文章鉴读|河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所刘敬科研究员与刘晶教授团队：乳酸菌对酵母菌发酵多谷物杂粮面包品质的影响

食品工业科技编辑部

2025-01-10

导读：欢迎投稿EI期刊《食品工业科技》www.spgykj.com

EI收录，

入选中国科技期刊卓越行动计划

摘要

目的：探讨添加乳酸菌粉对酵母菌发酵多谷物杂粮面包品质的影响。方法：检测添加不同比例（0、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%）乳酸菌粉发酵多谷物杂粮面团的pH、发酵体积和流变特性指标变化，同时检测添加乳酸菌粉后杂粮面包硬度、胶黏性、咀嚼性指标，以及面包比容、感官品质和风味指标的变化。结果：添加乳酸菌发酵使多谷物杂粮面团pH降低；添加0.03%~0.12%混合乳酸菌粉发酵60 min面团体积增加50.00%~88.12%，均高于单一酵母菌发酵（增加48.51%）；添加乳酸菌粉降低了面团储能模量（G'）和损耗模量（G"）值，添加量0.06%时G'和G"值分别降低33.33%和30.00%，降低幅度最小；添加0.06%乳酸菌粉，可显著降低面包硬度、胶粘性和咀嚼性（P<0.05），显著提高面包弹性（P<0.05），改善面包质构特性，面包比容比单一酵母菌发酵增加24.88%，面包形态、质地、纹理结构、风味和口感均具有较好的改善，感官品质显著提高（P<0.05），感官评分超过80分。酵母菌联合乳酸菌发酵复配杂粮面包，共检测出65种挥发性风味物质，化合物种类多于小麦面包43种，风味物质强度高于单一酵母菌发酵杂粮面包。结论：添加乳酸菌粉对酵母菌发酵多谷物复配杂粮面包品质改善具有积极作用。

Abstract

Objective: To explore the impact of lactic acid bacteria on the quality of yeast-fermented multigrain bread. Methods: It was detected the changes of pH value, fermentation volume and rheological properties of multigrain dough fermented with lactic acid bacterias in different proportions (0, 0.03%, 0.06%, 0.09%, 0.12%). Changes of the hardness, stickiness and chewiness of multigrain bread, as well as specific volume, sensory quality and flavors were analyzed. Results: The pH value of the fermented multigrain dough fermented with lactic acid bacteria was reduced. The dough volume fermented with 0.03%~0.12% lactic acid bacteria, increasing from 50.00% to 88.12%, which was higher than yeast fermentation (increasing 48.51%). The storage modulus (G') and loss modulus (G") of dough decreased with lactic acid bacteria powder. The values of G' and G" decreased by 33.33% and 30.00% respectively, with 0.06% lactic acid bacteria powder. The textural properties including hardness, stickiness and chewiness of the multigrain bread fermented with 0.06% lactic acid bacteria were reduced, while elasticity improved significantly(P<0.05). The specific volume of the multigrain bread increasing 24.88% fermented with 0.06% lactic acid bacteria, was higher than yeast fermentation. The sensory quality of the multigrain bread was improved significantly(P<0.05) with 0.06% lactic acid bacteria, including shape, texture, structure, flavor and mouthfeel, and the sensory score was over 80. It was detected 65 different substances from the multigrain bread fermented with yeast and 0.06% lactic acid bacteria, more than the yeast-fermented wheat bread of 43 substances, and much stronger flavor than yeast-fermented multigrain bread. Conclusion: There was a positive effect on the quality of yeast-fermented multigrain bread with lactic acid bacteria.

饮食过度精细化和单一化对人体营养和健康的危害引起了人们的高度重视，尤其后疫情时代，国民更加注重健康，因此富含维生素、矿物质、膳食纤维、多糖和酚类等多种营养和功能物质的全谷物杂粮及其加工产品引起了人们的广泛关注，而且多种全谷物杂粮合理搭配具有营养互补效果，极大弥补了单一食材营养不足和营养不均衡等问题。已有研究证实，小麦粉与黄豆、糙小米、燕麦等杂粮合理搭配研制的复配杂粮馒头，其营养均衡性优于纯小麦馒头，而且具有稳定人体血糖的效果。但是由于很多全谷物杂粮加工适应性差，加工产品存在口感粗糙、适口性差等问题，因此开发全谷物杂粮食品仍存在一些亟待解决的技术难题。

