不同乳酸菌發酵酸面團對面包品質及風味的影響

周一鳴，歐陽博雅，向 茜，呂欣東，佘宣明，周小理,2,*，李云龍

（1.上海應用技術大學香料香精技術與工程學院，上海 201418；2.上海應用技術大學美麗中國與生態文明研究院，上海高校智庫，上海 201418；3.山西農業大學 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

面包是一種方便、易獲得的食品。在實際生產中，工廠為提高面包的品質往往會在面包中添加適量的改良劑。面包改良劑可以在一定程度上改善和提高面包的品質同時延緩面包的老化，從而延長產品的貨架期[1-3]。酸面團發酵雖是古老的原始發酵技術之一，但運用酸面團發酵技術生產的面包與普通商業酵母發酵的面包相比具有無法替代的優勢，尤其是其獨特的風味。隨著消費者對天然健康食品的日益青睞及國家監管部門對食品添加劑的控制日趨嚴格，酸面團發酵法是提升面包質構及風味的一條科學可靠的途徑。

酸面團制作的面包具有較高的營養價值和獨特的酸面團風味。利用酸面團作為發酵劑制作面包是一種古老的生物發酵技術，通過發酵作用，改善面團品質，進而起到提升面包營養[4]、風味[5-6]、質構[7-8]、感官和保質期品質的目的[9-10]。研究表明，面包中的風味物質約有40%是在發酵過程中產生。而酵母菌和乳酸菌是面包制作過程中最常見的兩類微生物[11]，其中，酵母菌在面團發酵過程中的主要作用是產氣，使面團蓬松的同時具有良好的持氣性。而乳酸菌在面團發酵過程中主要是產生大量的有機酸類物質以酸化面團，同時產生大量醇類、酮類、醛類、酯類和有機酸類等風味物質，如乙酸、乙醇、2,3-丁二酮和乙酸乙酯等[12-13]，而酸面團風味的種類和含量與乳酸菌的發酵類型密不可分。例如，乳酸是植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum，Lp）在發酵酸面團時產生的主要有機酸，同時乳酸菌還會通過自身的呼吸作用產生少量的二氧化碳。但使用單一乳酸菌種制成的酸面團面包很難實現品質穩定和優良風味兼顧，閆博文等[14]通過乳酸菌協同酵母發酵制備產品可有效改善產品風味、質地和營養特性等。但目前關于復合乳酸菌發酵在活菌數、產品口感風味等方面并未有深入的研究說明。此外，乳酸菌能夠產生抗腐敗霉菌和細菌的代謝產物（如有機酸、細菌素），利用這類乳酸菌進行酸面團發酵，可以達到延長面包保質期的目的，實現生物防腐[15]。因此本研究選擇Lp（同型）、類食品乳桿菌（Lactobacillus paralimentarius，Lpa）（異型）和發酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum，Lf）（異型）3種乳酸菌，研究復合乳酸菌發酵酸面團對小麥面包品質的影響，以期為復合乳酸菌發酵酸面團的應用以及開發出營養健康、品質優良的小麥面包提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋小麥粉為金像牌面包用小麥粉；活性干酵母安琪酵母有限公司；細砂糖 太古糖業（中國）有限公司；食用鹽 中鹽上海鹽業有限公司；上述均為食品級。無菌水、酸面團由實驗室自制。

乳酸（色譜純） 上海源葉生物科技有限公司；MRS肉湯培養基、MRS瓊脂培養基 青島高科園海博生物技術有限公司；無水乙醇等試劑均為分析純，購自國藥集團（上海）化學試劑有限公司。

Lp（CICC21794）、Lpa（CICC22147）、Lf（CICC22704）來自中國工業微生物菌種保藏管理中心，不同復配組合的菌種配比見表1。

表1 不同復配組合的菌種配比Table 1 Composition of mixed cultures

1.2 儀器與設備

M200 PRO酶標儀 奧地利帝肯公司；TA-XT plus物性測定儀 英國Stable Micro System有限公司；TQ8040氣相色譜-質譜聯用儀、LC-10AVP PLUS高效液相色譜儀 島津管理（中國）有限公司；57330-U手動SPME進樣器 上海楚定分析儀器有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 上海樸貝公司；AW-3型智能水分活度儀 南京群聯機電科技有限公司；FE20 pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SPC-40FP醒發箱 上海龍躍儀器設備公司；PURELAB Classic超純水機 英國ELGA公司；LJYT型烤箱 上海麥科食品機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸面團制作工藝

