馒头以小麦面粉为原料,经发酵后制作而成,是中国人不可或缺的主食,距今已有1 700多年的历史。馒头的发酵需加入发酵剂,其发酵工艺与风味特征高度依赖微生物群落的活动。我国馒头发酵剂类型主要包括工业发酵剂和传统发酵剂。工业上常用的发酵剂一般为活性干酵母,其发酵时间短、工艺简单,所以使用广泛。但活性干酵母只含有单一酵母菌,用其发酵的馒头风味比较单一,已不能满足人们对风味的追求[1]。家庭制作则选择传统发酵剂,制作出的馒头具有风味物质更加丰富的优势。传统发酵剂主要包括酒曲、酵子、老面等[2]。用于馒头发酵的酒曲有酒糟、非蒸馏性发酵白酒、米酒等[3],主要依靠曲霉使原料糖化、发酵。酒曲发酵风味丰富,但加工酒曲费时间、技术要求高,制作过程也相对复杂[4]。酵子是以小曲或大曲等为菌种,以玉米粉、米面或麸皮等谷物为原料,经发酵和风干后制成的发酵剂[5]。酵子在酵母菌、乳酸菌等多种微生物的协同作用下多次发酵而成[6],能使馒头蓬松香甜、口感较佳,并具备成本低、工序简便、成品质量较高等优势。然而,由于制作方法较为传统,生产环境较差,致使馒头品质不稳定,且难以实现大规模生产[7]。老面又称酵头、老酵、酸面团等[3],它是自然发酵而成,含有野生酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等菌种。老面馒头采用之前制作馒头时剩余的发酵面团作为菌种来源,经过隔夜发酵后,第二天再次添加面粉,随后成型、醒发并蒸制而成[2]。用老面发酵的馒头口感独特,表皮光滑柔软且有嚼劲,具有特殊的风味和香气,成本也比较低廉[3]。
与其他传统发酵剂对比,老面发酵馒头具有口感、结构、香味等多种优势,可进一步研发成为新型商业发酵剂。然而,其菌群结构和风味形成等规律尚不明确。本文聚焦老面菌群组成的地域性特征及其代谢对风味形成的调控机制,以期为传统发酵食品的现代化改良提供科学参考。
1 老面发酵剂的菌群组成及其地域性差异
老面发酵剂的核心菌群包括真菌[酵母属、威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces anomalus)、曲霉属(Aspergillus)等]和细菌[乳杆菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)等],不同地区的老面发酵剂微生物组成有一定差异,这与当地的气候条件相关。
1.1 老面发酵剂主要真菌菌群特征
酵母菌和霉菌是老面发酵剂的主要真菌组成。酵母菌中的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为绝对优势菌种,其强糖酵解能力是面团膨发和乙醇生成的关键。非酿酒酵母如威克汉姆酵母和德尔布有孢圆酵母(Torulaspora delbrueckii)则通过酯酶合成乙酸乙酯、苯乙醇等芳香物质,贡献果香与花香调性。
根霉(Rhizopus)与曲霉等霉菌是第二大真菌类微生物。在湿热地区(如云南)占比显著,其分泌的淀粉酶和蛋白酶可加速底物降解,生成麦芽糖与游离氨基酸,为后续风味合成提供前体。
1.2 老面发酵剂主要细菌菌群特征
乳酸菌是老面发酵剂的主要细菌,其中乳杆菌属与片球菌属在北方干燥地区占主导,通过同型发酵(生成乳酸)或异型发酵(生成乳酸、乙酸及CO2)调节面团pH值,并代谢支链氨基酸产生3-甲基丁醛等坚果风味物质。
此外,醋酸菌是除乳酸菌外另一类重要细菌,醋杆菌属(Acetobacter)在湿热环境(如安徽)中丰度较高,其氧化乙醇生成乙酸,与酵母代谢的醇类酯化形成乙酸乙酯,赋予馒头清新果香。