酸面包是酵母菌联合乳酸菌发酵的传统面制品，以其独特的风味和较高的营养价值受到消费者喜爱。有研究表明，在面团发酵过程中酵母菌和一些乳酸菌可以分解原料中的糖类和蛋白质，显著提高食物消化率和生物价，混菌发酵增加了面包中多酚和抗性淀粉含量从而降低了产品血糖生成指数，也具有改善产品品质和增强产品风味的效果，尤其很多全谷物杂粮富含的膳食纤维和多糖成分（如大豆低聚糖、葡聚糖等），是乳酸菌的增殖因子。由于杂粮加工适应性差，加工产品中杂粮添加量普遍较低，限制了杂粮的消费，为拓宽杂粮的应用范围、改善杂粮加工产品的品质，开展了本研究。通过选用小麦粉搭配黄豆、黑豆、红豆、荞麦、燕麦全谷物杂粮，将微生物发酵技术应用到全谷物杂粮面包加工中，利用酵母菌联合乳酸菌发酵改善杂粮的加工适应性，探索乳酸菌与酵母菌协同作用对复配杂粮面团和面包品质的改善效果。利用生物发酵技术提高全谷物杂粮利用率（全谷物杂粮占比35%），一方面改变由于杂粮添加量不足使杂粮加工产品的营养功能特性不能充分体现的现象；另一方面为下一步深入开展优质复配杂粮面包产品研发和营养功能特性研究提供理论依据。

结果与分析

2.1 乳酸菌粉添加量对发酵杂粮面团pH和体积的影响

研究了乳酸菌粉添加量对发酵面团pH影响，如图1所示。由图1可知，发酵初期面团的pH基本一致为6.68左右（6.65~6.70），随着面团发酵时间延长，所有面团pH均有下降趋势，与单一酵母菌发酵面团pH比较，添加乳酸菌粉的面团pH下降幅度较大，而且乳酸菌粉添加量越大，pH降低程度越大。根据pH变化速度将面团发酵过程分为快速发酵（0～60 min）和缓慢发酵（60～120 min）两个阶段。在发酵到60 min时，单一酵母菌发酵面团pH为6.52，比未发酵时降低了2.99%；添加0.03%、0.06%、0.09%和0.12%乳酸菌粉发酵面团pH分别为6.49、6.25、6.42和6.35，比未发酵时降低了3.73%、4.03%、4.18%和4.80%。在缓慢发酵阶段，发酵到120 min与60 min时比较，单一酵母菌发酵面团pH降低了1.85%，添加0.03%、0.06%、0.09%和0.12%乳酸菌粉面团pH分别降低了2.17%、2.22%、2.18%和2.05%。总之，在120 min发酵过程中，添加乳酸菌粉比单一酵母菌发酵面团的pH降低程度大，分析与乳酸菌代谢密切相关，干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌在糖类代谢过程中产生乙酸等酸性物质，青春双歧杆菌发酵糖类可以产生琥珀酸和乙酸，长双歧杆菌在糖类代谢中产生乙酸和乳酸，乳双歧杆菌在糖类代谢时生成乙酸，有机酸含量不断积累是面团pH下降的主要原因。

图 1 乳酸菌粉添加量对发酵面团pH的影响

Figure 1. Effects of lactic acid bacteria on pH of fermented dough

乳酸菌粉添加量对发酵面团体积影响如图2所示。发酵开始时面团体积相同，随着发酵时间延长面团体积逐渐增大，发酵初期面团体积增加缓慢，当发酵到120 min，乳酸菌粉添加量越大，发酵面团最终体积也越大。发酵到60 min时，单一酵母菌发酵面团体积增加了48.51%，添加0.03%、0.06%、0.09%和0.12%乳酸菌粉发酵面团体积分别增加了50.00%、107.92%、100%和88.12%。发酵过程中，添加0.03%乳酸菌粉发酵面团体积与单一酵母菌发酵相近；随着乳酸菌粉添加量增加，发酵面团体积也有增大趋势，尤其添加0.06%乳酸菌粉面团在发酵60 min内体积增加最快，比单一酵母菌发酵面团体积增加6 mL，说明适量添加乳酸菌可增大面团发酵体积。在面团发酵过程中，酵母菌代谢小麦粉中的麦芽糖和葡萄糖等糖类产生CO₂，产生蜂窝状组织结构，使面团膨胀松软，体积增大。但粮豆的添加，使面团中面筋比例降低[9]，面团持气能力下降，因此发酵体积有限，而添加适量乳酸菌后，乳酸菌代谢中会产生葡聚糖、果聚糖和杂多糖等多糖类，这些胞外多糖具有稳定剂和乳化剂作用，增加了面团三维网状结构稳定性，使其持气能力增强，发酵体积增大。

