面团形成和发酵过程中营养物质的变化规律及调控

郭兴凤，石长硕，阎 欣，任 聪，董梦飞，赵方园

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001）

0 引言

小麦粉是面制品的主要原料，在形成面团特别是面团的发酵过程中其组分会发生诸多的变化，这些变化除了能使面团产生良好的特性适应馒头等发酵面制品的加工需求外，营养物质的含量也会发生变化，对食品感官、结构、营养有很大影响[1]。因此，明晰发酵过程中营养物质的变化并进行有效调控，是提升发酵面制品营养品质的关键。

目前，国内外研究者对发酵面制品的研究主要集中在制备工艺的优化，如小麦粉的种类、酵母添加量、加水量、发酵温度、环境相对湿度等[2-4]，且主要以面制品的质构等感官特性作为评价指标[5-6]，涉及面团发酵工艺与营养特性关系较少，尤其在营养物质变化规律及其调控机制方面缺乏系统的研究。

因此，主要研究面团形成和发酵过程中营养品质的变化规律，探索面团营养品质变化的内在原因和外在因素，明确发酵过程中营养物质的变化机制，在此基础上对发酵过程进行有效调控，以期为提升发酵面制品营养品质提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

面粉，金苑特一粉，郑州金苑面业有限公司提供；干酵母，安琪酵母股份有限公司提供。

淀粉酶 （CAS#9001-19-8，4 000 μ/g），上海源叶生物科技有限公司提供；维B1和维B2标准品，北京索莱宝科技有限公司提供；维B1，郑州康本生物科技有限公司提供；胰蛋白酶（1∶250）、胃蛋白酶（1∶3 000）、胰淀粉酶 （1∶10 000），Solarbio 公司提供；糖化酶（1∶100 000），北京奥博星生物技术有限公司提供。

1.2 仪器设备

SJJ-A06V1 型和面机，小熊电器股份有限公司产品；LGJ-25C 型冷冻干燥机，北京四环科学仪器有限公司产品；DMT-10A 型电动家用压面机，山东龙口市复兴机械有限公司产品；K9860 型全自动凯氏定氮仪，海能仪器股份有限公司产品；Cary Eclipse 型荧光分光光度计，美国VARIAN 公司产品；722S 型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 原料组分的测定

蛋白质、脂肪、灰分、水分等，按照相应的国标方法测定。

1.3.2 面团的制作

将酵母和水混合，活化6 min，加入面粉，和面7 min，使之形成表面光滑、内部均匀的面团，取样（未发酵面团）；将制作好的面团放于恒温恒湿培养箱中，发酵至规定时间后取样（发酵面团）。为了便于保存和营养组分的测定，发酵和未发酵面团均冷冻干燥。干燥样品粉碎至过80 目筛，于4 ℃下密封保存。

1.3.3 面团中维B1含量的测定

参照GB 5009.84—2016 第二法荧光分光光度法。选择制作维B1标准曲线计算样品中含量，配制维B1质量浓度分别为 0～0.20 μg/mL （间隔 0.02 μg/mL）标准系列工作液，按照样品测定步骤测定吸光度。

1.3.4 面团中维B2含量的测定

参照GB 5009.85—2016 第二法，荧光分光光度法中的标准曲线法。

1.3.5 面团发酵损失

发酵损失由面团发酵前后的质量差的百分比表示[7]。

1.3.6 可溶性糖含量的测定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]。

称取0.4 g 样品放入研钵，加入5 mL 蒸馏水研磨均匀，加入5 mL 蒸馏水将其全部移入离心管中，以转速3 000 r/min 离心5 min；收集上清液，向离心管中再次加入5 mL 蒸馏水并搅拌沉淀物，离心，该操作重复2 次；合并上清液于50 mL 容量瓶中，定容，测定蔗糖、葡萄糖和果糖的含量。

1.3.7 游离氨基酸含量的测定

游离氨基酸含量测定采用茚三酮比色法[9]。取0.8 g 待测样品准确加入5%三氯乙酸溶液50 mL，搅拌均匀，静置2 h，过滤，取上清液测定。用亮氨酸作为氨基酸标样配制标准溶液制备工作曲线。

1.3.8 馒头的制作

维B1强化面粉的配制：选择逐步稀释法，每次稀释10 倍，至维B1质量浓度为5 mg/kg。

按照酵母添加量1.0%，水添加量46%，发酵温度35 ℃，发酵时间70 min 制作面团，分别蒸制成原面粉馒头和维B1强化面粉馒头。将发酵好的面坯蒸制20 min，停火5 min 后取出馒头，冷却1 h 后切片或冷冻干燥，对馒头的质构特性、营养组分等进行评价。

1.3.9 馒头品质评价

馒头的比容表示为馒头体积与馒头质量之比；高径比用馒头的直径和高度比计算；使用WSC-S 色差计测量馒头的L*、a*、b*值，每个样品随机选择8 个点进行测定，每个处理取4 个样品做平行试验。

