酸汤子面团对发酵面包品质的影响

白 雪，赵闪闪，肖志刚，张一凡，赵秀红

（沈阳师范大学粮食学院，辽宁 沈阳 110034）

酸汤子是中国满族特色食品，主要流行于辽宁一带，是玉米面发酵制品。制作方法主要是将去皮玉米面放入冷水中浸泡数日，使其自然发酵。待有酸味时捞出清洗，用水磨磨成糊状（俗称水面），再用布口袋控去适当水分，之后冷冻保存[1-2]。酸面团在发酵过程中有多种微生物参与，主要微生物为乳酸菌和酵母菌。乳酸菌代谢产生有机酸、胞外多糖和细菌素等[3-4]，酵母菌在发酵过程中会产生乙醇、二氧化碳及大量的代谢产物使面制品具有发酵香味[5]，它们的代谢多功能性有利于适应不同的加工条件。乳酸菌与酵母菌的代谢相互作用决定了发酵过程中合作机制[6-7]，发酵过程中一系列生化变化的程度都会影响面团性质以及面制品质量[8]。目前国内外针对酸面团的研究主要集中于小麦基质，对其他杂粮类酸面团了解较少。为分析玉米基质酸面团对面制品品质的影响，本研究从辽东地区采样11 种酸汤子面团，采用高通量测序技术测定酸汤子面团菌群结构，并通过制作面包对比不同面包的烘焙特性和贮藏特性，以筛选出品质优良的酸汤子面团应用于面包生产，以期为玉米酸面包工业化生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

DNA提取试剂盒 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；黄油 新西兰安佳有限公司；食盐、白砂糖 市售；酸汤子面团由辽东地区农家自制；氢氧化钠 沈阳科之翼实验公司。

1.2 仪器与设备

HMJ-A35A1和面机 广东小熊电器有限公司；OMJ-CV-5醒发箱、OMJ-3烤箱 河北欧美佳食品机械有限公司；ESJ-120-4B精密电子天平 沈阳龙腾电子有限公司；JB-2A磁力搅拌器 上海皓庄仪器有限公司；E-201-C pH计 上海仪电科学仪器有限公司；GFL-125电热鼓风干燥箱 天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；Scientz-12N冷冻干燥机 宁波新芝生物科技有限公司；CT3质构仪 美国Brookfield公司；Q20差示扫描量热仪美国TA有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酸汤子面团的采集与贮藏

从辽东地区（本溪、丹东、鞍山）随机收集11 个农家自制酸汤子面团，将其编号为BX1～BX4、DD1～DD5、AS1～AS2，装入无菌密封袋中，置于冰盒中运回实验室，于4 ℃保存尽快进行面包制作。

1.3.2 酸汤子面团微生物组成分析

使用DNA提取试剂盒从酸汤子面团中提取总基因组DNA，聚合酶链式反应扩增基因且经琼脂糖电泳检测后送至上海派森诺公司进行测序。经过质量筛查得到有效序列，通过与对应数据库的模板序列比对，得出各样品的微生物组成。

1.3.3 酸汤子面包的制备

本实验在酸汤子面团添加量为20%的基础上，对比辽东地区不同酸汤子面团对面包品质的影响。各面包样品中小麦粉、玉米面团或酸汤子面团的添加量如表1所示，其他配料基于小麦粉质量，添加量分别为食盐1.5%、白砂糖6%、酵母1.5%、黄油4%、水60%，以无酸面团的普通小麦面包为空白组，无酸面团的小麦玉米面包为对照组。按上述配方，先将面包粉、糖、盐等倒入和面机内，然后倒入用水和好的酵母开始搅拌，待搅拌成型后加入黄油，使物料充分起筋成为黏稠而光滑的面团。将成型面团放入醒发箱内（温度38 ℃、相对湿度85%～90%），醒发60 min。取出后进行排气、分割、整形，进行二次醒发30 min。然后置于烤箱内180 ℃/210 ℃焙烤20 min，冷却2 h后进行测定或用密封袋包装保存待测。

表1 小麦面包、小麦玉米面包和酸汤子面包的制作配方Table 1 Formulations of wheat bread, wheat-corn bread and Suantangzi bread g

1.3.4 面包pH值、可滴定总酸度、比容的测定

根据AACC（2000）02-52[10]方法测定pH值和可滴定总酸度（titratable total acidity，TTA）。参照GB/T 14611—2008《粮油检验 小麦粉面包烘焙品质试验》[11]测定面包比容。

