乳酸菌在发酵酸面团中的研究与应用_姚国强_面团发酵酸了

第3期

2013年3月

第13卷

中国食品学报

JournalofChineseInstituteofFoodScienceandTechnology

Vol．13No．3Mar．2013

乳酸菌在发酵酸面团中的研究与应用

姚国强1

李

慧

1

高鹏飞2鲍雅静1王鑫1张和平1*

（1内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，国家奶牛产业技术研发中心乳制品研究室

呼和浩特010018

2

北京和美科盛生物技术有限公司北京100176）

摘要乳酸菌发酵酸面团具有风味好，营养价值高和抗菌能力强的优点。本文对乳酸菌在发酵面团中的研究进

展和应用情况做了总结。从乳酸菌对面团加工性能，面包风味、营养和保质期影响等方面进行论述，以期为今后研究乳酸菌在发酵酸面团中的应用提供借鉴。关键词文章编号

乳酸菌；发酵酸面团；研究应用

1009-7848（2013）03-0163-08

乳酸菌发酵酸面团在面包工业中有着悠久的历史，如今仍发挥着重要作用。尽管目前面包店大量使用面包酵母，但乳酸菌能给小麦面包的品质带来积极因素，受到人们越来越多的重视。酸面团是1种重要的发酵面团，它由乳酸菌和酵母菌共同发酵水和面粉形成。在烘烤中使用酸面团，除能够增加面包体积，延缓老化和提高营养价值外，还能延长保质期和改善风味[1]。乳酸菌通过产生有机酸，主要是乳酸使原料快速酸化。酸化作用影响谷物和菌体内α-淀粉酶和蛋白酶的活性以及可溶性风味物质的溶解，此外其产生乙酸、乙醇、芳香物质、细菌素、胞外多糖和一些重要的酶，间接影响面包的风味，质地和老化问题[2]。乳酸菌具有蛋白水解活性，其蛋白水解系统生成氨基酸和小肽成分，可以改善面团的流变特性和面包口感[3]。

酸面团的生产可追溯到远古时代。对微生物的研究显示，酸面团有超过50种乳酸菌，大部分为乳杆菌属；20余种酵母菌为酵母菌属和假丝酵母菌属[4]。在意大利，200多种传统面包中超过

乳杆菌、明串珠菌属、弯曲乳杆菌、类植物乳杆菌、食窦魏斯氏菌和戊糖乳杆菌分别占49%、17%、

15%、12%、5%和2%[5]。

1乳酸菌发酵酸面团对面包品质的影响

工匠通常在整个过程或预发酵阶段使用酸面

团，以便制作种类繁多，地方特色浓郁的焙烤制品。乳酸菌发酵酸面团在面包生面团的制作中起重要作用，如工艺特性（改善面团机械加工性能），营养特性（促进植酸盐水解），面包感官特性（面包比容，质地和独特风味）和延长保质期等[4]。

1.1改善面团的流变学特性及机械加工特性面团是烘焙制品的中间产品，也是原料，其微

观及宏观程度上流变特性与黏性变化是面包制做的关键，它直接影响面团的加工特性和成品的品质。面团太硬或太软都不利于加工处理，即使有合适的加工设备，也不能生产出满意的制品。

1.1.1酶对发酵酸面团流变学特性及机械加工特

酶在面包生产中发挥着重要的作用。

性的影响

30％用到酸面团。从其传统小麦粉酸面团面包

“Cornetto”中分离鉴定出41株乳酸菌，其中植物

收稿日期：2012-03-13

基金项目：国家高技术研究发展计划（No.2007AA10Z353）；

现代农业产业技术体系项目（nycytx-0501）

作者简介：姚国强，男，1985年出生，硕士通讯作者：张和平

很长一段时间内，降解碳水化合物的酶被视为面包生产中最重要的酶。可发酵糖和淀粉酶活性对酵母发酵进程至关重要。随着面包生产机械化的高速发展，蛋白酶的应用受到了更多的重视。合适的面筋结构不仅能提高面团的机械加工性能，还会影响面包的香味，色泽和质地结构。研究发现，即使少量的蛋白水解酶对谷蛋白的物理性质影响

