復合菌種發酵青稞面團工藝優化

阿晟德，陳啟蓉，張生梅，曹效海，王樹林，2*

（1.青海大學農牧學院，青海西寧 810016；2.青海大學省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室，青海西寧 810016）

青稞[Hordeumvulgarevar.nudumL.Hook.f.]是大麥的變種，屬禾本科大麥屬農作物，主要分布在西藏、青海等高海拔地區，是青藏高原地區的主要糧食作物[1]，有生長期短、高產早熟、耐寒的特性[2]。隨著消費者對健康的重視程度越來越高，人們飲食習慣的改善，綠色食品的發展，單一糧食品種已經無法滿足人們的主食消費需求，且隨著糧食加工精度變高，谷物營養流失日益嚴重，因此青稞已經逐漸從農牧民“專用谷物”變成深受都市人群青睞的優質粗糧[3-4]。青稞營養豐富，富含多種生理功能成分，如黃酮、生育酚等，且青稞是膳食纖維的優良來源[5]，有一定的功能性，是開發烘焙產品的理想原料。

目前，青稞品種結構簡單、附加值不高等問題，已成為我國高原地區青稞產業發展的瓶頸[6]。同時，青稞面筋含量較少，不易形成面團，也不能像小麥一樣保持發酵過程中產生的二氧化碳，所以將青稞粉和小麥粉混合制作烘焙產品是有效利用青稞營養成分的主要途徑之一[7-8]。為了改善谷物粉的加工品質和食用品質，可采用物理、生物法對面團進行預處理，或者在加工過程中添加改良劑，如谷朊粉、酶等[9-10]。但有相關研究表明，發酵過程中產生的CO2使面團的容積增大、持氣能力增加，從而提高了面團的加工性，例如易于軟化、易于延展、在烘烤過程中易于著色、方便機器作業及整形等工序[11]。且相較于單一菌制劑，復合菌制劑發酵能夠模擬面團自然發酵中多種微生物的協同作用，發酵出的面團既能保留傳統發酵方法的香甜，又能在發面過程中產生豐富的有機物質[12-13]，在提高生產效率的同時還能保持傳統發酵面食品的風味特性[14]。

本試驗以面團質構特性為指標，采用復合菌種對青稞面團進行發酵，通過控制發酵時間、復合菌種接種量等因素探究復合菌種發酵對青稞面團質構特性的影響，以期為完善與優化青稞主食產品的工藝、改善其加工特性、開發多元化的青稞深加工產品，為產品規模化與產業化生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞粉：青海新丁香糧油有限責任公司；特精高筋小麥粉：河北金沙河面業集團有限責任公司；高活性干酵母、釀酒酵母：安琪酵母股份有限公司；植物乳桿菌（菌種編號：BNCC 194165）：商城北納創聯生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

FA1004 電子天平：上海上平儀器有限公司；HM740和面機：青島漢尚電器有限公司；SPX-250F 生化培養箱：寧波普朗特儀器有限公司；CT3 質構分析儀：美國Brookfield 公司；Farinograph-OHG 粉質儀：德國Brabender 公司；PHSJ-3F pH 計：上海雷磁儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面團調制

按比例稱量適宜的青稞粉和小麥粉，將其混合均勻，將活化后的高活性干酵母加入混粉中，再加入適量37～40 ℃的無菌水（活化酵母及調制面團加水總量約為混粉質量的60%）、適量活化好的植物乳桿菌，混合均勻，利用和面機調制面團5 min，使其表面光滑。

1.3.2 面團發酵

將調制好的面團裝入塑封袋中，放入38 ℃的生化培養箱中，發酵2～4 h。

1.3.3 發酵菌種篩選

根據1.3.1 面團調制的方法，在接種量為3.0%，青稞粉添加量30%，菌種質量比為2∶1 的條件下分別調制高活性干酵母與植物乳桿菌復合菌種（菌種組合1）的面團和釀酒酵母與植物乳桿菌復合菌種（菌種組合2）的面團，在37 ℃的條件下，發酵3 h，發酵完成后測定pH 值及面團的持氣力，篩選最優菌種組合[15]。

1.3.4 青稞粉添加量對面團粉質特性的影響

以100% 小麥粉為空白對照，分別在小麥粉中添加20%、25%、30%、35%、40% 的青稞粉，探究青稞粉添加量對面團粉質特性的影響。

1.3.5 單因素試驗設計

1.3.5.1 發酵時間對面團質構特性的影響

在接種量3.0%，高活性干酵母與植物乳桿菌菌種質量比2∶1，發酵溫度38 ℃，青稞粉添加量30% 的條件下，以硬度和彈性為指標，考察不同發酵時間0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h 對青稞面團質構特性的影響，測定3 次，取平均值。

1.3.5.2 復合菌種接種量對面團質構特性的影響

在高活性干酵母與植物乳桿菌菌種質量比2∶1，發酵時間3.0 h，發酵溫度38 ℃，青稞粉添加量30%的條件下，以硬度和彈性為指標，考察接種量為0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0% 和3.5% 對青稞面團質構特性的影響，測定3 次，取平均值。

