不同地區(qū)傳統(tǒng)老酵頭對面團發(fā)酵特性及饅頭品質(zhì)的影響

艾志錄, 聶文靜, 邢小龍, 李真, 潘治利, 黃忠民, 索標(biāo)*

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州,450002) 2(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點實驗室，河南 鄭州,450002) 3(速凍面米及調(diào)制食品河南省工程實驗室，河南 鄭州,450002)

饅頭是我國北方人民的傳統(tǒng)主食，傳統(tǒng)老酵饅頭品質(zhì)優(yōu)良且具有獨特風(fēng)味。隨著人們對傳統(tǒng)老酵饅頭的消費傾向越來越高，傳統(tǒng)老酵頭得到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)老酵頭作為一種自然發(fā)酵生物技術(shù)在活性干酵母出現(xiàn)的幾千年前已經(jīng)得到了應(yīng)用[1]，由單一酵母發(fā)酵制得的饅頭風(fēng)味單一化，使用傳統(tǒng)老酵頭為原材料制作出的饅頭產(chǎn)品不僅風(fēng)味獨特且感官品質(zhì)較好[2]。老酵頭中的微生物在發(fā)酵過程中生成的有機酸和胞外多糖可影響面團體系中蛋白質(zhì)與淀粉之間的相互作用，使面團的硬度降低[3-5]，為面團提供較低pH值的發(fā)酵環(huán)境，改善產(chǎn)品的體積和流變學(xué)特性[6]，延緩面制品的老化，延長產(chǎn)品的貨架期[4,7]。然而，由于中國不同地區(qū)傳統(tǒng)老酵頭種類繁多，各品種之間的發(fā)酵性能也具有顯著差異，發(fā)酵過程不穩(wěn)定且較難控制，因而制約著老酵饅頭的工業(yè)化生產(chǎn)。

丁長河等人[8]比較分析了從酵頭中分離鑒定出不同菌種接種制作出的饅頭與一種工廠化生產(chǎn)饅頭在物性指標(biāo)方面的差異，發(fā)現(xiàn)酵頭發(fā)酵的饅頭具有較好的品質(zhì)特征和感官評分；程曉燕[9]研究了植物乳桿菌發(fā)酵饅頭的抗氧化特性及揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)特征，結(jié)果表明添加了乳酸菌發(fā)酵的酸面團蒸制出的饅頭具有較多的風(fēng)味物質(zhì)；胡麗花[10]對面團發(fā)酵過程中酵母菌和乳酸菌之間的代謝作用進行了研究，結(jié)果表明不同菌種對于原料的利用程度有所不同，在面團發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)酸及可溶性糖的含量不同。目前研究多集中在單菌接種及優(yōu)勢菌群對面團發(fā)酵及饅頭品質(zhì)的影響等方面，尚未見關(guān)于不同地區(qū)傳統(tǒng)老酵頭對面團發(fā)酵特性及饅頭品質(zhì)影響的研究報道。有研究證明，面團發(fā)酵過程中的發(fā)酵特性及面團的流變特性是衡量面團發(fā)酵品質(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)[11]，而面團品質(zhì)的優(yōu)劣是決定饅頭品質(zhì)的重要因素[12]。因此，對老酵頭發(fā)酵特性的研究十分必要。

我國以饅頭為主食的地區(qū)廣泛分布在各小麥主產(chǎn)區(qū)，因此本文多采集小麥主產(chǎn)地區(qū)的傳統(tǒng)老酵頭為研究對象，對不同地區(qū)老酵頭在面團發(fā)酵過程中的發(fā)酵特性和制作饅頭的品質(zhì)進行綜合分析，明確影響產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素，以期為我國傳統(tǒng)老酵頭在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

金苑特一粉，鄭州金苑面業(yè)有限公司。14個地區(qū)老酵頭樣品所屬地區(qū)、樣品收集方式及前期試驗所得最佳發(fā)酵時間見表1。

表1 十四種傳統(tǒng)老酵頭所屬地區(qū)、收集方式及最佳發(fā)酵成熟時間Table 1 Fourteen kinds of traditional starter cultureregions, collection methods and optimal fermentationmaturation time

1.2 主要儀器與設(shè)備

SZM-10型攪拌機，廣州旭重食品機械有限公司；JXFD-7型醒發(fā)箱，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；F3流變發(fā)酵儀，法國肖邦技術(shù)公司；FE20型實驗室pH計，梅特勒儀器(上海)有限公司；AR-1000型流變儀，英國TA Instrument公司；SM-302型切片機，新麥機械(無錫)有限公司；TA-XT Plus型TPA質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司。

