黑麦麸皮是传统磨粉工艺的副产品,富含膳食纤维、蛋白质、维生素、矿物质及多种植物化学物[1]。将其与小麦粉混合制作面包,能有效提升产品的营养价值。然而研究表明,若直接在面团中添加黑麦麸皮,会干扰面筋蛋白的水合过程,破坏面筋网络结构,从而导致面包质地下降,降低消费者的接受度[2]。
发酵技术作为一种生物处理手段,在提升黑麦麸皮营养价值与改善其加工性能方面展现出广阔前景[3]。天然发酵剂——酸面团,是通过水和活性微生物(主要是乳酸菌和酵母)对谷物、水果、蔬菜等原料进行发酵制成的[4],其在馒头、面包等面制品加工中应用广泛,可显著改善面制品感官品质[5-6]。此外,面包在加工、包装、运输和储存过程中容易受到真菌污染,而酸面团中的乳酸菌在发酵过程中能够产生多种抗真菌成分,从而有效延长面制品的保质期[7]。肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)作为明串珠菌属的一种重要革兰氏阳性乳酸菌,具有高产酸、抗氧化和抑菌等特性。研究表明,L.mesenteroides在酸面团中不仅充当发酵剂,还表现出较强的抑菌活性。BARTKIENE等[8]从自发黑麦酸面团中筛选出的L.mesenteroides No.242对构巢曲霉、绳状青霉和梨孢镰刀菌有抑菌性。MUHIALDIN等[9]验证了L.mesenteroides DU15对多种常见面包腐败真菌的抑制效果,并明确了其产抗真菌化合物的最适条件。
本研究采用对黑曲霉APN-1、产黄青霉APF-3、黄曲霉APE-2及烟曲霉FUM-1具有强抗真菌活性的肠膜明串珠菌D3[10],初步分析其潜在的抗真菌活性成分类别,并设置阴性对照组(抗真菌活性弱的同种乳酸菌——肠膜明串珠菌D9)和空白对照组(自然发酵)制备黑麦麸皮酸面团,研究其对黑麦麸皮酸面团和面包特性的影响,以期为开发营养丰富、品质优良的发酵烘焙产品提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 菌种与试剂
黑曲霉APN-1、青霉菌APF-3、黄曲霉APE-2和烟曲霉FUM-1(筛选自小麦、发霉的黑麦麸皮面包),以及肠膜明串珠菌D3和D9(来源于雅安当地老面),保存于四川农业大学食品学院微生物实验室。
1.2 仪器与设备
PHS-3CB型pH计,上海万舟科技有限公司;AM-CG108厨师机,北美电器有限公司;SCIENTZ-12N冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;1100型高效液相色谱仪,安捷伦科技(有限)公司;TA.XTPlus物性分析仪,英国斯泰博威系统有限公司;3001酶标仪,赛默飞世尔科技(中国)有限公司;L-8900型自动氨基酸分析仪,日本日立高新技术公司。
1.3 实验方法
1.3.1 肠膜明串珠菌D3无细胞上清液(cell free supernatant,CFS)中潜在抗真菌成分类型的初步分析
按实验室前期报道[10]的方法制备肠膜明串珠菌D3的CFS。将活化后的肠膜明串珠菌D3按照2%接种量接种于10 mL的MRS肉汤,37 ℃培养48 h。将发酵菌液在4 ℃、8 000×g下离心10 min,取上清液过0.22 μm无菌滤膜即得CFS。使用微孔板测定CFS的抗真菌活性,以未处理的CFS作为对照,抑菌率的计算如公式(1)所示:
抑菌率
(1)
式中:ODLAB,接种霉菌孢子发酵上清液培养后的OD值;OD1,未接种霉菌孢子发酵上清液培养后的OD值;OD2,接种霉菌孢子MRS肉汤培养后的OD值;ODcontrol,未接种霉菌孢子MRS肉汤和PDB培养基培养后的OD值。
1.3.1.1 中和
参考CHEN等[11]的方法,通过添加1 mol/L NaOH对CFS进行pH中和处理(pH 6.0),随后使用0.22 μm无菌滤膜进行过滤。最后采用微孔板法测定经pH调节的CFS抗真菌效果,以未处理的CFS作为对照组。
1.3.1.2 热处理