1.3 地域性菌群分布规律
我国多地区以老面为发酵剂制作馒头,以河南、河北、山东等北方地区为主,且菌群间存在差异,如表1所示,几个地区发酵剂的优势真菌属主要是酵母属和威克汉姆酵母属;优势细菌属主要有片球菌属、乳杆菌属、明串珠菌属和魏斯氏菌属(Weissella)。
表1 不同地区来源老面发酵剂的菌群差异
Table 1 Differences in microbial communities of sourdough starters from different regions
分布地区真菌菌群细菌菌群参考文献河南 郑州链格孢属、酵母属乳杆菌属南阳有孢圆酵母属、酵母属明串珠菌属、乳杆菌属三门峡酵母属、链格孢属魏斯氏菌属[8-9]周口酵母属、威克汉姆酵母属乳杆菌属商丘威克汉姆酵母属、酵母属片球菌属安阳威克汉姆酵母属、酵母属片球菌属山东 酵母属、假丝酵母属片球菌属、乳杆菌属和魏斯氏菌属[9-10]河北 哈萨克斯坦酵母属、毛壳属、散尾鬼笔属片球菌属、乳杆菌属、链霉菌属、考拉杆菌属、魏斯氏菌属[10-11]山西 威克汉姆酵母属片球菌属、葡糖杆菌属和醋杆菌属[10,12]云南 曲霉属和根霉属乳球菌属、乳杆菌属[10,13]安徽 合肥酵母属明串珠菌属[14]甘肃 兰州酵母属乳杆菌属[14]新疆 酵母属乳杆菌属[14]黑龙江哈尔滨酵母属、威克汉姆酵母属乳杆属[12]
河南地区老面以酵母属、有孢圆酵母属(Torulaspora)和威克汉姆酵母属为优势真菌属。在酵母属中,最具代表性的是酿酒酵母,酿酒酵母是迄今为止对人类社会具有较大贡献的菌种,该菌种广泛应用于酿酒行业、烘焙食品及药品制造领域[15]。有孢圆酵母属是一种非酿酒酵母菌,其中德尔布有孢圆酵母不仅耐高渗环境,还能高效合成酯类物质,从而赋予发酵产物丰富的果香风味[16],在我国内蒙古西部地区面食发酵剂中也有发现。威克汉姆酵母属能够借助合成酶的作用,促使原料里的前体物质生成酯、酸、醇、醛等多种芳香性物质,具有很强的产香、产酯能力[17]。乳杆菌属和片球菌属为优势细菌菌属。乳杆菌属包含发酵粘液乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum)、瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)等,是目前开发研究比较深入的一类益生菌,是人类肠道中重要的菌群[18]。片球菌属包含戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)、小片球菌(Pediococcus parvulus)等。其中,戊糖片球菌是被批准的可食用菌种[19],可抑制食源性致病菌的生长,具有抗氧化、提升免疫力的作用。同时,其在动物饲料及发酵食品等方面有着广泛的应用发展前景[20]。
河北地区老面样品中哈萨克斯坦酵母属(Kazachstania)、毛壳属(Chaetomium)和散尾鬼笔属(Lysurus)是主要真菌菌属。哈萨克斯坦酵母属属于好氧型酵母,它能够在面团发酵环节产生一定的积极影响[21]。片球菌属、乳杆菌属、链霉菌属(Streptomyces)和考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)是样品中主要细菌菌属。链霉菌属可产生丰富的次生代谢产物,且具有良好的生物活性[22]。考拉杆菌属具有产生短链脂肪酸的功能[23]。
