多菌种发酵对面团流变特性及多孔挂面品质的影响

孟凯丽,陈 洁,许 飞,汪 磊

河南工业大学 粮油食品学院, 河南 郑州 450001

挂面是我国的传统主食之一,在当今物质生活不断丰富的情况下,人们对挂面的营养和品质均提出了更高的需求。空心挂面在我国历史悠久,具有营养丰富、易于存储、口感独特等优点[1]。传统手工空心挂面的制作工艺烦琐,无法保证质量且产量低,不利于工业生产[2]。近几年来,市场上出现用酵母发酵的空心挂面。基于制作工艺简单、产量大、质量稳定等优势,空心挂面在市场上有广阔的前景,但目前市售的发酵挂面还存在爽滑性差、黏弹性差、蒸煮时间长等问题[3]。

为了解决发酵挂面存在的问题,专业人员对此进行了深入的研究。葛珍珍等[4]发现酿酒酵母与植物乳杆菌复合发酵 20 min 时面条的蒸煮特性和储藏特性相对较好。Sun等[5]的研究发现,添加植物乳杆菌可改善面团的流变特性、延展性、持水性和黏弹性。张军等[6]发现添加0.2%的安琪高活性干酵母菌和 0.1% 保加利亚乳杆菌复合发酵玉米面条,防混汤和降低断条的综合效果好。徐一涵等[7]用植物乳杆菌发酵马铃薯面条,面条的硬度增大,但黏度减小,改善了发酵面条的品质。Agyekum 等[8]的研究发现乳酸菌发酵能改善面条的消化特性。以上研究大多集中在酵母与单一乳酸菌上,对多菌种复配发酵制作空心挂面的研究较少。

因此作者选用梅山酵母、植物乳杆菌、干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌进行多菌种复配发酵,比较发酵过程中面团的流变特性及挂面的品质变化,确定能改善发酵挂面品质的复配菌种及最佳发酵时间,为发酵挂面制品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高筋粉：河南郑州金苑面业有限公司;梅山酵母：英联(哈尔滨)食品添加剂有限公司;乳酸菌(嗜酸、干酪和植物)：西安米先尔生物科技有限公司。

氢氧化钠：天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

JHMA-200 针式和面机、JMTD-168 压面机：北京东孚久恒仪器技术有限公司;小型制面生产线：北京腾威仪器有限公司;HWS-250 恒温恒湿培养箱：上海精宏实验设备有限公司;TEMI 880 面制品干燥箱：郑州伟鼎科技有限公司;F3 流变发酵仪：法国肖邦技术公司;Micro MR-CL-I 变温型核磁共振分析仪：上海纽迈电子科技有限公司;TX-XT plus 质构仪：英国 Stable Micro System 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 多菌种面团和挂面的制备工艺流程

小麦粉(高筋粉)→加入盐、水、多菌种→和面→醒发→压延→醒发压延切条→发酵→干燥。

称取 100.00 g 小麦粉、2.00 g 食盐、1.00 g 酵母和 1.00 g 乳杆菌(2 种,每种各0.50 g)(表1),溶于 35.00 g去离子水中。和面机搅拌 2 min,用醒发箱熟化 10 min,复合压延2次,再醒发 10 min。压成 1.00 mm 厚的面带后切成面条。将面条放在恒温恒湿培养箱里(温度为38 ℃、湿度为90%)发酵后放入挂面干燥机里干燥。

表1 样品编号与菌种的种类Table 1 Sample label with species of bacteria

1.3.2 面粉的基本指标

参照 GB 5009.3—2016 的方法测定水分含量;参照 GB 5009.4—2016 的方法测定灰分含量;参照 GB 5009.6—2016 的方法测定脂肪含量;参照 GB/T 5009.5—2016 的方法测定蛋白质含量。

1.3.3 面团酸度的测定

参照卫娟等[9]的方法测定,并稍做修改。先加入几滴酚酞,用 NaOH(0.1 mol/L)溶液进行滴定,滴定至刚有粉色出现且在 5 s内保持不褪色,总可滴定酸度(TTA)即为消耗的 NaOH 体积(mL)。每个样品至少进行3次测定,取平均值。