将CFS置于100 ℃水浴中孵育15 min,随后冷却至室温,并通过0.22 μm无菌滤膜过滤。
1.3.1.3 蛋白酶处理
使用1.0 mol/L NaOH和HCl将CFS的pH值调整至蛋白酶K(pH 7.4)、胰蛋白酶(pH 7.4)和胃蛋白酶(pH 2.0)的最佳工作pH。随后分别加入上述蛋白酶,使其终质量浓度达到1 mg/mL。在37 ℃孵育2 h,重新将CFS调整至初始pH值,并通过0.22 μm无菌滤膜过滤。
1.3.1.4 H2O2去除
将2 mL CFS的pH值调节至7.0后,与20 mg过氧化氢酶混合。随后将混合液置于37 ℃恒温箱中孵育2 h,重新将CFS调整至初始pH值,并通过0.22 μm无菌滤膜过滤。
1.3.2 黑麦麸皮酸面团的特性分析
参照MOU等[10]的方法制备肠膜明串珠菌D3接种发酵的黑麦麸皮酸面团。将乳酸菌活化2代后培养至对数生长期,离心收集菌体并用无菌生理盐水洗涤2次。称取适量纯净水与菌体混合,加入黑麦麸皮内(初始接种量为108 CFU/g),调整面粉和水的质量,使面团得率(dough yield,DY)为250,DY值的计算如公式(2)所示:
(2)
式中:m粉,面粉的质量,g;m水,水的质量,g。
并将其置于30 ℃恒温培养箱中发酵24 h。同时,以抗真菌活性较弱的肠膜明串珠菌D9接种发酵的黑麦麸皮酸面团作为阴性对照,自然发酵的黑麦麸皮酸面团(RN)则作为空白对照。每种酸面团均设置3个重复样本。
1.3.2.1 pH、总可滴定酸含量(total titratable acidity, TTA)和乳酸菌活菌数
参照TOMIC等[12]、YOU等[13]和BARTKIENE等[14]的方法分别测定酸面团pH和总酸含量,以及乳酸菌数量。取发酵前后的黑麦麸皮酸面团各10.0 g于烧杯中,加入90 mL蒸馏水均质后静置20 min,测定pH。用0.1 mol/L的NaOH溶液滴定烧杯中的混合物至pH=8.5,消耗的NaOH溶液的体积为TTA。
取发酵前后的黑麦麸皮酸面团各10.0 g于无菌采样袋中,加入90 mL无菌生理盐水均质,经系列稀释后,取100 μL适宜稀释液涂布于MRS培养基,37 ℃培养48 h后对样品中的乳酸菌进行计数。
1.3.2.2 乳酸和乙酸的含量
参照WU等[15]的方法,分别取10.0 g黑麦麸皮酸面团于25 mL的0.01 mol/L H2SO4内,用均质机均质,离心后过0.22 μm滤膜,并保存在-20 ℃冰箱。色谱柱采用Waters Atlantis T3色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流动相为9 mmol/L H2SO4,流速0.8 mL/min,柱温30 ℃,进样量10 μL,紫外检测波长210 nm。
1.3.2.3 酸面团的抗氧化活性
参考YALCIN等[16]、JUNEJO等[17]以及LIU等[6]的方法测定游离多酚含量、DPPH自由基清除率和ABTS阳离子自由基清除率。
1.3.3 黑麦麸皮-小麦粉面团和酸面团面包的特性分析
按照MOU等[10]的方法制备黑麦麸皮-小麦粉面团和酸面团面包。黑麦麸皮面包配方为80.0 g小麦粉,20.0 g酸面团、40.0 g水、6.0 g糖、4.0 g黄油、1.0 g盐及1.5 g酵母。将所有原料(除黄油)放入厨师机内,先以二档速度搅拌2 min,再转四档搅拌5 min,加入黄油后以二档搅拌2 min,随后调至四档搅拌25 min,直至面团形成面筋薄膜后取出。面包采用二次发酵法:先将面团置于30 ℃发酵1 h,面团排气搓圆整型后在30 ℃下继续发酵1.5 h。发酵完成后在上/下火170 ℃的烤箱内烘烤30 min。每种面团和面包设置3个重复样本。
1.3.3.1 黑麦麸皮-小麦粉面团的微观结构
将冷冻干燥的面包面团样品切成5 cm×5 cm×5 cm的小块,使用双面导电胶固定在扫描电子显微镜的样品台上,经过抽真空和喷金处理后在15 kV的加速电压下对样品截面进行观察,以250及1 000倍放大倍数拍摄显微照片。