图 2 乳酸菌粉添加量对发酵面团体积的影响

Figure 2. Effects of lactic acid bacteria on the volume of fermented dough

2.2 乳酸菌粉添加量对发酵面团流变特性影响

乳酸菌粉添加量对发酵面团流变特性影响见图3。由图3可知，各种面团储能模量G'始终大于损耗模量G''，面团呈固态特性。G'和G''均随着角频率的增加而增加，并趋于平稳。与单一酵母菌发酵面团比较，添加不同比例乳酸菌粉面团的G'和G''值均有不同程度降低，说明添加乳酸菌粉对面团的硬度和韧性具有一定影响。乳酸菌粉添加量为0.06%时，G'和G''变化程度较小，分别降低33.33%和30.00%，而乳酸菌粉添加量为0.03%、0.09%和0.12%对面团弹性和韧性影响较大（降低35%以上）。面团tanδ均小于1，说明面团弹性占主导地位，面团tanδ随频率升高呈逐渐增大趋势，表明在频率扫描范围内混合面团体系稳定性增强[13]。乳酸菌粉添加量为0.09%时面团tanδ值最大，其次为添加0.06%，分别比单一酵母菌发酵面团提高5.13%和4.44%。有研究表明，乳酸菌代谢过程中生成胞外多糖，在一定程度上影响面团稳定性和粘弹性。也有研究报道，乳酸菌发酵过程中还生成琥珀酸和乙酸等有机酸，可促使面团中蛋白质和淀粉水解，改变面团的网状结构，从而影响发酵面团的粘弹性。本实验结果发现，添加乳酸菌粉后对面团G'和G''值具有一定影响，当乳酸菌粉添加量为0.06%时变化最小，需结合其他指标做进一步分析。

图 3 不同乳酸菌粉添加量下角频率对面团流变特性的影响

Figure 3. Influence of lactic acid bacteria on variation of G', G'' and tanδ with angular trequency

2.3 乳酸菌粉添加量对多谷物杂粮面包质构特性的影响

乳酸菌粉添加量对面包质构特性的影响结果如图4所示。乳酸菌粉添加量为0.06%时面包的弹性值最大为10.24 mm，显著高于其他面包（P<0.05），说明乳酸菌发酵后的面团持气性更佳，与相关研究结果一致；乳酸菌粉添加量为0.06%时面包的硬度、胶粘性和咀嚼性数值均最小，显著低于其他面包（P<0.05），比单一酵母菌发酵面包分别降低25.62%、28.50%和30.60%。硬度、胶粘性和咀嚼性与面包品质具有负相关性，适量添加乳酸菌粉改善了面包硬度，提高了面包的弹性，分析原因可能是酵母菌联合乳酸菌发酵，产生的蛋白酶和淀粉酶类将大分子蛋白质和淀粉水解成低分子的肽、氨基酸和糖类等，改善了面包面团的网络结构，从而增强了面包面团的持气能力和吸水性，所以面包更加柔软和富有弹性。

图 4 乳酸菌粉添加量对多谷物杂粮面包质构的影响

Figure 4. Effects of lactic acid bacteria on textural property of multigrain bread

