酸湯子面團對發酵面包品質的影響

白 雪，趙閃閃，肖志剛，張一凡，趙秀紅

（沈陽師范大學糧食學院，遼寧 沈陽 110034）

酸湯子是中國滿族特色食品，主要流行于遼寧一帶，是玉米面發酵制品。制作方法主要是將去皮玉米面放入冷水中浸泡數日，使其自然發酵。待有酸味時撈出清洗，用水磨磨成糊狀（俗稱水面），再用布口袋控去適當水分，之后冷凍保存[1-2]。酸面團在發酵過程中有多種微生物參與，主要微生物為乳酸菌和酵母菌。乳酸菌代謝產生有機酸、胞外多糖和細菌素等[3-4]，酵母菌在發酵過程中會產生乙醇、二氧化碳及大量的代謝產物使面制品具有發酵香味[5]，它們的代謝多功能性有利于適應不同的加工條件。乳酸菌與酵母菌的代謝相互作用決定了發酵過程中合作機制[6-7]，發酵過程中一系列生化變化的程度都會影響面團性質以及面制品質量[8]。目前國內外針對酸面團的研究主要集中于小麥基質，對其他雜糧類酸面團了解較少。為分析玉米基質酸面團對面制品品質的影響，本研究從遼東地區采樣11 種酸湯子面團，采用高通量測序技術測定酸湯子面團菌群結構，并通過制作面包對比不同面包的烘焙特性和貯藏特性，以篩選出品質優良的酸湯子面團應用于面包生產，以期為玉米酸面包工業化生產提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

DNA提取試劑盒 天根生化科技有限公司；高筋面包粉 新良食品有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；黃油 新西蘭安佳有限公司；食鹽、白砂糖 市售；酸湯子面團由遼東地區農家自制；氫氧化鈉 沈陽科之翼實驗公司。

1.2 儀器與設備

HMJ-A35A1和面機 廣東小熊電器有限公司；OMJ-CV-5醒發箱、OMJ-3烤箱 河北歐美佳食品機械有限公司；ESJ-120-4B精密電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；JB-2A磁力攪拌器 上海皓莊儀器有限公司；E-201-C pH計 上海儀電科學儀器有限公司；GFL-125電熱鼓風干燥箱 天津市萊玻特瑞儀器設備有限公司；Scientz-12N冷凍干燥機 寧波新芝生物科技有限公司；CT3質構儀 美國Brookfield公司；Q20差示掃描量熱儀美國TA有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸湯子面團的采集與貯藏

從遼東地區（本溪、丹東、鞍山）隨機收集11 個農家自制酸湯子面團，將其編號為BX1～BX4、DD1～DD5、AS1～AS2，裝入無菌密封袋中，置于冰盒中運回實驗室，于4 ℃保存盡快進行面包制作。

1.3.2 酸湯子面團微生物組成分析

使用DNA提取試劑盒從酸湯子面團中提取總基因組DNA，聚合酶鏈式反應擴增基因且經瓊脂糖電泳檢測后送至上海派森諾公司進行測序。經過質量篩查得到有效序列，通過與對應數據庫的模板序列比對，得出各樣品的微生物組成。

1.3.3 酸湯子面包的制備

本實驗在酸湯子面團添加量為20%的基礎上，對比遼東地區不同酸湯子面團對面包品質的影響。各面包樣品中小麥粉、玉米面團或酸湯子面團的添加量如表1所示，其他配料基于小麥粉質量，添加量分別為食鹽1.5%、白砂糖6%、酵母1.5%、黃油4%、水60%，以無酸面團的普通小麥面包為空白組，無酸面團的小麥玉米面包為對照組。按上述配方，先將面包粉、糖、鹽等倒入和面機內，然后倒入用水和好的酵母開始攪拌，待攪拌成型后加入黃油，使物料充分起筋成為黏稠而光滑的面團。將成型面團放入醒發箱內（溫度38 ℃、相對濕度85%～90%），醒發60 min。取出后進行排氣、分割、整形，進行二次醒發30 min。然后置于烤箱內180 ℃/210 ℃焙烤20 min，冷卻2 h后進行測定或用密封袋包裝保存待測。

表1 小麥面包、小麥玉米面包和酸湯子面包的制作配方Table 1 Formulations of wheat bread, wheat-corn bread and Suantangzi bread g

1.3.4 面包pH值、可滴定總酸度、比容的測定

根據AACC（2000）02-52[10]方法測定pH值和可滴定總酸度（titratable total acidity，TTA）。參照GB/T 14611—2008《糧油檢驗 小麥粉面包烘焙品質試驗》[11]測定面包比容。

