張思佳,張 薇,蘇曉琴,OJOBI Omedi-jacob,徐 巖,黃衛(wèi)寧,*,李 寧,ARNAUT Filip

(1.江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫 214122;2.江南大學 生物工程學院工業(yè)生物技術教育部重點實驗室,江蘇無錫 214122;3.廣州焙樂道食品有限公司,廣東廣州 511400;4.焙樂道食品集團,比利時布魯塞爾)

乳桿菌發(fā)酵對蕎麥面包抗氧化及烘焙特性影響

張思佳1,張 薇1,蘇曉琴1,OJOBI Omedi-jacob1,徐 巖2,黃衛(wèi)寧1,*,李 寧3,ARNAUT Filip4

(1.江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫 214122;2.江南大學 生物工程學院工業(yè)生物技術教育部重點實驗室,江蘇無錫 214122;3.廣州焙樂道食品有限公司,廣東廣州 511400;4.焙樂道食品集團,比利時布魯塞爾)

利用植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵蕎麥面團制作酸面團面包,研究乳酸菌發(fā)酵使面包面團抗氧化和烘焙特性的影響。結果表明:乳酸菌發(fā)酵降低了蕎麥面團的pH,令其總酸度值增加。乳酸菌發(fā)酵使蕎麥酸面團抗氧化能力有所提高,其中植物乳桿菌發(fā)酵的蕎麥面團總酚含量提高21.3%、DPPH和ABTS自由基清除能力分別為未發(fā)酵蕎麥面團的3倍和1.2倍。乳酸菌的引入還能夠改善熱加工對抗氧化活性物質的影響,烘焙后植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌面包的總酚含量僅減少48.5%和51.6%,而DPPH和ABTS自由基清除能力分別僅降低了41.2%、54.8%和69.0%、68.4%。乳酸菌發(fā)酵能夠顯著改善面包的質構,添加發(fā)酵乳桿菌后蕎麥面包硬度減少了25.5%,其感官評分高于未發(fā)酵蕎麥面包。

傳統(tǒng)酸面團,乳桿菌,蕎麥面包,烘焙特性,抗氧化特性

蕎麥為一種營養(yǎng)和藥用價值都很高的糧食作物,蛋白質、脂肪、維生素和礦物質含量普遍高于大米、小麥和玉米等。蕎麥中還含有具有抗氧化作用的生物類黃酮,如蘆丁、槲皮素、槲皮甙。生物類黃酮具有較好的清熱解毒、活血化瘀、改善微循環(huán)、軟化血管、降低血糖、降低膽固醇的功能[1]。隨著人們生活水平的提高,蕎麥及其制品日益受到消費者的青睞,其中包括蕎麥發(fā)酵食品如蕎麥面包、蕎麥啤酒、蕎麥發(fā)酵酸奶、蕎麥醋等[2]。

酸面團發(fā)酵技術不僅可以提高面包的營養(yǎng)價值[3-5],改善面包比容和質構[6],延緩面包老化,延長貨架期[7],還能夠賦予面包特殊的風味[8]。酸面團中已發(fā)現(xiàn)的乳酸菌超過50種[9-10],包括乳桿菌屬、魏斯氏菌屬、小球菌屬以及明串菌屬等,其中最為常見的是乳桿菌屬[11-13]。而國內外對于應用乳桿菌發(fā)酵蕎麥面團的研究還處于起步階段[14-15]。本研究選取源自我國傳統(tǒng)酸面團中的植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵蕎麥面團制作蕎麥酸面團面包,通過測定總酚含量、DPPH自由基和ABTS自由基清除率,比較這兩種乳酸菌發(fā)酵對蕎麥酸面團、面包抗氧化特性的影響,并探討了乳酸菌發(fā)酵對蕎麥面包烘焙特性的改善作用,為開發(fā)高抗氧化性的蕎麥發(fā)酵制品提供基礎理論信息。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

乳酸菌 本實驗室篩選所得乳酸菌菌株;蕎麥粉 內蒙古赤峰市鄉(xiāng)野田食品有限公司;面包粉 鵬泰(秦皇島)面粉有限公司;即發(fā)活性干酵母 廣東省梅山馬利酵母有限公司;起酥油 中糧東海糧油工業(yè)(張家港)有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、福林-酚(Folin-Ciocalteu)、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS) 美國Sigma公司;白砂糖、鹽 市售。

