馬先紅,劉景圣*,張文露,陳翔宇(.吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,吉林吉林32022;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春308;3.小麥和玉米深加工國家工程試驗室,吉林長春308)
乳酸菌對中國傳統(tǒng)主食饅頭質(zhì)量的影響
馬先紅1,2,劉景圣2,3*,張文露1,陳翔宇1
(1.吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,吉林吉林132022;2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春130118;3.小麥和玉米深加工國家工程試驗室,吉林長春130118)
傳統(tǒng)饅頭發(fā)酵劑由多種微生物群體組成,乳酸菌是饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑中的重要微生物類群,其種類和數(shù)量與饅頭的品質(zhì)存在內(nèi)在聯(lián)系。該文針對饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑中乳酸菌菌群的發(fā)展過程以及乳酸菌發(fā)酵與饅頭品質(zhì)的關(guān)系進行了綜述,為饅頭發(fā)酵劑的研究提供參考。
饅頭;發(fā)酵劑;乳酸菌;品質(zhì)
饅頭通常是以小麥粉為主要原料,添加水、酵母(或面肥、酵頭、老面、起子、酵汁等發(fā)酵劑)揉成面團,經(jīng)發(fā)酵、定型、醒發(fā)、熟化而成的面制食品。其中,發(fā)酵劑對饅頭的品質(zhì)具有重要的影響。饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑中的菌群具有多樣性,乳酸菌是其中優(yōu)勢菌群之一。乳酸菌在發(fā)酵食品中應(yīng)用廣泛,其利用可發(fā)酵性糖發(fā)酵生成乳酸等代謝產(chǎn)物,可以作為酸味劑;生成的丙酸、醋酸等有機酸還可與乳酸發(fā)酵生成的酮、醛、醇等物質(zhì)形成酯類等呈味物質(zhì);乳酸發(fā)酵過程中形成的一些細菌素和類細菌素對腐敗菌和病原菌有抑制作用,能夠使產(chǎn)品保存性提高,貨架期延長;乳酸菌產(chǎn)生的胞外多糖可以作為食品乳化劑和增稠劑[1],此外,乳酸菌代謝產(chǎn)生了多種酶、維生素和氨基酸,營養(yǎng)價值被提高。因此,對中國饅頭而言,乳酸菌在發(fā)酵過程中具有重要的作用,探究饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑中乳酸菌菌群的發(fā)展過程及其發(fā)酵作用對饅頭品質(zhì)的影響具有重大的意義。
世界各國面包和饅頭等各種面制品的天然母發(fā)酵劑一般稱為酵頭,按工藝分為三種類型(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)。Ⅰ型為微生物保持活性狀態(tài)的傳統(tǒng)酵頭,需要每天翻新;Ⅱ型酵頭含有多種微生物且耐高溫;Ⅲ型為乳酸菌干燥粉狀物酵頭[2]。酵頭的微生態(tài)體系豐富多樣,主要的微生物類群是酵母和乳酸菌。其中,乳酸菌在面團結(jié)構(gòu)、風(fēng)味形成、營養(yǎng)價值的提高和保質(zhì)期的延長等方面具有重要作用。
面團的生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)豐富,糖類、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)經(jīng)微生物發(fā)酵水解成單糖、氨基酸等小分子代謝產(chǎn)物,能被乳酸菌吸收,豐富了酵頭中乳酸菌的種類。酵頭中乳酸菌包括魏斯氏菌屬(Weissella)、片球菌屬(Pediococcus)、明串珠菌屬(Leucouostoc)和乳球菌屬(Lactobacillus)等[3]。其中,傳統(tǒng)酵頭中最常見的乳酸菌類群是乳桿菌屬(Lac tobacillus),主要包括Lb.sanfranciscensis、Lb.rossiae、Lb. paralimeutarius、植物乳桿菌(Lb.plautarum)和短小乳桿菌(Lb.brevis)等[4]。法國傳統(tǒng)酵頭中的乳酸菌菌群為腸球菌(Euterococcussp.)(<1%)、乳球菌(Lactococcussp.)(1%)、魏斯氏菌(Weissellasp.)(4%)、明串珠菌(Leucouostocsp.)(17%)、片球菌(Pediococcussp.)(38%)和乳桿菌(Lactobacillussp.)(39%)[5]。CORSETTI A等[4]研究表明酵頭中乳酸菌菌群為魏斯氏菌(Weissellasp.)、鏈球菌(Streptococcus sp.)、片球菌Pediococcussp.)、明串珠菌(Leucouostocsp.)、乳球菌(Lactococcussp.)和腸球菌(Euterococcussp.)。MORONI A V等[6]指出低溫持續(xù)自主發(fā)酵的傳統(tǒng)I型酵頭埃塞俄比亞畫眉草(teff)和蕎麥(buckwheat)中乳酸菌主要為Leucouostocsp.、Pediococcussp.和Lactobacillussp.。
