面團形成和發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律及調(diào)控

郭興鳳，石長碩，閻 欣，任 聰，董夢飛，趙方園

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州 450001）

0 引言

小麥粉是面制品的主要原料，在形成面團特別是面團的發(fā)酵過程中其組分會發(fā)生諸多的變化，這些變化除了能使面團產(chǎn)生良好的特性適應(yīng)饅頭等發(fā)酵面制品的加工需求外，營養(yǎng)物質(zhì)的含量也會發(fā)生變化，對食品感官、結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)有很大影響[1]。因此，明晰發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化并進行有效調(diào)控，是提升發(fā)酵面制品營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外研究者對發(fā)酵面制品的研究主要集中在制備工藝的優(yōu)化，如小麥粉的種類、酵母添加量、加水量、發(fā)酵溫度、環(huán)境相對濕度等[2-4]，且主要以面制品的質(zhì)構(gòu)等感官特性作為評價指標[5-6]，涉及面團發(fā)酵工藝與營養(yǎng)特性關(guān)系較少，尤其在營養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律及其調(diào)控機制方面缺乏系統(tǒng)的研究。

因此，主要研究面團形成和發(fā)酵過程中營養(yǎng)品質(zhì)的變化規(guī)律，探索面團營養(yǎng)品質(zhì)變化的內(nèi)在原因和外在因素，明確發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化機制，在此基礎(chǔ)上對發(fā)酵過程進行有效調(diào)控，以期為提升發(fā)酵面制品營養(yǎng)品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

面粉，金苑特一粉，鄭州金苑面業(yè)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），上海源葉生物科技有限公司提供；維B1和維B2標準品，北京索萊寶科技有限公司提供；維B1，鄭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），北京奧博星生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 儀器設(shè)備

SJJ-A06V1 型和面機，小熊電器股份有限公司產(chǎn)品；LGJ-25C 型冷凍干燥機，北京四環(huán)科學儀器有限公司產(chǎn)品；DMT-10A 型電動家用壓面機，山東龍口市復興機械有限公司產(chǎn)品；K9860 型全自動凱氏定氮儀，海能儀器股份有限公司產(chǎn)品；Cary Eclipse 型熒光分光光度計，美國VARIAN 公司產(chǎn)品；722S 型可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料組分的測定

蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、水分等，按照相應(yīng)的國標方法測定。

1.3.2 面團的制作

將酵母和水混合，活化6 min，加入面粉，和面7 min，使之形成表面光滑、內(nèi)部均勻的面團，取樣（未發(fā)酵面團）；將制作好的面團放于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，發(fā)酵至規(guī)定時間后取樣（發(fā)酵面團）。為了便于保存和營養(yǎng)組分的測定，發(fā)酵和未發(fā)酵面團均冷凍干燥。干燥樣品粉碎至過80 目篩，于4 ℃下密封保存。

1.3.3 面團中維B1含量的測定

參照GB 5009.84—2016 第二法熒光分光光度法。選擇制作維B1標準曲線計算樣品中含量，配制維B1質(zhì)量濃度分別為 0～0.20 μg/mL （間隔 0.02 μg/mL）標準系列工作液，按照樣品測定步驟測定吸光度。

1.3.4 面團中維B2含量的測定

參照GB 5009.85—2016 第二法，熒光分光光度法中的標準曲線法。

1.3.5 面團發(fā)酵損失

發(fā)酵損失由面團發(fā)酵前后的質(zhì)量差的百分比表示[7]。

1.3.6 可溶性糖含量的測定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]。

稱取0.4 g 樣品放入研缽，加入5 mL 蒸餾水研磨均勻，加入5 mL 蒸餾水將其全部移入離心管中，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min 離心5 min；收集上清液，向離心管中再次加入5 mL 蒸餾水并攪拌沉淀物，離心，該操作重復2 次；合并上清液于50 mL 容量瓶中，定容，測定蔗糖、葡萄糖和果糖的含量。

1.3.7 游離氨基酸含量的測定

游離氨基酸含量測定采用茚三酮比色法[9]。取0.8 g 待測樣品準確加入5%三氯乙酸溶液50 mL，攪拌均勻，靜置2 h，過濾，取上清液測定。用亮氨酸作為氨基酸標樣配制標準溶液制備工作曲線。