攪拌機、醒發(fā)箱、烤箱、SM-302切片機 新麥機械(無錫)公司;TDL-5離心機 上海安亭科學儀器廠;SPX-150C型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;94-2 定時恒溫磁力攪拌器 上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;FE20 實驗室pH計 梅特勒儀器(上海)有限公司;TA-XT2i質構儀(TA-XT plus) 英國Stable MicroSystem公司;Eppendorf 5810R高速冷凍離心機 德國Eppendorf公司;SP-752型紫外分光光度計 上海光譜儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳酸菌發(fā)酵蕎麥酸面團的制備 乳酸菌在MRS培養(yǎng)基中活化兩次培養(yǎng)至對數(shù)后期(菌體濃度>108),將菌液于5000 r/min離心15 min,無菌生理鹽水沖洗后取等量的水和蕎麥粉混合均勻,接入活化菌泥(0.1 g/100 g酸面團),放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中,30 ℃進行培養(yǎng)12 h。

1.2.2 蕎麥酸面團面包的制作 將除蕎麥面團/蕎麥酸面團以外的所有原料攪拌至面筋完全成型后,加入蕎麥面團/蕎麥酸面團,慢攪5 min后取出,在室溫下覆膜松弛10 min。松弛后的面團分割為90 g/個,搓圓整型,于醒發(fā)箱內(38 ℃,相對濕度85%)醒發(fā)60 min,上/下火溫度為170/210 ℃,焙烤23 min。

表1 面包面團制作配方(g)Table 1 The formulation of bread dough(g)

1.2.3 pH和總酸度(TTA)的測定 根據(jù)AACC方法(2000)02-52。稱取10 g樣品,放入錐形瓶中,加入90 mL無CO2的蒸餾水。用磁力攪拌器攪拌30 min,靜置10 min后用pH計測定酸面團的pH;并用0.1 mol/L NaOH溶液滴定,用pH計測定滴定終點pH8.6。所需0.1 mol/L NaOH溶液的毫升數(shù)即為總酸度。重復三次取平均值。

1.2.4 抗氧化特性的測定

1.2.4.1 抗氧化物質的提取 將待測樣品進行真空冷凍干燥,取5 g樣品加入50 mL 80%甲醇溶液(v/v)在37 ℃,120 r/min的振蕩水浴下提取2 h,37 ℃超聲30 min。然后樣品用離心機(2600 r/min,15 min)離心,取出上清液,混勻,備用[16]。

1.2.4.2 總酚含量的測定 采用Folin-Ciocalteau法進行總酚含量的測定。吸取0.05 mL的提取液稀釋于5 mL的水中然后加入0.5 mL福林酚試劑搖勻,再加入0.5 mL碳酸鈉溶液(20%,w/v)。充分搖勻,室溫放置60 min后,在765 nm下測定吸光值。結果表示為沒食子酸當量(GAE)(mg沒食子酸/g濕物質量)。

1.2.4.3 DPPH自由基清除能力的測定 吸取100 μL樣品提取液溶解于3.9 mL DPPH·溶液中,充分搖勻后在暗處反應30 min,在517 nm下測定吸光值。結果使用Trolox當量(TEAC)(mg Trolox/g濕物質量)表示。

1.2.4.4 ABTS自由基清除能力的測定 吸取50 μL樣品提取液溶解于5.0 mL ABTS·工作液中,充分搖勻后在暗處反應10 min,在734 nm下測定吸光值。結果使用Trolox當量(TEAC)(mg Trolox/g濕物質量)表示。

1.2.5 烘焙特性的測定

1.2.5.1 面包比容的測定 烘焙完成的面包在室溫下冷卻2 h后,用電子天平稱量面包質量,采用菜籽替代法測定面包體積。

比容(mL/g)=體積(mL)/質量(g)

式(1)

1.2.5.2 面包質構的測定 采用質構儀在Texture Profile Analysis(TPA)模式下測定面包的全質構變化。面包烘焙后冷卻2 h,將面包切片(12 mm/片),選取中間的兩片疊加進行全質構分析。參數(shù)設定:探頭型號為TA36,測試前、測試后速度為3.00 mm/s,壓縮程度50%,觸發(fā)點負載5 g,循環(huán)次數(shù)為2次,可恢復時間1 s。每組樣品做6個平行取平均值。