1.3.4 面团水分分布的测定

采用张毅等[10]使用的方法测定。

1.3.5 面团流变发酵特性的测定

采用韩丹丹[11]使用的方法测定。

1.3.6 多孔挂面膨胀度的测定

采用张蕴华等[12]使用的方法。

膨胀度=Dd/De×100%,

式中：De代表空白组挂面厚度平均值,Dd代表对照组空心挂面的厚度。

1.3.7 多孔挂面力学特性的测定

采用刘书航等[13]使用的方法测定。

1.3.8 多孔挂面拉伸特性的测定

采用陈洁等[14]使用的方法测定。

1.3.9 多孔挂面微观结构

采用刘海波等[15]使用的方法测定。

1.3.10 面条感官评价

选择10名专业研究人员,评分标准参考GB/T 35875—2018并略做修改,见表2,满分为 100,对评价结果取平均值。

表2 多孔挂面感官评分标准Table 2 Scoring rules for sensory evaluation of noodles

1.4 数据分析

采用 SPSS 24 和 Excel 2020对数据进行显著性分析(P<0.05)和相关性分析,采用 Origin 2019 绘制图。

2 结果与分析

2.1 高筋粉的基本指标

高筋面粉具有较好的面团发酵能力和稳定性,有利于空心面条的生产[16]。高筋粉的基本指标如表3所示。

表3 高筋粉的基本指标Table 3 Basic indexes of high-gluten powder %

2.2 多菌种发酵对面团流变特性的影响

2.2.1 面团的酸度

3种复配菌种发酵样品的pH值和TTA在发酵过程中的变化见图1。由图1可知,随发酵时间的延长,3种样品的pH值均呈下降趋势,TTA与之相反,且最终pH值在5.8～6.1之间,TTA在2.7～2.9 mL之间。比较3种样品的产酸情况：样品A在发酵前期(0～15 min)产酸速度快,总产酸量高和产酸能力强;样品B在发酵中后期(45～75 min)产酸速度快;样品C在发酵中期(45～60 min)产酸速度快。在发酵前期,乳酸菌产酸速度增加以适应酵母菌的生长,使两者均达到较好的生长状态[17];在发酵中期,面团的pH值下降到6.2左右,此时面团中的内源性蛋白酶和淀粉酶被激活,利于游离氨基酸和可溶性糖的代谢[18];在发酵后期,面团的pH值下降到5.8～6.1之间,菌种产酸速度降低。这可能是随着酸度的降低,乳酸菌自身生长受到抑制[19]。样品B和样品C产酸速度慢,可能是它们的生长速度较慢导致产酸量较低。

2.2.2 面团的水分形态和分布

3种复配菌种发酵样品横向弛豫时间T2反演图见图2。变温型核磁共振分析仪可用于测定面团中水分形态和分布[20]。样品中水分的自由度可用横向弛豫时间(T)进行表征,T值越小,则样品与非水组分的结合越紧密[21]。3种样品的强结合水弛豫时间T21分布在0.14～0.23 ms,弱结合水弛豫时间T22分布在4.20～6.30 ms,自由水弛豫时间T23分布在63.37～98.85 ms。在发酵过程中,样品A、样品B和样品C使T21、T22和T23左移。T21减少的顺序为样品A>样品B>样品C。样品A与样品B中均含有植物乳杆菌,其产酸能力与发酵能力较好,易产酸吸水,故强结合水增多[22]。T22减少的顺序为样品C>样品B>样品A;T23减少的顺序为样品C>样品B>样品A。样品C和样品B中均含嗜酸乳杆菌,其产酸速率受环境的影响较大,不易产酸吸水,故弱结合水与自由水含量增加[23]。综上所述,样品A中深层结合水为水分存在的主要形式,样品C中弱结合水和自由水为水分存在的主要形式。

注：不同小写字母表示组内具有显著性差异(P<0.05)。图3、图5、图6同。图1 发酵过程中面团pH值和TTA的变化Fig.1 Changes in pH and TTA during dough fermentation

注：图中每个波峰代表水分的不同形态,将T2分为T21、T22、T23,分别代表强结合水、弱结合水和自由水的弛豫时间;以峰的积分面积百分比表示各形态水分子的相对含量。图2 多菌种发酵面团的横向弛豫时间T2反演图Fig.2 T2 inversion plot of polybacterial fermented dough