安徽、甘肃、新疆和黑龙江地区真菌菌属主要以酵母属为主,包含酿酒酵母、扣囊复膜孢酵母(Saccharomycopsis fibuligera)等。细菌菌属中,明串珠菌属占据重要地位,该菌属包含冷明串珠菌(Leuconostoc gelidum)、柠檬明串珠菌(Leuconostoc citreum)、肠膜明串珠菌(Leuconostoc mesenteroides)等多个菌种。柠檬明串珠菌是明串球菌属中常见的菌种,其产生的细菌素可用在发酵食品的生物保存中[24]。
综上所述,不同地区优势真菌属存在共性,均以酵母属和威克汉姆酵母属为主。而细菌菌属却存在明显差异。云南气候相对温暖湿润,高静等[10]通过高通量测序技术分析发现,该地区老面样品在属水平上以乳杆菌属为主。而在寒冷干燥的地区,如北方的一些高纬度地区,由于低温和干燥的环境菌群种类可能相对较少,优势菌群可能也会有所不同。河北、山西、山东的老面样品在属水平上是以片球菌属为主。处于中部地区的安徽则以明串珠菌属为优势细菌属。因此,地区环境不同是引起优势细菌菌群差异的重要因素。
另外,正是因为老面发酵剂微生物种类的多样性,造成了代谢产物的多样性,进而形成了老面馒头的独特风味。
2 老面发酵馒头风味物质的形成机制
2.1 老面发酵馒头的风味特征
老面中菌群结构组成较为复杂,而这种复杂性恰好赋予了馒头独特的风味特征。风味主要包括气味和滋味,在当前的发酵面制品风味相关研究中,大多数聚焦于气味,即挥发性的香味成分[25],而滋味则是非挥发性的水溶物质[9]。老面发酵过程中产生的挥发性风味物质主要包括醇类、酯类和醛类[26]。在老面发酵馒头中,醇类物质是关键的风味成分,其生成途径主要是碳水化合物的代谢[27]。酯类物质作为老面发酵馒头中香气特征显著的挥发性风味物质,其合成机制有2种:一是酵母菌自身的酯酶,催化酸类和醇类发生缩合反应形成的;二是由醇酰基转移酶发挥作用,催化乙酰辅酶A与对应的醇类缩合后产生[28]。醛类和酮类物质的生成主要是依赖乳酸菌或酵母菌产生的相关酶类催化氨基酸进行转氨反应或者脱氨反应[29]。酸、甜、苦、咸、鲜、厚是食品中的6个基本滋味[30],老面发酵馒头中非挥发性物质主要由糖类(蔗糖、果糖等)、有机酸(柠檬酸、苹果酸等)、氨基酸(天冬氨酸、谷氨酸等)组成[9]。由此可见,微生物发酵是老面发酵馒头风味物质生成的基础,微生物与风味之间存在着紧密的关联。
2.2 不同菌种对老面馒头风味的影响
老面发酵剂中优势菌种的不同,使发酵后风味物质形成差异,最终赋予馒头丰富的风味,如表2所示。酵母菌发酵赋予馒头醇类、醛类以及酯类风味物质;此外,乳酸菌发酵同样产生醇类及酯类风味物质;而发酵剂中的醋酸菌一般产生醛类风味成分。在发酵环境中各菌种又相互作用,代谢产生酮类、酸类和其他风味产物。
表2 老面发酵剂中的菌属与其产生的挥发性风味物质
Table 2 The genus of bacteria in the sourdough starters and the volatile flavor substances it produces
风味物质种类风味物质风味类型菌属参考文献醇类1-辛烯-3-醇蘑菇味乳杆菌属[9,31]2-庚醇柑橘味、脂肪味、辣味片球菌属、魏斯氏菌属、毕赤酵母属[31-32]3-甲基-1-丁醇香醋、酒精风味乳球菌属、乳杆菌属、酵母属[33]异戊醇白兰地味乳杆菌属、片球菌属、酵母属[9,33]2-苯基乙醇玫瑰味乳杆菌属、片球菌属[9,33]苯乙醇蜂蜜甜香乳杆菌属、片球菌属、毕赤酵母属、根霉属[9,33-35]1-戊醇沥青味链球菌属、魏斯氏菌属[31,35]2,3-丁二醇玫瑰味乳杆菌属、醋酸杆菌属、明串珠菌属、根霉属[9,34-36]醛类(E)-2-壬烯醛黄瓜味、脂肪味酵母属、醋酸杆菌属[33