LIN Jiangtao,HE Xinyi,YUE Qinghua, et al.Effect of fermentation methods on physicochemical properties of dough liquor and quality of steamed bread[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(14):83-88.
馒头是我国传统的发酵主食之一,具有较大的消费市场。在馒头的制作过程中,发酵是至关重要的步骤,面团发酵产生的CO2和风味物质赋予馒头独特的内部结构、风味及口感。不同的发酵方式影响面团的发酵速度和发酵产物等,进而影响馒头的最终质量。
目前,工业上存在的问题主要是馒头的皱缩与塌陷,这与发酵面团的气室稳定性紧密相关[1]。发酵面团气室稳定性的机制主要有2种,即面筋蛋白网络结构理论和薄层液膜理论[2]。在面团混合过程中,面筋蛋白与嵌入的淀粉颗粒形成具有黏弹性的三维网络结构,为膨胀的气体提供支撑,从而避免气体的歧化和聚集[3]。在发酵后期,面筋-淀粉基质局部破裂,此时气体仅由一层液体薄膜来维持稳定[4]。该液体薄膜源自于面团液相,通过超速离心提取面团液相,探究其成分及功能特性,从而可以间接了解液体薄膜对面团气室及最终产品气室的影响。面团液相中主要成分为可溶性蛋白、可溶性阿拉伯木聚糖(water-extractable arabinoxylan, WEAX)和脂质[5],他们通过扩散、吸附或交联来促进气室结构的稳定。
以往的研究主要集中于发酵方式的工艺优化及其对面团流变、微生物和馒头风味物质的影响[6],而不同发酵方式对面团液相的成分、功能特性及其变化对馒头气室及品质的影响都尚未清楚。因此,本研究旨在探究一次发酵、快速二次发酵和老面发酵对面团液相的成分、黏度和泡沫稳定性的影响,并将其与馒头品质建立联系。
小麦粉(蛋白质11.27%、湿面筋29.8%、阿拉伯木聚糖3.97%、可溶性阿拉伯木聚糖0.97%,均为质量分数,吸水率58%),市售金苑特一粉;活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;Tris、甘氨酸、尿素、盐酸胍、Ellmans试剂(均为分析纯),上海麦克林生化科技公司。
CS-B7F和面机,三友联品公司;TA-XTPlus质构仪,英国Stable Micro System公司;F4流变发酵仪,法国Chopin技术公司;Foss Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪,福斯分析仪器公司;J-26 XP超速离心机,美国Backman公司;MARS60哈克旋转流变仪,美国Themo Fisher Scientific公司;KRUSS K100表面张力仪,德国克吕士科学仪器有限公司;FM200均质机,上海福禄克流体机械制造公司。
1.3.1 面团的制备
1.3.1.1 一次发酵面团
参考GB/T 35991—2018《粮油检验 小麦粉馒头加工品质评价》,称取300 g面粉、2.4 g酵母和129 g水于和面机中和面5 min,用压面机压面8次,分成80 g的面团,手搓成型,放入醒发箱中醒发45 min,设置醒发温度为35 ℃、相对湿度为85%。
1.3.1.2 快速二次发酵面团
称取200 g面粉,1.6 g酵母和86 g水于和面机中和面5 min,放置醒发箱中醒发2 h,设置醒发温度为35 ℃、相对湿度为85%。发酵好的面团加入100 g面粉和31 g水,和面5 min[7],其余操作同1.3.1.1节。
1.3.1.3 老面发酵面团
称取200 g面粉、2.0 g酵母和100 g水于和面机中和面5 min,放置醒发箱中醒发12 h,设置醒发温度为35 ℃、相对湿度为85%。取发酵好的老面100 g,加入200 g面粉和67 g水,和面5 min[8],其余操作同1.3.1.1节。
1.3.2 面团液相的分离及得率测定
面团制作方法同1.3.1节,不同的是面团的加水量改为58%(面粉吸水率)。面团发酵完成后,立即取一定量(约25 g)的面团装入开口离心管中,于Backman超速离心机4 ℃、200 000×g离心90 min,收集上清液,即为面团液相[9]。新鲜的面团液相装入棕色瓶子里贮存在-20 ℃,用于测定面团液相的黏度、起泡性和泡沫稳定性。冷冻干燥后的面团液相用于成分分析。
1.3.3 面团液相成分分析
蛋白质含量:根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》,使用自动凯氏定氮仪测定,蛋白质转换系数为6.25;WEAX含量参考梁恒[10]的方法,采用地衣酚-盐酸法,用分光光度计测定。
