复合菌种发酵青稞面团工艺优化

阿晟德，陈啟蓉，张生梅，曹效海，王树林，2*

（1.青海大学农牧学院，青海西宁 810016；2.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海西宁 810016）

青稞[Hordeumvulgarevar.nudumL.Hook.f.]是大麦的变种，属禾本科大麦属农作物，主要分布在西藏、青海等高海拔地区，是青藏高原地区的主要粮食作物[1]，有生长期短、高产早熟、耐寒的特性[2]。随着消费者对健康的重视程度越来越高，人们饮食习惯的改善，绿色食品的发展，单一粮食品种已经无法满足人们的主食消费需求，且随着粮食加工精度变高，谷物营养流失日益严重，因此青稞已经逐渐从农牧民“专用谷物”变成深受都市人群青睐的优质粗粮[3-4]。青稞营养丰富，富含多种生理功能成分，如黄酮、生育酚等，且青稞是膳食纤维的优良来源[5]，有一定的功能性，是开发烘焙产品的理想原料。

目前，青稞品种结构简单、附加值不高等问题，已成为我国高原地区青稞产业发展的瓶颈[6]。同时，青稞面筋含量较少，不易形成面团，也不能像小麦一样保持发酵过程中产生的二氧化碳，所以将青稞粉和小麦粉混合制作烘焙产品是有效利用青稞营养成分的主要途径之一[7-8]。为了改善谷物粉的加工品质和食用品质，可采用物理、生物法对面团进行预处理，或者在加工过程中添加改良剂，如谷朊粉、酶等[9-10]。但有相关研究表明，发酵过程中产生的CO2使面团的容积增大、持气能力增加，从而提高了面团的加工性，例如易于软化、易于延展、在烘烤过程中易于着色、方便机器作业及整形等工序[11]。且相较于单一菌制剂，复合菌制剂发酵能够模拟面团自然发酵中多种微生物的协同作用，发酵出的面团既能保留传统发酵方法的香甜，又能在发面过程中产生丰富的有机物质[12-13]，在提高生产效率的同时还能保持传统发酵面食品的风味特性[14]。

本试验以面团质构特性为指标，采用复合菌种对青稞面团进行发酵，通过控制发酵时间、复合菌种接种量等因素探究复合菌种发酵对青稞面团质构特性的影响，以期为完善与优化青稞主食产品的工艺、改善其加工特性、开发多元化的青稞深加工产品，为产品规模化与产业化生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青稞粉：青海新丁香粮油有限责任公司；特精高筋小麦粉：河北金沙河面业集团有限责任公司；高活性干酵母、酿酒酵母：安琪酵母股份有限公司；植物乳杆菌（菌种编号：BNCC 194165）：商城北纳创联生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

FA1004 电子天平：上海上平仪器有限公司；HM740和面机：青岛汉尚电器有限公司；SPX-250F 生化培养箱：宁波普朗特仪器有限公司；CT3 质构分析仪：美国Brookfield 公司；Farinograph-OHG 粉质仪：德国Brabender 公司；PHSJ-3F pH 计：上海雷磁仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面团调制

按比例称量适宜的青稞粉和小麦粉，将其混合均匀，将活化后的高活性干酵母加入混粉中，再加入适量37～40 ℃的无菌水（活化酵母及调制面团加水总量约为混粉质量的60%）、适量活化好的植物乳杆菌，混合均匀，利用和面机调制面团5 min，使其表面光滑。

1.3.2 面团发酵

将调制好的面团装入塑封袋中，放入38 ℃的生化培养箱中，发酵2～4 h。

1.3.3 发酵菌种筛选

根据1.3.1 面团调制的方法，在接种量为3.0%，青稞粉添加量30%，菌种质量比为2∶1 的条件下分别调制高活性干酵母与植物乳杆菌复合菌种（菌种组合1）的面团和酿酒酵母与植物乳杆菌复合菌种（菌种组合2）的面团，在37 ℃的条件下，发酵3 h，发酵完成后测定pH 值及面团的持气力，筛选最优菌种组合[15]。

1.3.4 青稞粉添加量对面团粉质特性的影响

以100% 小麦粉为空白对照，分别在小麦粉中添加20%、25%、30%、35%、40% 的青稞粉，探究青稞粉添加量对面团粉质特性的影响。

1.3.5 单因素试验设计

1.3.5.1 发酵时间对面团质构特性的影响

在接种量3.0%，高活性干酵母与植物乳杆菌菌种质量比2∶1，发酵温度38 ℃，青稞粉添加量30% 的条件下，以硬度和弹性为指标，考察不同发酵时间0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h 对青稞面团质构特性的影响，测定3 次，取平均值。

1.3.5.2 复合菌种接种量对面团质构特性的影响

在高活性干酵母与植物乳杆菌菌种质量比2∶1，发酵时间3.0 h，发酵温度38 ℃，青稞粉添加量30%的条件下，以硬度和弹性为指标，考察接种量为0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0% 和3.5% 对青稞面团质构特性的影响，测定3 次，取平均值。