1.3 老酵面團及老酵饅頭樣品的制備

將300 g面粉，150 mL水與適量老酵頭混合均勻后，將所有原料放入攪拌機攪拌15 min，至面團的表面光滑不粘手為佳。將攪拌好的面團放置在醒發(fā)箱中進行發(fā)酵，醒發(fā)箱設(shè)置溫度為37 ℃，濕度為60%。面團內(nèi)部為密密麻麻的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，有輕微酸味即為發(fā)酵完成。每個饅頭稱取100 g面團進行成型，將成型后的樣品放置在醒發(fā)箱中進行20 min的二次醒發(fā)，然后大火蒸制20 min，?；? min后即可開蓋，至此完成饅頭的制作。每次制作3個饅頭，每個樣品重復(fù)3次獨立試驗。

1.4 測定方法

1.4.1 老酵頭制作面團發(fā)酵過程中pH值的變化

當(dāng)不同老酵頭制作面團在醒發(fā)箱中進行發(fā)酵時，每間隔2 h稱取10 g面團與90 mL蒸餾水進行均質(zhì)使其混勻，用pH計測定此時溶液的pH值[13]，每個樣品重復(fù)3次取平均值。

1.4.2 老酵面團發(fā)酵特性的測定

采用F3流變發(fā)酵儀進行老酵面團發(fā)酵特性的測定，取制備好的面團315 g迅速放置在發(fā)酵籃中，設(shè)定溫度為37 ℃，測試時間設(shè)定在各樣品的最佳發(fā)酵時間后2 h，面團上砝碼質(zhì)量為2 000 g[14]。

1.4.3 老酵頭制作發(fā)酵面團動態(tài)流變特性的測定

面團的動態(tài)流變學(xué)特性測定選擇振蕩模式下的頻率掃描進行試驗。測定條件：直徑35 mm的鈦合金平板，夾縫距離為1 mm，應(yīng)變0.1%，振蕩頻率為0.1～20 Hz，試驗溫度25 ℃。測定方法：取發(fā)酵的面團10 g，用保鮮膜包裹好，置于流變儀平臺上，室溫松弛25 min后，切除多余的面團，用硅油密封面團，以防測定過程中水分蒸發(fā)，在平臺上平衡5 min，使殘余的應(yīng)力松弛后再開始測量，樣品檢測在1 h之內(nèi)完成[15]，每個樣品至少重復(fù)3次操作，取平均值。

1.4.4 老酵頭制作饅頭質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的測定

將制作好的老酵饅頭在室溫下放置1 h后，使用切片機將饅頭切成厚度為15 mm的片狀，取饅頭中間的兩片，使用探頭P35進行測定，測前速度3.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮率設(shè)定為50%，2次壓縮的間隔為5 s，起點感應(yīng)力5 g。每個樣品進行6次重復(fù)測定，取平均值。

1.4.5 老酵頭制作饅頭比容的測定及感官評價

將制作好的老酵饅頭在室溫下放置1 h后測定饅頭的比容，用菜籽法測定饅頭的體積，體積與饅頭質(zhì)量的比值即為饅頭的比容，每個樣品進行3次重復(fù)測定，取其平均值；選取10名人員組成饅頭感官評定小組，感官評定標(biāo)準(zhǔn)參考蘇東民等人[16]的評分規(guī)則并稍作改動，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.4.6 數(shù)據(jù)處理

各指標(biāo)最終數(shù)據(jù)均取多次測試的平均值，數(shù)據(jù)處理使用Excel軟件，方差分析及相關(guān)性分析使用SPSS 20.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 老酵頭制備面團發(fā)酵過程中pH值的變化