1.3.3.2 黑麦麸皮面包的质构
参考JIN等[18]的方法测定黑麦麸皮面包的质构,并稍作修改。将烘焙后的面包冷却至室温后切成100 mm×100 mm×12 mm的薄片。使用物性分析仪,P/36R探头测定面包质构。测试参数:压缩率40%,2次压缩间隔时间为5 s,测试前速度2 mm/s,测试中速度2 mm/s,测试后速度2 mm/s,感应力5 g。
1.3.3.3 黑麦麸皮面包的挥发性风味物质
参照李晓敏等[19]的方法并稍作调整,采用GC-MS分析面包的挥发性风味化合物。称取2.0 g面包样品于20 mL样品瓶中,将老化后的萃取头插入样品瓶的上空,75 ℃顶空萃取45 min后进样,并在250 ℃的GC进样口处解吸10 min。色谱柱温程序:50 ℃保持2 min,随后以5 ℃/min升温至220 ℃并保持3 min,接着以3 ℃/min升温至250 ℃并维持5 min。将质谱结果与NIST 2020质谱数据库进行对比分析,使用庚酸甲酯作为内标对面包中的挥发性化合物进行半定量分析。
1.3.3.4 黑麦麸皮面包的体外蛋白质消化率和游离氨基酸含量分析
根据INFOGEST指南[20]和LIU等[6]的方法,分析黑麦麸皮酸面团面包的体外蛋白质消化率。
游离氨基酸含量测定参照WU等[15]的方法,取2.0 g冻干面包与25 mL体积分数5%的三氯乙酸混合,超声波处理5 min后以8 000×g离心10 min。经0.22 μm无菌滤膜过滤后,使用自动氨基酸分析仪检测,采用ODC Hypersil色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为乙酸钠∶甲醇∶乙腈=1∶2∶2(体积比),流速1.0 mL/min。色谱柱温度40 ℃,检测波长设置为338 nm和262 nm。
1.3.3.5 黑麦麸皮面包的感官评价
采用WU等[21]的方法对面包进行初步感官评价。感官评价小组由20名经培训的成员组成。将不同面包样品放入相同类型的塑料盒内,随机呈现给感官评价小组成员,过程中提供纯净水漱口。采用1～9分的享乐量表(9:非常喜欢,1:非常不喜欢)评估面包的颜色、味道、气味、质地以及整体可接受度。
1.3.3.6 黑麦麸皮面包的防霉效期
为评估酸面团面包的抗真菌效果,将冷却至室温的新鲜面包切片后置于无菌采样袋中,室温保存,每天监测面包切片的表面霉菌生长情况。
1.4 数据分析
所有实验均设置3次重复,使用SPSS 26统计数据并进行显著性和单因素方差分析,置信水平设定为95%(P<0.05),采用Origin 2024软件绘图。
2 结果与分析
2.1 肠膜明串珠菌D3 CFS中潜在抗真菌成分类型
乳酸菌能产生多种抗真菌成分,包括有机酸、蛋白质和多肽等[22]。对肠膜明串珠菌D3的CFS进行pH中和、加热、加入蛋白酶或者过氧化氢酶处理,初步分析其CFS中潜在抗真菌活性成分类别(图1)。如图1-a所示,中和pH后,肠膜明串珠菌D3的CFS对4种指示霉菌的抑制率大幅显著降低(P<0.05),表明酸类成分是其抗真菌活性的重要来源,这与CHEN等[11]的研究结果一致。乳酸菌在生长代谢过程中会产生乳酸、乙酸及苯乳酸等有机酸,它们可以穿过腐败微生物的细胞膜并在细胞内解离,降低细胞内的pH,从而抑制腐败微生物的生长代谢。热处理降低了肠膜明串珠菌D3的CFS对黑曲霉和烟曲霉的抑制率(P<0.05)(图1-b),表明存在一定量的热敏感性抗真菌成分。LIU等[23]研究表明,一些热不稳定性物质(乙酸、双乙酰等)也具有较强的抗霉菌活性,江宇航等[24]也发现加热会降低乳酸菌LXRR3对致病微生物的抑制率。经过氧化氢酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶和蛋白酶K的酶水解处理后(图1-c和图1-d),抑制率与对照组相比无显著差异(P>0.05),表明D3的CFS中潜在抗真菌活性成分类别为非过氧化氢类和蛋白质类。