将蒸制的馒头室温冷却1 h，切成15 mm 的薄片，物性仪测定其质构特性：P35 探头，运行模式压缩；TPA 测定条件：测前速度3.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，测后速度1.0 mm/s，压缩比50%，时间2 s，触发力10 g。

1.3.10 馒头的体外消化试验

馒头中淀粉的体外消化试验参照文献[10]的方法进行，蛋白质体外消化性试验参照相关文献[11]的方法进行。

1.3.11 数据处理

试验中的每个样品至少重复3 次，试验结果表示为：平均值±标准偏差。利用Excel 2010 对数据进行处理和绘图，采用SPSS 16.0 的One-Way ANOVA 对试验数据进行显著性和统计学分析，Duncan 法检验，p＜0.05 检测水平。

2 结果与分析

2.1 试验原料组成成分

面粉和酵母的主要组成成分见表1。

表1 面粉和酵母的主要组成成分

2.2 面团形成和发酵发酵过程中营养物质的变化规律及变化机制

2.2.1 淀粉

面团中淀粉含量的变化见图1。

由图1 可知，随着酵母添加量的增加，未发酵面团中的淀粉含量略有增加，发酵面团中的淀粉含量均低于未发酵面团，发酵面团之间无显著性差异。

酵母作为面团发酵剂，添加越多对底物的需求量加大，底物分解成CO2和H2O 的量越多。

面团发酵损失见图2。

水添加量对未发酵面团中的淀粉含量无显著影响，发酵面团中的淀粉含量则随着加水量的增加显著减少。面团中的微生物对营养物质的吸收和代谢产物的分泌通过水作为媒介来完成[12]，水添加量会影响发酵面团的酵母细胞增殖率[13]，微生物数量的差异和面团水分含量的不同导致发酵损失的不同。

图1 面团中淀粉含量的变化

发酵温度越高，发酵时间越长，发酵面团中的淀粉含量越低。发酵过程中面粉中的α -淀粉酶和β -淀粉酶，以及酵母在发酵过程中分泌的转化酶将淀粉转化为可被微生物利用的糖，为微生物的生长繁殖和代谢提供了能量物质。

面团的含水量除了影响淀粉酶的活性之外，对面团中的微生物数量也会产生影响[14]，一定程度上满足了微生物繁殖对水的需求，促进了面团中微生物的繁殖。

图2 面团发酵损失

发酵温度是发酵过程中酵母群落动力学和代谢动力学的重要决定因素[15]，温度过低或过高都影响酵母的生长能力和发酵能力，进而影响其淀粉的分解。因此，发酵温度通过影响酵母菌和乳酸菌代谢、基质的pH 值、面粉中α -淀粉酶和酵母分泌酶的活性影响面团的水分含量和发酵质量损失[16]。

发酵期间面团质量损失主要来源于面团发酵过程中消耗小分子的糖产生二氧化碳。由图2 可知，面团的发酵损失随着酵母添加量、水添加量的增加和发酵温度的升高显著增加，随着发酵时间的延长呈增加的趋势。这与发酵过程中淀粉含量的减少直接相关。

2.2.2 游离糖含量

游离糖含量变化见图3。

图3 游离糖含量变化

由图3 可知，随着面团中酵母添加量和水添加量的增加及发酵温度的增高，发酵面团中的果糖、蔗糖、葡萄糖含量均呈现减少的趋势，与其不同的是，随着发酵时间的延长，面团中的葡萄糖含量在70 min出现最大值，之后逐渐减少。

De Vuyst L 等人[17]发现，葡萄糖和果糖的消耗与面团中添加的酵母添加量呈正比。糖是微生物最好的碳源。在发酵过程中，面团体系中的酶将淀粉降解为麦芽糖、葡萄糖、蔗糖、果糖供微生物利用，酵母利用碳水化合物为细胞的生长提供碳骨架和自身活动所需能量。发酵温度增加，发酵面团中各种酶的活性和酵母菌等微生物的繁殖率增加，对能量的需求随之增加，使面团中糖含量减少。

2.2.3 蛋白质

蛋白质含量的变化见图4。

由图4 可知，随着酵母添加量的增加，未发酵面团和发酵面团中的蛋白质含量显著增加，水添加量对未发酵面团和发酵面团中的蛋白质含量均无显著影响，但是随着发酵温度的提高和发酵时间的延长，发酵面团中的粗蛋白含量均呈现增加的趋势。

发酵过程中蛋白质含量的增加，主要有2 个方面的原因，一方面是因为淀粉含量的减少，面团中的干物质含量降低，导致粗蛋白含量的增加；另一方面是源于酵母的添加，由表1 可知，酵母中的粗蛋白含量高于面粉，当酵母添加量增加时，引入的氮含量增加，也使得测定的粗蛋白含量增加。