傳統(tǒng)酵頭的乳酸菌微生態(tài)系統(tǒng)十分豐富,其中Lactobacillus最常見,Weissella、Leucouostoc、Euterococcus和Lactococcus在谷物和面粉中廣泛存在,但對酸化環(huán)境耐受力弱而處于酵頭弱勢菌群地位[4]。酵頭與其他發(fā)酵食品相比較,專性異型發(fā)酵乳酸菌發(fā)揮主要作用,將糖類發(fā)酵生成乳酸以及乙酸等代謝產(chǎn)物[7]。氮和碳水化合物代謝、菌株對酸的耐受性和適應(yīng)機制等因素影響酵頭發(fā)酵過程中乳酸菌的變化。利用變性梯度凝膠電泳(polymerase chain reaction-denaturinggradientgelelectrophoresis,PCR-DGGE)技術(shù)分析埃塞俄比亞畫眉草(teff)和蕎麥(buckwheat)酵頭中乳酸菌的演替過程,結(jié)果表明,初始發(fā)酵和發(fā)酵12h后分別有P.peutosaceus、Lb.gramiuis、Lb.sakei和Leu.holzapfelii、W.cibaria、Lb.plantarum產(chǎn)生,最后階段W.cibaria和Lb.plantarum的數(shù)量下降[6]。黑麥酵頭發(fā)酵初期乳酸菌主要為Euterococcussp.和Lactococcusp.,中期變?yōu)閃eissellasp.和Leucouostocsp.,5d后主要為Lb.plantarum和Lb.fermentum[8]。
國外學(xué)者在酸面團中分離篩選出了代表性的菌種,且對其特性進行了研究[9],中國學(xué)者也對酸面團中的發(fā)酵微生物進行了相關(guān)研究。張紅等[10]對饅頭用酸面團中自然發(fā)酵菌種的最初來源進行了研究,利用接觸酶、革蘭氏染色法、分離劃線法和平板涂布法等實驗從一個對照組和四個實驗組分離出了乳酸菌和酵母菌,分別命名為Rzh和Yzh,并用不同比例的Rzh菌液(OD600nm=1.630)和Yzh菌液(OD600nm=1.740)作了發(fā)酵驗證試驗,結(jié)果表明,面粉是酸面團中的自然發(fā)酵種的主要來源,空氣和水次之;最佳發(fā)酵條件為31℃發(fā)酵4 h,Rzh與Yzh比例為1∶1。楊浣漪等[11]在河南地區(qū)的傳統(tǒng)面食發(fā)酵劑中通過觀察微生物基本形態(tài)特征,利用生理生化試驗和分子鑒定技術(shù)分離得到28株乳酸菌,其中干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)分別為7株、8株和13株,優(yōu)勢乳酸菌為植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)。
2.1營養(yǎng)品質(zhì)
中國傳統(tǒng)饅頭香甜可口,風(fēng)味獨特,這是源于一些天然發(fā)酵劑老面等的使用,具有多菌種混合發(fā)酵的優(yōu)勢[12]。老面富含各種微生物的復(fù)雜生化體系,酸面團在發(fā)酵過程中多種微生物相互作用,生成的各種代謝產(chǎn)物相互作用,使面團的生化物理特性發(fā)生了變化[13-14]。老面中主要有短乳桿菌、戊糖片球菌、短乳桿菌、舊金山乳桿菌、植物乳桿菌等乳酸菌和少量的酵母菌。面團中的糖類在乳酸菌的作用下進行異型發(fā)酵和同型發(fā)酵,異型發(fā)酵生成乳酸、乙酸、乙醇和二氧化碳等,同型發(fā)酵只生成乳酸。此外,還會有大量的酮類、醛類等化合物生成,這些化合物會互相作用生成多種氨基酸和維生素,提高了制品的營養(yǎng)價值[15]。乳酸菌對老面中氨基酸的生成和糖代謝具有很大的作用,發(fā)酵初期乳酸菌使老面中的可溶性糖含量快速降低,發(fā)酵后期可溶性糖含量會提高,發(fā)酵期間游離氨基酸含量變大,不同的乳酸菌對老面中游離氨基酸和可溶性糖的代謝不同,對饅頭的品質(zhì)的影響也不同[16]。植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌與酵母菌混合使用,能夠使饅頭面團發(fā)酵時間縮短,pH值降低,總酸度值提高,還原糖含量下降[17]。饅頭面團發(fā)酵過程中不同菌種對不同可溶性糖的消耗存在差異進而影響?zhàn)z頭的品質(zhì)[18-19]。