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也很大。人们发现制作酸面团的乳酸菌显现出蛋白酶活性[1]。

谷物制粉和乳酸菌都含有蛋白酶和肽酶，二者以不同的方式促进面粉蛋白质水解。发酵过程中蛋白质水解和谷蛋白流变特性的下降与pH值激活谷物中酶的活性有关。面粉中天然存在的蛋白酶能在酸性条件下降解谷蛋白。谷蛋白降解能明显改变面团的流变特性，进而改善面包质地。在粗粒麦粉中添加酸面团能降低面团刚性，增加黏性[6]。旧金山乳杆菌是一株优秀的发酵面团乳酸菌，其蛋白水解系统包括蛋白酶，二肽酶和氨肽酶[3]。清酒乳杆菌，植物乳杆菌和粪肠球菌都有酸性蛋白酶，能降解蛋白质。粪肠球菌能促进面筋蛋白的形成，特别是能使谷蛋白形成面筋网络结构[7]。

品酸味的同时还可与乳酸发酵中产生的醇、醛、酮等物质相互作用，形成多种新的呈味物质[11]。此外乳酸和乙酸之间的摩尔比例，被认为是影响酸面团制品风味的一个重要因素，其最佳比例为2.0~

2.7[12]。

Gobbetti等发现混合乳酸菌发酵小麦酸面团

产生的挥发性物质包括乙醇、乙酸乙酯、1-丙醇、

3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1-丙醇[13]。乳酸菌发酵小麦面团14~16h时的总挥发性成分，3-甲基丁

醇和乙酸乙酯含量最高，而3-甲基丁醇和乙酸乙酯产生的最佳温度范围分别为24~32℃和24~28

℃[14]。自然发酵酸面团馒头和未发酵酸面团馒头挥

发性成分的相对丰度不同。11种挥发性成分约占总挥发性成分的70％，其中乙醇和3-甲基-1-丁醇含量最为丰富[15]。Kaseleht等研究黑麦酸面团挥发性有机化合物时发现：异型发酵乳酸菌（L.pe-

1.1.2胞外多糖对发酵酸面团流变学特性及机械

某些亲水性胶体能够改善面团

加工特性的影响

的机械加工性能以及面包的比容，纹理结构和保质期。胞外多糖（EPS）在传统乳制品的生产中扮演亲水性胶体的作用。许多研究中EPS对面团和面包品质的影响已被证实。葡聚糖和果聚糖分别是由葡萄糖基和果糖基组成的同多糖，这些同多糖都表现出良好的益生特性。L.sanfranciscensis

vis，L.citreum，L.vaginalis和L.panis）偏向于产生乙酸，CO2，乙醇，乙酸乙酯，此外还产生乙酸己

酯，己酸乙酯和乙酸异戊酯；而同型发酵乳酸菌（L.helveticus，L.casei，L.sakei和L.curvatus）能产生大量的2，3-丁二酮，其中菌株L.sakei，L.

casei和L.curvatus产生特有的L-亮氨酸甲酯，

而L.helveticus是唯一产苯甲醛的菌株[16]。

TMW1.392能够产生果聚糖，同时该菌株还能在小麦和黑麦酸面团中产生EPS[8]。L.caseiFUA3185，L.caseiFUA3186和L.buchneriFUA3154能在

小麦和高粱面团中产生杂多糖。对小麦面团而言，发酵对其流变学特性影响较大，而杂多糖的合成对其影响甚微。只有L.buchneriFUA3154产生的杂多糖能改善高粱面团的流变学特性。表明产杂多糖的乳酸菌可以作为无谷蛋白焙烤制品发酵剂开发应用[9]。