參照鐘京[16]的方法制備各組復合乳酸菌發酵酸面團。對照組酸面團中不接菌。

1.3.2 乳酸菌生長曲線及乳酸菌計數

參照楊森[17]、劉同杰[18]的方法。

1.3.3 酸面團中pH值及可滴定酸（total titratable acid，TTA）的測定

參照Bartkiene等[19]的方法。

1.3.4 酸面團中有機酸含量的測定

參照高世陽等[20]的方法。

1.3.5 酸面團面包配方

將酸面團發酵到16 h，應用到酸面團面包的制作中得乳酸菌發酵酸面團面包（Lactobacillusfermented sourdough bread，LSB）。面包制作配方如表2所示，普通干酵母發酵面包（ordinary dry yeast fermented bread，OFB）與自然發酵酸面團制作的面包（naturally fermented sourdough bread，NSB）作為對照組。

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

1.3.6 酸面團面包制作流程

稱料→面團調制→一次醒發（35 ℃、相對濕度85%、60 min）→分割，整形（50 g/個）→二次醒發（35 ℃、相對濕度85%、90 min）→烘烤（上火180 ℃、底火180 ℃、25 min）→冷卻，成品。

1.3.7 酸面團面包烘焙特性的測定及感官評價

1.3.7.1 比容和質構測定

參照李真[21]的方法。

1.3.7.2 感官評價

參照李繼峰等[22]方法并適當修改。選擇20 位經過培訓的人員（10 位女性，10 位男性，年齡為20～35 歲），對面包樣品的比容、外觀形狀、內部色澤、結構、彈性、氣味等指標進行評分。評價標準見表3。

表3 面包評價指標及評分標準Table 3 Criteria for sensory evaluation of bread

1.3.8 酸面團面包貯藏期和水分遷移的測定

參照虞椏芳[23]的方法。

1.3.9 酸面團風味物質的測定

參照楊浣漪[24]的方法。

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0處理數據，每組數據重復3 次，取其平均值，并進行顯著性分析，P＜0.05，差異顯著。采用Origin 2019繪圖。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌生長曲線及其活菌數變化的測定結果

由圖1a可以看出，在0～2 h時間段內，3 株乳酸菌均處于延滯期生長速率都較緩慢，隨后Lf與Lp在2～10 h最先進入對數生長期，增長迅速，且增長速率均高于Lpa，之后Lf和Lp兩株菌種分別在10 h和14 h進入穩定期，而Lpa在18 h后進入穩定期。綜上可知，Lf生長速率較Lp和Lpa最快。

圖1 乳酸菌生長曲線（a）及其活菌數變化（b）Fig. 1 Growth curves of lactic acid bacteria (a) and change in the number of viable bacteria (b)

由圖1b可知，在發酵初期（0～10 h），Lpa+Lp+Lf組的乳酸菌生長速率最快，Lpa組中乳酸菌生長最慢。發酵10 h，Lpa+Lp+Lf組和Lpa組酸面團中乳酸菌數量分別為9.20（lg（CFU/g））和8.93（lg（CFU/g）），說明復配組合中的3種菌之間具有良好的共生關系。隨著酸面團中碳源、氮源的不斷消耗，在發酵16 h，各菌株均逐漸達到穩定期，菌落總數為9.04～9.17（lg（CFU/g））。發酵16 h后，乳酸菌數量基本保持不變，原因在于乳酸菌產生的低pH值環境或酸面團中菌種之間的相互競爭碳源，從而在一定程度上抑制彼此的生長。