1.3.5 面包质构的测定

面包烘焙后冷却2 h，将面包芯切成2.5 c m×2.5 cm×2.5 cm的立方体进行测定。参数设定[12]：探头型号为TA4/100，测试前、中、后速率分别为1.0、3.0、3.0 mm/s，压缩程度为50%，感应力为5 g，两次压缩间隔为5 s。

1.3.6 面包感官评分

采用九分嗜好评分法[13]，对外观、色泽、风味、口感、内部结构和整体可接受性进行感官评定。1、5、9 分分别表示极度讨厌，既不喜欢也不讨厌，极度喜欢。结果表示为评分的平均值。

1.3.7 酸汤子面团对面包贮藏特性分析

1.3.7.1 面包贮藏期间质构特性的测定

面包密封置于4 ℃冰箱，采用质构仪测定贮藏0、1、3、5、7 d的面包质构参数。方法参照1.3.5节。

1.3.7.2 面包贮藏期间水分含量的测定

面包烘焙好冷却2 h之后，装入密封袋中。将密封好的面包放置于4 ℃冰箱，参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[14]测定面包表皮及面包芯贮藏0、1、3、5、7 d的水分含量，并计算相应的水分变化速率[15]。

1.3.7.3 面包贮藏期间热焓变化的测定

面包密封保存在4 ℃冰箱中加速老化，采用差示扫描量热仪测定贮藏1、3、5、7 d面包芯的支链淀粉老化热焓值[15]，即起始温度到终止温度的峰面积积分值。将面包芯冷冻干燥成粉末，称取2.5 mg面包芯粉末于铝盒密封，加入7.5 μL蒸馏水，以空的样品盒为参照。条件设置：升温速率10 ℃/min，扫描范围30～130 ℃。记录起始温度To、峰值温度Tp、终止温度Tc以及热焓值ΔH。

1.4 数据分析

采用SPSS 18.0数据处理软件进行数据统计分析，结果均以表示。图形处理通过Origin 8.0绘图软件完成。

2 结果与分析

2.1 酸汤子面团微生物组成对比分析

由测序结果得出各酸汤子面团中主要微生物的分布情况（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。不同酸汤子面团具有不同的菌群结构，大多数酸汤子面团的细菌优势属依旧为Lactobacillus，这与其他学者的研究结果一致[16-21]；真菌优势属主要为Candida、Pichia，并未发现其他学者报道的优势酵母属（Saccharomyces）[22-24]。

表2 样品中微生物相对含量Table 2 Composition of microbial populations in sourdough sample%

2.2 酸汤子面团对面包理化性质的影响

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，对于面团，所有样品pH值在4.51～4.81之间，TTA在5.23～7.63 mL之间，对于面包，所有样品pH值在4.99～5.42之间，TTA在2.53～4.73 mL之间，比容在3.98～5.98 mL/g之间。由于玉米基质不含有面筋，小麦玉米面包的比容明显小于小麦面包，添加酸汤子面团后，所有面包比容均显著增加，且与小麦面包相当，其中DD3比容高于小麦面包1.4 mL/g，其次比容较优的为AS1、DD2。

2.3 不同酸汤子面团的面包质构特性测定

表4 酸汤子面团对面包质构的影响Table 4 Effect of different Suantangzi sourdoughs on bread texture

质构特性主要包括与面包品质呈负相关关系的硬度、咀嚼性和胶黏性，与面包品质呈正相关关系的弹性和内聚性，所有参数共同决定了面包产品的可接受程度[25-27]。由表4可知，将各指标按大小排列：硬度为WMB＞WB＞BX1＞DD5＞BX2＞BX3＞DD2＞DD1＞AS2＞BX4＞DD3＞DD4＞AS1；胶黏性为WMB＞WB＞BX1＞BX2＞DD5＞BX3＞DD1＞DD4＞DD3＞BX4＞DD2＞AS2＞AS1；咀嚼性为WMB＞WB＞BX1＞BX2＞DD5＞BX3＞DD1＞DD3＞DD4＞BX4＞DD2＞AS2＞AS1。所有面包样品弹性和内聚性差异不大。结果表明酸汤子面团的添加均带给面包良好的品质，尤其添加来自鞍山的AS1、AS2酸汤子面团的面包质构特性最优。其次最优产品为来自本溪的BX4，最差产品为BX1，同样来自本溪。