1.3.4 面团液相游离巯基测定
参考LIU等[11]的方法,使用Ellmans试剂比色法测定冻干的面团液相游离巯基含量。
1.3.5 面团液相表观黏度的测定
参考CAO等[12]的方法,使用旋转流变仪测定未稀释面团液相的表观黏度。准确移取1 mL面团液相进行扫描,采用P35Ti平行平板,上样后平衡3 min,设置间隙为1 mm,测试温度为25 ℃,剪切速率10-2～100 s-1,在平板四周涂上硅油,盖上塑料盖,减少水分的流失。
1.3.6 面团液相表面张力
参考QIAN等[9]的方法,使用表面张力仪测定稀释1倍的面团液相在25 ℃时的表面张力,测试前用蒸馏水进行校正。
1.3.7 面团液相泡沫稳定性测定
吸取1 mL面团液相,用8 mL蒸馏水稀释。吸取7 mL至玻璃圆筒中,用剪切机以11 000 r/min的转速搅打1 min,搅打结束后,立即盖上保鲜膜,减少空气流通造成泡沫的破裂[5]。记录搅打后30 s、5、10、15、20、30、60 min时泡沫的高度。泡沫稳定性的计算如公式(1)所示:
泡沫稳定性
(1)
式中:H30s和H30min分别为30 s和30 min时泡沫的高度。
1.3.8 面团发酵流变特性的测定
使用Chopin F4流变发酵仪测定面团的发酵特性。按照1.3.1节制备面团,准确称取315 g面团放入发酵篮中,并在其顶部放置2 kg的负重,设置温度35 ℃,测试时间3 h,以得到面团发酵最大膨胀高度、CO2保留系数等指标。
1.3.9 馒头的制作
按照1.3.1节制备面团,将醒发好的馒头面团放入蒸锅蒸制25 min,取出冷却1 h后进行各项指标测定。
1.3.10 馒头比容和宽高比测定
馒头的体积用小米置换法测定[13],质量用天平测定,比容为体积与质量的比值。用游标卡尺分别量取馒头高度和宽度,高宽比为宽度与高度的比值。
1.3.11 馒头质构测定
参考李心灵等[14]的方法,将馒头中间切成10 mm的3片,使用质构仪P/36R探头进行测定。设置参数:触发力5 g,压缩比50%,间隔时间5 s,探头测前、测试和测后速度分别为1、1、1 mm/s。
1.3.12 馒头气孔测定
利用图像扫描仪进行对10 mm厚的馒头片进行扫描,截取馒头片中心3 cm×3 cm的图像,然后用Image J软件进行图像分析,计算气孔数目、气孔密度(气孔数目/总面积)、平均气孔面积(气孔面积/气孔数目)和孔隙率(气孔面积/总面积)[15]。
用Excel、SPSS、Image J软件对实验数据进行显著性分析等数据处理,用Origin软件进行作图。每个实验重复3遍,对于面团液相,使用3次独立离心样品进行实验。
面团液相性质与其组成紧密相关,如图1所示,发酵面团经超速离心后,面团液相顶部只有一层超薄的脂质薄膜,可忽略不计。与二次发酵和老面发酵相比,一次发酵的面团超速离心后,面团液相顶部的脂质层有些许气泡(图1中未显示),因为一次发酵面团发酵时间短,酵母活性较好,即使在4 ℃下离心,也会进行缓慢发酵,释放CO2,这也表明面团液相中存在稳定气泡的表面活性成分。
图1 不同发酵方式面团离心分层图
Fig.1 Centrifugal layering of dough with different fermentation methods
不同发酵方式面团液相的pH、得率及成分组成如表1所示。3种发酵方式的面团液相pH值相近,岳清华等[16]研究也表明3种发酵方式在发酵45 min时面团的pH值相近。面团液相的得率与水回收率的趋势一致,老面发酵的面团液相得率最高,但干物质中水溶性蛋白最少,主要是因为经12 h发酵制成的老面中除酵母菌以外还有乳酸菌、醋酸菌等多种微生物,加强了蛋白质及被微生物降解的作用[8],水分子与其结合能力减弱,在离心过程中容易在外力的作用下释放出来。二次发酵面团液相的干物质含量最低,但其水溶性蛋白和WEAX含量最高。
表1 不同发酵方式面团液相的得率和成分
Table 1 Yield and composition of dough liquor with different fermentation methods
发酵方式pH值面团液相得率/%面团液相干物质含量/%水回收率/%蛋白质/%WEAX/%一次发酵5.47±0.01b8.14±0.54c12.78±0.59a19.34±0.15c14.24±0.17b10.23±0.46b二次发酵5.30±0.01c10.52±0.76b10.26±0.76b25.99±0.52b16.71±0.04a15.02±0.75a老面发酵5.54±0.01a11.47±0.44a12.55±0.95a27.39±0.42a13.24±0.07c13.57±0.45b
