多菌種發(fā)酵對面團流變特性及多孔掛面品質(zhì)的影響

孟凱麗,陳 潔,許 飛,汪 磊

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院, 河南 鄭州 450001

掛面是我國的傳統(tǒng)主食之一,在當(dāng)今物質(zhì)生活不斷豐富的情況下,人們對掛面的營養(yǎng)和品質(zhì)均提出了更高的需求。空心掛面在我國歷史悠久,具有營養(yǎng)豐富、易于存儲、口感獨特等優(yōu)點[1]。傳統(tǒng)手工空心掛面的制作工藝煩瑣,無法保證質(zhì)量且產(chǎn)量低,不利于工業(yè)生產(chǎn)[2]。近幾年來,市場上出現(xiàn)用酵母發(fā)酵的空心掛面?；谥谱鞴に嚭唵巍a(chǎn)量大、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢,空心掛面在市場上有廣闊的前景,但目前市售的發(fā)酵掛面還存在爽滑性差、黏彈性差、蒸煮時間長等問題[3]。

為了解決發(fā)酵掛面存在的問題,專業(yè)人員對此進行了深入的研究。葛珍珍等[4]發(fā)現(xiàn)釀酒酵母與植物乳桿菌復(fù)合發(fā)酵 20 min 時面條的蒸煮特性和儲藏特性相對較好。Sun等[5]的研究發(fā)現(xiàn),添加植物乳桿菌可改善面團的流變特性、延展性、持水性和黏彈性。張軍等[6]發(fā)現(xiàn)添加0.2%的安琪高活性干酵母菌和 0.1% 保加利亞乳桿菌復(fù)合發(fā)酵玉米面條,防混湯和降低斷條的綜合效果好。徐一涵等[7]用植物乳桿菌發(fā)酵馬鈴薯面條,面條的硬度增大,但黏度減小,改善了發(fā)酵面條的品質(zhì)。Agyekum 等[8]的研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵能改善面條的消化特性。以上研究大多集中在酵母與單一乳酸菌上,對多菌種復(fù)配發(fā)酵制作空心掛面的研究較少。

因此作者選用梅山酵母、植物乳桿菌、干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌進行多菌種復(fù)配發(fā)酵,比較發(fā)酵過程中面團的流變特性及掛面的品質(zhì)變化,確定能改善發(fā)酵掛面品質(zhì)的復(fù)配菌種及最佳發(fā)酵時間,為發(fā)酵掛面制品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋粉：河南鄭州金苑面業(yè)有限公司;梅山酵母：英聯(lián)(哈爾濱)食品添加劑有限公司;乳酸菌(嗜酸、干酪和植物)：西安米先爾生物科技有限公司。

氫氧化鈉：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

JHMA-200 針式和面機、JMTD-168 壓面機：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司;小型制面生產(chǎn)線：北京騰威儀器有限公司;HWS-250 恒溫恒濕培養(yǎng)箱：上海精宏實驗設(shè)備有限公司;TEMI 880 面制品干燥箱：鄭州偉鼎科技有限公司;F3 流變發(fā)酵儀：法國肖邦技術(shù)公司;Micro MR-CL-I 變溫型核磁共振分析儀：上海紐邁電子科技有限公司;TX-XT plus 質(zhì)構(gòu)儀：英國 Stable Micro System 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 多菌種面團和掛面的制備工藝流程

小麥粉(高筋粉)→加入鹽、水、多菌種→和面→醒發(fā)→壓延→醒發(fā)壓延切條→發(fā)酵→干燥。

稱取 100.00 g 小麥粉、2.00 g 食鹽、1.00 g 酵母和 1.00 g 乳桿菌(2 種,每種各0.50 g)(表1),溶于 35.00 g去離子水中。和面機攪拌 2 min,用醒發(fā)箱熟化 10 min,復(fù)合壓延2次,再醒發(fā) 10 min。壓成 1.00 mm 厚的面帶后切成面條。將面條放在恒溫恒濕培養(yǎng)箱里(溫度為38 ℃、濕度為90%)發(fā)酵后放入掛面干燥機里干燥。

表1 樣品編號與菌種的種類Table 1 Sample label with species of bacteria

1.3.2 面粉的基本指標(biāo)