a-pH中和法;b-热处理法;c-蛋白酶;d-过氧化氢酶
图1 不同处理的CFS对4种霉菌抑制率
Fig.1 Inhibition rates of CFS under different treatments against four molds
注:不同的小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2 黑麦麸皮酸面团的特性
2.2.1 pH、总酸和乳酸菌活菌数
在酸面团发酵过程中,乳酸菌代谢产生有机酸,导致pH值下降、TTA上升。如表1所示,经过发酵,黑麦麸皮酸面团的pH值和TTA值均产生明显变化。与RN酸面团相比,接种乳酸菌产生的有机酸导致其pH值显著降低(P<0.05),而TTA值相应升高(P<0.05)。D3酸面团的TTA值变化最为明显,从3.82 mL增至31.41 mL。经过24 h发酵,D3和D9酸面团中的乳酸菌活菌数分别达到9.38 lg CFU/g和9.41 lg CFU/g,均显著超过RN酸面团(P<0.05),这表明这2株菌在黑麦麸皮中具有很好的增殖能力。
表1 发酵前后黑麦麸皮的理化性质和乳酸菌活菌数的变化
Table 1 Changes in physicochemical properties and viable lactic acid bacteria count of rye bran before and after fermentation
发酵前发酵后D3D9RND3D9RNpH6.44±0.01a6.43±0.07a6.49±0.00a3.90±0.02c4.45±0.01b4.59±0.04aTTA/mL3.82±0.01a3.78±0.10a3.81±0.08a31.41±0.71a27.00±0.38b22.53±0.25c活菌数/(lg CFU/g)8.21±0.06a8.06±0.06b3.70±0.01c9.38±0.11a9.41±0.01a7.88±0.01b乙酸/(mg/g)———1.25±0.06b2.42±0.01a2.28±0.03a乳酸/(mg/g)———35.87±0.73a10.56±0.46b5.26±0.01c
注：RN为自然发酵黑麦麸皮酸面团;D3为接种较强抗真菌活性的肠膜明串珠菌D3的酸面团;D9为接种较弱抗真菌活性的肠膜明串珠菌D9的酸面团;—表示未检出(下同);不同的小写字母表示不同菌株间存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2.2 乳酸和乙酸含量
乳酸和乙酸是乳酸菌在发酵过程中产生的主要有机酸。如表1所示,D3和D9酸面团中的乳酸含量显著高于RN酸面团,其中D3的乳酸含量最高,达35.87 mg/g,而RN酸面团仅为5.26 mg/g。D3酸面团乙酸含量显著低于D9和RN酸面团(P<0.05),D9和RN酸面团之间无显著差异(P>0.05)。
2.2.3 黑麦麸皮酸面团的抗氧化性能
乳酸菌在发酵过程中促进谷物酸化,激活面粉中的淀粉酶、蛋白酶和木聚糖酶等内源性酶,促使结合态酚类化合物(肉桂酸及苯甲酸衍生物)释放,从而提高谷物的总酚含量与抗氧化活性,但改善程度取决于所用的微生物菌种[25]。如图2所示,与RN酸面团(175.55 mg/100 g)相比,接种肠膜明串珠菌的黑麦麸皮酸面团中游离总酚含量显著增加(P<0.05)。其中,D3酸面团表现出最高的游离总酚含量,达到207.06 mg/100 g。接种肠膜明串珠菌的黑麦麸皮酸面团在ABTS阳离子自由基清除率上也显著优于RN酸面团(P<0.05)。此外,D3酸面团展现出43.12%的DPPH自由基清除活性,显著高于D9和RN酸面团(P<0.05)。类似地,BARTKIENE等[14]将乳酸片球菌引入大麦酸面团后,酚类含量增加34%,自由基清除活性提升79%。
图2 不同黑麦麸皮酸面团的抗氧化活性