1.3.5.3 复合菌种质量比对面团质构特性的影响

在接种量为3.0%，发酵时间为3.0 h，发酵温度为38 ℃，青稞粉添加量30% 的条件下，以硬度和弹性为指标，考察高活性干酵母与植物乳杆菌菌种质量比1∶0、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3 和1∶2 对青稞面团质构特性的影响，测3 次，取平均值。

1.3.5.4 青稞粉添加量对面团质构特性的影响

在接种量3.0%，高活性干酵母与植物乳杆菌菌种质量比2∶1，发酵温度38 ℃，发酵时间3.0 h 的条件下，以硬度和弹性为指标，考察不同青稞粉添加量0%、20%、25%、30%、35% 和40% 对青稞面团质构特性的影响，测定3 次，取平均值。

1.3.6 正交试验设计

为得到最佳发酵工艺参数，在单因素试验的基础上，选择复合菌种（高活性干酵母与植物乳杆菌）质量比、复合菌种接种量、发酵时间以及青稞粉添加量为因素，设计四因素三水平正交试验，并以硬度、弹性为指标优化发酵工艺参数。正交试验因素水平见表1。

1.3.7 指标测定方法

1.3.7.1 混粉粉质特性的测定

混粉粉质特性参考GB/T 14614—2019《粮油检验小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》进行测定。将300 g 称量好的混合粉倒入已经调零的粉质仪揉面钵中，设定好仪器参数后启动仪器，1 min 后加入适量蒸馏水，观察面粉粉质曲线。当曲线最高峰在500±20 的范围内时，表明数据准确。平行3 次测定，记录数据，取平均值。

1.3.7.2 面团pH 值的测定

在烧杯中称取10 g 发酵好的面团，揪成小块，加入90 mL 无菌水，搅拌3～4 min，静置20 min，利用pH计测定pH 值，平行测定3 次，取平均值。

1.3.7.3 面团持气力的测定

将调制好的面团100 g 均匀填入500 mL 的烧杯中，在38 ℃的条件下醒发，间隔30 min 记录一次面团体积，直至体积不再变化，用最大体积减去面团醒发前体积即为面团持气力。

1.3.7.4 全质构分析（texture profile analysis，TPA）

将面团制成质量相同，长、宽、高都为20 mm 的方块状，采用质构分析仪测定硬度和弹性，选用TAAACC36 探头，测试速度为2 mm/s，压缩率为40%，触发点负载7 g，数据采集速率100 次/s，重复测定5 次，去掉一个最大值和一个最小值，取平均值[16]。

1.4 数据处理及统计分析

结果表示为平均值±标准差。数据统计分析采用Excel、SPSS 20.0 统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 青稞粉添加量对面团粉质特性的影响

青稞粉添加量对面团粉质特性的影响见表2。

表2 青稞粉添加量对面团粉质特性的影响Table 2 Effect of the amount of highland barley flour on the dough quality

由表2 可知，青稞粉添加量的变化与面团吸水率成正比，随着青稞粉添加量的增加，面团吸水率呈上升趋势；同时，随着青稞粉添加量的增加，面团形成时间和稳定时间均逐渐减小，弱化度逐渐增大。面团的吸水率主要受破损淀粉含量和蛋白质含量及品质的影响，虽然青稞中面筋蛋白含量较少，但青稞含有较多的膳食纤维，膳食纤维具有较强的吸水性和持水性[17]，所以随着青稞粉添加量的增加，吸水率逐渐上升。良好的吸水率和持水力能保证面团的柔软性和保水性，有利于保证烘焙产品的品质；面团形成时间则与面筋的品质和含量有关，蛋白质和湿面筋含量较高且品质较好时，形成时间长，反之则短。面团稳定时间反映面团的耐揉性，稳定时间越长说明面筋强度越大，面团耐受机械搅拌的能力越强[18]；弱化度越高则表示面筋强度越低[19]。由于青稞中可形成面筋蛋白的蛋白质含量较少[20]，因此青稞粉添加量越大，稳定时间越短且弱化度越大，面团品质越差。综上，青稞粉添加量30% 时面团的粉质特性较好。

2.2 菌种筛选结果

两种组合菌种对面团发酵特性的影响见表3。

表3 两种组合菌种的pH 值及持气性Table 3 The pH value and gas retention of the dough fermented with two strain combinations

由表3 可知，高活性干酵母与植物乳杆菌复合菌种发酵面团的持气性大于酿酒酵母与植物乳杆菌复合菌种发酵面团的持气性，两者pH 值均在5～6 之间。持气性越大面团越蓬松，制成的产品质量也就越好。因此选用高活性干酵母与植物乳杆菌作为本试验所用的复合菌种。

2.3 单因素试验结果

2.3.1 发酵时间对面团质构特性的影响结果

发酵时间对面团质构特性的影响见图1。

图1 发酵时间对面团质构特性的影响Fig.1 Effects of fermentation time on the texture characteristics of dough