參照 GB 5009.3—2016 的方法測定水分含量;參照 GB 5009.4—2016 的方法測定灰分含量;參照 GB 5009.6—2016 的方法測定脂肪含量;參照 GB/T 5009.5—2016 的方法測定蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 面團酸度的測定

參照衛(wèi)娟等[9]的方法測定,并稍做修改。先加入幾滴酚酞,用 NaOH(0.1 mol/L)溶液進行滴定,滴定至剛有粉色出現(xiàn)且在 5 s內(nèi)保持不褪色,總可滴定酸度(TTA)即為消耗的 NaOH 體積(mL)。每個樣品至少進行3次測定,取平均值。

1.3.4 面團水分分布的測定

采用張毅等[10]使用的方法測定。

1.3.5 面團流變發(fā)酵特性的測定

采用韓丹丹[11]使用的方法測定。

1.3.6 多孔掛面膨脹度的測定

采用張?zhí)N華等[12]使用的方法。

膨脹度=Dd/De×100%,

式中：De代表空白組掛面厚度平均值,Dd代表對照組空心掛面的厚度。

1.3.7 多孔掛面力學(xué)特性的測定

采用劉書航等[13]使用的方法測定。

1.3.8 多孔掛面拉伸特性的測定

采用陳潔等[14]使用的方法測定。

1.3.9 多孔掛面微觀結(jié)構(gòu)

采用劉海波等[15]使用的方法測定。

1.3.10 面條感官評價

選擇10名專業(yè)研究人員,評分標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T 35875—2018并略做修改,見表2,滿分為 100,對評價結(jié)果取平均值。

表2 多孔掛面感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Scoring rules for sensory evaluation of noodles

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 24 和 Excel 2020對數(shù)據(jù)進行顯著性分析(P<0.05)和相關(guān)性分析,采用 Origin 2019 繪制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高筋粉的基本指標(biāo)

高筋面粉具有較好的面團發(fā)酵能力和穩(wěn)定性,有利于空心面條的生產(chǎn)[16]。高筋粉的基本指標(biāo)如表3所示。

表3 高筋粉的基本指標(biāo)Table 3 Basic indexes of high-gluten powder %

2.2 多菌種發(fā)酵對面團流變特性的影響

2.2.1 面團的酸度

3種復(fù)配菌種發(fā)酵樣品的pH值和TTA在發(fā)酵過程中的變化見圖1。由圖1可知,隨發(fā)酵時間的延長,3種樣品的pH值均呈下降趨勢,TTA與之相反,且最終pH值在5.8～6.1之間,TTA在2.7～2.9 mL之間。比較3種樣品的產(chǎn)酸情況：樣品A在發(fā)酵前期(0～15 min)產(chǎn)酸速度快,總產(chǎn)酸量高和產(chǎn)酸能力強;樣品B在發(fā)酵中后期(45～75 min)產(chǎn)酸速度快;樣品C在發(fā)酵中期(45～60 min)產(chǎn)酸速度快。在發(fā)酵前期,乳酸菌產(chǎn)酸速度增加以適應(yīng)酵母菌的生長,使兩者均達到較好的生長狀態(tài)[17];在發(fā)酵中期,面團的pH值下降到6.2左右,此時面團中的內(nèi)源性蛋白酶和淀粉酶被激活,利于游離氨基酸和可溶性糖的代謝[18];在發(fā)酵后期,面團的pH值下降到5.8～6.1之間,菌種產(chǎn)酸速度降低。這可能是隨著酸度的降低,乳酸菌自身生長受到抑制[19]。樣品B和樣品C產(chǎn)酸速度慢,可能是它們的生長速度較慢導(dǎo)致產(chǎn)酸量較低。