Fig.2 Antioxidant activity of different rye bran sourdoughs
2.3 黑麦麸皮-小麦粉面团的微观结构
通过扫描电子显微镜发现(图3),RN组面团的面筋网络结构粗糙、松散,局部有断裂或塌陷;气孔大小不均,存在一些非常大的气孔;淀粉颗粒镶嵌在面筋蛋白网络中,与基质的结合不紧密。D3和D9中的面筋网络结构得到极大改善,变得更连续、更均匀,气孔大小分布明显更均匀。这与菌株D3、D9在发酵过程中产生大量的有机酸有关。较低的pH可以促进面筋蛋白水解和分子链断裂,这使得面筋蛋白在发酵产气时更容易延展,形成更薄、更连续、更具弹性的蛋白质薄膜[26]。
a-面包面团D3组;b-面包面团D9组;c-面包面团RN组
图3 不同面包面团的扫描电镜图
Fig.3 SEM images of different bread doughs
注:上排照片放大倍数为250倍,下排照片放大倍数为1 000倍。
2.4 黑麦麸皮面包的特性分析
2.4.1 黑麦麸皮面包的质构
面包的品质与其硬度、胶着性及咀嚼性呈反比关系,而与弹性成正比。如表2所示,RN面包硬度最高,达638.85 g,D3面包则最低,为537.45 g。D3与D9面包的硬度差异不显著(P>0.05),这表明采用肠膜明串珠菌发酵的黑麦麸皮酸面团能有效降低面包硬度。面包的胶着性和咀嚼性趋势与硬度变化一致,但3种面包的咀嚼性和弹性无显著差异(P>0.05)。
表2 面包的质构特性
Table 2 Texture characteristics of bread
组别硬度/g胶着性咀嚼性弹性D3537.45±19.71b456.23±25.21b438.75±35.23a0.43±0.01aD9575.15±5.31b473.40±2.86b451.23±18.85a0.45±0.01aRN638.85±20.14a519.94±8.92a492.46±15.42a0.41±0.03a
2.4.2 黑麦麸皮面包的体外蛋白质消化率及游离氨基酸含量
由图4可知,D3面包表现出更高的体外蛋白质消化率,分别达到RN和D9面包的1.26倍和1.28倍(P<0.05)。这种提升可能主要归因于肠膜明串珠菌D3菌株强大的产酸能力,发酵过程中产生的有机酸增多,从而降低了面团的pH值。较低的pH值激活了小麦的内源性蛋白酶活性,促进蛋白质水解为小分子肽段和游离氨基酸,进而提升了面包的体外蛋白质消化率[27]。类似地,NIONELLI等[28]也报道了乳酸菌发酵能提高大麻籽面包的体外蛋白质消化率。
图4 不同面包的体外蛋白消化率
Fig.4 In vitro protein digestibility of different breads
如表3所示,与RN面包相比,D3和D9面包的总游离氨基酸含量分别增加29.45 mg/100 g和23.82 mg/100 g(P<0.05)。此外,赖氨酸和苯丙氨酸等必需氨基酸在D3和D9面包中的含量也显著高于RN面包(P<0.05)。赖氨酸对代谢平衡和免疫功能至关重要[29],而苯丙氨酸通过酶促反应生成苯乙醇、苯乙醛等风味化合物,为面包增添香气[30]。综上所述,接种肠膜明串珠菌不仅能提升游离氨基酸含量,还能优化必需氨基酸比例,增强面包营养价值。
表3 黑麦麸皮面包中游离氨基酸含量 单位:mg/100 g
Table 3 Content of free amino acids in rye bran breads