不同地區(qū)老酵頭制備面團發(fā)酵過程中的pH值的變化如圖1所示。

不同地區(qū)老酵頭制作的面團在發(fā)酵過程中，pH值的變化趨勢大致相似，隨著發(fā)酵時間的增加，面團的pH值持續(xù)降低。面團發(fā)酵初期，各面團的初始pH值范圍在6.24～5.01之間，持續(xù)至面團成熟期，各面團的pH值范圍在5.37～4.24之間。在面團發(fā)酵前期，微生物經(jīng)過短暫的停滯期隨即進入快速生長期，微生物總數(shù)不斷增加[17]，并持續(xù)至面團成熟期，相應(yīng)的產(chǎn)酸量也在累積，故在此階段pH值的下降趨勢較快。至面團發(fā)酵成熟期時，由于酵母菌與乳酸菌大量地生長繁殖，產(chǎn)生CO2和有機酸等多種酸性代謝產(chǎn)物，造成面團的pH值下降。在面團發(fā)酵后期，面團中微生物的生長受到發(fā)酵環(huán)境中所含營養(yǎng)物質(zhì)及其產(chǎn)酸能力的局限[6]，其生長趨勢進入穩(wěn)定后期，pH值變化趨勢相對緩慢并趨于穩(wěn)定。至面團發(fā)酵至24 h，各面團的pH值范圍在4.24～3.31之間，細胞代謝產(chǎn)物總量持續(xù)增加，酸積累量達到最大，故此時面團的pH值達到最低值。同時，從圖1中可以看出，不同地區(qū)老酵頭制備面團的pH值之間具有較為明顯的差異，這是由于不同地區(qū)傳統(tǒng)老酵頭中由不同的乳酸菌組成，乳酸菌的組成和豐度是造成面團的pH值差異的主要原因，這與劉同杰[18]研究結(jié)果一致。且有研究證明，傳統(tǒng)老酵頭中菌種組成與地理位置有著很大的聯(lián)系，一般是酵母菌，主要為釀酒酵母，起著發(fā)酵面團的作用；另一類主要微生物是乳酸菌，可產(chǎn)生乳酸、醋酸、丙酸等有機酸調(diào)節(jié)面團酸度[19]，且可產(chǎn)生胞外多糖(EPS)，具有增稠、乳化及膠凝作用，從而改善面團的流變特性[20]。因此不同地區(qū)老酵頭中的菌種組成是影響老酵頭品質(zhì)的關(guān)鍵。

表2 饅頭的評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Scores of sensory evaluation system for grains steamed bread

圖1 面團發(fā)酵過程中pH值的變化Fig.1 Changes of pH value during the dough fermentation注：老酵頭編號見表1，下同。不同編號老酵頭所對應(yīng)的柱形表示樣品的發(fā)酵時間，從左至右依次是：0、2、4、6、8、10、12、24 h，黑色柱形分別代表各樣品的最佳發(fā)酵成熟時間。

2.2 老酵頭對面團發(fā)酵特性的影響

圖2、圖3和圖4顯示了老酵頭對面團發(fā)酵特性各參數(shù)的影響，Hm為面團發(fā)酵過程中的最大膨脹高度，正相關(guān)于產(chǎn)品的比容；R為保留系數(shù)，可反映面團的持氣率；Tx代表面團開始泄露CO2的時間，可反映面團的持氣性。以圖2結(jié)合圖1可以看出，面團pH值越高，其Hm相對也較大。這是由于當(dāng)pH值相對較高時，面團酸度較小，蛋白質(zhì)的降解作用較弱，能夠形成較為連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)[21]，使面團持氣量較高，體積相對較大。相反的，當(dāng)面團pH值降低時，其Hm也相對較小，主要是由于面團的酸度增加，小麥內(nèi)源性蛋白酶活性增強，促進了面團中乳酸菌菌株特異性的蛋白水解活性，進一步降解了面團中的蛋白質(zhì)[22]，使其面筋網(wǎng)絡(luò)過于軟化，從而影響面團的體積。

圖2 不同老酵頭制作面團在發(fā)酵過程中的最大膨脹高度Fig.2 The maximum swelling height of dough made bystarter culture from different regions during fermentation

由圖3可知，不同地區(qū)老酵頭制作面團的Tx排序為：2#>6#>3#>4#>8#>9#>13#>11#>10#>12#>7#>4#>5#>1#。結(jié)合圖4可知，排名較靠前的老酵頭其持氣率也較高。其中發(fā)酵速度較快的1#和5#老酵頭開始釋放CO2的時間最早，耐發(fā)性不強，在生產(chǎn)過程中不易控制。結(jié)合圖1可以看出，4#、8#、9#老酵頭pH值相對較高，但持氣率并不是最高，這是由于面團酸化作用相對較弱，對面筋網(wǎng)絡(luò)的改善作用并不明顯，隨著發(fā)酵時間的延長，產(chǎn)氣量持續(xù)增加，面團體積增大，面團的內(nèi)部組織孔洞也越來越大，易撐破表面而使面團坍塌漏氣，因此持氣性有所降低[23]，相應(yīng)的持氣率也不高。2#、6#、3#老酵頭制作的面團在發(fā)酵前期至發(fā)酵成熟期這一階段持氣量不是最高，但其后期持氣率相對較高，耐發(fā)性強，這是由于老酵頭中的乳酸菌在發(fā)酵過程中合成的胞外多糖與蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互影響，在適宜的酸化環(huán)境下，強化了面筋網(wǎng)絡(luò)，從而增強面團的穩(wěn)定性和持氣性[24]。10#、11#、12#、14#老酵頭pH值較低，面團酸度較高，造成面筋蛋白過度水解，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化，因此面團的持氣率較低，開始釋放CO2的時間較早。