2.2.3 面团的流变发酵特性

2.3 多菌种发酵对多孔挂面品质的影响

2.3.1 多孔挂面的膨胀度及径向截面对比

3种复配菌种发酵挂面的膨胀度见图3。多孔挂面的膨胀度表示多孔挂面较普通挂面的厚度增加量[27]。膨胀度越大,表示多孔挂面越厚,孔隙越多[2]。3种发酵样品的膨胀度随发酵时间的增加均呈上升趋势,且膨胀度的变化是以样品A、样品B、样品C的顺序依次递减,与图4所示截面状态结果一致。样品A在发酵前期(0～30 min)发酵速度较快;样品B和样品C在发酵中后期(45～90 min)发酵速度较快。发酵前期,挂面中充满气体但能平衡面筋网络中气体的压力[1]。发酵后期,产气量过多,酵母和乳酸菌弱化面筋网络,使挂面无法包裹CO2[28]。CO2浓度增加、温度升高和发酵时间持续延长会使挂面表面出现凹凸不平的竹节状结构[29-30]。综上所述,样品A的膨胀度较高,且样品A在发酵前期(0～30 min)发酵速度较快,在60 min时已形成明显的孔洞。

表4 多菌种发酵面团的流变发酵特性Table 4 Analysis of rheological fermentation characteristics of fermented dough

图3 多孔挂面的膨胀度Fig.3 Expansion degree of porous noodles

图4 多孔挂面发酵过程中径向截面对比图Fig.4 Comparison of radial sections during fermentation of porous noodles

2.3.2 多孔挂面的力学特性分析

3种复配菌种发酵挂面的力学特性见图5。抗断裂应力表示干挂面在弯曲时所承受的最大力[11]。如图5(a)所示,未开始发酵(0 min)时,3种样品的抗断裂应力无显著差异。发酵前中期(15～60 min),样品A的抗断裂应力整体呈现上升趋势,且在60 min时挂面的抗断裂强度达到最高值,为68.5 g。这主要与挂面的内部结构有关,挂面内部的孔洞和面体的厚度均会影响折断力度[31]。发酵后期(75～90 min),样品B和样品C的抗断裂强度较强。酵母菌产气会造成挂面的横截面积增大,相同压力下所承受的压强减小,因此在发酵过程中抗断裂应力会发生变化[13]。如图5(b)所示,随发酵时间延长,3种样品的柔韧性均显著降低(P<0.05),且样品A的柔韧性由11.50 mm降为6.17 mm。与其他两种样品相比,样品A的柔韧性下降幅度相对较小。在发酵60 min时样品A的柔韧性均高于其他两个样品。此结果是由于添加不同复配菌种发酵对于挂面内部结构影响差异造成的[32]。综合3种复配菌种发酵对挂面抗断裂强度和柔韧性的影响,样品A在60 min对挂面抗断裂强度和柔韧性效果较好。

图5 多菌种对多孔挂面力学特性的影响Fig.5 Effects of multiple bacterial strains on the mechanical properties of porous noodles

注：0 min 表示面条煮熟后未经过焖制处理;10 min 表示面条煮熟后焖制处理 10 min。图6 多菌种对多孔挂面拉伸特性的影响Fig.6 Effects of multiple strains on the tensile properties of porous noodles

2.3.3 多孔挂面的拉伸特性分析

多菌种发酵时间对面条拉伸特性的影响见图6。如图6(a)、图6(b)所示,3种复配菌种的样品随发酵时间延长,拉伸力及拉伸距离均呈先增加后降低的趋势,且均在30 min时达到最佳状态。拉伸力分布在25.29～44.13 g,拉伸距离分布在10.75～28.41 mm。样品A在发酵过程中拉伸力及拉伸距离均低于其他两个样品。其原因结合“2.2.3”项下流变发酵特性数据可知,样品A的发酵能力较强,面团的膨胀高度和气体释放曲线最大高度较高,所制挂面中气体与孔洞较多。面筋网络主要由醇溶蛋白和麦谷蛋白形成,可为样品提供黏弹性[33]。在发酵过程中,乳酸菌会分解麦醇蛋白和麦谷蛋白,使面条的拉伸特性降低。面团黏弹性变化程度可能与面团酸化速率和酸化程度有关[34]。结合“2.2.1”项下面团的酸度图可知,样品A面团酸化速率较快和酸化程度较高,也可能会影响面条的拉伸特性。