2.4 不同酸汤子面团的面包感官品质

图1 酸汤子面团对面包感官评分的影响Fig. 1 Effect of Suantangzi sourdoughs on bread sensory score

对面包的外观、色泽、风味、口感、内部结构和整体可接受度进行评分，结果见图1。由于玉米是无面筋体系，所以小麦玉米面包口感粗糙，易掉渣，导致外观、口感评分降低。酸汤子面包内部结构则更加均匀，无明显的粗糙感，并且更加质密柔软，同时微生物给面包带来独特的口感，使得评分略高于小麦面包。所有酸汤子面包整体接受度增高，而且具有较高的营养价值，深受大家喜爱。

2.5 酸汤子面团对面包贮藏特性的影响

2.5.1 面包贮藏过程中硬度的变化

图2 酸汤子面团对贮藏过程中面包硬度的影响Fig. 2 Effect of different Suantangzi sourdoughs on the hardness of bread during storage

如图2所示，随着贮藏时间的延长，所有面包的硬度逐渐增加，其中小麦面包、小麦玉米面包硬度变化最大，添加BX1、BX2、BX3的面包没有明显改善面包硬度，而DD1、DD2、DD3、DD4、DD5、AS1、AS2、BX4则显著降低了面包的老化速率，尤其DD3在7 d内硬度变化最小。

2.5.2 面包贮藏过程中水分迁移的变化

图3 酸汤子面团对贮藏过程中面包芯（A）和面包皮（B）水分迁移速率的影响Fig. 3 Effects of different Suantangzi sourdoughs on moisture migration rate of bread crumb (A) and bread crust (B) during storage

如图3所示，在7 d的贮藏过程中以及在不同的贮藏阶段，不同面包样品中的水分迁移速率不同。与小麦面包和小麦玉米面包相比，酸汤子面包水分迁移速率相对较小。面包芯的水分含量随着时间的延长而逐渐减少，0～1 d内水分逐渐减少，1～5 d内减少速率最大，5～7 d内水分减少速率趋于减小。与之相反，面包皮的水分含量则随着时间的延长而逐渐增加，0～1 d内水分逐渐增加，1～5 d内增加速率最大，5～7 d内水分增加速率趋于减小。但面包芯水分减少速率和面包表皮水分增加速率并不一致。通过对比发现小麦面包和小麦玉米面包水分迁移速率最快，其次是BX1、BX2、BX3，而AS1、AS2、BX4、DD3水分迁移速率较慢。

2.5.3 面包贮藏过程中支链淀粉老化热焓的变化

由图4可知，随着贮藏时间的延长，所有面包的老化热焓值逐渐增加。酸汤子面团的使用降低了面包的老化速率，但不同酸汤子面团对面包老化的影响不同。贮藏第1天，除DD1、BX3，其余酸汤子面包的老化热焓值显著低于小麦面包和小麦玉米面包（P＜0.05）；贮藏第3天，相比小麦面包和小麦玉米面包，DD2、AS1、BX4明显延缓了面包的老化；贮藏第5天，AS1、BX4显著改善了面包的老化；贮藏第7天，所有酸汤子面包的老化热焓值均低于小麦面包和小麦玉米面包。总体来说，AS1、BX4改善面包老化的效果最佳。

图4 酸汤子面团对贮藏过程中面包老化热焓的影响Fig. 4 Effects of different Suantangzi sourdoughs on the retrogradation enthalpy of bread during storage

2.6 微生物含量与面包品质相关性分析

表5 微生物群落结构与面包品质的相关性Table 5 Correlation between microbial community structure and bread quality

由表5可以看出，酵母菌所占比例与硬度、胶黏性、咀嚼性、硬度变化、水分变化存在显著负相关，酵母菌含量越高，面包硬度越低，胶黏性越低，咀嚼性越低，贮藏期间硬度变化和水分变化越小，即说明面包品质越好，乳酸菌所占比例与面包品质相关性不明显。

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

为充分体现面包品质，通过SPSS软件对面包质构以及贮藏期变化进行PCA，结果如表6所示。PC1和PC2累计贡献率达84.324%。其中PC1贡献率最大，为66.213%，PC2贡献率为18.111%，说明该2 个PC可以较好地评价面包品质，因此选取其作为PC因子。

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

表7 PC载荷矩阵Table 7 Principal component loading matrix

由表7可得，经PCA提取的2 个PC，其表达式为：

综合PC模型为：

2.8 面包品质的聚类分析[28]