1.3.5.3 復合菌種質量比對面團質構特性的影響

在接種量為3.0%，發酵時間為3.0 h，發酵溫度為38 ℃，青稞粉添加量30% 的條件下，以硬度和彈性為指標，考察高活性干酵母與植物乳桿菌菌種質量比1∶0、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3 和1∶2 對青稞面團質構特性的影響，測3 次，取平均值。

1.3.5.4 青稞粉添加量對面團質構特性的影響

在接種量3.0%，高活性干酵母與植物乳桿菌菌種質量比2∶1，發酵溫度38 ℃，發酵時間3.0 h 的條件下，以硬度和彈性為指標，考察不同青稞粉添加量0%、20%、25%、30%、35% 和40% 對青稞面團質構特性的影響，測定3 次，取平均值。

1.3.6 正交試驗設計

為得到最佳發酵工藝參數，在單因素試驗的基礎上，選擇復合菌種（高活性干酵母與植物乳桿菌）質量比、復合菌種接種量、發酵時間以及青稞粉添加量為因素，設計四因素三水平正交試驗，并以硬度、彈性為指標優化發酵工藝參數。正交試驗因素水平見表1。

1.3.7 指標測定方法

1.3.7.1 混粉粉質特性的測定

混粉粉質特性參考GB/T 14614—2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學特性測試粉質儀法》進行測定。將300 g 稱量好的混合粉倒入已經調零的粉質儀揉面缽中，設定好儀器參數后啟動儀器，1 min 后加入適量蒸餾水，觀察面粉粉質曲線。當曲線最高峰在500±20 的范圍內時，表明數據準確。平行3 次測定，記錄數據，取平均值。

1.3.7.2 面團pH 值的測定

在燒杯中稱取10 g 發酵好的面團，揪成小塊，加入90 mL 無菌水，攪拌3～4 min，靜置20 min，利用pH計測定pH 值，平行測定3 次，取平均值。

1.3.7.3 面團持氣力的測定

將調制好的面團100 g 均勻填入500 mL 的燒杯中，在38 ℃的條件下醒發，間隔30 min 記錄一次面團體積，直至體積不再變化，用最大體積減去面團醒發前體積即為面團持氣力。

1.3.7.4 全質構分析（texture profile analysis，TPA）

將面團制成質量相同，長、寬、高都為20 mm 的方塊狀，采用質構分析儀測定硬度和彈性，選用TAAACC36 探頭，測試速度為2 mm/s，壓縮率為40%，觸發點負載7 g，數據采集速率100 次/s，重復測定5 次，去掉一個最大值和一個最小值，取平均值[16]。

1.4 數據處理及統計分析

結果表示為平均值±標準差。數據統計分析采用Excel、SPSS 20.0 統計軟件處理。

2 結果與分析

2.1 青稞粉添加量對面團粉質特性的影響

青稞粉添加量對面團粉質特性的影響見表2。

表2 青稞粉添加量對面團粉質特性的影響Table 2 Effect of the amount of highland barley flour on the dough quality

由表2 可知，青稞粉添加量的變化與面團吸水率成正比，隨著青稞粉添加量的增加，面團吸水率呈上升趨勢；同時，隨著青稞粉添加量的增加，面團形成時間和穩定時間均逐漸減小，弱化度逐漸增大。面團的吸水率主要受破損淀粉含量和蛋白質含量及品質的影響，雖然青稞中面筋蛋白含量較少，但青稞含有較多的膳食纖維，膳食纖維具有較強的吸水性和持水性[17]，所以隨著青稞粉添加量的增加，吸水率逐漸上升。良好的吸水率和持水力能保證面團的柔軟性和保水性，有利于保證烘焙產品的品質；面團形成時間則與面筋的品質和含量有關，蛋白質和濕面筋含量較高且品質較好時，形成時間長，反之則短。面團穩定時間反映面團的耐揉性，穩定時間越長說明面筋強度越大，面團耐受機械攪拌的能力越強[18]；弱化度越高則表示面筋強度越低[19]。由于青稞中可形成面筋蛋白的蛋白質含量較少[20]，因此青稞粉添加量越大，穩定時間越短且弱化度越大，面團品質越差。綜上，青稞粉添加量30% 時面團的粉質特性較好。

2.2 菌種篩選結果

兩種組合菌種對面團發酵特性的影響見表3。

表3 兩種組合菌種的pH 值及持氣性Table 3 The pH value and gas retention of the dough fermented with two strain combinations

由表3 可知，高活性干酵母與植物乳桿菌復合菌種發酵面團的持氣性大于釀酒酵母與植物乳桿菌復合菌種發酵面團的持氣性，兩者pH 值均在5～6 之間。持氣性越大面團越蓬松，制成的產品質量也就越好。因此選用高活性干酵母與植物乳桿菌作為本試驗所用的復合菌種。

2.3 單因素試驗結果

2.3.1 發酵時間對面團質構特性的影響結果

發酵時間對面團質構特性的影響見圖1。

圖1 發酵時間對面團質構特性的影響Fig.1 Effects of fermentation time on the texture characteristics of dough