2.2.2 面團的水分形態(tài)和分布

3種復(fù)配菌種發(fā)酵樣品橫向弛豫時間T2反演圖見圖2。變溫型核磁共振分析儀可用于測定面團中水分形態(tài)和分布[20]。樣品中水分的自由度可用橫向弛豫時間(T)進行表征,T值越小,則樣品與非水組分的結(jié)合越緊密[21]。3種樣品的強結(jié)合水弛豫時間T21分布在0.14～0.23 ms,弱結(jié)合水弛豫時間T22分布在4.20～6.30 ms,自由水弛豫時間T23分布在63.37～98.85 ms。在發(fā)酵過程中,樣品A、樣品B和樣品C使T21、T22和T23左移。T21減少的順序為樣品A>樣品B>樣品C。樣品A與樣品B中均含有植物乳桿菌,其產(chǎn)酸能力與發(fā)酵能力較好,易產(chǎn)酸吸水,故強結(jié)合水增多[22]。T22減少的順序為樣品C>樣品B>樣品A;T23減少的順序為樣品C>樣品B>樣品A。樣品C和樣品B中均含嗜酸乳桿菌,其產(chǎn)酸速率受環(huán)境的影響較大,不易產(chǎn)酸吸水,故弱結(jié)合水與自由水含量增加[23]。綜上所述,樣品A中深層結(jié)合水為水分存在的主要形式,樣品C中弱結(jié)合水和自由水為水分存在的主要形式。

注：不同小寫字母表示組內(nèi)具有顯著性差異(P<0.05)。圖3、圖5、圖6同。圖1 發(fā)酵過程中面團pH值和TTA的變化Fig.1 Changes in pH and TTA during dough fermentation

注：圖中每個波峰代表水分的不同形態(tài),將T2分為T21、T22、T23,分別代表強結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水的弛豫時間;以峰的積分面積百分比表示各形態(tài)水分子的相對含量。圖2 多菌種發(fā)酵面團的橫向弛豫時間T2反演圖Fig.2 T2 inversion plot of polybacterial fermented dough

2.2.3 面團的流變發(fā)酵特性

2.3 多菌種發(fā)酵對多孔掛面品質(zhì)的影響

2.3.1 多孔掛面的膨脹度及徑向截面對比

3種復(fù)配菌種發(fā)酵掛面的膨脹度見圖3。多孔掛面的膨脹度表示多孔掛面較普通掛面的厚度增加量[27]。膨脹度越大,表示多孔掛面越厚,孔隙越多[2]。3種發(fā)酵樣品的膨脹度隨發(fā)酵時間的增加均呈上升趨勢,且膨脹度的變化是以樣品A、樣品B、樣品C的順序依次遞減,與圖4所示截面狀態(tài)結(jié)果一致。樣品A在發(fā)酵前期(0～30 min)發(fā)酵速度較快;樣品B和樣品C在發(fā)酵中后期(45～90 min)發(fā)酵速度較快。發(fā)酵前期,掛面中充滿氣體但能平衡面筋網(wǎng)絡(luò)中氣體的壓力[1]。發(fā)酵后期,產(chǎn)氣量過多,酵母和乳酸菌弱化面筋網(wǎng)絡(luò),使掛面無法包裹CO2[28]。CO2濃度增加、溫度升高和發(fā)酵時間持續(xù)延長會使掛面表面出現(xiàn)凹凸不平的竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)[29-30]。綜上所述,樣品A的膨脹度較高,且樣品A在發(fā)酵前期(0～30 min)發(fā)酵速度較快,在60 min時已形成明顯的孔洞。

表4 多菌種發(fā)酵面團的流變發(fā)酵特性Table 4 Analysis of rheological fermentation characteristics of fermented dough

圖3 多孔掛面的膨脹度Fig.3 Expansion degree of porous noodles

圖4 多孔掛面發(fā)酵過程中徑向截面對比圖Fig.4 Comparison of radial sections during fermentation of porous noodles

2.3.2 多孔掛面的力學(xué)特性分析

3種復(fù)配菌種發(fā)酵掛面的力學(xué)特性見圖5?？箶嗔褢?yīng)力表示干掛面在彎曲時所承受的最大力[11]。如圖5(a)所示,未開始發(fā)酵(0 min)時,3種樣品的抗斷裂應(yīng)力無顯著差異。發(fā)酵前中期(15～60 min),樣品A的抗斷裂應(yīng)力整體呈現(xiàn)上升趨勢,且在60 min時掛面的抗斷裂強度達到最高值,為68.5 g。這主要與掛面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān),掛面內(nèi)部的孔洞和面體的厚度均會影響折斷力度[31]。發(fā)酵后期(75～90 min),樣品B和樣品C的抗斷裂強度較強。酵母菌產(chǎn)氣會造成掛面的橫截面積增大,相同壓力下所承受的壓強減小,因此在發(fā)酵過程中抗斷裂應(yīng)力會發(fā)生變化[13]。如圖5(b)所示,隨發(fā)酵時間延長,3種樣品的柔韌性均顯著降低(P<0.05),且樣品A的柔韌性由11.50 mm降為6.17 mm。與其他兩種樣品相比,樣品A的柔韌性下降幅度相對較小。在發(fā)酵60 min時樣品A的柔韌性均高于其他兩個樣品。此結(jié)果是由于添加不同復(fù)配菌種發(fā)酵對于掛面內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響差異造成的[32]。綜合3種復(fù)配菌種發(fā)酵對掛面抗斷裂強度和柔韌性的影響,樣品A在60 min對掛面抗斷裂強度和柔韌性效果較好。