图5 样品聚类分析图谱Fig. 5 Cluster analysis dendrogram of samples

在提取出的2 个PC看作新变量的基础上进行聚类分析，结果见图5。通过对各面包品质聚类分析，11 种酸汤子面包被分为3 类，第1类为AS1、AS2、BX4、DD3、DD4；第2类为DD1、DD2；第3类为BX1、BX2、BX3、DD5。根据分类结果将酸汤子面团微生物进行统计，结果见表8。

表8 微生物统计Table 8 Microbial composition statistics%

由表8 可知，第1 类样品酵母菌是主要优势菌（81%～96%），同时乳酸菌含量较高；第2类样品乳酸菌是主要优势菌（高达97%以上），同时酵母菌含量较高；第3类样品酵母菌含量普遍较低（＜70%）。

3 讨 论

我国传统发酵食品具有悠久的历史，种类繁多。这些食品独特的品质和风味与发酵过程中的微生物密不可分。酸面团中乳酸菌快速代谢碳水化合物并积累有机酸[29]，使得添加酸汤子面团的面包pH值低于小麦面包与小麦玉米面包。酸汤子面包pH值虽然接近，TTA却存在很大不同，这可能与不同酸汤子面团有机酸和微生物的种类和含量不同有关[30-31]。复杂的微生物组成导致面包品质的不同，二氧化碳在烘焙过程中会引起面团的发酵和膨胀[4,27]，这是面团体积所必需的，由此推测DD2、AS1、DD3中酵母菌更好地发挥了其产气作用，从而使面包比容显著增加。同时酵母菌代谢产生的甘油和琥珀酸酯会影响面团的流变性，使面团具有更好的气体滞留和面筋形成能力[32]。酸汤子面团的添加提高了面包的风味和营养价值，深受大家喜爱，乳酸菌通过水解肽产生的氨基酸有助于面包风味的形成和营养物质的积累[33]。不同酸汤子面团具有不同的老化速率，推测AS1、AS2、BX4、DD3中具有蛋白和淀粉水解酶活性的菌株[8]，进而有效延缓了面包老化。结合相关性分析可知，酵母菌相对含量越高，面包硬度、胶黏性、咀嚼性越低，贮藏期间硬度变化和水分变化越小，即说明面包品质越好。乳酸菌相对含量与面包品质相关性不明显，乳酸菌种类多样，在酸汤子面团中相对复杂，通过发酵时间和发酵环境的选择，只有部分关键乳酸菌种占一定的优势并发挥其代谢作用[34]。通过聚类分析可知，品质优良的酸面包中乳酸菌和酵母菌总含量较高，目前已有研究证实具有抗真菌活性的植物乳杆菌等有效延长了保质期，同时Lactobacillus plantarum、L. brevis、L. amylovorus和Leuconostoc citreum等[35-39]菌株代谢的胞外多糖和其他生物功能成分抵消了无麸质面包或低盐面包的负面影响，使面包柔软、比容增大、香气增加，显著提高了面包的质量。具有耐低温特性的wood basketCandida、Kluyveromyces marxianus和Pichia pastoris等[40-42]能够减弱冻融循环对冷冻面团发酵能力和微观结构的损害。Pichia guilliermondii和Candida humilis等[43-46]菌株也被证实可有效改善面包的比容、风味和质构特性，在烘焙制品中具有潜在的应用价值。酸面团生态系统通常是乳酸菌物种与酵母菌物种之间的稳定关联，这种协同作用反映了微生物的代谢特征并表明在系统中起作用的营养关系[4]。常见的互作菌种[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。由此推测酸面包中含有功能性菌种，即保证各菌种对面制品的积极影响，又保证了菌种间的协同作用，因而具有良好的品质。AS1、AS2（均采自鞍山岫岩）酸汤子面包之所以在烘焙品质和贮藏品质都较优且相似，是由于两者具有相似的菌群结构，都是以Lactobacillus为主要细菌属，以Pichia为主要真菌属。其他相同地区的酸汤子面团菌群结构不同，制作的面包品质存在差异，由此推测面包品质的差异和地域相关性不大，是酸汤子面团中乳酸菌和酵母菌的种类、含量以及菌种间的相互作用等共同影响的结果。乳酸菌产生的乳酸、乙酸、酚酸和类黄酮等代谢物质与产品风味密切相关[50-52]，本研究目前仅针对酸汤子面团微生物组成与面包品质相关性进行分析，对微生物与风味和营养物质的相关性有待进一步深入研究。