,35]乙醛果味、青草味红曲霉属、明串珠菌属[33,35]2-壬烯醛烤肉味乳杆菌属[9,31]己醛草味、苹果味、脂肪味酵母属[9,31]庚醛果味乳球菌属、乳杆菌属、德巴利酵母属[31]壬醛柑橘味、脂肪味乳杆菌属[9,31]苯甲醛杏仁味乳杆菌属[34,38]酯类辛酸乙酯果味乳杆菌属、片球菌属、陶索尼酵母属[9,31,34]乙酸乙酯果味乳杆菌属、陶索尼酵母属、酵母属[9,34]癸酸乙酯梨味乳杆菌属[31,34]乙酸丁酯苹果味毕赤酵母属[31-32]γ-壬内酯椰子味酵母属[31]己酸乙酯果味陶索尼酵母属、根霉属[34,39]乳酸乙酯果味醋酸杆菌属、明串珠菌属、毕赤酵母属[6,34]其他2-辛酮清香味毕赤酵母属[38]3-羟基-2-丁酮奶油味、黄油味明串珠菌属、红曲霉属[35]2-戊基-呋喃坚果香乳杆菌属[9]
ZHANG等[27]从老面馒头中鉴定出40种挥发性化合物,其中醇类主要包括3-甲基-1-丁醇、1-辛烯-3-醇和己醇等;酯类主要有癸酸乙酯和γ-壬内酯;醛类则以壬醛、癸醛为主;而酮类化合物则主要为香叶基丙酮和β-紫罗兰酮。SUO等[40]从老面发酵面团及馒头中检出4种醇类物质包括1-辛烯-3-醇、1-己醇、苯乙醇和1-庚醇。KIM等[41]在4种发酵馒头中检测到醇类中含量最高的是乙醇,是馒头香味的主要来源之一。综上,老面馒头中的挥发性香气成分主要包括以甜味及青草味为主的醛类和醇类化合物,如已醛、庚醛、2-戊基呋喃、正戌醇[12],以及一些酯类、酮类、杂环类等化合物[25]。
醇类包括1-辛烯-3-醇、1-庚醇、3-甲基-1-丁醇、异戊醇等,这些物质可以呈现出蘑菇味、柑橘味和酒味等香味。醛类有己醛、庚醛和壬醛等,表现出清香、水果香等香味。酯类中具有强烈果香和酒香香气的乙酸乙酯最多,此外还有辛酸乙酯、乳酸乙酯等,赋予老面馒头酯香[6]。何晓赟[42]通过气相色谱-嗅觉敏感分析检测推测3-甲基丁醛、乙酸乙酯、己醛、1-辛烯-3-醇、苯乙醇是老酵馒头的特征风味物质,奠定了老面馒头的风味基底,为馒头带来浓郁的酸味、乳香、花香及水果香气。
2.3 菌种介导的老面馒头风味物质的形成机制
馒头独特风味物质的生成与老面发酵剂所含菌种构成紧密相关。在馒头醒发阶段,乳酸菌、酵母菌等主导菌种,以及醋酸菌、霉菌等协同发挥作用。这些菌种通过糖酵解反应将碳水化合物分解,利用酯化作用促进风味物质合成,推动氨基酸转化生成具有特殊风味的中间产物,并借助自身增殖代谢活动,共同生成醇类、酯类、醛类、酚类等多种风味物质,赋予馒头独特的香气和口感[25]。
2.3.1 酵母菌
老面发酵剂中的酵母主要源自环境或发酵原材料,这些酵母在发酵过程中,能够生成多种对馒头香气有重要影响的化合物。老面里的优势真菌,酵母属与假丝酵母属(Candida)占据主导地位,包括酿酒酵母、矮小假丝酵母(Candida humilis)、异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)、扣囊复膜酵母和膜醭毕赤酵母(Pichia membranifaciens)等,其中,酿酒酵母数量最多,是老面中的优势菌种[10]。在发酵过程中,酵母菌具备丰富的酶代谢体系,包括α-淀粉酶、蛋白酶、麦芽糖酶和酒精酶等。凭借这些酶类,酵母菌可将面粉里的淀粉等大分子物质分解为麦芽糖、葡萄糖等小分子物质[43]。
首先,如图1所示,酿酒酵母通过糖酵解反应继续发酵麦芽糖、葡萄糖、蔗糖和果糖等糖类,产生CO2,增加面团体积,减少面团中的可发酵的低聚糖、双糖、单糖和多元醇,并产生多种醇类、酯类物质增加面团风味,如3-甲基-1-丁醇、苯乙醇等化合物[44]。3-甲基-1-丁醇具有“香脂、酒精、麦芽”的风味,且气味活性值较高,对面食香气有积极影响[45]。