1.3.8 饅頭的制作

維B1強化面粉的配制：選擇逐步稀釋法，每次稀釋10 倍，至維B1質(zhì)量濃度為5 mg/kg。

按照酵母添加量1.0%，水添加量46%，發(fā)酵溫度35 ℃，發(fā)酵時間70 min 制作面團，分別蒸制成原面粉饅頭和維B1強化面粉饅頭。將發(fā)酵好的面坯蒸制20 min，?；? min 后取出饅頭，冷卻1 h 后切片或冷凍干燥，對饅頭的質(zhì)構(gòu)特性、營養(yǎng)組分等進行評價。

1.3.9 饅頭品質(zhì)評價

饅頭的比容表示為饅頭體積與饅頭質(zhì)量之比；高徑比用饅頭的直徑和高度比計算；使用WSC-S 色差計測量饅頭的L*、a*、b*值，每個樣品隨機選擇8 個點進行測定，每個處理取4 個樣品做平行試驗。

將蒸制的饅頭室溫冷卻1 h，切成15 mm 的薄片，物性儀測定其質(zhì)構(gòu)特性：P35 探頭，運行模式壓縮；TPA 測定條件：測前速度3.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮比50%，時間2 s，觸發(fā)力10 g。

1.3.10 饅頭的體外消化試驗

饅頭中淀粉的體外消化試驗參照文獻[10]的方法進行，蛋白質(zhì)體外消化性試驗參照相關(guān)文獻[11]的方法進行。

1.3.11 數(shù)據(jù)處理

試驗中的每個樣品至少重復3 次，試驗結(jié)果表示為：平均值±標準偏差。利用Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 16.0 的One-Way ANOVA 對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性和統(tǒng)計學分析，Duncan 法檢驗，p＜0.05 檢測水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗原料組成成分

面粉和酵母的主要組成成分見表1。

表1 面粉和酵母的主要組成成分

2.2 面團形成和發(fā)酵發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律及變化機制

2.2.1 淀粉

面團中淀粉含量的變化見圖1。

由圖1 可知，隨著酵母添加量的增加，未發(fā)酵面團中的淀粉含量略有增加，發(fā)酵面團中的淀粉含量均低于未發(fā)酵面團，發(fā)酵面團之間無顯著性差異。

酵母作為面團發(fā)酵劑，添加越多對底物的需求量加大，底物分解成CO2和H2O 的量越多。

面團發(fā)酵損失見圖2。

水添加量對未發(fā)酵面團中的淀粉含量無顯著影響，發(fā)酵面團中的淀粉含量則隨著加水量的增加顯著減少。面團中的微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌通過水作為媒介來完成[12]，水添加量會影響發(fā)酵面團的酵母細胞增殖率[13]，微生物數(shù)量的差異和面團水分含量的不同導致發(fā)酵損失的不同。

圖1 面團中淀粉含量的變化

發(fā)酵溫度越高，發(fā)酵時間越長，發(fā)酵面團中的淀粉含量越低。發(fā)酵過程中面粉中的α -淀粉酶和β -淀粉酶，以及酵母在發(fā)酵過程中分泌的轉(zhuǎn)化酶將淀粉轉(zhuǎn)化為可被微生物利用的糖，為微生物的生長繁殖和代謝提供了能量物質(zhì)。

面團的含水量除了影響淀粉酶的活性之外，對面團中的微生物數(shù)量也會產(chǎn)生影響[14]，一定程度上滿足了微生物繁殖對水的需求，促進了面團中微生物的繁殖。

圖2 面團發(fā)酵損失

發(fā)酵溫度是發(fā)酵過程中酵母群落動力學和代謝動力學的重要決定因素[15]，溫度過低或過高都影響酵母的生長能力和發(fā)酵能力，進而影響其淀粉的分解。因此，發(fā)酵溫度通過影響酵母菌和乳酸菌代謝、基質(zhì)的pH 值、面粉中α -淀粉酶和酵母分泌酶的活性影響面團的水分含量和發(fā)酵質(zhì)量損失[16]。

