冷冻和冻干处理对酸面团中乳酸菌活力的影响

卢帮贵 陈迪

摘要 [目的]研究冷冻及冻干处理对酸面团中乳酸菌活力的影响。[方法]选取植物乳酸菌M616为发酵菌株制作酸面团，分别进行冷冻（-80 ℃）和冻干预处理，-20 ℃冻藏30 d，考察冻藏期内乳酸菌的存活率、产酸能力及酸面团的pH、总酸度（TTA）的变化。[结果]随着冻藏时间的延长，冷冻和冻干酸面团中乳酸菌的存活率均显著下降，但相同冻藏时间下，冷冻酸面团中的乳酸菌存活率显著高于冻干酸面团中的乳酸菌存活率；冻藏第0、7天时，冷冻和冻干酸面团中乳酸菌的产酸能力无显著差异，冻藏第14、21和28天时，冷冻处理条件下乳酸菌的产酸能力高于冻干处理条件。[结论]冷冻处理更有利于保持酸面团中乳酸菌的活力。

关键词 酸面团；植物乳酸菌；冷冻

中图分类号 TS201.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）25-0096-03

Abstract [Objective]To study the effect of frozen and freezedrying on the activity of Lactobacillus in sourdough. [Method]The Lactobacillus plantarum M616 was used as the fermentation strain to make sourdough. Then the sourdough were frozen （-80 ℃） and freezedried respectively， and were stored at -20 ℃ for 30 days. The survival rate and acidproducing capacity of L. plantarum M616， pH and TTA of sourdough were determined. [Result]The results showed that the survival rate of L. plantarum M616 in frozen and freezedried sourdough was significantly decreased with the prolongation of storage time， but the survival rate of L. plantarum M616 in frozen sourdough was significantly higher than that in freezedried dough at the same storage time. There was no significantly different between frozen and freezedried sourdough on the acidproducing capacity of L. plantarum M616 at 0th and 7th day of storage. While on the 14th， 21st and 28th day of storage， the acidproducing ability of L. plantarum M616 in frozen sourdough was higher than that of freezedrying. [Conclusion]Frozen treatment is more conducive to maintaining the activity of L. plantarum M616 in sourdough.

Key words Sourdough；Lactobacillus plantarum；Frozen

酸面團是由面粉和水混合、在微生物作用下形成的传统面制食品（面包、馒头等）发酵剂。酸面团中微生物种类繁多，乳酸菌是其中典型且重要的一类微生物，乳酸菌在面团发酵过程中产生乳酸等有机酸，赋予食品特有的酸味，同时降低面团pH，激活面粉中内源蛋白酶，从而产生各类风味物质[1]，酸面团发酵会降低本身的黏性和弹性，提高面团的延伸性和松软度，改善食品的质构[2-3]。另外，在酸面团发酵过程中，乳酸菌可以产生多种抗菌物质，抑制面包、馒头中多种霉菌的生长，从而延长食品的货架期[4-5]。最近研究表明，酸面团还可用于制作适合“乳糜泻”人群食用的无面筋食品[6-7]。然而由于乳酸菌代谢的活跃性和酸面团组成成分的复杂性，使酸面团在保存过程中难以实现稳定的品质控制，制约其商品化生产。

目前酸面团在生产中有3种常见存在形式：液体、糊状和干燥粉末状，按照发酵工艺的不同又可以分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。与Ⅰ、Ⅱ型酸面团不同，Ⅲ型酸面团为干燥的粉状物，多为商业化产品，常用于面包制品的酸味剂、补充剂和香味携带物[4，8]。这种粉末状形式一般通过冷冻干燥或喷雾干燥工艺制备得到，这种方法较好地延长了酸面团的保质期[9]。但是在除去水分的过程中，酸面团中部分风味物质随之减少，乳酸菌的生物活性也会降低[10]。有研究者借鉴冷冻面团技术，将冷冻冻藏工艺应用到酸面团的保存中，这种方法也较好地解决了酸面团不易储藏的问题，但是在冻藏过程中乳酸菌的存活率和产酸能力均有所下降[11]。为了解决上述问题，大量研究集中在抗冻剂或保护剂的筛选和复配方面，并且取得了一定成效。谷胱甘肽、谷氨酸钠、海藻酸钠等一系列添加剂有效地保护了乳酸菌在低温下的生理活性[12-13]。然而，添加剂的使用可能会影响酸面团制品的风味，同时提高了生产成本。

鉴于此，笔者比较了冷冻和冻干2种处理方式对酸面团冻藏过程中乳酸菌的存活率及产酸能力的影响，探讨前处理对酸面团冻藏过程中乳酸菌活力的影响，为实现酸面团的稳定品质控制及工业标准化生产提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验用菌株及面粉。