图1 馒头风味形成机制
Fig.1 The mechanism of steamed bread flavor formation
其次,酵母菌还可以通过Ehrlich途径将一些氨基酸,如亮氨酸、缬氨酸转化为3-甲基-1-丁醇、2-苯乙醇等风味成分[46],赋予馒头玫瑰、蜂蜜般的气味。
此外,有研究发现酿酒酵母在面团发酵过程中还产生了2,3-戊二酮,这种具有黄油气味的化合物通常在面包皮中通过美拉德反应产生,其在面团发酵阶段对风味物质形成有独特贡献[45]。酵母菌的初级和次级代谢产物包括醇类、氨基酸、有机酸、酯类等各类风味物质,共同构成老面馒头的复杂风味[9]。
2.3.2 霉菌
霉菌的酶系发达、分解能力突出,繁殖过程中会释放淀粉酶、酸性蛋白酶等各类酶。这些酶可参与代谢活动,生成醇类、酯类、酮类、吡嗪类化合物及氨基酸等风味成分或其前体成分,促使发酵过程形成“边糖化、边发酵”的连锁反应模式。如图1所示,在生长时期,根霉同样能通过糖酵解和三羧酸循环途径产生乳酸、琥珀酸等有机酸与部分醇类物质,为馒头赋予独特风味[43]。杨浣漪等[47]从河南地区传统面食里分离出一株米根霉(Rhizopus oryze),该菌株不仅具有较强的糖酵解能力,还能够生成乳酸、反丁烯二酸及乙醇等挥发性成分。YU等[48]进一步研究发现霉菌发酵能够显著催化3-甲基-1-丁醇、2,5-二甲基吡嗪及α-蒎烯等关键风味物质的生物合成,不仅丰富了风味物质的种类,还提升了其含量水平,最终赋予产品独特的麦芽香、坚果香及烘焙香气特征。
2.3.3 乳酸菌
乳酸菌通过发酵降解大分子化合物产生乙酸和乳酸等有机酸,对馒头风味产生影响[49]。面团中富含植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)、旧金山果实乳杆菌(Fructilactobacillus sanfranciscensis)和短乳杆菌(Levilactobacillus brevis)等多种乳酸菌[50]。通过深入研究乳酸菌的代谢机制,如图1所示,糖酵解途径和氨基酸转化途径,有助于优化其代谢调控,促进风味物质的产生,改善馒头的品质和风味[25]。
首先,乳酸菌在转氨和脱氨反应中分解含硫、分支链和芳香族氨基酸产生多种风味化合物,利用精氨酸产生的NH3可影响面团酸碱性和风味,丝氨酸产生的丙酮酸也影响面团风味。其中,通过代谢亮氨酸、异亮氨酸生成的3-甲基丁醇、2-甲基丁醛和通过转氨酶作用生成的苯甲醛及其中间产物苯丙酮酸等赋予了老面馒头独特的果香味、麦芽味和坚果味[51]。乳酸菌发酵后,有机酸和乙醇作用产生一些酯类物质,如乙酸乙酯、乙酸己酯和乳酸乙酯等,赋予食品香味[52]。
其次,乳酸菌还可以利用多种氨基酸转化酶参与面团中氨基酸代谢,比如通过分泌蛋白酶,将寡肽分解为游离氨基酸和小分子肽等风味前体物质[53]。通过谷氨酸脱羧酶产生γ-氨基丁酸调节pH值,影响面团风味。通过氨基转移酶使氨基酸形成α-酮酸,进而代谢为影响面团风味的醛、醇、羧酸等化合物。在丙酮酸脱氢酶的作用下生成乙酰辅酶A和乙醛,两者反应形成双乙酰,而双乙酰又在乙偶姻脱氢酶的作用下形成乙偶姻,乙偶姻是一种带有奶香和脂肪香味的物质[54]。乙偶姻也可进一步反应生成2,3-丁二醇[55]。
在糖酵解过程中,乳酸菌可利用五碳糖和六碳糖作为底物,经三羧酸循环生成乳酸、草酸、苹果酸、柠檬酸及琥珀酸等有机酸类物质。这些有机酸不仅为面团提供基础酸味特征,其羧酸基团还可与醇类物质的羟基发生酯化反应,生成具有芳香特性的酯类化合物,共同构成面团的特征性风味物质基础[56]。