游离氨基酸RND3D9天冬氨酸—3.98±0.04a—苏氨酸14.81±0.21a8.75±1.63b7.51±0.59b丝氨酸—7.02±0.51a6.92±0.12a谷氨酸21.92±0.42a17.35±1.87b23.69±0.12a甘氨酸7.20±0.13a6.68±0.63a6.21±0.42a丙氨酸5.82±0.21c11.91±0.12a10.03±0.63b半胱氨酸17.81±3.63a14.98±0.11a14.95±0.50a缬氨酸2.52±3.56a7.12±0.25a2.16±0.69a蛋氨酸3.74±0.18a2.72±0.21b0.83±0.33c异亮氨酸—0.77±1.09a—酪氨酸20.31±0.21a20.42±0.08a20.98±0.47a苯丙氨酸14.73±4.34b35.53±0.44a38.70±0.54a赖氨酸8.88±0.08b15.30±2.92a15.20±0.41a组氨酸5.62±0.68a——精氨酸—0.26±0.23a—总含量123.32±4.12b152.77±8.21a147.14±0.01a
2.4.3 黑麦麸皮面包的挥发性风味物质
由表4可知,3种面包共检测出50种挥发性风味物质,其中酯类17种、醛类10种、醇类9种、酸类5种、酮类4种、其他化合物5种。RN面包中检测到的挥发性风味成分种类较多,为34种,但从挥发性化合物的总含量来看,D3和D9分别是RN的1.44倍和1.35倍。
表4 黑麦麸皮面包中挥发性风味成分含量
Table 4 Content of volatile flavor compounds in rye bran breads
类别序号挥发性风味物质相对含量/(μg/kg)D3D9RN醇类1苯乙醇50.37±11.87a63.47±0.65a26.32±2.49b21-辛醇0.44±0.07——31-己醇0.17±0.01a0.12±0.01b0.13±0.00b41-庚醇1.77±0.10a0.51±0.02b0.91±0.28b53-乙氧基丙醇0.16±0.03—0.11±0.0063-甲硫基丙醇—0.36±0.04—72-乙基己醇——0.17±0.008顺-3-壬烯-1-醇—0.09±0.01—91-辛烯-3-醇—1.06±0.25—酸类10辛酸0.32±0.12—0.47±0.0311己酸0.10±0.06——12棕榈酸1.31±0.42——13异戊酸—0.24±0.09—142-甲基丁酸—0.11±0.44—酯类15新戊酸异丁酯0.04±0.00——16辛酸乙酯15.31±1.57a5.62±0.19b12.79±0.10a17己酸乙酯0.74±0.07a0.35±0.05b0.70±0.01a18壬酸乙酯1.42±0.14—0.84±0.0819庚酸乙酯0.29±0.03—0.16±0.0120月桂酸乙酯0.25±0.10—0.24±0.0321癸酸乙酯2.98±0.02a1.51±0.25b3.01±0.07a22乙酸苯乙酯—1.22±0.210.92±0.29234-庚内酯—0.47±0.09—24环丁甲酸-(2-四氢呋喃甲)酯——0.04±0.0225亚硫酸-2-乙基己基·己酯——0.06±0.01262-乙基丁酸-2-甲基丙酯——0.07±0.0027二氯乙酸-(6-乙基-3-辛)酯——0.06±0.00289-癸烯酸乙酯——0.08±0.0129乙酸己酯——0.11±0.05302-甲基丁酸-4-甲基戊酯——0.05±0.0031γ-壬内酯——1.08±0.10醛类32壬醛0.42±0.03c1.46±0.01a0.69±0.07b333-甲基己醛0.15±0.12——34苯乙醛1.11±0.06a0.80±0.18ab0.62±0.02b35苯甲醛4.17±0.59a1.82±0.02b2.05±0.09b36反式-2-辛烯醛0.28±0.03—0.35±0.0137反式-2-壬烯醛0.24±0.03b0.16±0.01c0.41±0.01a38反式-2-庚烯醛0.15±0.01——39辛醛—0.09±0.01—40癸醛—0.34±0.11—41糠醛——0.09±0.03酮类422-壬酮0.21±0.03—0.26±0.05435-甲基-1-苯基-1-己酮—0.10±0.01—44丙酮——0.19±0.01452,5-己二酮——0.18±0.04其他46吲哚1.14±0.10——472-戊基呋喃1.97±0.09a0.31±0.01c1.60±0.13b482-甲基戊酸酐——0.04±0.0149乙醛二乙基腙——0.20±0.03504-乙烯基愈创木酚——4.49±0.68
