产胞外多糖酸面团发酵及其冷冻面团抗冻机理研究

发布时间：2020-05-12 19:42

【摘要】：冷冻面团技术被广泛地应用于烘焙产品中,它实现了产品的集中化、工业化和标准化生产。然而冷冻过程中面筋蛋白网络的破坏和酵母的失活会导致冷冻面团品质发生劣变。运用生物技术手段开发新型、健康、有效的冷冻面团改良剂一直是现代烘焙科学研究的热点和难点之一。酸面团发酵技术是近年来烘焙和食品科学研究的前沿领域之一。现代烘焙行业中,酸面团常作为一种天然的新型生物改良剂来改善面制品的质构、风味和营养等品质。然而目前利用酸面团生物发酵技术改善冷冻面团品质的研究鲜有报道。本文从中国传统酸面团中筛选出一株高产胞外多糖(EPS)的乳酸菌。利用筛选出的乳酸菌制作纯菌发酵酸面团,并将其应用于冷冻馒头面团的制备。研究了高产EPS酸面团对冷冻面团和馒头的影响规律,以及EPS的抗冻机理。1.收集到30个来源地不同的中国本土传统酸面团,从中分离纯化出120株乳酸菌。利用产糖平板mMRS表型筛选、苯酚硫酸法测定多糖含量以及发酵液粘度测定相结合方法,从120株乳酸菌中筛选出一株高产EPS乳酸菌QS813,经鉴定为融和魏斯氏菌,命名为Weissella confusa QS813(W.confusa QS813)。对其生长曲线、产糖曲线以及产多糖影响因素进行了研究。结果表明,W.confusa QS813的最适生长温度为35°C,最适产糖温度为20°C。W.confusa QS813的产糖量高,在高蔗糖浓度下仍具有很高的转化率,因此具有极大的工业应用潜力。2.对W.confusa QS813产的胞外多糖的单糖组成、分子量、分子结构、流变学特性、热稳定性以及微观结构等特性进行了研究。结果表明W.confusa QS813产的EPS是一种具有高分子量、低分支度的α-葡聚糖。EPS在水中溶解度好,呈现典型的剪切变稀特性。热分析表明EPS具有很好的热稳定性。低浓度下的EPS呈现相互缠绕的纤维状结构,较高浓度下呈现规则的片状结构。3.利用高产EPS的W.confusa QS813制作纯菌发酵酸面团。研究了酸面团发酵过程中菌株生长、代谢产物的变化、酶活性以及蛋白分布的变化。结果表明酸面团W.confusa QS813在低温(20°C)发酵条件下生长良好、产酸缓慢,延缓了面团的酸化。添加10%蔗糖酸面团低温发酵可产生大量EPS,高温发酵(35°C)不利于EPS的生成。酸面团发酵使面团面筋蛋白降解,高温发酵使高分子量的面筋蛋白降解,低温发酵产EPS酸面团有效延缓了发酵造成的蛋白降解。4.将高产EPS的酸面团添加到冷冻面团中,研究其对冷冻面团的发酵流变特性、水合特性、流变学特性、微观结构以及馒头比容的影响。结果表明,低温发酵产EPS(20°C EPS+)酸面团增强了冷冻面团产气和持气力,减弱了冷冻对面团水分流动性的影响,显著提高了冷冻面团的稳定性,有效延缓了冰晶造成的面团水分迁移。20°C EPS+酸面团促进了面筋交联,延缓了冷冻造成的面筋网络破坏和淀粉颗粒的溶出。20°C EPS+酸面团提高了冷冻面团馒头的比容。高温发酵酸面团不利于冷冻面团和馒头的品质改良。5.研究了冻融循环期间W.confusa QS813产EPS对小麦面筋蛋白持水性、水合特性、流变学以及微观结构的影响。结果表明W.confusa QS813产的EPS增加了新鲜湿面筋的吸水率,延缓了冻融循环处理引起的湿面筋脱水。EPS降低了新鲜湿面筋中水的流动性,有效地减少了冻融循环引起的面筋脱水。流变学特性表明,冻融循环处理显著降低了湿面筋的粘弹特性。EPS的添加会降低新鲜湿面筋的弹性模量和粘性模量,具有软化面筋的作用。较高浓度的EPS(0.5%)可以延缓冻融循环处理过程中冰晶对湿面筋蛋白的弱化,保持湿面筋粘弹性的稳定。CLSM和SEM观察发现,冻融循环处理导致湿面筋连续性被破坏,不均匀的孔洞增加。EPS的添加可以延缓冰晶形成和冰的重结晶,从而有效地保护面筋的网络结构。6.研究了冻融循环期间W.confusa QS813产EPS对小麦淀粉凝胶析水率、水分分布和微观结构的影响。结果表明W.confusa QS813产的EPS降低了新鲜小麦淀粉凝胶的析水率,延缓了冻融过程中淀粉凝胶的脱水收缩,降低了析水率的增加速率。冻融循环处理导致淀粉凝胶发生相分离,凝胶体系相的变化导致体系内的水分发生迁移并重分布,体系不均匀性的增加。EPS的添加有效地减少体系内冰晶的形成,延缓了冻融循环过程中体系的异质化。EPS改善了淀粉凝胶的持水性,提高了淀粉凝胶的冻融稳定性。冻融循环处理导致淀粉凝胶网络结构中孔径变大,结构变得更加粗糙。EPS可以有效地延缓冻融过程中淀粉凝胶微观结构的劣变,含1%EPS的淀粉凝胶在经过反复冻融处理后仍能够保持较为均匀、致密的网状结构。综上所述,本文从中国传统酸面团中筛选出的一株高产EPS的Weissella confusa QS813可以成功制备出产糖量高、产酸低的纯种发酵酸面团。高产EPS酸面团可以有效改善冷冻馒头面团品质。该研究突破了酸面团生物发酵技术和冷冻面团深加工技术相结合的壁垒,为我国馒头冷冻面团工业化提供了新的、有效的技术路径。
【图文】：