圖3 不同老酵頭制作面團發(fā)酵完成后開始漏氣的時間Fig.3 Time to start leaking after dough fermentation iscompleted with different regions starter culture

圖4 不同老酵頭制作面團發(fā)酵時的持氣率Fig.4 Gas holdup during dough fermentation with trationalstarter culture from different regions

綜合分析可知，在老酵頭制作面團發(fā)酵過程中，pH值范圍在5.01～5.37之間的老酵頭，面團耐發(fā)性不強，容易塌陷漏氣；pH值范圍在4.24～4.89之間的老酵頭，面團持氣率較高，耐發(fā)性相對較好；pH值范圍在4.24～3.73之間的老酵頭，面團持氣量較小，耐發(fā)性差，且持氣率較低。

2.3 老酵頭發(fā)酵對面團動態(tài)流變學(xué)特性的影響

彈性模量(G′)為貯能模量，反映的是物質(zhì)的彈性本質(zhì)；黏性模量(G″)為損耗模量，反映的是物質(zhì)的黏性本質(zhì)[25]。圖5和圖6分別是面團發(fā)酵完成后的彈性模量、黏性模量隨頻率變化的關(guān)系圖。14個地區(qū)的老酵頭對面團的G′與G″的影響規(guī)律基本一致，隨著掃描頻率的增大，14種老酵頭制作面團的G′與G″總體逐漸升高，且G′始終大于G″，該現(xiàn)象說明老酵面團的性質(zhì)類似于固體，在一定線性范圍內(nèi)的變形可以壓縮和回復(fù)[26]。

圖5 不同地區(qū)老酵頭對面團彈性模量(G′)的影響Fig.5 Effect of different regions starter culture on elasticmodulus (G′) of dough

圖6 不同地區(qū)老酵頭對面團黏性模量(G″)的影響Fig.6 Effect of different regions starter culture on viscousmodulus (G″) of dough

由圖5和圖6可知，2#、7#、5#、3#、6#、1#老酵頭的G′和G″處于較高水平，結(jié)合面團發(fā)酵成熟期的pH值來看，這幾種老酵頭制作面團發(fā)酵成熟期的pH值在4.24～4.89之間，在適度的酸化環(huán)境下，酸面團發(fā)酵產(chǎn)生的有機酸及酸面團中的乳酸菌合成的胞外多糖面團的流變學(xué)特性有顯著改善，隨著頻率的增加其G′和G″的上升速度較快，表明其面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對較強，面團強度的穩(wěn)定性相對較好。其次為pH值范圍在5.01～5.37之間的9#、13#、4#、8#老酵頭，這幾種老酵頭發(fā)酵的面團酸度相對稍低，酸化作用相對較弱，對面團流變特性改善不明顯。pH值相對較低的14#、10#、11#、12#老酵頭G′與G″也處于較低水平，且其上升的趨勢逐漸平緩，表明面團的耐形變能力相對較弱。由于老酵面團為酸性環(huán)境，在此環(huán)境中存在較多的正凈電荷，蛋白質(zhì)的溶解度增大，分子內(nèi)靜電排斥作用增大，致使面筋蛋白展開，疏水基團暴露，而分子間強靜電斥力阻礙了新鍵形成，二者間的相互作用使蛋白結(jié)構(gòu)弱化[27]，最終使面團軟化，對面團及其制品的耐形變力產(chǎn)生消極影響。

2.4 不同地區(qū)老酵頭對饅頭物性特征及其感官品質(zhì)的影響

不同地區(qū)老酵頭對饅頭物性指標(biāo)的影響結(jié)果見表3，不同地區(qū)老酵頭制作的饅頭感官評分見表4。

表3 不同地區(qū)老酵頭對饅頭品質(zhì)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different regions starter culture on texture indexes of steamed bread

注：表中數(shù)據(jù)為M±SD；同一列小寫英文字母上標(biāo)不同表示均值之間存在顯著性差異(p<0.05)。

表4 不同地區(qū)老酵頭制作饅頭感官評定結(jié)果Table 4 Sensory evaluation of steamed bread made with starter culture in different regions