随着消费者对天然和功能性食品需求的增长以及降低生产成本的要求，促使含有产EPS乳酸菌株酸面团的使用。开发出既能满足上述要求，又有生物安全保证的优势面制品。

Thiele等发现鸟氨酸只在L.pontis发酵的面团中存在。pH值高于5.5有利于脯氨酸的形成，

而苯丙氨酸、亮氨酸和半胱氨酸主要在较低pH值条件下产生。进一步的焙烤试验表明通过增加游离氨基酸含量，特别是鸟氨酸含量可以提高酸面团面包的风味品质[17]。

1.3改善面包保质期

Messens等发现发酵酸面团乳酸菌株产生的

细菌素具有抑制食源性致病菌和食品腐败变质细菌的能力，包括李斯特菌，枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌，利用这种菌株发酵面团可以减少面制品中化学防腐剂的使用[18]。

焙烤食品中常见的腐败真菌有青霉菌属，曲霉菌属，丛梗孢属，毛霉菌属，内真菌属，分枝孢子菌属，镰刀菌属和根霉菌属等[19-20]。Fazeli等将面包于25℃贮藏18d后发现，普通面包肉眼可见霉菌生长，而接种发酵乳杆菌的酸面团面包没有霉菌生长。乳酸杆菌制作的酸面团面包，特别是

1.2改善面包风味

在地中海地区，应用硬粒小麦粉制做的酸面

团可以给烘焙制品带来优越的感官特性。用这种面团制作的面包以其口感好，香气宜人，营养值高而深受消费者的喜爱[10]。乳酸菌除主要产生乳酸外，还可生成醋酸、丙酸等有机酸，它们在赋予食

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发酵乳杆菌发酵的酸面团是一种有效的抗霉菌面团。这表明使用乳酸菌制作的酸面团面包具有防霉菌特性。使用酸面团可以延长面包的保质期，从而防止由于污染霉菌而导致面包的腐败与浪费

[21]

rossiaeLB5制作含有小麦胚的酸面团面包。28d

后肉眼没有发现真菌生长，而对于对照组而言，14

。Rizzello利用L.plantarumLB1和L.

表1

d后发现有真菌菌丝体生长。将制作的酸面团面包贮藏8d后进行了真菌抑制性试验，面包提取液对各种真菌的抑制效果如表1所示[22]。

酸面团面包贮藏8d后对不同真菌的抑制结果

菌株来源面包，意大利面包，意大利面包，英国工厂面包房，荷兰巧克力蛋糕，荷兰

蛋糕印度糖果，印度面包店墙壁，荷兰黑面包，丹麦工厂蛋糕，丹麦黑面包，丹麦面包，意大利

真菌抑制率/%

Table1

真菌名称

娄地青霉DPPMA1波兰青霉CBS112490产黄青霉CBS111214鲜红青霉CBS117279蜡叶散囊菌CBS117336赤散囊菌CBS150.92寄生曲霉CBS971.97花斑曲霉CBS117286

Theinhibitoryeffectofsourdoughpeadondifferentfungiafter8dstorage

40.528.66.832.221.4

无抑制效果

44.64.547.524.24.0

无抑制效果

PenicilliumpaneumCBS101032PenicilliumalbocoremiumCBS109582PenicilliumcarneumCBS112297PenicilliumbialowiezenseCBS110102

丙酸钙和植物乳杆菌发酵酸面团的复合使用可以显著抑制真菌生长，特别是娄地青霉的生长。添加酸面团可以显著减少面包霉菌抑制剂-丙酸钙的添加量，二者联合使用具有协同抑制真菌繁殖，延长面包保质期的效果。此外，L.plantarum

[23]

2乳酸菌发酵酸面团对过敏体质人群的影响

小麦是一种主要的食物过敏原，它是FAO（1995）报告的8类常见过敏食物之一。小麦过敏会影响皮肤，内脏，呼吸道健康，引起运动激发过敏症、职业哮喘、鼻炎、接触性荨麻症、乳糜泻肠炎和麻风皮肤病等[27]。此外，黑麦也被认为是一种食物过敏原。通过乳酸菌水解小麦和黑麦蛋白可以降低食物过敏反应[28]。用消化乳杆菌，短乳杆菌，旧金山乳杆菌和希氏乳杆菌发酵混合面粉（小麦粉，燕麦粉，荞麦粉和粟米粉）24h后，麦醇溶蛋白被完全水解且制作的面包可以被乳糜泻患者食用[29]。