结合表4和图5可知,与RN相比,D3和D9面包中的醇类物质含量显著增加。与面包香气呈正相关、具有玫瑰花香和果香的苯乙醇是黑麦麸皮酸面团面包中含量最大的醇类挥发性化合物,它主要由酵母发酵过程中代谢产生,能丰富面包的风味层次,是构成面包香气的重要组成部分;D3和D9的苯乙醇含量分别达到了50.37 μg/kg和63.47 μg/kg。此外,3种面包中均检出油脂果香和草香味的1-庚醇和1-己醇,且D3的含量最高。
图5 不同黑麦麸皮面包中各类别挥发性物质的含量
Fig.5 Content of various types of volatile flavor compounds in different rye bran breads
酯类是面包中典型的挥发性物质,大部分酯类物质的阈值较低,且呈现果香和花香。与RN相比,D3中的酯类化合物含量提高了4.32%,而D9降低了54.37%。辛酸乙酯和癸酸乙酯具有青苹果、甜果和葡萄酒等多种水果风味,是黑麦麸皮酸面团面包中含量最高的2种酯类化合物。
醛类是美拉德反应引发的氨基酸和脂质降解的关键产物,气味阈值也很低。苯乙醛、苯甲醛和壬醛在3种面包中均检测到。其中苯乙醛因其强烈的玫瑰香味而被用于香水中,且D3和D9的苯乙醛含量均高于RN。酸类挥发性化合物不仅能赋予面包独特的酸味,而且是多种风味物质的前体。D3中酸类挥发性化合物的总含量最高,种类最多。
自然发酵依赖于谷物基质和环境中的野生菌群,其菌群结构复杂且不稳定,容易导致发酵不充分,甚至产生异味,例如RN面包种检测出具有微弱的碱性气味的乙醛二乙基腙和刺鼻酸味的2-甲基戊酸酐。微量的吲哚呈现出优雅的花香,类似茉莉、橙花的香气,只在D3中检测到。
2.4.4 黑麦麸皮面包的感官评价
添加肠膜明串珠菌的D3和D9面包的各项指标均优于RN面包,说明酸面团接种发酵有利提高面包整体感官品质。值得注意的是,3种面包间味道、口感和总体喜爱度的差异性不显著(P>0.05)(图6)。D3面包获得了最高的口感得分(6.15),这可能与D3较低的硬度和胶着性有关。D3在香气方面表现突出,可能与挥发性风味化合物含量较高有关,而D9则在味道、颜色及总体喜爱度方面更胜一筹。
图6 不同黑麦麸皮面包的感官评价
Fig.6 Sensory evaluation of different rye bran breads
2.5 黑麦麸皮面包的防霉效期
如图7所示,D3面包的防霉效期明显长于D9和RN面包(P<0.05)。D3面包在第13天出现霉菌生长,而D9面包则是在第9.5天出现,这与肠膜明串珠菌抗真菌活性强弱相符。值得注意的是,与ATFAOUI等[31]的研究相比,D3面包的防霉效期显著更优。
a-面包的防霉效期;b-第13天面包表面霉菌生长情况
图7 面包的防霉效期和第13天面包表面霉菌生长情况
Fig.7 Antifungal period of different breads and mold growth on bread surface observed at day 13
3 结论
本研究表明,具有强抗真菌活性的肠膜明串珠菌D3可用于黑麦麸皮酸面团的制备,并显著提升面包的综合品质与抗霉菌效果。发酵过程中,D3菌株表现出优良的产酸与代谢活性,有效改善了面团的微观结构。此外,D3发酵显著增强了酸面团的抗氧化能力,提高了游离多酚与总游离氨基酸含量,并提升了黑麦麸皮面包的体外蛋白质消化率。尤为重要的是,D3菌株发酵显著延长了面包的防霉效期,体现出卓越的生物防腐潜力。本研究为酸面团面包的生产提供了优良的乳酸菌种资源,后续可进一步优化肠膜明串珠菌D3发酵工艺,以改善面包的感官特性。
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