由圖1 可知，發酵時間能影響青稞面團的質構特性。發酵時間為3.0 h 時，面團彈性達到最高值，且此時面團硬度較低。發酵時間大于3.0 h 時，面團彈性不足，且硬度較大。面團質構特性中，面團彈性與面團品質呈正相關，即彈性越大，制成的產品口感更筋道爽口，而硬度越大，焙烤出的產品越硬，品質也相應降低[21]。發酵時間過長會使面團膠著性增大，彈性降低，這可能是由于發酵過度造成面團持氣性變差，內部組織被破壞，面筋品質變差導致的。因此，選擇發酵時間2.0、2.5、3.0 h 進行后續正交試驗。

2.3.2 復合菌種接種量對面團質構特性的影響結果

復合菌種接種量對面團質構特性的影響見圖2。

圖2 復合菌種接種量對面團質構特性的影響Fig.2 Effects of inoculation amount of mixed strains on the texture characteristics of dough

由圖2 可知，復合菌種接種量為2.5%的面團彈性為最高值，接種量高于2.5%時彈性明顯降低。復合菌種接種量過大時，面團彈性和硬度明顯降低，說明在相同條件下，菌種添加量太大會使面團過度發酵、質地變軟、缺乏彈性，品質降低。因此，選擇復合菌種接種量2.0%、2.5%、3.0%進行后續正交試驗。

2.3.3 復合菌種質量比對面團質構特性的影響結果

復合菌種質量比對面團質構特性的影響見圖3。

圖3 復合菌種質量比對面團質構特性的影響Fig.3 Effects of strain ratio on the texture characteristics of dough

由圖3 可知，復合菌種質量比對青稞面團質構特性有一定的影響。復合菌種發酵的面團彈性總體低于單高活性干酵母發酵的面團彈性，且菌種質量比為1∶1和2∶1 的面團彈性最低，這可能是由于植物乳桿菌不能直接利用青稞中的營養物質，發酵效率較低且添加量較少的緣故[9]。除復合菌種質量比為1∶2 的面團外，其他面團硬度均高于單高活性干酵母發酵面團。因此，選擇復合菌種質量比3∶2、2∶3、1∶2 進行后續正交試驗。

2.3.4 青稞粉添加量對面團質構特性的影響結果

青稞粉添加量對青稞面團質構的影響見圖4。

圖4 青稞粉添加量對面團質構特性的影響Fig.4 Effects of highland barley flour addition on the texture characteristics of dough

由圖4 可知，在其他條件相同的情況下，青稞粉添加量對面團的彈性影響不顯著（p＞0.05）。而硬度與青稞粉添加量呈正相關。隨著青稞粉添加量的增加，面團彈性整體先增大后減小，當青稞粉添加量為30%時，面團的彈性達到最大值，硬度適中，說明此時面團質構特性最好；而當青稞粉添加量大于30% 時，彈性有所減小，硬度迅速增大，這可能是因為過多的青稞粉使面團吸水率增大，且破壞了面團面筋蛋白的形成，這與阮雁春等[5]研究結果相似。綜合考慮，選擇青稞粉添加量30%、35%、40%進行后續正交試驗。

2.4 正交試驗結果

以彈性和硬度為參考指標，采用L9（34）正交表進行正交優化試驗。正交試驗結果見表4。

表4 正交試驗結果Table 4 Orthogonal test results

由表4 可知，極差分析結果顯示影響青稞面團彈性的最主要因素為發酵時間，影響因素的先后次序為A＞D＞C＞B，以彈性為指標的最佳發酵工藝組合為A1B2C1D1或A1B2C1D3；影響青稞面團硬度的最主要因素為青稞粉添加量，影響因素的先后次序為D＞B＞C＞A，以硬度為指標的最佳發酵工藝組合為A1B2C1D1。綜合考慮，組合A1B2C1D1為最優發酵工藝，在此條件下進行驗證試驗，得到青稞面團的彈性較高，為7.37 mm，硬度較低，為221.67 g。綜上，最佳發酵工藝條件為發酵時間2.0 h、復合菌種接種量2.5%、復合菌種質量比3∶2、青稞粉添加量30%。

3 結論

相較于單酵母菌發酵，復合菌種發酵可改善面團的質構特性，對面團有改良作用。試驗發現發酵時間2.0 h、復合菌種接種量2.5%、菌種（高活性干酵母與植物乳桿菌）質量比3∶2、青稞粉添加量30%的條件下，面團彈性較高且硬度較低。不同組合的復合菌種發酵能力有所不同，高活性干酵母與植物乳桿菌組成的復合菌種發酵能力較好，更適于制作用于烘焙產品的發酵面團。添加青稞粉會縮短面團的形成時間以及穩定時間，因此，青稞粉添加量不宜過多，否則會降低制作烘焙產品的品質。經發酵的面團彈性較好，硬度較低，具有發酵的香氣以及較濃厚的青稞風味，適合用于制作烘焙產品。