圖5 多菌種對多孔掛面力學(xué)特性的影響Fig.5 Effects of multiple bacterial strains on the mechanical properties of porous noodles

注：0 min 表示面條煮熟后未經(jīng)過燜制處理;10 min 表示面條煮熟后燜制處理 10 min。圖6 多菌種對多孔掛面拉伸特性的影響Fig.6 Effects of multiple strains on the tensile properties of porous noodles

2.3.3 多孔掛面的拉伸特性分析

多菌種發(fā)酵時間對面條拉伸特性的影響見圖6。如圖6(a)、圖6(b)所示,3種復(fù)配菌種的樣品隨發(fā)酵時間延長,拉伸力及拉伸距離均呈先增加后降低的趨勢,且均在30 min時達到最佳狀態(tài)。拉伸力分布在25.29～44.13 g,拉伸距離分布在10.75～28.41 mm。樣品A在發(fā)酵過程中拉伸力及拉伸距離均低于其他兩個樣品。其原因結(jié)合“2.2.3”項下流變發(fā)酵特性數(shù)據(jù)可知,樣品A的發(fā)酵能力較強,面團的膨脹高度和氣體釋放曲線最大高度較高,所制掛面中氣體與孔洞較多。面筋網(wǎng)絡(luò)主要由醇溶蛋白和麥谷蛋白形成,可為樣品提供黏彈性[33]。在發(fā)酵過程中,乳酸菌會分解麥醇蛋白和麥谷蛋白,使面條的拉伸特性降低。面團黏彈性變化程度可能與面團酸化速率和酸化程度有關(guān)[34]。結(jié)合“2.2.1”項下面團的酸度圖可知,樣品A面團酸化速率較快和酸化程度較高,也可能會影響面條的拉伸特性。

2.4 多孔掛面的微觀結(jié)構(gòu)

3種復(fù)配菌種發(fā)酵60 min 時掛面橫截面掃描電鏡圖見圖7。由圖7可知,樣品A在發(fā)酵60 min時橫截面中的孔洞密集且明顯。結(jié)合“2.2.3”項下流變發(fā)酵特性數(shù)據(jù)可知,樣品A的發(fā)酵能力較強,面團的膨脹高度與氣體釋放曲線最大高度較高,所制掛面的氣孔較為細密且均勻,與圖4結(jié)果一致。且樣品A發(fā)酵速度較快,此結(jié)果與“2.3.1”項下多孔掛面的膨脹度一致。結(jié)合“2.3.2”項下力學(xué)特性數(shù)據(jù)和“2.3.3”項下拉伸數(shù)據(jù)可知：樣品A所制掛面氣孔均勻、不易斷裂,整體品質(zhì)較好。樣品B和樣品C在發(fā)酵60 min時掛面橫截面的孔洞明顯較少且面體的結(jié)構(gòu)致密。這可能是加入乳酸菌后促進面筋網(wǎng)絡(luò)連續(xù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,增強了面團強度,同時酵母發(fā)酵力下降,產(chǎn)生的氣孔數(shù)量減小或者尺寸變小,導(dǎo)致面條結(jié)構(gòu)更致密[35]。此結(jié)果說明樣品 A 發(fā)酵速度較快,植物乳酸菌和干酪乳酸菌與酵母共生效果較好。

圖7 多菌種發(fā)酵 60 min 掛面橫截面掃描電鏡圖Fig.7 SEM characterization of cross-section of noodles fermented for 60 min