1.3.5 面包質構的測定

面包烘焙后冷卻2 h，將面包芯切成2.5 c m×2.5 cm×2.5 cm的立方體進行測定。參數設定[12]：探頭型號為TA4/100，測試前、中、后速率分別為1.0、3.0、3.0 mm/s，壓縮程度為50%，感應力為5 g，兩次壓縮間隔為5 s。

1.3.6 面包感官評分

采用九分嗜好評分法[13]，對外觀、色澤、風味、口感、內部結構和整體可接受性進行感官評定。1、5、9 分分別表示極度討厭，既不喜歡也不討厭，極度喜歡。結果表示為評分的平均值。

1.3.7 酸湯子面團對面包貯藏特性分析

1.3.7.1 面包貯藏期間質構特性的測定

面包密封置于4 ℃冰箱，采用質構儀測定貯藏0、1、3、5、7 d的面包質構參數。方法參照1.3.5節。

1.3.7.2 面包貯藏期間水分含量的測定

面包烘焙好冷卻2 h之后，裝入密封袋中。將密封好的面包放置于4 ℃冰箱，參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[14]測定面包表皮及面包芯貯藏0、1、3、5、7 d的水分含量，并計算相應的水分變化速率[15]。

1.3.7.3 面包貯藏期間熱焓變化的測定

面包密封保存在4 ℃冰箱中加速老化，采用差示掃描量熱儀測定貯藏1、3、5、7 d面包芯的支鏈淀粉老化熱焓值[15]，即起始溫度到終止溫度的峰面積積分值。將面包芯冷凍干燥成粉末，稱取2.5 mg面包芯粉末于鋁盒密封，加入7.5 μL蒸餾水，以空的樣品盒為參照。條件設置：升溫速率10 ℃/min，掃描范圍30～130 ℃。記錄起始溫度To、峰值溫度Tp、終止溫度Tc以及熱焓值ΔH。

1.4 數據分析

采用SPSS 18.0數據處理軟件進行數據統計分析，結果均以表示。圖形處理通過Origin 8.0繪圖軟件完成。

2 結果與分析

2.1 酸湯子面團微生物組成對比分析

由測序結果得出各酸湯子面團中主要微生物的分布情況（表2），其中乳酸菌主要包括Lactobacillus、Leuconostoc、Lactococcus、uncultured Streptococcaceae、Pediococcus、Streptococcus；酵母菌主要包括Candida、Pichia、Dipodasous、Zynosaccharomyces、Naumovozyma、Metschnikowia、Sugiyamaella。不同酸湯子面團具有不同的菌群結構，大多數酸湯子面團的細菌優勢屬依舊為Lactobacillus，這與其他學者的研究結果一致[16-21]；真菌優勢屬主要為Candida、Pichia，并未發現其他學者報道的優勢酵母屬（Saccharomyces）[22-24]。

表2 樣品中微生物相對含量Table 2 Composition of microbial populations in sourdough sample%

2.2 酸湯子面團對面包理化性質的影響

表3 不同面包的pH值、TTA和比容Table 3 pH, TTA and specific volumes of different bread samples

如表3所示，對于面團，所有樣品pH值在4.51～4.81之間，TTA在5.23～7.63 mL之間，對于面包，所有樣品pH值在4.99～5.42之間，TTA在2.53～4.73 mL之間，比容在3.98～5.98 mL/g之間。由于玉米基質不含有面筋，小麥玉米面包的比容明顯小于小麥面包，添加酸湯子面團后，所有面包比容均顯著增加，且與小麥面包相當，其中DD3比容高于小麥面包1.4 mL/g，其次比容較優的為AS1、DD2。

2.3 不同酸湯子面團的面包質構特性測定

表4 酸湯子面團對面包質構的影響Table 4 Effect of different Suantangzi sourdoughs on bread texture

質構特性主要包括與面包品質呈負相關關系的硬度、咀嚼性和膠黏性，與面包品質呈正相關關系的彈性和內聚性，所有參數共同決定了面包產品的可接受程度[25-27]。由表4可知，將各指標按大小排列：硬度為WMB＞WB＞BX1＞DD5＞BX2＞BX3＞DD2＞DD1＞AS2＞BX4＞DD3＞DD4＞AS1；膠黏性為WMB＞WB＞BX1＞BX2＞DD5＞BX3＞DD1＞DD4＞DD3＞BX4＞DD2＞AS2＞AS1；咀嚼性為WMB＞WB＞BX1＞BX2＞DD5＞BX3＞DD1＞DD3＞DD4＞BX4＞DD2＞AS2＞AS1。所有面包樣品彈性和內聚性差異不大。結果表明酸湯子面團的添加均帶給面包良好的品質，尤其添加來自鞍山的AS1、AS2酸湯子面團的面包質構特性最優。其次最優產品為來自本溪的BX4，最差產品為BX1，同樣來自本溪。