2.2 酸面團發酵過程中pH值、TTA及有機酸含量的變化

由圖2可知，乳酸菌發酵酸面團的pH值始終低于自然發酵酸面團，TTA則相反，且最終pH值在3.88～4.10之間，TTA在10.47～12.40 mL之間。比較復配組合發酵和單菌發酵組結果，復合乳酸菌發酵酸面團中乳酸菌生長速率較快，在發酵2 h后產酸速度加快，在2～10 h產酸能力最強。在16 h酸度下降到pH 4.0。此時小麥粉中的內源性蛋白酶和淀粉酶活性被激活，有利于游離氨基酸和可溶性糖的代謝。當面團pH值低于4.0后，產酸速度降低，這可能是由于隨著酸度的升高，乳酸菌自身的生長也受到抑制。Lpa和Lp的產酸速度最慢，這可能是由于它們的生長速度較慢導致產酸量較低。

圖2 酸面團發酵過程中pH值（a）和TTA（b）的變化Fig. 2 Changes in pH (a) and TTA (b) during sourdough fermentation

酸面團發酵時微生物代謝糖類并產生以乳酸和乙酸為主的有機酸，降低面團pH值并激活谷物中的酶系，進而影響酸面團性質[25]。如圖3所示，乳酸菌發酵組酸面團乳酸產量遠高于乙酸。其中各組酸面團中的乳酸和乙酸含量均呈先上升后下降趨勢，發酵到16 h達到最大值之后開始下降。由圖3a可知，酸面團產乳酸最快的是Lpa+Lp+Lf組，在16 h乳酸含量高達9.05 mg/g；而Lf、Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf三組酸面團均可以促進乙酸的積累，其中酸面團中乙酸含量最高的是Lf組，在16 h乙酸含量高達2.31 mg/g（圖3b）。乙酸的大量產生除了可以賦予酸面團更豐富的風味外，還可以作為抑菌劑，起到防止酸面團面制品變質的作用。

圖3 酸面團中乳酸（a）和乙酸（b）含量的變化Fig. 3 Changes in the contents of lactic acid (a) and acetic acid (b) in sourdough

2.3 不同菌種配比對面包比容的影響

由圖4A可知，Lpa+Lp+Lf組面包體積最大（251.67 mL），較OFB和NSB的體積分別增長了18.71%和10.06%。這可能是由于復配組合發酵酸面團時對谷物中破損淀粉等起到較好的分解作用，產生小分子的糖利于酵母在醒發過程中發酵產氣，進而增大了面包的體積。從圖4B可知，Lf和Lpa+Lp+Lf兩組酸面團面包的比容較OFB組顯著提高（P＜0.05），分別提高了9.91%和19.43%。綜上可知，Lf和Lpa+Lp+Lf兩組酸面團可有效用于面包比容的改善。

圖4 不同菌種配比對面包體積（A）和比容（B）的影響Fig. 4 Effects of different starter cultures on bread volume (A) and specific volume (B)

2.4 不同菌種配比對面包質構特性及感官品質的影響

面包的膠黏性、彈性和回復性與面包品質呈正相關，硬度、黏性和咀嚼性的數值與面包的品質呈負相關[26]。由表4可知，Lpa+Lp+Lf組面包較OFB組和NSB組硬度分別降低了38.21%和28.83%。NSB組品質與OFB組相比，并沒有發生明顯改善。在面包黏性和咀嚼性上，Lpa+Lp+Lf組面包較OFB組降低了42.04%和45.04%。在面包膠黏性和回復性上，Lpa+Lp+Lf組面包較OFB組提升了9.58%和29.17%。這說明復配組合發酵產物可使酵母菌的蛋白酶活性降低，進而減弱對面筋蛋白的分解，使面包獲得較好的品質。結合感官評分，Lpa+Lp組面包的內部結構較為粗糙且風味發酸現象嚴重，讓人產生不愉悅的感覺，OFB組由于風味較單一，不豐富，因而總體評分較低。綜合以上結論，Lpa+Lp+Lf組酸面團可以顯著提高面包品質。由此可見，不同菌株可以通過合適的比例配合協同發酵，通過彼此之間的競爭和互補作用，為面包形成理想品質提供了優勢[27-28]。