乳糜泻是一种免疫介导性肠病，由摄入小麦，黑麦，大麦和其他相关谷物中的谷蛋白触发，全世界约1％的人口受此影响。目前，从膳食中去除谷蛋白是治疗乳糜泻的根本方法，而且只有无谷蛋白产品才能被患者食用。无谷蛋白产品是一种疗

FST1.7可以抑制面包真菌的生长速度，延长货架期[24]。Corsetti认为抑制霉菌的机理是乳酸杆菌产

生的有机酸。这些有机酸为乙酸，己酸，甲酸，丙酸，丁酸和戊酸的混合物，己酸为主要抗菌代谢物质[25]。乳酸菌产生的乳酸，乙酸，过氧化氢，细菌素和一些小分子质量的化合物具有抑制真菌的特性。植物乳杆菌发酵小麦粉的水解液能够抑制匍匐散囊菌，赤散囊菌，顶青霉，娄地青霉，扩展青霉，扣囊拟内孢霉，黑曲霉菌，黄曲霉菌和禾谷镰刀菌。进一步的研究发现一种新的抗真菌物质--苯乳酸和4-羟基苯乳酸。在植物乳杆菌发酵上清液中发现苯乳酸具有抗真菌特性，还有报道称不到7.5mg/mL的苯乳酸可以抑制90%真菌的生长[26]。

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效食品，它必须经过特殊处理以去除其中的谷蛋白，使其中的谷蛋白含量不超过20mg/kg。热带地区利用大米，玉米和高粱生产一些无谷蛋白的发酵谷物制品。无谷蛋白发酵制品已在微生物水平

表2

面团原料及产品名

高粱

苏丹kisra面团苏丹khamirb面团博茨瓦纳高梁面团

上进行了鉴定，不同于一般的乳酸菌发酵酸面团，一些耐热的发酵乳杆菌和罗伊乳杆菌是优势菌株，表2为不同种类无谷蛋白发酵面团中的优势乳酸菌[30-31]。

一些无谷蛋白发酵酸面团中优势乳酸菌种类

优势乳酸菌种类

发酵乳杆菌，罗伊氏乳杆菌，阴道乳杆菌，瑞士乳杆菌，戊糖片球菌，L.pontis

戊糖片球菌，短乳杆菌，乳酸乳球菌，纤维二糖乳杆菌

植物乳杆菌，干酪乳杆菌，副干酪乳杆菌，布氏乳杆菌，罗伊氏乳杆菌，L.perolens

大米

自然发酵自然发酵发酵方式自然发酵

Table2ThedominantspeciesofLABwithingluten-freefermentedsourdough

酸面团酸面团

副干酪乳杆菌，类食品乳杆菌，L.perolens，L.spicheri

植物乳杆菌，瑞士乳杆菌，发酵乳杆菌，泡菜乳杆菌，L.galli-

自然发酵发酵剂

narum，L.pontis

玉米

加纳kenkey面团墨西哥pozol面团酸面团酸面团

发酵乳杆菌，罗伊氏乳杆菌，戊糖片球菌

德氏乳杆菌，干酪乳杆菌，发酵乳杆菌，植物乳杆菌，链球菌属，明串珠菌属

短乳杆菌，干酪乳杆菌，发酵乳杆菌，植物乳杆菌，肠膜明串珠菌肠膜亚种，肠膜明串珠菌右旋葡聚糖亚种，乳酸片球菌发酵乳杆菌，类食品乳杆菌，瑞士乳杆菌，L.pontis

发酵剂自然发酵自然发酵自然发酵

3乳酸菌发酵酸面团对面包营养和保健特性的影响

酸面团可以以不同的方式改善全谷制品的营养：创造富含纤维的低面筋制品，稳定和增加其中各种生物活性物质，降低淀粉的生物利用度（低血糖指数产品）和提高矿物质的生物利用度等。