植物乳酸菌M616，为实验室保藏菌种；面粉，金苑精制粉。

1.1.2 主要仪器和设备。

Forma 88000超低温冰箱，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；BTP-3ESOOX冷冻干燥机，美国Virtis公司；BCD-227CHT冰箱，河南新飞电器有限公司；SW-CJ-1F单人双面净化工作台，苏州净化设备有限公司；IXFD7醒发箱，北京东孚久恒仪器技术有限公司；SPX-150BS-Ⅱ生化培养箱，上海新苗医疗器械制造有限公司；FE20 pH计，梅特勒-托利仪器（上海）有限公司；HQ-60-Ⅱ漩涡混合器，北方同正生物科技有限公司；X1台式离心机，赛默飞世尔科技有限公司。

1.1.3 培养基。

MRS液体培养基：蛋白胨1.0 g，酵母膏0.5 g，葡萄糖2.0 g，三水合乙酸钠0.5 g，七水合硫酸镁0.058 g，牛肉膏1.0 g，柠檬酸氢二胺0.2 g，吐温-80 0.1 mL，磷酸氢二钾0.2 g，一水合硫酸锰0.025 g，蒸馏水100 mL，调节pH 6.2～6.6[14]。

MRS固体培养基：MRS液体培养基的基础上加入琼脂15 g/L，调节pH 6.2～6.6。

1.2 方法

1.2.1 乳酸菌的活化及酸面团制备。

在无菌条件下吸取植物乳酸菌M616于MRS液体培养基37 ℃恒温培养16 h，然后以1%的接种量转接到100 mL的MRS液体培养基中，37 ℃恒温培养8 h后取35 mL培养基3 000 r/min离心洗涤2次备用。将上述乳酸菌与无菌水混合形成150 g菌悬液，并与300 g面粉均匀混合后切块，分成每个10 g，放入醒发箱30 ℃发酵24 h，制成酸面团。

1.2.2 冷冻酸面团及冻干酸面团的制备。

将发酵后的酸面团放入-80 ℃超低温冰箱冷冻30 min，取出称量记录，放入-20 ℃冰箱中备用。将发酵后的酸面团放入-20 ℃冰箱进行12 h的预冻，预冻完成后放入冷冻干燥机进行冷冻干燥，直至样品完全干燥后取出，放入自封袋中称量记录。

1.2.3 乳酸菌存活率的测定。

按照国标GB 4789.2—2010方法测定活菌落数[15]。

乳酸菌存活率=（冻藏后乳酸菌的活菌数/冻藏前乳酸菌的活菌数）×100%

1.2.4 pH及总酸度（TTA）的测定。

分别测定2种面团第0、7、14、28天时的pH及TTA。称取0.1 g上述2种面团，接入150 mL MRS液体培养基，测定培养液pH。每隔3 h，分别吸取2种乳酸菌菌液5 mL，用酸度计测定pH；吸取10 mL菌液，加入酚酞，用0.5 mol/L氢氧化钠滴定，连续测定36 h。以测定时间为横坐标、氢氧化钠消耗的体积为纵坐标绘制菌体TTA曲线，同时绘制pH随时间变化的曲线。

1.2.5 数据分析。

该试验中数据均为3次平行试验计算得出的平均值，用SPSS 17.0及Origin 8.5.1进行数据处理及绘图。

2 结果与分析

2.1 冷冻和冻干处理对酸面团形态的影响

由图1可以看出，冻干组酸面团的形态表面皱缩、干燥，从剖视图以看出内部因脱去水分形成许多不规则气孔，质地较脆；冷冻组酸面团的表面光滑有光泽，从剖视图可以看出面团内部光滑有水分，质地较密，黏性较大。

冷冻和冻干的区别在于冻结速度的差异[16]，冻干时冻结速度远大于冷冻，从而导致面团内部水分来不及渗出，截留在细胞内，形成大量冰晶，而后的脱水就使得面团形成气孔状结构。

2.2 冷冻和凍干处理对酸面团中乳酸菌存活率的影响

酸面团经过冻干和冷冻处理后乳酸菌活菌数有显著差异。冻藏7 d后，稀释度为10-3，冻干和冷冻的活菌落数如图2所示。

从图2中可以看出，冷冻组活菌落数显著高于冻干组，冻干处理的酸面团中乳酸菌的活菌落数为68个，而冷冻组的为182个。这说明冻干会使酸面团中大量乳酸菌失活。2种处理方式对酸面团中乳酸菌存活率的影响如图3所示。酸面团经过冻干处理，冷藏7、14、21、28 d后测得的乳酸菌的存活率分别为12.3%、10.7%、8.6%、7.0%，而经过冷冻处理的酸面团冷藏7、14、21、28 d后测得的乳酸菌的存活率分别为42.3%、20.0%、15.3%、12.7%。可以看出，2种处理方式乳酸菌存活率均逐渐下降，随着冻藏时间的延长，两者差异逐渐缩小，但冷冻组乳酸菌存活率均显著高于冻干组。

冻干处理时冻结速度较快，由此产生的机械损伤和溶质效应会损伤细胞膜，造成乳酸菌的死亡[17]，同时冷冻处理也会由于溶质效应损伤乳酸菌。从图3可以看出，冻干过程中已经造成了大量的乳酸菌失活，而冷冻处理乳酸菌失活较少，在冻藏过程中由于复水及冻融影响，乳酸菌逐渐失活[18-19]。这可以从存活率的变化上清晰看出，冻干组存活率降低幅度较小，而冷冻组第14天的存活率较第7天下降了52.7%，而冷冻组仅下降了11.4%。