2.4 乳酸菌粉添加量对多谷物杂粮面包比容和感官品质的影响

大蒜贮藏过程中水分含量的变化与大蒜的呼吸作用相关，合适的气调环境会抑制大蒜的呼吸作用和蒸腾作用，进而减缓大蒜样品水分含量的下降，减缓蒜米外观的皱缩以及大蒜鳞茎硬度的下降。不同处理组的大蒜样品在贮藏过程中的含水量的变化见图4，从图4可以看出不同处理组的大蒜样品经过长时间的贮藏均会出现水分含量下降的现象，其中RT组水分下降最大，其次是CK组。各贮藏时间点的大蒜样品中，硅窗气调组的样品含水量均高于CK、RT组，其中在60 d到120 d的贮藏阶段，硅窗气调面积6 cm²处理组的水分含量高于其他处理组。水分含量的变化会受到环境因素影响，PE袋水分透过率较低，硅胶膜具有良好的透水性，低温下环境内水分进入包装袋在内部凝结使袋内水分含量提升，出现结露现象，造成了硅窗面积较大的9、6 cm²硅窗处理组中水分含量先后出现上升，这与He等的研究一致。而环境中水分对硅窗1、3 cm²硅窗处理组与RT、CK组袋内水分含量影响不大，四组中水分含量持续降低。6、9 cm²硅窗处理组具有相同的波动趋势，而6 cm²硅窗处理组波动更小，说明6 cm²硅窗处理组对于维持包装袋内大蒜水分含量效果更好，因此采用6 cm²硅窗包装大蒜要优于其他处理组。

图 5 乳酸菌粉添加量对多谷物杂粮面包比容和感官的影响

Figure 5. Effects of lactic acid bacteria on specific volume and sensory property of multigrain bread

通过感官评分可知，添加乳酸菌粉的杂粮面包感官评分均显著高于单一酵母菌发酵杂粮面包（P<0.05），尤其乳酸菌粉添加量为0.06%感官评分最高为81.56，表现出外形光滑、平整，质地柔软、有弹性，面包内芯气孔细密均匀，口感细腻，香气浓郁。当乳酸菌粉添加量高于0.09%时，面包内芯气孔大小不均匀，略有酸味，口感发粘，降低了感官评分值。单一酵母菌发酵杂粮面包质地较硬，弹性较小，面包内芯气孔小而且孔壁厚，口感略粗，香气较淡，导致感官评分较低。由此可见，适量添加乳酸菌粉对多谷物杂粮面包的形态、质地、纹理结构、风味和口感均具有较好的改善效果。有研究表明，含有乳酸菌和酵母菌的酸面团发酵不仅可以改善面包的质地、风味等感官品质，而且增加氨基酸、膳食纤维、多酚等营养和功能物质含量，提高产品的抗氧化等功能特性。

2.5 多谷物杂粮面包风味物质分析

通过上述分析可知，酵母菌联合复合乳酸菌发酵复配杂粮面包具有较好的感官品质，因此，本研究通过气相离子迁移谱技术对三种不同面包风味进行了检测。通过分析三种面包风味物质指纹图谱（图6）可知，三种面包的风味物质比较具有较大差异，面包3-B挥发性有机物种类最多，共65种不同化合物，而且浓度最高；面包2-B挥发性物质种类与面包3-B相似但是浓度较低；面包1-B风味物质种类最少，共43种不同化合物，而且浓度较低。

图 6 三种面包风味指纹图谱不同硅窗面积下大蒜中的色度变化

Figure 6. Flavor fingerprint of three kinds of bread

注：1-B：小麦粉面包；2-B：单一酵母菌发酵多谷物杂粮面包；3-B：酵母菌与0.06%复合乳酸菌粉发酵多谷物杂粮面包；图7同。1：3-甲基丁醛；2：2-甲基丁醛；3：戊醛二聚体；4：异戊醇；5：2-壬酮；6：2-戊酮；7：乙醇；8：乙酸乙酯；9：异丁醇；10：异丁醇聚合物；11：2,3-丁二酮；12：2-丁酮；13：正己醇；14：正己醇二聚体；15：正己醇聚合物；16：正戊醇；17：庚醛二聚体；18：2-庚酮二聚体；19：2-庚烯醛；20：2-庚烯醛二聚体；21：苯甲醛；22：苯甲醛二聚体；23：己酸乙酯；24：己酸乙酯二聚体；25：正庚醛；26：正庚醛二聚体；27：3-羟基- 2-丁酮；28：2-戊基呋喃；29：E-2-辛烯醛；30：E-2-辛烯醛二聚体；31：正壬醛；32：正壬醛二聚体；33：E-2-壬烯醛；34：E-2-己烯醛；35：E-2-己烯醛二聚体；36：2-戊烯醛。