作用，提高矿物质和氨基酸的生物利用度。B.peve和B.longum就具有高植酸水解能力且少产生肌醇磷酸盐的优点。与商业发酵剂相比，这些菌株发酵的面团pH值较高且酸味较小。这些双歧杆菌既可以很好的控制全麦面团的酸度，又能促进植酸的降解，可以作为面包发酵剂推广应用[33]。此外，Reale等发现发酵12h后，酵母菌仅使50％的植酸发生水解，而乳酸菌发酵面团中80％~90％的植酸被水解，表明酵母菌对植酸的降解率明显低于乳酸菌[34]。

小麦胚在面粉加工过程中几乎被完全去除。小麦胚含有大量的α-生育酚，B族维生素，膳食纤维，多不饱和脂肪酸，矿物质和植物素，其中许多必需氨基酸的含量高于鸡蛋蛋白。利用L.

3.1改善面包营养价值

全谷物食品正受到人们越来越多的关注。谷

物含有多种营养成分和生物活性物质，对健康有积极作用。Katina认为全谷物面团更适合乳酸菌发酵，且可以提高营养价值并促进谷物保健制品的开发[32]。对全谷物食品而言，麸皮中含有多种重要的矿物质，如钾、镁、铁和锌等，但也含有大量的植酸。植酸被认为是一种营养拮抗剂，植酸降解酶存在于谷物籽粒和菌体内。在面包制作过程中，植酸酶被激活并水解植酸，减小其对矿物质的螯合

plantarumLB1和L.rossiaeLB5发酵小麦胚酸

面团能够提高面包营养，口感和感官性状[35]。

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3.2增强面包保健功效

据报道乳酸菌酸面团面包能够改善健康人体

点，故这些菌株可以作为制作玉米面包的混合发酵剂推广应用[42]。玉米面团中的乳酸菌主要为乳酸片球菌，植物乳杆菌，短乳杆菌，发酵乳杆菌，膜样明串珠菌，葡萄聚糖明串珠菌和干酪乳杆菌[43]。

的葡萄糖代谢水平[36-37]。Maioli等分别比较了乳酸杆菌和酵母菌发酵面包对葡萄糖耐受不良人群的影响，发现摄食酸面团面包30min后能显著降低血糖反应，且胰岛素反应值较低。研究表明，患者摄食酸面团面包后血糖和胰岛素水平要低于对照的酵母发酵面包。这可能是由于发酵过程中产生乳酸并同时减少了面团中碳水化合物的原因导致。酸面团面包对葡萄糖代谢受损患者有潜在地有益作用[38]。这些发现表明摄食酸面团面包有助于延缓葡萄糖耐受不良演变为糖尿病的进程。这种面包通过降低餐后引起的高血糖现象，可以降低糖尿病患者微观和宏观程度上并发症的产生[39]。

4.2大麦和燕麦面包的开发应用

酸面团技术可以代替焙烤酵母制作大麦面

包，短乳杆菌，植物乳杆菌和啤酒酵母可以发酵大麦酸面团[44]。Hüttner等观察到乳酸菌发酵生面团变得柔软，淀粉糊化特性发生变化，全燕麦面包质量的改善得益于酸面团对面包比容和面包屑结构的改善[45]。