2.4 多孔挂面的微观结构

3种复配菌种发酵60 min 时挂面横截面扫描电镜图见图7。由图7可知,样品A在发酵60 min时横截面中的孔洞密集且明显。结合“2.2.3”项下流变发酵特性数据可知,样品A的发酵能力较强,面团的膨胀高度与气体释放曲线最大高度较高,所制挂面的气孔较为细密且均匀,与图4结果一致。且样品A发酵速度较快,此结果与“2.3.1”项下多孔挂面的膨胀度一致。结合“2.3.2”项下力学特性数据和“2.3.3”项下拉伸数据可知：样品A所制挂面气孔均匀、不易断裂,整体品质较好。样品B和样品C在发酵60 min时挂面横截面的孔洞明显较少且面体的结构致密。这可能是加入乳酸菌后促进面筋网络连续结构的发展,增强了面团强度,同时酵母发酵力下降,产生的气孔数量减小或者尺寸变小,导致面条结构更致密[35]。此结果说明样品 A 发酵速度较快,植物乳酸菌和干酪乳酸菌与酵母共生效果较好。

图7 多菌种发酵 60 min 挂面横截面扫描电镜图Fig.7 SEM characterization of cross-section of noodles fermented for 60 min

2.5 多孔挂面的感官评价

3种复配菌种发酵60 min面条感官评价分析见图8,样品A的总评分为73.9,样品B的总评分为70.5,样品C的总评分为71.0。在光滑度、空心度、表面状态、黏性、坚实度方面样品A评分较高,该样品具有光滑的外表以及弹牙的口感;在食味方面,3个样品的差距并不明显,都有柔和的酸味和浓郁的麦香味;在透明度方面,样品A的透明度较低,这与其坚实性较高有关,结合“2.3.2”项下力学特性数据和“2.3.3”项下拉伸数据可知：样品A所制挂面气孔均匀、不易断裂,整体品质较好。乳酸菌在发酵过程中会产生酸类物质,对淀粉、蛋白质等成分产生影响,从而增加了面条的风味与口感[36]。复配菌种会影响酵母的产气能力,使面条形成均匀紧密的小孔,从而减少面条的蒸煮时间[1]。综合7项感官评价指标可以得到：样品A感官得分最高。

图8 多孔挂面的感官评价Fig.8 Sensory evaluation of porous noodles

2.6 相关性分析

图9 面团中的指标与挂面中的指标的相关性分析Fig.9 Correlation analysis of indicators in dough and indicators in noodles

面团与挂面指标的相关性分析见图 9。面团的 pH 值与总可滴定酸度、自由水含量、膨胀度和抗弯曲呈极显著负相关;面团的总可滴定酸度与自由水含量呈显著正相关。这些结果表明面团的 pH 值的相关系数比总可滴定酸度的相关系数更高。因此,pH 值是多菌种影响面条的品质的主要因素。面团中的弱结合水含量与自由水含量呈极显著负相关;面团中的自由水含量与 pH 值呈极显著负相关,与膨胀度和抗弯曲呈极显著正相关,与总可滴定酸度呈显著正相关。这些结果表明自由水含量的相关系数比弱结合水含量和强结合水含量的相关系数更高。自由水是影响面团流变性的重要因素。挂面的膨胀度与 pH 值呈极显著负相关,与自由水含量和抗弯曲呈极显著正相关;挂面的抗弯曲与 pH 值呈极显著负相关,与膨胀度和自由水含量呈极显著正相关;挂面煮熟后的拉伸力与其焖 10 min 的拉伸力呈极显著正相关。综上所述,加入多菌种的主要变化是 pH 值和自由水含量,从而影响面团的流变特性和挂面的品质。

3 结论

将复合乳酸菌发酵面团应用于多孔挂面的制作中,对面团的酸度、水分分布、流变发酵特性和多孔面条的膨胀指数、质构特性、孔洞的微观结构进行了研究。3 种复配菌种在发酵过程中面团的总可滴定酸度随发酵时间延长呈上升趋势,面团的 pH 值与之相反,且样品 A 的产酸速率较快,总产酸量较高;样品 A 中深层结合水为水分存在的主要形式;样品 C 中弱结合水结合和自由水为水分存在的主要形式;发酵过程中面团的产气率和挂面的膨胀度随发酵时间延长呈上升趋势,其中样品 A 的产气力和持气性较优异。样品 A 在发酵 60 min 时的硬度、抗断裂应力和弹性均较好,且形成均匀密集的孔洞。样品 A 在 60 min 时食味、坚实度、黏性以及表面状态和空心度均较好。复配乳酸菌发酵的多孔挂面,特别是植物乳杆菌和干酪乳杆菌复配菌种能有效地改善多孔挂面的品质,为复配乳酸菌发酵多孔挂面的应用提供了理论基础。