注:同列不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)(下同);水回收率:面团液相水分占面团水分质量的百分比。
游离巯基含量与蛋白质的空间结构紧密相关,可以通过形成二硫键促进蛋白质的聚集行为。如图2所示,不同发酵方式面团液相的游离巯基含量显著不同。其中,老面发酵的面团液相游离巯基含量最高,一次发酵和二次发酵的面团液相游离巯基含量无显著性差异。可能是长时间的发酵使得酵母代谢产生较多的还原性物质,从而导致二硫键被还原为游离的巯基基团[17]。
图2 不同发酵方式对面团液相游离巯基含量的影响
Fig.2 Effect of different fermentation methods on free sulfhydryl content of dough liquor
注:图中不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)(下同)。
面团液相表观黏度在一定程度上能够防止CO2从面团中逸出并推迟气室凝聚,从而稳定泡沫并保留气体[18]。不同发酵方式其面团液相表观黏度如图3所示。在剪切速率1～100 s-1范围内,随着剪切速率的增加,不同发酵方式面团液相的表观黏度均不断下降,表现出剪切稀化的特征,属于非牛顿流体。TURBIN-ORGER等[19]研究表明面团液相的整体流动行为是多糖-蛋白质混合物的特征,其分子质量决定了整体黏度,多糖-蛋白质相互作用可能是导致剪切稀化的原因。一次发酵面团液相的WEAX含量最低,但表观黏度最大,可能是因为一次发酵面团液相还含有较多的阿拉伯半乳糖蛋白,其独特的分子结构有利于多糖-蛋白的相互作用。
图3 不同发酵方式对面团液相表观黏度的影响
Fig.3 Effect of different fermentation methods on apparent viscosity of dough liquor
面团液相中的表面活性蛋白扩散并吸附到界面上,通过相互作用在气室周围形成连贯的黏弹性膜,从而降低表面张力[5]。不同发酵方式面团液相稀释后的表面张力随时间的变化如图4所示。一次发酵和二次发酵面团液相的表面张力相近,分别为41.93 mN/m和42.08 mN/m,老面发酵的表面张力最低,为39.20 mN/m,可能是因为老面发酵面团液相中蛋白含量较低,导致存在的极少脂质吸附到蛋白网络界面,更加破坏了黏弹性膜[20]。结合馒头气孔分布的变化,较低的面团液相表面张力有助于形成具有小孔隙的均匀气室。
图4 不同发酵方式对面团液相表面张力的影响
Fig.4 Effect of different fermentation methods on surface tension of dough liquor
面团液相的起泡能力和泡沫稳定性会影响发酵面团加工过程中的气泡分布。图5-a和图5-b显示了不同发酵方式对面团液相的起泡能力和泡沫稳定性的影响。一次发酵面团液相起泡性能力最强,形成的气泡尺寸较小,在静置中快速破裂,泡沫稳定性差;二次发酵面团液相的气泡能力差,形成的气泡较大,并凝聚成更大的气泡,在30 min时仍能保留泡沫结构;老面发酵面团液相起泡性、泡沫大小及稳定性都适中。张艳杰等[21]研究表明,蛋白质溶液的起泡性与泡沫稳定性的趋势是相反的,即高起泡性的蛋白溶液往往有较差的泡沫稳定性。面团液相的发泡能力主要与其含有的可溶性蛋白、球蛋白及清蛋白有关[22],不同发酵方式面团液相的起泡能力与泡沫稳定性的差异可能是因为面团液相中蛋白质分子质量、表面电荷、气泡大小和界面吸附速率不同导致的[23]。
a-泡沫高度随时间的变化;b-面团液相泡沫稳定性
图5 不同发酵方式对面团液相起泡能力和泡沫稳定性的影响
Fig.5 Effect of different fermentation methods on foam ability and foam stability of dough liquor
面团的发酵流变特性直接影响馒头的比容和内部气孔分布,不同发酵方式对面团发酵流变特性的影响如表2所示。3种发酵方式面团的最高膨胀高度无显著性差异,但老面发酵面团的气体释放高度和产气总体积显著低于其他2种发酵方式,说明老面发酵面团的产气能力较差,从而导致老面发酵馒头的宽高比较小。老面发酵面团的气体保留率最高,表现出较强的持气能力。通常情况下,良好的持气能力可使最终产品具有细腻的气孔分布[24]。
表2 不同发酵方式对面团发酵特性的影响
Table 2 Effect of different fermentation methods on dough fermentation characteristics