發(fā)酵期間面團質(zhì)量損失主要來源于面團發(fā)酵過程中消耗小分子的糖產(chǎn)生二氧化碳。由圖2 可知，面團的發(fā)酵損失隨著酵母添加量、水添加量的增加和發(fā)酵溫度的升高顯著增加，隨著發(fā)酵時間的延長呈增加的趨勢。這與發(fā)酵過程中淀粉含量的減少直接相關(guān)。

2.2.2 游離糖含量

游離糖含量變化見圖3。

圖3 游離糖含量變化

由圖3 可知，隨著面團中酵母添加量和水添加量的增加及發(fā)酵溫度的增高，發(fā)酵面團中的果糖、蔗糖、葡萄糖含量均呈現(xiàn)減少的趨勢，與其不同的是，隨著發(fā)酵時間的延長，面團中的葡萄糖含量在70 min出現(xiàn)最大值，之后逐漸減少。

De Vuyst L 等人[17]發(fā)現(xiàn)，葡萄糖和果糖的消耗與面團中添加的酵母添加量呈正比。糖是微生物最好的碳源。在發(fā)酵過程中，面團體系中的酶將淀粉降解為麥芽糖、葡萄糖、蔗糖、果糖供微生物利用，酵母利用碳水化合物為細胞的生長提供碳骨架和自身活動所需能量。發(fā)酵溫度增加，發(fā)酵面團中各種酶的活性和酵母菌等微生物的繁殖率增加，對能量的需求隨之增加，使面團中糖含量減少。

2.2.3 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)含量的變化見圖4。

由圖4 可知，隨著酵母添加量的增加，未發(fā)酵面團和發(fā)酵面團中的蛋白質(zhì)含量顯著增加，水添加量對未發(fā)酵面團和發(fā)酵面團中的蛋白質(zhì)含量均無顯著影響，但是隨著發(fā)酵溫度的提高和發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵面團中的粗蛋白含量均呈現(xiàn)增加的趨勢。

發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)含量的增加，主要有2 個方面的原因，一方面是因為淀粉含量的減少，面團中的干物質(zhì)含量降低，導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，當酵母添加量增加時，引入的氮含量增加，也使得測定的粗蛋白含量增加。

2.2.4 游離氨基酸

游離氨基酸的含量變化見圖5。

由圖5 可知，未發(fā)酵面團中的游離氨基酸含量隨著酵母添加量的增加而增加，發(fā)酵面團中的游離氨基酸則逐漸降低，未發(fā)酵面團和原料中的游離氨基酸含量無顯著性差異（p＜0.05）。面團發(fā)酵過程中酵母利用游離氨基酸作為氮源，消耗游離氨基酸。未添加酵母的發(fā)酵面團中的游離氨基酸含量大于未發(fā)酵面團，是由于面粉中霉菌和細菌分泌的蛋白酶對蛋白質(zhì)的水解[18]。發(fā)酵面團中的游離氨基酸含量隨水添加量的增加緩慢下降，其中44%～48%的水添加量的發(fā)酵面團中的游離氨基酸含量無顯著差異。

氮源進入酵母細胞主要是氨基酸及肽的形式，以肽透性酶為介質(zhì)[19]。因此，隨著發(fā)酵溫度的升高，微生物生長繁殖速率增加，氨基酸作為微生物其氮源物質(zhì)消耗量增加。隨著發(fā)酵時間的延長，面團發(fā)酵過程中氨基酸逐漸被酵母利用，游離氨基酸的含量也逐漸減少。

2.2.5 維B1

面團中維B1含量的變化見圖6。

由圖6 可知，隨著酵母添加量的增加，未發(fā)酵面團和發(fā)酵面團中的維B1含量均呈現(xiàn)減少的趨勢，而隨著水添加量的增加，發(fā)酵面團和未發(fā)酵面團中維B1的含量則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，發(fā)酵溫度升高，發(fā)酵時間延長，發(fā)酵面團中維B1的含量均減少。Batifoulier F 等人[20]的研究表明，未發(fā)酵面團中維B1含量損失達40%，酸面團和酵母按不同比例混合制備的面包中維B1含量有不同程度的損失。Nurit E 等人[21]研究也表明，面團形成和面團發(fā)酵過程中維生素B1都出現(xiàn)了不同程度的損失。