由表3、表4可知，由不同老酵頭制作饅頭的物性指標(biāo)之間差異明顯，結(jié)合面團發(fā)酵成熟期的pH值來看，pH值范圍在4.24～3.73之間的10#、11#、12#、14#老酵頭，面團發(fā)酵至成熟時期的酸度相對較高，面筋蛋白過度水解，破壞了面團的流變學(xué)特性，以此面團制作出的饅頭硬度較大，口感較差，其感官評分在69～76之間，BARBER[29]與CROWLEY[30]的研究中也發(fā)現(xiàn)過度酸化的酸面團產(chǎn)品質(zhì)地較硬，而適度酸化的酸面團產(chǎn)品質(zhì)地較軟。pH值范圍在5.01～5.37之間的9#、13#、4#、8#老酵頭，由于其面團pH值相對稍高，面筋蛋白的酸化作用未完全，對面團流變學(xué)特性沒有明顯改善，從而導(dǎo)致以此面團制作出的饅頭硬度較低，咀嚼性較差而口感不佳，其饅頭的感官評分在78～83之間。2#、7#、5#、3#、6#、1#老酵頭制作出的饅頭其物性指標(biāo)相對適中，面團發(fā)酵成熟時pH值范圍在4.24～4.89之間，在此發(fā)酵環(huán)境下，使能夠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的面筋蛋白的溶解性及膨脹性增加，對面團的流變特性有顯著改善[31]，制作出的饅頭感官品質(zhì)較佳，感官評分較高，在86～89之間。由表4可以看出，14個地區(qū)老酵頭制作出的饅頭感官評分排序為2#>7#>5#>3#>6#>1#>8#>4#>13#>9#>11#>12#>10#>14#。

相關(guān)研究表明，饅頭的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)(texture profile analysis，TPA)測試與感官評價指標(biāo)具有顯著相關(guān)性[28]。不同地區(qū)老酵頭制備樣品指標(biāo)間的相關(guān)性分析結(jié)果見表5，通過表5可以看出各指標(biāo)之間具有不同程度的相關(guān)性。其中，面團成熟期pH值與TTA(total titratable acidity)極顯著負相關(guān)，與2.2的測定結(jié)果一致。饅頭的比容與面團成熟期pH值極顯著正相關(guān)，硬度、黏性、咀嚼度與面團成熟期pH值極顯著負相關(guān)，與感官評分極顯著負相關(guān)，而其余指標(biāo)與pH值無顯著相關(guān)性。由此可說明，面團成熟期pH值對饅頭硬度、黏性、咀嚼性指標(biāo)與感官品質(zhì)影響顯著。不同指標(biāo)間的關(guān)系曲線如圖7所示，由圖7可以看出，饅頭的硬度、黏性、咀嚼性與pH值呈線性相關(guān)，而與饅頭的綜合評分非線性相關(guān)。結(jié)合圖1、圖7、表5可以得出，當(dāng)pH值范圍在4.24～4.89之間時，饅頭的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與感官評分正相關(guān)，高于或低于此范圍，饅頭的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)與感官評分負相關(guān)，與試驗結(jié)果反映一致。因此在實際生產(chǎn)中，提高對老酵頭制作面團發(fā)酵過程中酸度的監(jiān)測，是改善產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。

表5 各品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients among indexes of steamed bread

注：L*表-饅頭表皮亮度。

圖7 不同地區(qū)老酵頭制作饅頭物性指標(biāo)間相關(guān)性分析Fig.7 Correlation analysis of physical characteristics of Chinese steamed bread made by traditional starter from different regions

3 結(jié)論

不同地區(qū)老酵頭發(fā)酵面團的發(fā)酵特性參數(shù)及流變學(xué)特性不同，制作饅頭的比容、硬度、黏性、咀嚼性和感官品質(zhì)差異均顯著(p<0.05)。面團發(fā)酵成熟期的pH值是影響老酵面團發(fā)酵特性、饅頭的物性指標(biāo)及感官品質(zhì)的重要因素，相關(guān)性分析結(jié)果表明老酵饅頭的比容與面團成熟期pH值極顯著正相關(guān)，硬度、黏性、咀嚼度與面團成熟期pH值極顯著負相關(guān)，與綜合評分極顯著負相關(guān)。面團成熟期的pH值在4.24～4.89之間的老酵面團耐發(fā)性較好，流變學(xué)特性比較穩(wěn)定，制作出來的饅頭感官品質(zhì)較好，綜合評分也比較高。在實際生產(chǎn)中，提高對老酵頭制作面團發(fā)酵過程中酸度的監(jiān)測，是改善產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵。該結(jié)論為老酵頭在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的參考。