1.2.5.3 面包感官評定 采用九分嗜好評分法對面包進行感官評定。在面包烘焙好后3～5 h內進行感官評定。20位經過訓練的評委對面包樣品的外觀、色澤、風味、口感、內部結構以及整體可接受度進行評分。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS16.0及Microsoft Office Excel 2013分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,運用方差分析法(ANOVA)進行顯著性分析,顯著差異水平取p<0.05。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵對蕎麥面包面團pH和總酸度的影響

由表2可知,未發(fā)酵蕎麥面團的pH和總酸度均略高于小麥面團,這主要與蕎麥基質中灰分含量有關,高灰分對酸具有一定的緩沖能力[17]。乳酸菌發(fā)酵后的蕎麥酸面團pH均低于未發(fā)酵蕎麥組,總酸度值均較高,這主要是由于在發(fā)酵過程中乳酸菌進行生長代謝,產生有機酸,增加了蕎麥面團的酸度[10]。不同乳酸菌發(fā)酵蕎麥酸面團面包的pH存在一定的差異,植物乳桿菌蕎麥面團的pH顯著低于發(fā)酵乳桿菌面團,這可能是不同乳酸菌菌株發(fā)酵途徑的特異性引起的,植物乳桿菌為兼性異型發(fā)酵乳桿菌,在發(fā)酵過程中利用葡萄糖產生乳酸;而發(fā)酵乳桿菌為專性異型發(fā)酵,利用葡萄糖產生乳酸和乙酸[13],乙酸酸性低于乳酸,故發(fā)酵乳桿菌面團pH低于植物乳桿菌面團。

表2 不同乳酸菌發(fā)酵對面包面團pH和TTA的影響Table 2 Effect of different LAB fermentation on the pH and TTA of dough

注:WHD:普通小麥面團;BUD:普通蕎麥面團;LPD:植物乳桿菌發(fā)酵蕎麥酸面團;LFD:發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵蕎麥酸面團。不同字母表示存在顯著性差異,p<0.05。

2.2 乳酸菌發(fā)酵對面包面團抗氧化特性的影響

總酚含量、DPPH和ABTS自由基清除能力為抗氧化特性的重要指標[16]。由圖1～圖3可知,與小麥面團相比,加入蕎麥后面團抗氧化能力顯著提高,這主要是由于蕎麥粉中含有具有強抗氧化能力的蘆丁、槲皮素等生物類黃酮物質[18]。乳酸菌發(fā)酵后其抗氧化能力得到進一步提高,其中植物乳桿菌發(fā)酵的蕎麥面團總酚含量較未發(fā)酵蕎麥面團提高21.3%，DPPH和ABTS自由基清除能力分別為未發(fā)酵蕎麥面團的3倍和1.2倍,這可能是由于乳酸菌代謝提高了生物活性物質的含量,并且發(fā)酵能夠激活谷物內源性淀粉酶、木聚糖酶和蛋白酶,同時破壞谷物細胞壁的結構,改變細胞膜的通透性,使一些不溶性的酚類物質在酶的作用下進行合成和釋放,從而提高谷物的抗氧化性[19-20]。不同乳酸菌發(fā)酵對蕎麥面團抗氧化作用的改善效果不同,其中植物乳桿菌發(fā)酵蕎麥酸面團抗氧化活性高于發(fā)酵乳桿菌,這主要與菌株的種類和酸化程度有關[21]。

圖1 乳酸菌發(fā)酵對面團、面包總酚含量的影響Fig.1 Effect of different LAB fermentation on the total phenolic content of dough and bread注:WH:普通小麥組;BU:普通蕎麥組;LP:植物乳桿菌發(fā)酵蕎麥組;LF:發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵蕎麥組。字母不同表示存在顯著性差異,p<0.05。圖2、圖3同。

圖2 乳酸菌發(fā)酵對面團、面包DPPH自由基清除能力的影響Fig.2 Effect of different LAB fermentation on the DPPH radical-scavenging activity of dough and bread

圖3 乳酸菌發(fā)酵對面團、面包ABTS自由基清除能力的影響Fig.3 Effect of different LAB fermentation on the ABTS radical-scavenging activity of dough and bread