圖4 蛋白質(zhì)含量的變化

2.2.6 維B2變化規(guī)律

面團中維B2含量的變化見圖7。

圖5 游離氨基酸的含量變化

由圖7 知，隨著酵母添加量的增加，未發(fā)酵面團和發(fā)酵面團中的維B2含量均呈現(xiàn)增加趨勢。發(fā)酵面團的增加量高于未發(fā)酵面團，水添加量也具有相同的影響趨勢。發(fā)酵溫度的升高、發(fā)酵時間的延長均增加了面團中維B2的含量。一方面，戊糖磷酸代謝途徑（HMP）中合成維B2，且發(fā)酵溫度升高，有利于維B2的合成[22]；另一方面，面粉本身的細菌、霉菌等生成了一定的維B2[23]。發(fā)酵損失同樣也在一定程度上增加面團中的維B2的含量。

2.3 營養(yǎng)物質(zhì)強化

研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵過程中面團中的維B1的含量顯著減少，為了提升發(fā)酵制品中維B1的含量，在面粉添加維B1強化面團中的維B1，對發(fā)酵面團及蒸制饅頭中的營養(yǎng)物質(zhì)含量及饅頭品質(zhì)特性進行評價，明確其強化效應(yīng)。

圖6 面團中維B1 含量的變化

圖7 面團中維B2 含量的變化

2.3.1 原料和成品中的維B1和維B2含量對比

不同加工階段樣品中的維生素含量見圖8。

由圖8 可知，在饅頭制作的工藝過程中，樣品中的維B1含量呈現(xiàn)降低趨勢。與未強化面粉相比，維B1強化面粉的面團和饅頭中的維B1含量均有一定比例的增加，而維B2的含量無明顯差異。

2.3.2 饅頭的品質(zhì)評價

原面粉和維B1強化面粉饅頭的比容、高徑比、質(zhì)構(gòu)特性均無顯著性差異，L 值減小，b*值增加，色澤稍微加深。維B1強化對饅頭在外觀和質(zhì)構(gòu)特性的影響極小。

饅頭的比容、高徑比和色澤見表2。

2.3.3 饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率變化

隨著消化時間的推移，還原糖含量表現(xiàn)出先快速上升后較為平緩最后又緩慢達到一個穩(wěn)定值的趨勢，3 個階段點的時間區(qū)間為 0～20，20～120，＞120 min，2 種饅頭的淀粉體外消化曲線無顯著區(qū)別，在消化前20 min 內(nèi)還原糖含量快速上升，20～120 min內(nèi)還原糖含量緩慢上升，之后趨于平穩(wěn)。

圖8 不同加工階段樣品中的維生素含量

表2 饅頭的比容、高徑比和色澤

饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率見圖9。

利用胃蛋白酶-胰酶法模擬人體胃部和胰腺消化環(huán)境進行蛋白質(zhì)的體外消化試驗。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 體系中的水溶性氮含量緩慢上升，加入胰蛋白酶后水溶性氮含量先快速上升之后趨于平緩。原面粉饅頭和維B1強化面粉饅頭蛋白質(zhì)體外消化率無顯著差異。

3 結(jié)論

面團形成和發(fā)酵條件對面團中營養(yǎng)物質(zhì)的含量有顯著影響，面團發(fā)酵過程中監(jiān)控的4 種營養(yǎng)物質(zhì)含量變化最大的是維B1和維B2，其次是蛋白質(zhì)含量和淀粉含量。蛋白質(zhì)含量在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)增加的趨勢，淀粉含量則降低；發(fā)酵過程中面團中維B1含量顯著性降低，面團的維B2含量顯著性增加。采用維B1強化面粉制作的饅頭，其維B2含量無顯著變化，感官特性和體外消化特性無明顯改變。維B1的添加強化了饅頭的營養(yǎng)品質(zhì)。

圖9 饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率