表4 不同菌種配比對面包質構特性及感官品質的影響Table 4 Effects of different starter cultures on bread texture and sensory quality

2.5 不同菌種配比對面包老化的影響

2.5.1 菌種配比對貯藏期間酸面團面包硬度變化的影響

由圖5可知，復合LSB組面包的硬度在貯藏期間始終低于OFB組和NSB組，且其變化速率也較低。其中Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf兩組酸面團面包的硬度在貯藏期間變化最小。貯藏3 d，OFB組面包硬度較第1天增長了1.57 倍，NSB組增長至1.94 倍，而Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf組分別只增加了53.79%和34.82%。在貯藏3～5 d，OFB組面包硬度增長了78.38%，NSB組增長了61.01%，而Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf組面包的硬度的增長幅度最小，分別只增長了60.22%和57.23%，表明酸面團能有效延緩面包的老化，這可能是在發酵過程中，乳酸菌產生的有機酸形成了一個酸化環境，使面團的pH值降低，進而降低面包的淀粉消化率，抑制淀粉老化。在貯藏7 d后，Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf組面包的硬度分別只增長了1.93 倍和1.94 倍，而OFB組的硬度增長為原來的6 倍。綜上可知，Lpa+Lp+Lf組酸面團有助于減緩面包的老化，延長產品貨架期。

圖5 不同菌種配比對貯藏期間面包硬度的影響Fig. 5 Effects of different starter cultures on bread hardness during storage

2.5.2 不同菌種配比酸面團面包水分的遷移

從圖6a～c可知，在1～3 d貯藏期間，面包皮與面包1 cm處的水分含量相差較大，水分遷移順著水分梯度從面包1 cm處向面包外表皮處遷移，且OFB組和NSB組面包中的遷移速率較快。Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf組酸面團面包中，面包表皮水分含量的上升速率較其他組面包都較慢。這主要是由于兩組面包中產生了大量的有機酸，可以有效阻止面包芯水分向面包表皮的擴散。而面包芯與面包1 cm處的水分含量差異較小，水分在這兩部分之間的遷移速率相對較慢。OFB與LSB相比，其各部分的水分變化速率均較快。酸面團發酵制作的面包尤其是Lpa+Lp+Lf組酸面團對抑制面包內的水分重新分布有積極作用[29]，綜上可知：Lpa+Lp+Lf組酸面團面包在貯藏期間可延緩面包芯水分含量的減少。

圖6 不同菌種配比對貯藏期間面包水分含量的影響Fig. 6 Effects of different starter cultures on the moisture content of bread during storage

隨著面包貯藏時間的延長，面包水分活度會逐漸降低，加快淀粉老化回生，由圖6d可知，在貯藏過程中，LSB較OFB的水分活度變化減緩，甚至基本保持穩定，尤其是Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf組酸面團面包，水分活度變化速率最慢，這可能是Lpa+Lp+Lf組所形成的酸化環境及其產物可以減少貯藏期內水分在淀粉和蛋白質之間的遷移，從而增加面包的持水性。綜上可知，復合乳酸菌發酵酸面團可以有效延緩面包的老化。

2.6 不同菌種配比對面包揮發性物質的影響

由圖7和表5可知，在各組酸面團面包中風味物質總含量最高的是Lpa+Lp+Lf組和Lp+Lf組，最高含量達352.39 μg/kg和182.90 μg/kg。9 組面包樣品中共檢測出69種風味物質，主要包括醛類、酯類、酮類、醇類、酸類以及其他類化合物，不同樣品中揮發性風味物質種類和含量不同，其中OFB、NSB、Lp+Lf和Lpa+Lp+Lf酸面團面包分別檢測出31、36、39種和49種風味物質，其中有14 種化合物共同存在于9種面包中。表明酸面團的添加增加了面包中揮發性風味物質種類，改善了面包的風味。

表5 不同菌種配比對面包揮發性物質含量的影響Table 5 Effects of different starter cultures on the contents of volatile substances in bread μg/kg