2.3 冷冻和冻干处理对酸面团中乳酸菌产酸能力的影响

选取-20 ℃冻藏第0、7、14、21及28天的2组样品面团进行pH及TTA的测定，结果如图4所示。

由图4可以看出，随着时间的延长，面团pH逐渐降低，TTA逐渐升高。第0天及第7天时的pH及TTA前9 h变化幅度较第14、21及28天大，说明第0天及第7天面团中乳酸菌活性较高，产酸能力强，第14、21及28天时面团pH及TTA变化趋势基本一致，说明此时的乳酸菌产酸能力差异不大，这个结果印证了图3中数据。随着冻藏时间的延长，pH及TTA数值在0、24、36 h时差异不显著，冷冻组pH及TTA数值在3～9 h时均存在显著差异，说明乳酸菌产酸阶段集中在3～9 h[11]，此时冷冻组面团中乳酸菌产酸能力强于冻干组。

3 结论

该研究通过比较-80 ℃冷冻及冻干2种处理方式对酸面团外观形态及冻藏期内其中乳酸菌存活率及产酸能力，认为冷冻处理更有利于酸面团实现稳定品质控制。冷冻处理不仅可以维持酸面团良好的形态，更有利于保持乳酸菌的活力，获得良好的品质。

参考文献

[1] GNZLE M G.Enzymatic and bacterial conversions during sourdough fermentation [J].Food microbiology，2014，37（2）：2-10.

[2] SCHOBER T J，BEAN S R，BOYLE D L.Glutenfree sorghum bread improved by sourdough fermentation：Biochemical，rheological，and microstructural background[J].Journal of agricultural and food chemistry，2007，55（13）：5137-5146.

[3] TORRIERI E，PEPE O，VENTORINO V，et al.Effect of sourdough at different concentrations on quality and shelf life of bread [J].LWTfood science and technology，2014，56（2）：508-516.

[4] CHAVAN R S，CHAVAN S R.Sourdough technology—A traditional way for wholesome foods：A review [J].Comprehensive reviews in food science and food safety，2011，10（3）：169-182.

[5] BLACK B A，ZANNINI E，CURTIS J M，et al.Antifungal hydroxy fatty acids produced during sourdough fermentation：Microbial and enzymatic pathways，and antifungal activity in bread [J].Applied and environmental microbiology，2013，79（6）：1866-1873.

[6] NIONELLI L，RIZZELLO C G.Sourdoughbased biotechnologies for the production of glutenfree foods [J].Foods，2016，5（3）：65-78.

[7] CAPPA C，LUCISANO M，RAINERI A，et al.Glutenfree bread：influence of sourdough and compressed yeast on proofing and baking properties [J].Foods，2016，5（4）：69-80.

[8] 熊順强.食品基质对酸面团发酵过程中酵母菌和乳酸菌多样性的影响[D].南昌：南昌大学，2012.

[9] DECOCK P，CAPPELLE S.Bread technology and sourdough technology [J].Trends in food science & technology，2005，16（1/2/3）：113-120.

[10] BRANDT M J.Sourdough products for convenient use in baking [J].Food microbiology，2007，24（2）：161-164.

[11] 段立，黄卫宁，堵国成.提高冷冻酸面团中乳酸菌抗冻性的研究[J].食品科学，2006，27（10）：151-154.

[12] MOMOSE Y，MATSUMOTO R，MARUYAMA A，et al.Comparative analysis of transcriptional responses to the cryoprotectants，dimethyl sulfoxide and trehalose，which confer tolerance to freezethaw stress in Saccharomyces cerevisiae[J].Cryobiology，2010，60（3）：245-261.

[13] STREIT F，CORRIEU G，BAL C.Acidification improves cryotolerance of Lactobacillu sdelbrueckii subsp.bulgaricus CFL1 [J].Journal of biotechnology，2007，128（3）：659-667.

[14] 刘变芳，雒丹，石磊.乳酸菌的分离筛选及其微生态制剂的制备[J].中国酿造，2011，30（10）：90-94.

[15] 中华人民共和国卫生部.食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定：GB 4789.2—2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[16] 李宝坤.乳酸杆菌冷冻干燥生理损伤机制及保护策略的研究[D].无锡：江南大学，2011.

[17] 朱琳，刘宁，张英华，等.乳酸菌细胞膜的冻干损伤[J].食品科学，2006，27（2）：266-269.

[18] BOSMANS G M，LAGRAIN B，DELEU L J，et al.Assignments of proton populations in dough and bread using NMR relaxometry of starch，gluten，and flour model systems [J].Journal of agricultural and food chemistry，2012，60（21）：5461-5470.

[19] RIBOTTA P D，LEN A E，APN M C.Effect of freezing and frozen storage of doughs on bread quality [J].Journal of agricultural and food chemistry，2001，49（2）：913-918.