2.4 不同酸湯子面團的面包感官品質

圖1 酸湯子面團對面包感官評分的影響Fig. 1 Effect of Suantangzi sourdoughs on bread sensory score

對面包的外觀、色澤、風味、口感、內部結構和整體可接受度進行評分，結果見圖1。由于玉米是無面筋體系，所以小麥玉米面包口感粗糙，易掉渣，導致外觀、口感評分降低。酸湯子面包內部結構則更加均勻，無明顯的粗糙感，并且更加質密柔軟，同時微生物給面包帶來獨特的口感，使得評分略高于小麥面包。所有酸湯子面包整體接受度增高，而且具有較高的營養價值，深受大家喜愛。

2.5 酸湯子面團對面包貯藏特性的影響

2.5.1 面包貯藏過程中硬度的變化

圖2 酸湯子面團對貯藏過程中面包硬度的影響Fig. 2 Effect of different Suantangzi sourdoughs on the hardness of bread during storage

如圖2所示，隨著貯藏時間的延長，所有面包的硬度逐漸增加，其中小麥面包、小麥玉米面包硬度變化最大，添加BX1、BX2、BX3的面包沒有明顯改善面包硬度，而DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、AS1、AS2、BX4則顯著降低了面包的老化速率，尤其DD3在7 d內硬度變化最小。

2.5.2 面包貯藏過程中水分遷移的變化

圖3 酸湯子面團對貯藏過程中面包芯（A）和面包皮（B）水分遷移速率的影響Fig. 3 Effects of different Suantangzi sourdoughs on moisture migration rate of bread crumb (A) and bread crust (B) during storage

如圖3所示，在7 d的貯藏過程中以及在不同的貯藏階段，不同面包樣品中的水分遷移速率不同。與小麥面包和小麥玉米面包相比，酸湯子面包水分遷移速率相對較小。面包芯的水分含量隨著時間的延長而逐漸減少，0～1 d內水分逐漸減少，1～5 d內減少速率最大，5～7 d內水分減少速率趨于減小。與之相反，面包皮的水分含量則隨著時間的延長而逐漸增加，0～1 d內水分逐漸增加，1～5 d內增加速率最大，5～7 d內水分增加速率趨于減小。但面包芯水分減少速率和面包表皮水分增加速率并不一致。通過對比發現小麥面包和小麥玉米面包水分遷移速率最快，其次是BX1、BX2、BX3，而AS1、AS2、BX4、DD3水分遷移速率較慢。

2.5.3 面包貯藏過程中支鏈淀粉老化熱焓的變化

由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，所有面包的老化熱焓值逐漸增加。酸湯子面團的使用降低了面包的老化速率，但不同酸湯子面團對面包老化的影響不同。貯藏第1天，除DD1、BX3，其余酸湯子面包的老化熱焓值顯著低于小麥面包和小麥玉米面包（P＜0.05）；貯藏第3天，相比小麥面包和小麥玉米面包，DD2、AS1、BX4明顯延緩了面包的老化；貯藏第5天，AS1、BX4顯著改善了面包的老化；貯藏第7天，所有酸湯子面包的老化熱焓值均低于小麥面包和小麥玉米面包。總體來說，AS1、BX4改善面包老化的效果最佳。

圖4 酸湯子面團對貯藏過程中面包老化熱焓的影響Fig. 4 Effects of different Suantangzi sourdoughs on the retrogradation enthalpy of bread during storage

2.6 微生物含量與面包品質相關性分析

表5 微生物群落結構與面包品質的相關性Table 5 Correlation between microbial community structure and bread quality

由表5可以看出，酵母菌所占比例與硬度、膠黏性、咀嚼性、硬度變化、水分變化存在顯著負相關，酵母菌含量越高，面包硬度越低，膠黏性越低，咀嚼性越低，貯藏期間硬度變化和水分變化越小，即說明面包品質越好，乳酸菌所占比例與面包品質相關性不明顯。

2.7 面包品質的主成分分析（principal component analysis，PCA）[28]

為充分體現面包品質，通過SPSS軟件對面包質構以及貯藏期變化進行PCA，結果如表6所示。PC1和PC2累計貢獻率達84.324%。其中PC1貢獻率最大，為66.213%，PC2貢獻率為18.111%，說明該2 個PC可以較好地評價面包品質，因此選取其作為PC因子。

表6 總方差分析Table 6 Analysis of total variance

表7 PC載荷矩陣Table 7 Principal component loading matrix

由表7可得，經PCA提取的2 個PC，其表達式為：

綜合PC模型為：

2.8 面包品質的聚類分析[28]