发酵方式最大膨胀高度/mm气体释放高度/mm开始漏气时间/min产气总体积/mL气体保留率/%一次发酵26.47±1.17a85.10±8.23a30.00±1.50b2 065.33±178.30a61.23±2.48c二次发酵26.83±1.37a86.27±3.65a28.50±1.50b1 631.00±25.00b70.03±0.97b老面发酵22.90±4.81a46.95±1.20b76.50±16.97a1 082.00±52.33c86.85±0.35a
馒头比容、宽高比是评价馒头质量的重要指标。由图6可知,一次发酵馒头的比容显著大于二次发酵和老面发酵馒头,是因为二次发酵和老面发酵的发酵时间较长,pH值降低,抑制了酵母活力,导致发酵过程中产生的CO2气体少,从而阻碍了面团体积的膨胀。老面发酵馒头的宽高比显著小于一次发酵和二次发酵馒头,是因为老面发酵能够促进淀粉与面筋蛋白的交联,使淀粉-面筋网络结构更加紧密,从而维持面团的良好形状[8],这也很好地解释了表3中老面发酵馒头的硬度、胶着性和咀嚼性显著高于一次发酵和二次发酵馒头的原因。
图6 不同发酵方式对面团比容和宽高比的影响
Fig.6 Effect of different fermentation methods on specific volume and aspect ratio of steamed bread
表3 不同发酵方式对馒头质构的影响
Table 3 Effect of different fermentation methods on texture of steamed bread
发酵方式硬度/g弹性内聚性胶着性咀嚼性/g回复性一次发酵2 393.53±193.13b0.95±0.01a0.81±0.03a1 939.54±135.98b1 852.94±135.08b0.44±0.01a二次发酵2 193.37±258.74b0.95±0.01a0.80±0.01a1 743.85±203.32b1 665.57±200.56b0.43±0.00a老面发酵3 323.85±271.45a0.93±0.01b0.79±0.01a2 619.41±191.52a2 445.41±197.77a0.42±0.01b
气孔数量与气孔分布情况是面团中各组分共同作用的结果,是衡量馒头品质的重要指标。不同发酵方式对馒头气孔分布的影响结果如表4和图7所示,老面发酵馒头的气孔数目和密度显著大于一次发酵和二次发酵馒头,气孔较小且分布均匀,而一次发酵和二次发酵馒头的切面比较粗糙,平均气孔面积和孔隙率较大,说明其面团的持气力较差,面团气室稳定被破坏,小气泡聚结成大气泡。
表4 不同发酵方式对馒头气孔分布的影响
Table 4 Effect of different fermentation methods on bubble distribution in steamed bread
发酵方式气孔数目气孔密度/(个/cm2)平均气孔面积/mm2孔隙率/%一次发酵409.00±21.52c45.44±2.39c0.45±0.05b20.14±1.49c二次发酵487.67±9.29b54.19±1.03b0.58±0.01a31.70±0.91a老面发酵763.67±27.01a84.89±4.24a0.31±0.02c26.07±3.33b
a-一次发酵;b-二次发酵;c-老面发酵
图7 不同发酵方式馒头切面及气孔分布图
Fig.7 Effect of different fermentation methods on cross-sectional view and bubble distribution of steamed bread
本实验旨在从面团液相层面揭示馒头品质变化的原因。一次发酵面团液相的得率最低,干物质含量和黏度高,起泡能力强,但形成的泡沫迅速破裂,可能导致面团气室聚集,馒头表面较为粗糙。快速二次发酵使面团中蛋白质和阿拉伯木聚糖被充分水解,显著提高了面团液相中蛋白质和可溶性阿拉伯木聚糖含量,但并未获得优异的表观黏度和泡沫稳定性,同时蛋白质水解也破坏了面筋蛋白网络结构,使得面团持气性较低,制成的馒头切面粗糙,平均气孔面积最大。老面发酵面团中物质与水结合能力差,使得面团液相得率显著增加,与快速二次发酵相比,长时间的发酵消耗了可溶性蛋白质和阿拉伯木聚糖,降低了面团液相中蛋白质和阿拉伯木聚糖含量。老面发酵面团液相拥有适中的黏度、泡沫稳定性及较低的表面张力,有助于馒头形成均匀细腻的气孔结构。
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