此外,乳酸菌在自身代谢的过程中,还能生成核酸、腺苷、鸟嘌呤以及次黄嘌呤这类物质。所以用乳酸菌进行发酵处理的面团,能够产生独特风味。
2.3.4 醋酸菌
醋酸菌主要包含醋杆菌属与葡糖醋杆菌属(Gluconacetobacter)这两类,如图1所示,它们除了能借助呼吸链把乙醇这类醇类物质转化为乙酸、乳酸等有机酸之外,还可以促进乙醛、丙酮等物质的生成,而这些醛类和酮类物质能让馒头带有果香和奶油香气[57]。
其次,醋酸菌的许多菌株具有很高的醋酸发酵能力以及耐醋酸和乙醇的能力,而且它还能够对各种糖、糖醇和糖酸进行氧化发酵[58]。菌株代谢物主要是醋酸,还会生成乳酸、琥珀酸、苹果酸等有机酸[59]。另外,醋酸菌和酵母菌能够协同代谢产生风味物质,它们代谢后得到的乙酸,会和酵母菌发酵时生成的乙醇、苯乙醇等醇类物质发生酯化反应,最终形成乙酸乙酯这类具有芳香特性的成分。不过目前国内对其作用机理的研究尚不完善。
2.3.5 乳酸菌与酵母菌的共同作用
老面发酵剂中含有丰富的乳酸菌和酵母菌,它们的代谢活动相互影响,从而共同介导老面馒头风味的形成。
部分研究表明,乳酸菌与酵母菌混合发酵,对特定风味化合物的形成产生拮抗效应。杨浣漪[47]发现在馒头发酵过程中,酿酒酵母通过Ehrlich途径产生2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇和苯乙醇等挥发性风味物质,然而,加入旧金山果实乳杆菌后,这三类物质含量显著降低,这表明旧金山果实乳杆菌对酿酒酵母的代谢活动产生了影响。
而多数研究认为,乳酸菌与酵母菌混合发酵,提高了风味物质的含量与种类。首先,两者通过代谢互作共同塑造了适宜发酵的环境,乳酸菌产生的酸性物质对环境pH值的调节作用明显。在适宜pH值(pH≈6)下,可促进酵母菌的酒精发酵[60]。乳酸菌的代谢活动还进一步促进了酵母菌的生长与代谢:乳酸菌能够为酵母菌的生长繁殖提供其必需的氮源物质,还可参与到谷氨酸的代谢过程当中。这一协同机制不仅有利于酵母中氨基酸的生物合成,还能促进氨基酸发生转氨、脱氨等反应。这些反应会进一步生成丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸等多种有机酸类物质,对馒头风味产生影响[38]。反过来,酵母菌的代谢也为乳酸菌提供了重要支持。酵母菌在生长过程中能向环境释放氨基酸、维生素和丙酮酸盐等营养因子,这些物质可直接被乳酸菌利用[61]。此外,酵母菌不仅能分泌蛋白酶与脂肪酶等酶类分解基质生成营养成分,提高发酵面团中氨基酸的含量,还可将乳酸菌代谢产生的乳酸盐转化为自身所需的能量物质,并在此代谢过程中生成醇类等具有芳香特性的物质[62]。最终,两者的代谢产物相互作用,塑造了馒头的典型风味。酵母菌发酵产生的乙醇与乳酸菌代谢产生的有机酸(如乳酸)发生酯化反应,生成乙酸乙酯等酯类物质,显著提升了馒头中酯类物质的总体含量与香气强度[60]。杨克胜[44]的研究印证了该协同效应,其采用混菌发酵的全麦馒头比商业干酵母发酵的全麦馒头增加了2种醇类、呋喃、酚类和3种酯类,混菌发酵后苯乙醇、乙酸乙酯和2-戊基呋喃等含量显著升高。
乳酸菌与酵母菌在老面馒头中共同发挥作用,应充分利用微生物之间的协同效应,减少拮抗作用,以此实现对馒头风味与品质的有效调控。
2.4 环境因子对风味形成的调控
不同地域的自然环境(如温度、水分、酸度等)存在显著差异,这些环境要素直接影响了老面微生物群落(包括真菌和细菌)的组成结构。而不同菌群间的协同代谢机制,又在发酵过程中共同作用生成了丰富多样的风味物质。
