我國不同地區15份傳統酸面團中乳酸菌區系，結果表明兩種方法都證明了Lb. sanfranciscensis為主要優勢菌，焦磷酸測序法表明Lb. sanfranciscensis是唯一在15份樣品中都有檢測到的乳酸菌種。白雪等[21]研究了遼東地區11種不同酸湯子面團的微生物多樣性，鑒定表明Lactobacillus為優勢乳酸菌屬，Candida和Pichia為優勢酵母菌屬。Lattanzi等[13]研究了18種用來生產傳統意大利發酵食品的酸面團微生物區系，發現Lb. sanfranciscensis、Lb. plantarum和Leuconostoc citreum（Le. citreum，檸檬明串珠菌）為優勢乳酸菌種，S. cerevisiae為優勢酵母菌種。

1.2.1 乳酸菌 乳酸菌是一類可以發酵葡萄糖、乳糖及其他可利用碳水化合物產生醇、酯、酮、醛、有機酸及多種氨基酸的革蘭氏陽性菌[8]。按照發酵類型，一般將乳酸菌分為專性同型發酵、兼性異型發酵和專性異型發酵（見表1），其中專性異型發酵乳酸菌對具有氨基酸的同化作用且能代謝多種糖類從而在天然酵母發酵過程占據優勢地位[22?23]。糖酵解和磷酸葡萄糖酸途徑是酸面團中兼性和專性異型發酵乳酸菌發酵六碳糖的常見方式[22]。在一些乳酸菌的磷酸葡萄糖途徑中存在著麥芽糖磷酸化酶，麥芽糖磷酸化酶可以使乳酸菌在不使用ATP的情況下將面粉中的麥芽糖分解成葡萄糖和葡萄糖-1-P，給乳酸菌提供額外的能量優勢，避免了菌間競爭[24]。

表1 酸面團中含有的乳酸菌[8,23]Table 1 The lactic acid bacteria contained in sourdough[8,23]

不同原料或地域發酵制得的酸面團所含有的乳酸菌屬也不同，但是其組成以乳桿菌屬為主，主要菌種為Lb. sanfranciscensis、Lb. plantarum及Lb. brevis等；其他菌屬如Leuconostoc、Pediococcus、Weissella、Enterococcus、Lactococcus和Streptococcus等也會有少量存在（見表2）。

表2 不同原料酸面團含有的乳酸菌Table 2 The lactic acid bacteria mainly contained in different raw material sourdough

1.2.2 酵母菌 在成熟的酸面團中，酵母菌通常伴隨著乳酸菌存在，二者比例一般為1:100至1:10，酵母菌數量普遍為106～107CFU/g，而乳酸菌的數目通常在108～109CFU/g范圍內[8,34]。與乳酸菌共存的典型酵母如S. exiguus、C. humilis和東方伊薩酵母（克柔假絲酵母）等，酵母菌和乳酸菌種間穩定組合的例子有：C. humilis（或Kazachstania exigua）和Lb.sanfranciscensis；Lb. plantarum和Pichia kluyveri（P.kluyveri，克魯維畢赤酵母）；Kazachstania barnettii和Lb. sanfranciscensis；S. cerevisiae和Lb. plantarum等[15?16,35]。酸面團中常見的酵母菌見表3。酵母菌最適合在25～28 ℃下發酵，當培養溫度超過30 ℃時，酵母菌會產生輕微的酸味；溫度為20 ℃左右時，酵母菌會產生刺鼻的醋酸味[36]。

表3 酸面團中常見的酵母菌Table 3 The common yeasts in sourdough

1.2.3 乳酸菌與酵母菌的協同作用 自然發酵的酸面團中乳酸菌與酵母菌處于互利共生的生態位，二者互利共生，相互作用。乳酸菌代謝主要通過兩條途徑：糖酵解和6-磷酸葡萄糖途徑。在糖酵解途徑中，同型乳酸菌首先利用單糖使其分解生成丙酮酸，丙酮酸脫氫后生成乳酸；在6-磷酸葡萄糖途徑中，異型乳酸菌分解單糖生成乳酸、乙酸、乙醇和CO2等物質。雙糖或多糖在經酶分解為單糖后進入上述兩種主要途徑。酵母菌代謝可以發酵己糖生成乙醇，利用脫羧酶催化丙酮酸生成乙醛（被還原為乙醇）和CO2，以及生成甘油、琥珀酸等其他副產物。酸面團發酵過程中乳酸菌代謝可以為酵母菌提供能量來源，酵母菌代謝可以為乳酸菌提供氨基酸、丙酮酸鹽等營養因子，相較于乳酸菌或酵母菌單一發酵的食品，二者相互作用對面團及發酵食品品質有較大影響[8,39]。