A、B、C和D区域代表1-B、2-B和3-B面包特征挥发性物质。A区域物质有异戊醇和壬酮等；B区域物质有3-甲基丁醛、2-甲基丁醛和戊醛等；C区域物质主要有2-甲基-1-丙醇、2，3-丁二酮、己醇、戊醇、己醛、庚酮、E-2-庚醛、苯甲醛和己酸乙酯等；D区域物质有庚醛、乙偶姻、2-戊基呋喃、E-2-辛醛、壬醛、E-2-壬醛、E-2-己醛和E-2-戊醛等。酵母菌发酵小麦粉面包的风味物质主要存在于A区；单一酵母菌发酵多谷物杂粮面包的风味物质主要存在于B区和C区；酵母菌复合乳酸菌发酵多谷物杂粮面包的风味物质主要存在于C区和D区，其中醛、酮、醇含量丰富，酮类物质大部分都含有特殊的香气，醇类物质具有植物香、芳香等气味，在面包风味中起着重要作用，醛也是美拉德反应的重要产物。总之，三种面包挥发性物质种类和浓度不同，杂粮粉的添加极大丰富了面包的风味，而且由于乳酸菌参与碳水化合物代谢、蛋白质水解、脂肪分解和代谢产生多种风味物质，使酵母菌联合乳酸菌发酵的面包香气更加浓郁。

通过聚类分析三种面包风味物质差异性，结果见图7。三种面包均被很好地分离开，尤其1-B与其他两种面包距离较远，区分度较大，2-B和3-B较为接近。该结果说明，三种面包风味存在较大差异，由于原料不同，导致小麦粉面包与多谷物复配杂粮面包的风味差别较大；在原料一致时，酵母菌联合乳酸菌发酵与单一酵母菌发酵的多谷物杂粮面包在风味上也存在一定差异。

图 7 三种面包指纹图谱相似度分析

Figure 7. Cluster analysis of the flavor fingerprint of three kinds of bread

结论

添加乳酸菌粉降低了多谷物复配杂粮面团的pH，增大了面团发酵体积，对面团的硬度和韧性具有一定影响；适量添加乳酸菌粉（添加量0.06%），多谷物杂粮面包的硬度、胶粘性和咀嚼性指标显著降低（P<0.05），弹性显著增加（P<0.05），大大改善了面包的质构特性。乳酸菌粉添加量为0.06%时，杂粮面包具有较大的比容，面包的形态、色泽、质地、纹理、风味和口感特性较好，综合感官评分也最高。通过风味指纹图谱分析，酵母菌联合乳酸菌发酵多谷物复配杂粮面包（3-B）的挥发性有机物质种类丰富，而且风味物质浓度较高，产品风味更加浓郁。总之，适量添加乳酸菌对酵母菌发酵多谷物复配杂粮面包品质改善具有积极作用，该研究结果为下一步开展功能型杂粮面包产品研发和深入研究提供了依据。

引用本文：张爱霞，苗盼盼，李朋亮，等. 乳酸菌对酵母菌发酵多谷物杂粮面包品质的影响[J]. 食品工业科技，2022，43（22）：129−135. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021110355.

Citation:ZHANG Aixia, MIAO Panpan, LI Pengliang, et al. Impact of Lactic Acid Bacteria on the Quality of Yeast-Fermented Multigrain Bread[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(22): 129−135. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021110355.

基金项目:河北省农林科学院科技创新专项课题资助（2022KJCXZX-SSS-1）；现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-06-14.5-A29）。

通信作者简介

刘敬科，博士，博士生导师，美国田纳西大学访问学者，国家现代农业产业技术体系岗位科学家。中国作物学会粟类作物专业委员会副秘书长、河北省食品学会副秘书长、河北欧美同学会青委会委员、第三届河北省食品安全专家委员会委员和《Journal of Future Food》编委，荣获河北省“省直青年岗位能手”、河北省“三三三”人才称号。主持“十三五”、“十四五”国家现代农业产业技术体系项目、“十四五”国家重点研发计划课题、国家自然基金面上项目、河北省科技支撑、河北省自然基金等项目10余项；发表论文67篇，其中SCI/EI论文20篇，授权国家发明专利12项，鉴定成果6项，参与起草国家粮油行业标准3项。

（以上信息来自河北省农林科学院官网）