温度通过调控酵母菌和乳酸菌的代谢活性,显著影响馒头风味物质的构成及质构特性。赵晨辉[63]研究发现,酵母菌在30～35 ℃区间发酵活力高,产气性能优,可推动面团膨胀,并促进苯乙醇、辛酸乙酯等风味物质生成;而温度超过40 ℃时,酵母菌活性易受到抑制,还可能引发杂菌污染。乳酸菌的代谢情况也与温度紧密相关,25～35 ℃时乳酸菌产酸能力较强,若温度低于20 ℃,其生长会受抑制,致使馒头酸香欠缺;温度过高则可能促使有机酸过度积累,打破风味平衡。
水分在食品风味物质形成方面起到关键影响,WANG等[64]通过高通量测序结合生物信息学发现食品中的水分含量与正丙醇的产生呈正相关。不过,若水分含量过高可能会抑制酵母增殖,而当水分适量时可促进乳酸菌等微生物的代谢活动。
环境的酸度条件是调控微生物发酵的另一个重要因素。杨中元等[65]通过研究不同糟龄糟醅酸度对白酒风味的影响时发现甲醇、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、总酸以及总酯的含量和酸度呈显著正相关,当酸度提高时,己酸乙酯和总酯的含量会增加,增加食品香味。不过在老面馒头中酸度不宜过高,过低pH值会抑制酵母的活性。此外,pH值还会影响酶(如淀粉酶、蛋白酶)活性,间接调控糖、氨基酸等风味前体物质的分解。
综上所述,环境因子对风味形成的调控是发酵过程中不容忽视的环节。通过温度、水分、酸度等多因子的协同作用,可精准调控微生物的代谢活性,进而直接影响老面发酵体系的动态平衡,形成差异化风味物质群。
3 现存的问题与未来展望
尽管已有研究揭示了老面菌群与风味的关联,但目前研究仍处于实验室阶段。当前我国对于老面等传统发酵剂中菌群结构的认知尚不充分,缺乏系统性的解析与鉴定,直接导致了产品品质的不稳定,如风味、口感和营养价值的波动,难以满足现代消费者对食品品质及风味的高要求。其次,发酵过程涉及一个高度复杂且多变的微生物体系,其中微生物种类繁多,代谢途径错综复杂,且易受外界环境因素波动影响,导致发酵过程中的生理生化变化难以预测和控制。
基于以上分析,未来研究可集中在以下2个方面。首先,明确菌群结构与风味物质间的关联性,采用宏基因组学、宏转录组学与代谢组学的多组学联合分析技术,解析发酵体系中菌群组成与挥发性风味物质的关联,建立“核心功能菌种”与“特征风味”间的关联,并根据一定条件进行配比,形成可复制的老面发酵剂,为老面发酵剂的商业化提供理论基础。例如,以生长能力和产香能力作为优势乳酸菌的筛选条件,以生长能力、发酵性能及耐酸能力等作为优势酵母菌的筛选条件,将2种或多种菌株进行复配,通过对复配后发酵馒头的品质进行分析,确定一款最优复配发酵剂;其次,基于优势菌群的功能解析及菌群结构与馒头风味的相关性分析,结合合成生物学技术,对功能菌种进行定向改造,实现酯类、醛类等关键酶基因的过表达和风味物质的靶向合成与精准调控,提高老面馒头的风味多样性。
4 结论
老面发酵剂的菌群多样性及其代谢复杂性是赋予老面发酵馒头独特风味物质的主要因素。老面中复杂的真菌和细菌群落通过糖酵解、Ehrlich途径、氨基酸转化等代谢途径协同作用,生成糖类、有机酸、氨基酸等非挥发性化合物和醇类、酯类、醛类等挥发性化合物,赋予馒头独特风味。地域性差异、环境因子(温度、水分、pH值)等均会影响风味物质的生成。未来研究可通过整合现代生物技术解析代谢机制、优化菌群组合,推动传统老面发酵剂的标准化与智能化生产。
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