面团,制作过程,乳杆菌

江南大学博士论文的酸化剂，制作面包时配方中需额外添加商业酵母[15]。II 型酸面团的的微生物生态不同于 I型酸面团，旧金山乳杆菌无法成为 II型酸面团中的优势微生物多为耐酸型菌，报道的优势菌有专性同型发酵乳酸菌cidophilus、德氏乳酸杆菌 L. delbrueckii、淀粉乳杆菌 L. amylovorus、ciminis 以及约氏乳杆菌 L. johnsonii 等）和一些异型发酵乳酸菌（短乳乳杆菌 L. fermentum、L. frumenti、桥乳杆菌 L. pontis、面包乳杆菌 L.菌 L. reuteri 以及融合魏斯氏菌 W. confusa 等）[16-19]。类酸面团（III 型）为工业发酵固态酸面团。II 型酸面团经过喷雾干燥方式处理之后得到的即为 III 型酸面团[4]。因此，III 型酸面团的优势型的乳酸菌，如戊糖片球菌Pediococcus pentosaceus、植物乳杆菌L. pl L. brevis，，III 型酸面团也是当前工业上最常用的酸面团[15]。

面团发酵,面粉

图 1-2 酸面团发酵过程中蛋白质的水解[59]ig.1-2 Proteolytic scheme that occurs during sourdough fermentation[59]抑制酸面团内部分淀粉酶的活性。小麦面粉中几乎不含内源的 β-淀粉酶。β-淀粉酶具有不耐热性，在淀粉糊化之前就会面团品质造成显著影响。但是在黑麦面粉中存在大量的 -淀致面包硬度增加、结构粗糙、比容降低，因此酸面团发酵可酶活性，改善黑麦面包的烘焙特性[60]。黑麦面粉中分别含有 1.5%~3%和 7%~8%的阿拉伯基木聚糖可分为水可溶性（WEAX）和水不溶性木聚糖（WUAX）。面团的吸水性和气泡稳定性，而 WUAX 会破坏面团面筋的2]。酸面团发酵过程中乳酸菌代谢生成的有机酸可以将 WU面粉中木聚糖酶的活性在 pH 3.5~5.5 范围内，因此酸面团中的减少和 WEAX 的增加，从而增加小麦和黑麦面包的比容、一些乳酸菌还具有产胞外多糖的能力。研究表明，胞外多糖
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS213.2

【参考文献】