面團經過焙烤后其抗氧化活性大大降低,未發(fā)酵蕎麥面團的總酚含量、DPPH和ABTS自由基清除能力經過焙烤成面包后分別降低了66.5%、66.4%和75.1%,乳酸菌酸面團的加入改善了這種情況。添加植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵的蕎麥酸面團后,面包的總酚含量僅減少48.5%和51.6%,而DPPH和ABTS自由基清除能力分別僅降低了41.2%、54.8%和69.0%、68.4%,且總酚含量、DPPH、ABTS自由基清除率均顯著高于未發(fā)酵蕎面包。這是因為大部分抗氧化物為熱不穩(wěn)定性物質,熱加工會造成生物活性物質的分解,而乳酸菌發(fā)酵能夠通過釋放某些不溶性酚類物質,并促使其降解成為活性更強的抗氧化物,從而改善面包的抗氧化活性[22-23]。

2.3 蕎麥酸面團對面包比容的影響

圖4示出了不同組別面包的比容。與小麥面包相比,未發(fā)酵蕎麥面包的比容較小,這可能是由于蕎麥中膳食纖維的存在破壞了面團的面筋網絡結構,面包面團中的膳食纖維不易糊化也不易被酵母所利用,且粒徑較大的纖維顆粒會影響氣泡的穩(wěn)定性,導致面包持氣率降低,從而影響面包比容[24]。

圖4 不同組別面團面包的比容Fig.4 Specific volume of different breads注:WHB:普通小麥面包;BUB:普通蕎麥面包;LPB:植物乳桿菌發(fā)酵蕎麥酸面包;LFB:發(fā)酵乳桿菌發(fā)酵蕎麥酸面包，圖5、圖6同。

與未發(fā)酵蕎麥面包相比,發(fā)酵乳桿菌的引入對面包比容有一定的改善作用,其比容提高了5.5%,而植物乳桿菌發(fā)酵蕎麥面包比容降低了6.0%。乳酸菌的酸化程度對面包比容有一定的影響,隨著酸面團發(fā)酵時間的延長,添加量的增加,面包比容呈先上升再下降的趨勢。適量乳酸菌的存在能夠加速酵母的發(fā)酵,增加產氣量,從而增大面包的比容[25-26]。當酸化程度過強時,面筋蛋白、淀粉和阿拉伯木聚糖等會發(fā)生一定程度的解聚和水解,弱化面包結構降低比容[27]。結合表2的酸化結果,植物乳桿菌酸面包的pH較低,酸化程度過于強烈因此其比容小于發(fā)酵乳桿菌酸面包。

2.4 蕎麥酸面團對面包硬度的影響

圖5為不同組別面包的硬度結果。面包的硬度與面包品質呈負相關[28],而添加蕎麥后面包硬度顯著增加,這是由于蕎麥中的膳食纖維造成的[29]。乳酸菌酸面團的引入對蕎麥面包的硬度有積極的影響。與未發(fā)酵蕎麥面包相比,添加發(fā)酵乳桿菌后面包硬度減少了25.5%,改善效果最為明顯,而植物乳桿菌的引入對蕎麥面包的硬度改善效果較小。通過與表2的pH結果進行比較可知,乳酸菌對硬度的改善作用可能與pH存在一定的關系,植物乳桿菌發(fā)酵后的pH顯著低于發(fā)酵乳桿菌,發(fā)酵得到的酸面團由于pH過低,破壞了面包面團內的面筋網絡結構,降低了面團的持氣能力。所以乳酸菌發(fā)酵雖然能夠改善面包的硬度,但是改善效果與面團的酸化程度有關,只有適度的酸化才能起到更顯著的作用。

圖5 不同組別面包的硬度Fig.5 Hardness of different breads

2.5 蕎麥酸面團面包感官評定

對不同組別的面包外觀、色澤、風味、口感、內部結構以及整體可接受度進行感官評分。如圖6所示,未發(fā)酵蕎麥面包的各項感官得分均低于小麥面包組,這可能是由于蕎麥本身顏色較暗,且結構粗糙,制成面包后顏色較深,面包內部氣孔較大。乳酸菌的引入在一定程度上增加了色澤、口感和內部結構方面的得分。由于乳酸菌發(fā)酵賦予面包特殊的香味,因此乳酸菌發(fā)酵蕎麥面包在風味方面的評分均顯著高于小麥面包,受到消費者喜愛。對比不同乳酸菌發(fā)酵的蕎麥酸面團面包可知,發(fā)酵乳桿菌酸面包的各項得分均高于植物乳桿菌組,更受消費者喜愛。