乳酸菌生長代謝過程中會分泌到細胞壁外一種微生物多糖(黏液多糖或莢膜多糖),一般稱為乳酸菌胞外多糖[20]。乳酸菌胞外多糖能夠改善產(chǎn)品的組織狀態(tài),并具有一定的生理作用,如提高免疫力、抗腫瘤、增強腸道黏膜的吸附作用等[21-22]。在面制食品加工中,乳酸菌胞外多糖具有親水膠體性質(zhì),對面團的加工特性和流變學(xué)特性具有改善作用[23]。有學(xué)者從老面中分離鑒定出一株高產(chǎn)胞外多糖的植物乳酸菌L1,該菌株在碳氮比2∶1,培養(yǎng)基的初始pH=6左右,30℃條件下培養(yǎng)18 h產(chǎn)糖量最大,L1與酵母菌接種量為100∶1時對饅頭的影響最大,此時饅頭比容顯著變大,白度稍有增加,感官品質(zhì)較好[24-25]。
2.2風(fēng)味品質(zhì)
乳酸發(fā)酵直接可以代謝丙酸、醋酸、乳酸等多種有機酸,適量有機酸的生成即可以賦予饅頭柔和的酸味,特定的有機酸還可與酵母發(fā)酵產(chǎn)生的酮、醛、醇等物質(zhì)生成酯類等一些呈味物質(zhì)[26]。另外還有多種新的呈味物質(zhì)產(chǎn)生[27],多肽和氨基酸也可以作為風(fēng)味物質(zhì)的前體物質(zhì)被微生物利用[28]。程曉燕等[29]對傳統(tǒng)酸面團中植物乳桿菌發(fā)酵饅頭揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)特征進行了研究,結(jié)果表明,乳酸菌發(fā)酵酸面團饅頭的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量變大,植物乳桿菌標準菌株發(fā)酵饅頭(記為LPS)提高了53.11%、傳統(tǒng)酸面團中植物乳桿菌植物亞種發(fā)酵饅頭(記為ZLPS)提高了56.92%,ZLPS還生成了乙酸-2-苯乙基酯、2-乙基己醇、3-辛醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、乙酸異戊酯等一些獨特的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),且各項指標評分ZLPS均較大。
2.3保鮮性能
乳酸菌分泌的一些代謝產(chǎn)物對某些細菌及真菌的生長具有抑制作用,乳酸菌還可以與霉菌毒素進行結(jié)合,因此乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在生物保鮮與防腐方面具有一定的應(yīng)用前景[30]。已有研究表明,乳酸菌能夠延長黃瓜[31]、葡萄[32]、酸奶[33]和乳酪[34]等食品的保質(zhì)期。王應(yīng)東等[33]對抗真菌乳酸菌的篩選及其對饅頭的保鮮與防腐作用進行了研究,通過雙層平板點接法篩選出兩株植物乳桿菌,其中TK9來源于酸粥,其抗黃曲霉活性較大,IMAU80134是從140株植物乳桿菌中篩選出來的,其抗婁地青霉活性較大,IMAU80134和TK9除分別對婁地青霉和黃曲霉有抑制作用外,對草酸青霉、柑橘青霉、煙曲霉也有一定的抑菌作用,其中植物乳桿菌IMAU80134和TK9對草酸青霉有相對較大的抑制作用,抑菌圈半徑分別為12.7 mm和12.3 mm,將植物乳桿菌IMAU80134和TK9應(yīng)用于饅頭保鮮和防腐模擬實驗,饅頭的保質(zhì)期分別延長3 d和1 d。
2.4抗氧化活性
乳酸菌發(fā)酵可以提高饅頭的抗氧化活性,程曉燕等[29]的研究表明乳酸菌發(fā)酵(尤其是植物乳桿菌植物亞種的發(fā)酵)顯著提高了饅頭的抗氧化活性,與普通小麥饅頭(記為WS)相比,傳統(tǒng)酸面團中植物乳桿菌植物亞種發(fā)酵饅頭(記為ZLPS)中總酚含量提高了108.70%,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2,2-Diphenyl-1-(2,4,6-trinitrophenyl)hydrazyl,DPPH)自由基清除能力為WS的13.65倍。
2.5質(zhì)構(gòu)特性
乳酸菌發(fā)酵對饅頭質(zhì)構(gòu)具有一定的改善作用。呂瑩果等[35]制作的植物乳酸菌發(fā)酵饅頭質(zhì)構(gòu)特性值分別為硬度9 136.218、彈性0.895、黏聚性0.47、咀嚼性3 833.721和回復(fù)性0.139,與酵母和酵子發(fā)酵饅頭相比,植物乳酸菌發(fā)酵饅頭的彈性較大,回復(fù)性、咀嚼性、黏聚性、硬度小。蘇東民等[36]研究表明,在乳酸菌粉與酵母菌粉混合發(fā)酵饅頭時,乳酸菌粉添加量>0.3%時,饅頭比容較小、彈性小、硬度大,產(chǎn)酸較多,酸味較大,面團酸度過高,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞,使饅頭感官品質(zhì)下降。