4.3其他面包的开发应用

相比一般的酸面团面包，Plessas等成功将开

菲尔用于酵母型面包的生产，生产出品质优良，保质期长且风味好的面包，相对于传统的酵母面包可以降低生产成本。在酸面团面包制作中发现相比于普通的焙烤酵母和单纯乳酸菌的混合使用，开菲尔表现出很多优越性[46]。自然发酵的荞麦和画眉草酸面团中优势乳酸菌更多是分离自热带地区的戊糖片球菌，乳明串珠菌，草乳杆菌，阴道乳杆菌和食窦魏斯氏菌，其中植物乳杆菌是荞麦面团的优势菌株，而L.pontis被第一次发现是画眉草酸面团的优势菌株[47]。苋菜籽已被用于各种焙烤制品，与普通制品相比，可以显著改善其质地、感官和老化特性。Houben等发现植物乳杆菌可以改善苋菜籽面团的流变特性[48]。Jekle等发现植物乳杆菌，类食品乳杆菌和瑞士乳杆菌具有作为苋菜籽面团发酵剂的潜力[49]。此外Yasemin等发现植物乳杆菌RTa12和戊糖片球菌RTa11具有pH值降低速度快且在不同温度发酵特性稳定的优点，能够作为苋菜籽酸面团发酵剂推广应用，可以单独或复配使用[50]。

Coda等利用L.plantarumC48发酵面团，其中游离氨基酸和γ-氨基丁酸（GABA）含量最高

（分别为4467mg/kg和504mg/kg）且酚类化合物的浓度和抗氧化活性最强。已有的研究显示利用类小麦粉或豆科面粉制作烘焙食品，通过富含

GABA乳酸菌株的发酵，可以制成富含GABA的

功能性面包[40]。

4乳酸菌发酵酸面团技术对非小麦粉焙烤制品开发的意义

非麦粉制品普遍缺乏面筋蛋白，不利于酵母直接发酵焙烤，却可以避免人体产生腹腔疾病。酸面团技术已可以用于非小麦粉焙烤制品的生产，乳酸菌发酵酸面团技术对新型非小麦粉焙烤制品开发有重要意义。

4.1玉米面包的开发应用

玉米种植面积广，若用于面包生产可以降低

成本和对小麦粉的需求。对玉米面团发酵剂进行系统的研究发现：对于单菌发酵，所有乳酸菌株降低pH值能力超过酵母菌；酸，双乙酰和过氧化氢产量均显著高于自然发酵组；发酵面团可以抑制伤寒沙门氏菌，大肠杆菌，金黄色葡萄球菌和黄曲霉菌株的生长繁殖[41]。此外还发现植物乳杆菌能很好的降低玉米粉的pH值，短乳杆菌能产生大量的双乙酰，肠膜样明串珠菌能产生高黏度特性。混合3株菌株制作的玉米面包感官特性良好。因其具有流变性好，酸度适当，味道易于接受的特

5展望

随着人们对面制品品质要求的逐渐提高，具

有营养保健功能，风味浓郁且不含防腐剂的乳酸菌发酵酸面团制品将逐渐获得消费者的青睐。但酸面团技术仍然没有形成产业化优势，其中没有合适的发酵面团乳酸菌株是根本所在。首先，筛选适合发酵面团且与酵母菌株能和谐共生，产生良好风味物质和抗菌物质的乳酸菌菌株是关键。其

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次，对优异菌株发酵面团的发酵特性进行深入研究，探寻其对面制品品质改善的关键点和共性所在。最后，利用现代生物技术和食品加工技术实现

参

[1]

优异菌株发酵剂的生产，为发酵面制品的工业化生产提供坚实的基础。

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TheStudyandApplicationofLacticAcidBacteriainFermentedSourdough

YaoGuoqiang1LiHui1GaoPengfei2BaoYajing1WangXin1ZhangHeping1*

（1KeyLaboratoryofDairyBiotechnologyandEngineering，MinistryofEducation，DairyProcessingLaboratoryofNational

DairyProductionTechnologyandResearchCenter，InnerMongoliaAgriculturalUniversity，Hohhot010018

2

BeijingSci-PlusBiotechCo.，Ltd，Beijing100176）

AbstractSourdoughfermentedbyLacticacidbacteria（LAB）isofbetterflavor，highnutrientvalueandenhanced

antibacterialeffect.ResearchandapplicationprogressoffermentedsourdoughbyLABwassummarizedinthispaper.TheinfluenceofLABondoughpreparation，peadflavor，nutritionandshelflifewasdiscussedinordertoprovideconsulta-tionforapplicationofLAB-fermentedsourdough.

Keywords

Lacticacidbacteria；fermentedsourdough；studyandapplication