續表5

圖7 不同菌種配比對面包各類揮發性物質的影響Fig. 7 Effects of different starter cultures on contents of different classes of volatile substances in bread

添加Lpa+Lp+Lf酸面團后，樣品中的揮發性化合物增加到49種，其中己酸乙酯、2-甲基丙酸苯乙酯、2-呋喃甲醇、1-壬醇和順-3-壬烯-1-醇等物質是Lpa+Lp+Lf酸面團面包獨有的風味化合物，豐富了樣品的風味。同時，5-羥甲基糠醛、月桂醛、苯乙醇、癸酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、壬酸和D-檸檬烯等物質含量也顯著升高，樣品中檢測出的2-甲基丙酸苯乙酯具有花香、果味、玫瑰和蜂蜜的氣味，癸醛具有柑橘的味道，3-羥基-2-丁酮具有淡奶油香，D-檸檬烯具有橙子及檸檬香氣，這些物質均有助于樣品特殊風味的形成，改善小麥酸面團面包的風味。

添加Lpa+Lp+Lf酸面團后，樣品中揮發性化合物含量較高的是酸類、酯類、醇類、醛類，含量分別為116.63、38.56、115.98 μg/kg和49.41 μg/kg，其中，酸類、酯類、醇類、醛類物質中相對含量最高的分別是壬酸、辛酸乙酯、苯乙醇、苯甲醛。酯類物質的閾值一般較低，是易揮發的風味物質，同時是發酵香氣成分中的主要呈香物質[30]，而辛酸乙酯是具有代表性的物質，一般有水果香氣，并有菠蘿、蘋果樣的香韻和果酒的酒香味；醇類物質的風味閾值較高，通常具有芳香、植物香、酸敗和土氣味[31]。9種樣品所共有的醇類物質主要是苯乙醇，它是一種具有玫瑰花香、蜜香的芳香高級醇，具有柔和、愉快而持久的特點，而Lpa+Lp+Lf組酸面團面包中苯乙醇含量最高為103.66 μg/kg；醛類物質一般閾值較低，對面包風味的整體貢獻較大，主要提供奶油、脂肪、香草、清香、果味等氣味。苯甲醛呈現的風味主要是杏仁、堅果和木香味。與OFB、NSB組相比，Lpa+Lp+Lf組酸面團面包中酸類物質分別為OFB、NSB組的4.43 倍和2.66 倍。這可能是因為在酸面團發酵過程，乳酸菌產生了有機酸，形成了一系列的酸類化合物，賦予樣品更柔和的酸味[32]，同時樣品中酯類、醇類物質也大量增加。

3 結 論

本研究通過將不同乳酸菌發酵酸面團以及復合乳酸菌發酵酸面團應用于面包的制作中，提高酸面團面包的品質，研究表明：將乳酸菌發酵后的酸面團添加到小麥面包中，樣品的硬度、咀嚼性顯著降低，彈性增大（P＜0.05），面包的品質得到改善；加入酸面團后，隨著貯藏時間的延長，第7天時Lpa+Lp+Lf組酸面團面包的硬度只增長了1.94 倍，而OFB的硬度增長為原來的6 倍。Lpa+Lp+Lf組酸面團的添加能有效延緩面包老化；9種樣品分別檢測出31、36、42、41、38、37、39、42 種和49種風味物質，有14 種化合物共同存在于9種面包中，Lpa+Lp+Lf組酸面團對提高面包中醇類、酯類、醛類、酸類和酮類風味物質的含量有明顯促進作用，其中酯類、酸類、酮類和醇類揮發性物質含量分別是OFB組的2.75、4.43、2.29 倍和3.03 倍。且Lpa+Lp+Lf組酸面團面包中苯乙醇、乙酸、壬酸、辛酸乙酯等含量較其他組都有顯著升高，這些物質具有花香和水果類香氣，可以為面包提供更豐富氣味，提升面包的感官品質。結果表明復合乳酸菌酸面團，特別是Lpa+Lp+Lf組酸面團的添加對小麥面包的品質有明顯的改善作用，為復合乳酸菌發酵酸面團的應用提供了理論基礎。