圖6 蕎麥酸面團對面包感官評定的影響Fig.6 Effect of buckwheat sourdough on the sensory evaluation of breads

3 結論

3.1 與未發(fā)酵的蕎麥面團相比,乳酸菌發(fā)酵提高了蕎麥面團的抗氧化性,植物乳桿菌的改善效果優(yōu)于發(fā)酵乳桿菌。經植物乳桿菌發(fā)酵后面團的總酚含量較未發(fā)酵蕎麥面團提高21.3%,DPPH和ABTS自由基清除能力分別為未發(fā)酵蕎麥面團的3倍和1.2倍。乳酸菌的引入還能夠改善熱加工對抗氧化活性物質的破壞,與未發(fā)酵蕎麥面包相比,焙烤后植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌面包的總酚含量僅減少48.5%和51.6%,而DPPH和ABTS自由基清除能力分別僅降低了41.2%、54.8%和69.0%、68.4%。

3.2 兩種乳酸菌發(fā)酵對蕎麥面包的烘焙特性產生了不同的影響,與植物乳桿菌酸面團相比,發(fā)酵乳桿菌酸面團的引入對蕎麥面包硬度的改善作用更為明顯,顯著降低了蕎麥面包的硬度,并且獲得了較高的感官評分,更受消費者的喜愛。因此,通過引入發(fā)酵乳桿菌酸面團能夠改善蕎麥對面包烘焙品質產生的不良影響。

3.3 綜上所述,植物乳桿菌能夠顯著改善蕎麥面團面包的抗氧化特性,而發(fā)酵乳桿菌對蕎麥面包的烘焙特性有明顯的改善作用。乳酸菌發(fā)酵后蕎麥面包的總體可接受度均高于未發(fā)酵組。

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Effect of lactic acid bacteria fermentation on the antioxidant and baking properties of buckwheat bread

ZHANG Si-jia1,ZHANG Wei1,SU Xiao-qin1,OJOBI Omedi-jacob1,XU Yan2,HUANG Wei-ning1,*,LI Ning3,ARNAUT Filip4

(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;2.School of Biotechnology,Key Laboratory of Industrial Biotechnology of Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;3.Guangzhou Puratos Food Co. Ltd.,Guangzhou 511400,China;4.Putatos Group NV/SA,Brussels,Belgium)

In this study,Lactobacillusplantarum(LP)andLactobacillusfermentum(LF)were used to ferment buckwheat dough to make sourdough bread. The effect of lactic acid bacteria(LAB)fermentation for buckwheat on the antioxidant and baking properties were explored. The results indicated:LAB-fermented sourdough had lower pH and higher TTA,LAB fermentation can enhance the antioxidant activity of buckwheat sourdough. The bread made from LP fermented buckwheat sourdough showed an increase in total phenolic content by 21.3%,DPPH and ABTS radical-scavenging activity were 3 and 1.2 times that of unfermented buckwheat dough. Adding lactic acid bacteria improved the effect of heat processing on oxidation of active substances,total phenolic content of LP and LF bread were reduced by 48.5% and 51.6%,while DPPH and ABTS radical-scavenging activity were reduced by 41.2%,54.8% and 69.0%,68.4%,respectively. LAB fermentation also significantly improved the texture of bread,the hardness of LF fermented bread were decreased by 25.5%. When fermented buckwheat sourdough was added,sensory quality of sourdough breads were more acceptable than those of unfermented buckwheat bread.

traditional sourdough;Lactobacillus;buckwheat bread;baking property;antioxidant properties

2014-12-30

張思佳(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：烘焙科學、功能配料與食品添加劑，E-mail：stella_zhsj@126.com。

*通訊作者:黃衛(wèi)寧(1963-)，男，博士，教授，研究方向：烘焙科學與發(fā)酵技術、谷物食品化學,E-mail：wnhuang@jiangnan.edu.cn。

國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2012AA022207C)；江蘇省產學研聯(lián)合創(chuàng)新基金-前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2014023-16)；國家自然科學基金面上項目(31071595)；張家港市科技支撐計劃項目(ZKN1301)；江蘇省科技支撐計劃項目( BE2012310)；蘇州市科技支撐計劃項目(SNG201401)；比利時國際合作項目(BE110021000)。

TS201.3

A

1002-0306(2015)19-0049-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.19.001