由图1 可知，发酵时间能影响青稞面团的质构特性。发酵时间为3.0 h 时，面团弹性达到最高值，且此时面团硬度较低。发酵时间大于3.0 h 时，面团弹性不足，且硬度较大。面团质构特性中，面团弹性与面团品质呈正相关，即弹性越大，制成的产品口感更筋道爽口，而硬度越大，焙烤出的产品越硬，品质也相应降低[21]。发酵时间过长会使面团胶着性增大，弹性降低，这可能是由于发酵过度造成面团持气性变差，内部组织被破坏，面筋品质变差导致的。因此，选择发酵时间2.0、2.5、3.0 h 进行后续正交试验。

2.3.2 复合菌种接种量对面团质构特性的影响结果

复合菌种接种量对面团质构特性的影响见图2。

图2 复合菌种接种量对面团质构特性的影响Fig.2 Effects of inoculation amount of mixed strains on the texture characteristics of dough

由图2 可知，复合菌种接种量为2.5%的面团弹性为最高值，接种量高于2.5%时弹性明显降低。复合菌种接种量过大时，面团弹性和硬度明显降低，说明在相同条件下，菌种添加量太大会使面团过度发酵、质地变软、缺乏弹性，品质降低。因此，选择复合菌种接种量2.0%、2.5%、3.0%进行后续正交试验。

2.3.3 复合菌种质量比对面团质构特性的影响结果

复合菌种质量比对面团质构特性的影响见图3。

图3 复合菌种质量比对面团质构特性的影响Fig.3 Effects of strain ratio on the texture characteristics of dough

由图3 可知，复合菌种质量比对青稞面团质构特性有一定的影响。复合菌种发酵的面团弹性总体低于单高活性干酵母发酵的面团弹性，且菌种质量比为1∶1和2∶1 的面团弹性最低，这可能是由于植物乳杆菌不能直接利用青稞中的营养物质，发酵效率较低且添加量较少的缘故[9]。除复合菌种质量比为1∶2 的面团外，其他面团硬度均高于单高活性干酵母发酵面团。因此，选择复合菌种质量比3∶2、2∶3、1∶2 进行后续正交试验。

2.3.4 青稞粉添加量对面团质构特性的影响结果

青稞粉添加量对青稞面团质构的影响见图4。

图4 青稞粉添加量对面团质构特性的影响Fig.4 Effects of highland barley flour addition on the texture characteristics of dough

由图4 可知，在其他条件相同的情况下，青稞粉添加量对面团的弹性影响不显著（p＞0.05）。而硬度与青稞粉添加量呈正相关。随着青稞粉添加量的增加，面团弹性整体先增大后减小，当青稞粉添加量为30%时，面团的弹性达到最大值，硬度适中，说明此时面团质构特性最好；而当青稞粉添加量大于30% 时，弹性有所减小，硬度迅速增大，这可能是因为过多的青稞粉使面团吸水率增大，且破坏了面团面筋蛋白的形成，这与阮雁春等[5]研究结果相似。综合考虑，选择青稞粉添加量30%、35%、40%进行后续正交试验。

2.4 正交试验结果

以弹性和硬度为参考指标，采用L9（34）正交表进行正交优化试验。正交试验结果见表4。

表4 正交试验结果Table 4 Orthogonal test results

由表4 可知，极差分析结果显示影响青稞面团弹性的最主要因素为发酵时间，影响因素的先后次序为A＞D＞C＞B，以弹性为指标的最佳发酵工艺组合为A1B2C1D1或A1B2C1D3；影响青稞面团硬度的最主要因素为青稞粉添加量，影响因素的先后次序为D＞B＞C＞A，以硬度为指标的最佳发酵工艺组合为A1B2C1D1。综合考虑，组合A1B2C1D1为最优发酵工艺，在此条件下进行验证试验，得到青稞面团的弹性较高，为7.37 mm，硬度较低，为221.67 g。综上，最佳发酵工艺条件为发酵时间2.0 h、复合菌种接种量2.5%、复合菌种质量比3∶2、青稞粉添加量30%。

3 结论

相较于单酵母菌发酵，复合菌种发酵可改善面团的质构特性，对面团有改良作用。试验发现发酵时间2.0 h、复合菌种接种量2.5%、菌种（高活性干酵母与植物乳杆菌）质量比3∶2、青稞粉添加量30%的条件下，面团弹性较高且硬度较低。不同组合的复合菌种发酵能力有所不同，高活性干酵母与植物乳杆菌组成的复合菌种发酵能力较好，更适于制作用于烘焙产品的发酵面团。添加青稞粉会缩短面团的形成时间以及稳定时间，因此，青稞粉添加量不宜过多，否则会降低制作烘焙产品的品质。经发酵的面团弹性较好，硬度较低，具有发酵的香气以及较浓厚的青稞风味，适合用于制作烘焙产品。