圖5 樣品聚類分析圖譜Fig. 5 Cluster analysis dendrogram of samples

在提取出的2 個PC看作新變量的基礎上進行聚類分析，結果見圖5。通過對各面包品質聚類分析，11 種酸湯子面包被分為3 類，第1類為AS1、AS2、BX4、DD3、DD4；第2類為DD1、DD2；第3類為BX1、BX2、BX3、DD5。根據分類結果將酸湯子面團微生物進行統計，結果見表8。

表8 微生物統計Table 8 Microbial composition statistics%

由表8 可知，第1 類樣品酵母菌是主要優勢菌（81%～96%），同時乳酸菌含量較高；第2類樣品乳酸菌是主要優勢菌（高達97%以上），同時酵母菌含量較高；第3類樣品酵母菌含量普遍較低（＜70%）。

3 討 論

我國傳統發酵食品具有悠久的歷史，種類繁多。這些食品獨特的品質和風味與發酵過程中的微生物密不可分。酸面團中乳酸菌快速代謝碳水化合物并積累有機酸[29]，使得添加酸湯子面團的面包pH值低于小麥面包與小麥玉米面包。酸湯子面包pH值雖然接近，TTA卻存在很大不同，這可能與不同酸湯子面團有機酸和微生物的種類和含量不同有關[30-31]。復雜的微生物組成導致面包品質的不同，二氧化碳在烘焙過程中會引起面團的發酵和膨脹[4,27]，這是面團體積所必需的，由此推測DD2、AS1、DD3中酵母菌更好地發揮了其產氣作用，從而使面包比容顯著增加。同時酵母菌代謝產生的甘油和琥珀酸酯會影響面團的流變性，使面團具有更好的氣體滯留和面筋形成能力[32]。酸湯子面團的添加提高了面包的風味和營養價值，深受大家喜愛，乳酸菌通過水解肽產生的氨基酸有助于面包風味的形成和營養物質的積累[33]。不同酸湯子面團具有不同的老化速率，推測AS1、AS2、BX4、DD3中具有蛋白和淀粉水解酶活性的菌株[8]，進而有效延緩了面包老化。結合相關性分析可知，酵母菌相對含量越高，面包硬度、膠黏性、咀嚼性越低，貯藏期間硬度變化和水分變化越小，即說明面包品質越好。乳酸菌相對含量與面包品質相關性不明顯，乳酸菌種類多樣，在酸湯子面團中相對復雜，通過發酵時間和發酵環境的選擇，只有部分關鍵乳酸菌種占一定的優勢并發揮其代謝作用[34]。通過聚類分析可知，品質優良的酸面包中乳酸菌和酵母菌總含量較高，目前已有研究證實具有抗真菌活性的植物乳桿菌等有效延長了保質期，同時Lactobacillus plantarum、L. brevis、L. amylovorus和Leuconostoc citreum等[35-39]菌株代謝的胞外多糖和其他生物功能成分抵消了無麩質面包或低鹽面包的負面影響，使面包柔軟、比容增大、香氣增加，顯著提高了面包的質量。具有耐低溫特性的wood basketCandida、Kluyveromyces marxianus和Pichia pastoris等[40-42]能夠減弱凍融循環對冷凍面團發酵能力和微觀結構的損害。Pichia guilliermondii和Candida humilis等[43-46]菌株也被證實可有效改善面包的比容、風味和質構特性，在烘焙制品中具有潛在的應用價值。酸面團生態系統通常是乳酸菌物種與酵母菌物種之間的穩定關聯，這種協同作用反映了微生物的代謝特征并表明在系統中起作用的營養關系[4]。常見的互作菌種[4,47-49]有C. humilis和L. sanfranciscensis；Saccharomyces cerevisiae和L. plantarum；S. cerevisiae、C.milleri和L.sanfranciscensis；L. plantarum和Pichia kluyveri等。由此推測酸面包中含有功能性菌種，即保證各菌種對面制品的積極影響，又保證了菌種間的協同作用，因而具有良好的品質。AS1、AS2（均采自鞍山岫巖）酸湯子面包之所以在烘焙品質和貯藏品質都較優且相似，是由于兩者具有相似的菌群結構，都是以Lactobacillus為主要細菌屬，以Pichia為主要真菌屬。其他相同地區的酸湯子面團菌群結構不同，制作的面包品質存在差異，由此推測面包品質的差異和地域相關性不大，是酸湯子面團中乳酸菌和酵母菌的種類、含量以及菌種間的相互作用等共同影響的結果。乳酸菌產生的乳酸、乙酸、酚酸和類黃酮等代謝物質與產品風味密切相關[50-52]，本研究目前僅針對酸湯子面團微生物組成與面包品質相關性進行分析，對微生物與風味和營養物質的相關性有待進一步深入研究。