2.2.4 游离氨基酸

游离氨基酸的含量变化见图5。

由图5 可知，未发酵面团中的游离氨基酸含量随着酵母添加量的增加而增加，发酵面团中的游离氨基酸则逐渐降低，未发酵面团和原料中的游离氨基酸含量无显著性差异（p＜0.05）。面团发酵过程中酵母利用游离氨基酸作为氮源，消耗游离氨基酸。未添加酵母的发酵面团中的游离氨基酸含量大于未发酵面团，是由于面粉中霉菌和细菌分泌的蛋白酶对蛋白质的水解[18]。发酵面团中的游离氨基酸含量随水添加量的增加缓慢下降，其中44%～48%的水添加量的发酵面团中的游离氨基酸含量无显著差异。

氮源进入酵母细胞主要是氨基酸及肽的形式，以肽透性酶为介质[19]。因此，随着发酵温度的升高，微生物生长繁殖速率增加，氨基酸作为微生物其氮源物质消耗量增加。随着发酵时间的延长，面团发酵过程中氨基酸逐渐被酵母利用，游离氨基酸的含量也逐渐减少。

2.2.5 维B1

面团中维B1含量的变化见图6。

由图6 可知，随着酵母添加量的增加，未发酵面团和发酵面团中的维B1含量均呈现减少的趋势，而随着水添加量的增加，发酵面团和未发酵面团中维B1的含量则呈现先增加后减少的趋势，发酵温度升高，发酵时间延长，发酵面团中维B1的含量均减少。Batifoulier F 等人[20]的研究表明，未发酵面团中维B1含量损失达40%，酸面团和酵母按不同比例混合制备的面包中维B1含量有不同程度的损失。Nurit E 等人[21]研究也表明，面团形成和面团发酵过程中维生素B1都出现了不同程度的损失。

图4 蛋白质含量的变化

2.2.6 维B2变化规律

面团中维B2含量的变化见图7。

图5 游离氨基酸的含量变化

由图7 知，随着酵母添加量的增加，未发酵面团和发酵面团中的维B2含量均呈现增加趋势。发酵面团的增加量高于未发酵面团，水添加量也具有相同的影响趋势。发酵温度的升高、发酵时间的延长均增加了面团中维B2的含量。一方面，戊糖磷酸代谢途径（HMP）中合成维B2，且发酵温度升高，有利于维B2的合成[22]；另一方面，面粉本身的细菌、霉菌等生成了一定的维B2[23]。发酵损失同样也在一定程度上增加面团中的维B2的含量。

2.3 营养物质强化

研究发现，发酵过程中面团中的维B1的含量显著减少，为了提升发酵制品中维B1的含量，在面粉添加维B1强化面团中的维B1，对发酵面团及蒸制馒头中的营养物质含量及馒头品质特性进行评价，明确其强化效应。

图6 面团中维B1 含量的变化

图7 面团中维B2 含量的变化

2.3.1 原料和成品中的维B1和维B2含量对比

不同加工阶段样品中的维生素含量见图8。

由图8 可知，在馒头制作的工艺过程中，样品中的维B1含量呈现降低趋势。与未强化面粉相比，维B1强化面粉的面团和馒头中的维B1含量均有一定比例的增加，而维B2的含量无明显差异。

2.3.2 馒头的品质评价

原面粉和维B1强化面粉馒头的比容、高径比、质构特性均无显著性差异，L 值减小，b*值增加，色泽稍微加深。维B1强化对馒头在外观和质构特性的影响极小。

馒头的比容、高径比和色泽见表2。

2.3.3 馒头中淀粉和蛋白质的体外消化率变化

随着消化时间的推移，还原糖含量表现出先快速上升后较为平缓最后又缓慢达到一个稳定值的趋势，3 个阶段点的时间区间为 0～20，20～120，＞120 min，2 种馒头的淀粉体外消化曲线无显著区别，在消化前20 min 内还原糖含量快速上升，20～120 min内还原糖含量缓慢上升，之后趋于平稳。

图8 不同加工阶段样品中的维生素含量

表2 馒头的比容、高径比和色泽

馒头中淀粉和蛋白质的体外消化率见图9。

利用胃蛋白酶-胰酶法模拟人体胃部和胰腺消化环境进行蛋白质的体外消化试验。前120 min 加入的是胃蛋白酶，后120 min 加入的是胰蛋白酶。前120 min 体系中的水溶性氮含量缓慢上升，加入胰蛋白酶后水溶性氮含量先快速上升之后趋于平缓。原面粉馒头和维B1强化面粉馒头蛋白质体外消化率无显著差异。

3 结论

面团形成和发酵条件对面团中营养物质的含量有显著影响，面团发酵过程中监控的4 种营养物质含量变化最大的是维B1和维B2，其次是蛋白质含量和淀粉含量。蛋白质含量在发酵过程中呈现增加的趋势，淀粉含量则降低；发酵过程中面团中维B1含量显著性降低，面团的维B2含量显著性增加。采用维B1强化面粉制作的馒头，其维B2含量无显著变化，感官特性和体外消化特性无明显改变。维B1的添加强化了馒头的营养品质。

图9 馒头中淀粉和蛋白质的体外消化率