酸面團中乳酸菌的主要作用是改善面團的流變特性并增加面團比容、氣孔稠密度和氣孔表面積率，同時加速蛋白質水解并促進肽的形成。同時，乳酸菌還可以改善面團抗氧化性能，抑制支鏈淀粉結晶，延緩面團老化，提高抗菌能力并延長產品貨架期[40]。而酵母菌的添加可以增加面團體積，使面包具有疏松多孔的海綿狀結構，這主要歸因于酵母菌發酵時CO2的大量產生，體現了酵母菌可作為生物疏松劑的功能[8]。二者共同發酵產生的酒精、有機酸等有機物質可以改善面團延伸性和粘彈性等性質；醛、醇、酮和酯等與風味物質有關的代謝產物在發酵面團風味形成中起關鍵作用，并賦予饅頭特殊的發酵香氣。吳小霞[41]研究發現用乳酸菌與酵母菌混合發酵的老面饅頭比普通酵母饅頭具有更優的感官品質，并且老面饅頭餐后血糖指數上升的速度低于普通酵母饅頭。何瑞等[42]對篩選出的復合菌與安琪酵母制作的苦蕎麩皮饅頭進行黃酮含量、感官評分及質構的比較，結果表明復合菌發酵的苦蕎麩皮饅頭具有更優良的功能和品質。蔣慧等[43]研究發現，混菌發酵饅頭與酵母菌單菌發酵饅頭相比，酯類物質相對含量從5.27%提高到9.53%，且混菌發酵饅頭的風味強度明顯高于單菌發酵饅頭。

2 酸面團發酵在饅頭中的應用

2.1 酸面團發酵對饅頭風味特性的改善

米面制品發酵過程中風味物質的形成主要有四種途徑：面粉等原料來源（自身含有一定風味物質）、脂肪氧化、熱處理過程、微生物代謝及其酶系生物轉化，其中酸面團發酵過程中微生物和酶的生物途徑是影響產品風味的主要因素，酸、醇、醛、酮、酯和內酯都是由微生物發酵產生的[44?45]。酸面團風味形成過程中乳酸菌和酵母菌通過各自的代謝途徑形成特殊的風味物質。乳酸菌代謝及其酶系作用對酸面團風味形成有一定影響。乳酸菌兩條主要代謝途徑中糖酵解途徑最終產物為乳酸，風味物質較少；6-磷酸葡萄糖途徑中一半的糖類物質被轉化為乳酸，剩余的糖源被轉化為乙醇、乙酸和CO2等揮發性風味物質。乳酸菌還可以利用自身酶系進行氨基酸代謝，由于乳酸菌發酵酸面團時會產酸，pH降低，使面團中蛋白酶和淀粉酶的活性提高加速蛋白質水解，而蛋白質水解會產生揮發性風味物質的前體物質和可供微生物轉化為揮發性風味前體物質的氨基酸底物，賦予面制品更加濃郁的風味[46]。酵母菌發酵產生的醇、醛、酯等類物質也是酸面團風味形成的主要原因之一；另外，氨基酸經過Ehrlich途徑代謝形成脂肪族或芳香族雜醇油和雜醇酸等風味物質[47]。

目前，國內外關于酸面團發酵對面制品風味影響主要集中在面包的風味物質上，關于饅頭風味的揮發性物質的研究較少，無法確定饅頭的關鍵風味物質。由于饅頭與面包主要發酵原料相同，從而使二者含有同樣的揮發性風味物質，如3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、己醛、戊醇等[10,48]。有研究表明，酸面團饅頭的香氣成分比商業酵母發酵饅頭更為豐富，其主要香氣成分為醛類和醇類，如（E）-2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇，二者相對氣味活度值更高，更易被人類感知；且其揮發性風味物質含量高于普通饅頭，揮發性風味物質含量和種類與乳酸菌種類和酸面團發酵類型有關，如經植物乳桿菌亞種發酵的饅頭風味物質含量顯著增多并產生了少見的乙酸-2-苯乙基酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮和2-乙基己醇等風味物質[49?51]。并且，酸面團在發酵過程中可以產生咸味氨基酸或小分子肽以及經乳酸菌代謝生成的乳酸和其他有機酸，可以明顯增強酸面團饅頭的咸味和酸味[44,52?53]。