2.5 多孔掛面的感官評價

3種復(fù)配菌種發(fā)酵60 min面條感官評價分析見圖8,樣品A的總評分為73.9,樣品B的總評分為70.5,樣品C的總評分為71.0。在光滑度、空心度、表面狀態(tài)、黏性、堅實度方面樣品A評分較高,該樣品具有光滑的外表以及彈牙的口感;在食味方面,3個樣品的差距并不明顯,都有柔和的酸味和濃郁的麥香味;在透明度方面,樣品A的透明度較低,這與其堅實性較高有關(guān),結(jié)合“2.3.2”項下力學(xué)特性數(shù)據(jù)和“2.3.3”項下拉伸數(shù)據(jù)可知：樣品A所制掛面氣孔均勻、不易斷裂,整體品質(zhì)較好。乳酸菌在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生酸類物質(zhì),對淀粉、蛋白質(zhì)等成分產(chǎn)生影響,從而增加了面條的風(fēng)味與口感[36]。復(fù)配菌種會影響酵母的產(chǎn)氣能力,使面條形成均勻緊密的小孔,從而減少面條的蒸煮時間[1]。綜合7項感官評價指標(biāo)可以得到：樣品A感官得分最高。

圖8 多孔掛面的感官評價Fig.8 Sensory evaluation of porous noodles

2.6 相關(guān)性分析

圖9 面團中的指標(biāo)與掛面中的指標(biāo)的相關(guān)性分析Fig.9 Correlation analysis of indicators in dough and indicators in noodles

面團與掛面指標(biāo)的相關(guān)性分析見圖 9。面團的 pH 值與總可滴定酸度、自由水含量、膨脹度和抗彎曲呈極顯著負相關(guān);面團的總可滴定酸度與自由水含量呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)果表明面團的 pH 值的相關(guān)系數(shù)比總可滴定酸度的相關(guān)系數(shù)更高。因此,pH 值是多菌種影響面條的品質(zhì)的主要因素。面團中的弱結(jié)合水含量與自由水含量呈極顯著負相關(guān);面團中的自由水含量與 pH 值呈極顯著負相關(guān),與膨脹度和抗彎曲呈極顯著正相關(guān),與總可滴定酸度呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)果表明自由水含量的相關(guān)系數(shù)比弱結(jié)合水含量和強結(jié)合水含量的相關(guān)系數(shù)更高。自由水是影響面團流變性的重要因素。掛面的膨脹度與 pH 值呈極顯著負相關(guān),與自由水含量和抗彎曲呈極顯著正相關(guān);掛面的抗彎曲與 pH 值呈極顯著負相關(guān),與膨脹度和自由水含量呈極顯著正相關(guān);掛面煮熟后的拉伸力與其燜 10 min 的拉伸力呈極顯著正相關(guān)。綜上所述,加入多菌種的主要變化是 pH 值和自由水含量,從而影響面團的流變特性和掛面的品質(zhì)。

3 結(jié)論

將復(fù)合乳酸菌發(fā)酵面團應(yīng)用于多孔掛面的制作中,對面團的酸度、水分分布、流變發(fā)酵特性和多孔面條的膨脹指數(shù)、質(zhì)構(gòu)特性、孔洞的微觀結(jié)構(gòu)進行了研究。3 種復(fù)配菌種在發(fā)酵過程中面團的總可滴定酸度隨發(fā)酵時間延長呈上升趨勢,面團的 pH 值與之相反,且樣品 A 的產(chǎn)酸速率較快,總產(chǎn)酸量較高;樣品 A 中深層結(jié)合水為水分存在的主要形式;樣品 C 中弱結(jié)合水結(jié)合和自由水為水分存在的主要形式;發(fā)酵過程中面團的產(chǎn)氣率和掛面的膨脹度隨發(fā)酵時間延長呈上升趨勢,其中樣品 A 的產(chǎn)氣力和持氣性較優(yōu)異。樣品 A 在發(fā)酵 60 min 時的硬度、抗斷裂應(yīng)力和彈性均較好,且形成均勻密集的孔洞。樣品 A 在 60 min 時食味、堅實度、黏性以及表面狀態(tài)和空心度均較好。復(fù)配乳酸菌發(fā)酵的多孔掛面,特別是植物乳桿菌和干酪乳桿菌復(fù)配菌種能有效地改善多孔掛面的品質(zhì),為復(fù)配乳酸菌發(fā)酵多孔掛面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。