乳酸菌是饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑中的一種優(yōu)勢菌種,饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑菌群中還含有一定數(shù)量和種類的酵母菌、醋酸菌等,這些菌群共同發(fā)酵生成乳酸、醋酸、乙醇、二氧化碳等物質(zhì)以及一些風(fēng)味成分。單一菌群發(fā)酵饅頭風(fēng)味較差,但傳統(tǒng)發(fā)酵劑發(fā)酵饅頭產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定,易被雜菌污染,所以很多學(xué)者對混合菌種發(fā)酵饅頭進行了研究。呂瑩果等[35]對植物乳酸菌發(fā)酵饅頭工藝及性質(zhì)進行了研究,添加高活性干酵母0.7%、植物乳桿菌0.3%、發(fā)酵25 min制得的饅頭與普通饅頭及酵子饅頭相比,比容和感官評價較好;饅頭白度比酵母發(fā)酵饅頭大,但比酵子發(fā)酵饅頭?。恢参锶樗峋l(fā)酵饅頭的彈性較大,回復(fù)性、咀嚼性、黏聚性、硬度小。熊俐等[37]研究了酵母、乳酸菌和甜酒曲復(fù)合菌發(fā)酵對小麥麩皮饅頭品質(zhì)的改良作用,表明麩皮添加量是影響麩皮饅頭質(zhì)量的首要因素,其次是乳酸菌粉添加量,最佳條件乳酸菌粉、麩皮、甜酒添加量分別為0.150%、6.0%、1.75%,該條件下制得的麩皮饅頭顏色為淺咖啡色,氣孔均勻細密,表層光滑,感官評分較好。
饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑是一個復(fù)雜的微生物群體,生產(chǎn)過程中容易被雜菌污染,不容易控制,工業(yè)化很難。單一菌種饅頭發(fā)酵劑比較穩(wěn)定,但產(chǎn)品風(fēng)味較差。乳酸菌作為傳統(tǒng)饅頭發(fā)酵劑中菌群之一,其在饅頭發(fā)酵過程中利用一些糖類生成多種營養(yǎng)物質(zhì)和呈味物質(zhì)以及一些活性成分等,并有益于發(fā)酵劑中某些微生物菌群發(fā)酵,因此乳酸菌在饅頭發(fā)酵過程中具有重要的作用。今后應(yīng)該在深入研究饅頭傳統(tǒng)發(fā)酵劑的基礎(chǔ)上,充分利用乳酸菌研制更多優(yōu)良的混合菌種饅頭發(fā)酵劑,促進饅頭工業(yè)化的發(fā)展。
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Effects of lactic acid bacteria on the quality of Chinese steamed bread
MA Xianhong1,2,LIU Jingsheng2,3*,ZHANG Wenlu1,CHEN Xiangyu1
(1.College of Biotechnology and Food Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China;2.College of Food Science and Engineering,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China;3.National Engineering Laboratory of the Wheat-corn Deep Processing,Changchun 130118,China)
Traditional steamed bread starter is composed of a variety of microorganism.Lactic acid bacteria are the dominant microbial groups in the process of traditional steamed bread fermentation.The type and quantity of lactic acid bacteria are directly related to the quality of the product.In this paper,the development of lactic acid bacteria in steamed bread and the internal relation between lactic acid bacteria and the product quality were reviewed.The paper can provide reference for the study of starter culture of steamed bread.
steamed bread;starter culture;lactic acid bacteria;quality
TS211.4
A
0254-5071(2015)11-0010-04
10.11882/j.issn.0254-5071.2015.11.003
2015-08-24
十二·五支撐計劃(2012BAD37B05);吉林省科技發(fā)展計劃項目(20130305027NY)
馬先紅(1981-),女,講師,博士研究生,研究方向為糧食深加工。
劉景圣(1964-),男,教授,博士,研究方向為糧食深加工。