2.2 酸面團發酵對饅頭表觀特性的改善

酸面團發酵可以改善饅頭的比容和質構，增加饅頭柔軟度，且乳酸菌的種類不同對比容和質構的影響也不同，如植物乳桿菌饅頭比容品質優于短乳桿菌饅頭[50,54]。乳酸菌發酵產生的有機酸不但可以提高面團風味，同時可以降解面筋蛋白，降低面筋蛋白的網狀密度以及機械強度，有利于面筋的伸展，提高面團持氣性，也達到增加饅頭烘焙體積的效果；而酵母菌的添加可以產生CO2，增加面團體積[39,55]。饅頭的烘焙體積也受到胞外多糖含量以及面筋蛋白結構特性等多種因素的影響。面制品比容和質構的改善在很大程度上取決于面團的酸化類型和酸化速率，酸面團的生物酸化是漸進式的，這種酸化模式使原料和微生物中的酶類保持最大程度的活性，進而對面團的結構產生有利影響，能更好改善酸面團的比容和質構。Chen等[56]發現添加酸面團可提高饅頭感官評分和比容，延緩饅頭貯藏過程中水分含量的下降速率。

2.3 酸面團發酵對饅頭營養特性的改善

酸面團發酵過程中，由于乳酸菌的作用提高了全谷物、高纖維或無麩質谷物的質構、口感以及風味，也可以提高各種生物活性物質水平和礦物質生物利用度，并降低有害化合物含量和淀粉生物利用度（適用于低GI值產品），且麩皮酸面團發酵可以有效促進磷酸六肌醇降解，增加人體對鎂和磷的吸收[57?58]。全谷物中礦物質的生物利用度被植酸抑制，谷物、酵母菌和乳酸菌中都存在植酸酶，而谷物內源性植酸酶起主導作用。酸面團發酵通過提供酸性環境增強了植酸酶活力，加速谷物內源性植酸酶分解植酸。酸面團發酵時，異質發酵乳酸菌酸化和面筋蛋白二硫鍵減少提高了內源蛋白酶活性和底物可及性，同時由于乳酸桿菌菌株特異性細胞內肽酶的作用，更深入的破壞了面筋蛋白結構，使蛋白質降解生成氨基酸并積累[59?60]。有研究表明，不同乳酸菌發酵類型所產生的有機酸和氨基酸也不同，如同型乳酸菌發酵會比專性異型乳酸菌發酵產生更高含量的的乳酸和甜味氨基酸等[34]。酸面團發酵產生的胞外多糖可以改善面團面筋網絡結構、降低面團強度和彈性、掩蓋有機酸的作用并產生低聚糖，有助于提高無麩質食品營養價值，改良效果與EPS產量、性質以及發酵過程中有機酸等代謝產物有關[8,57,61?62]。

3 結語與展望

酸面團發酵是一種應用廣泛的傳統生物技術，發酵過程中產酸、產氣、降解面筋蛋白的作用能夠明顯改善饅頭的比容和質構，還可以增加風味物質的含量和種類，提高營養價值并減少有害物質含量。酸面團對饅頭品質的積極影響與其含有的微生物菌群種類、含量、協同作用相關，有些改善機制仍待進一步研究。

國外酸面團多用于發酵小麥、黑麥和大麥等面制品，而在我國酸面團主要用于發酵小麥面制品。采用酸面團發酵小麥面粉制作饅頭，不僅賦予了傳統主食更優的品質，而且改善了傳統主食風味單一的現狀，開拓了傳統主食的新局面。由于酸面團發酵并不是單一的過程，發酵品質常會受到發酵菌種、發酵環境和加工條件等多種因素的影響，因此，無法保證每次制作的酸面團品質恒定，導致最終發酵產品品質不穩定，使酸面團在饅頭中的應用仍保持在實驗室階段，難以工業化批量生產。但隨著現代科技發展，食品工業正在通過深入研究酸面團發酵機理，篩選出發酵效果較好的單一或復合菌種；同時對酸面團發酵加工設備和生產工藝等方面進行研究和改善；并且嚴格控制生產工藝流程、保證接種菌的性能優越以維持最終產品品質，努力將實驗室研究結果應用到實際生產中。相信在不久的將來，酸面團發酵饅頭工業將建立可以保障產品品質穩定的生產工藝，實現其高水平工業化生產，為傳統食品工業化發展開拓新的思路。