小麦粉发酵产气试验方法的应用

李会宝马云庆陈茂东

(天津大学管理学院1,天津 300072)

(济南民天面粉有限责任公司 山东省企业技术中心2,济南 250022)

小麦粉发酵产气试验方法的应用

李会宝1马云庆2陈茂东2

(天津大学管理学院1,天津 300072)

(济南民天面粉有限责任公司 山东省企业技术中心2,济南 250022)

以小麦粉发酵产气试验方法测定小麦粉酵母面团的发酵产气量,根据发酵过程产气量变化的特征可分为:发酵产气快速增长、产气曲折增长、发酵产气高潮、发酵产气萎缩、发酵产气维持 5个阶段;小麦粉酵母面团成型后,在 30℃的试验环境下,酵母菌一般 30～40 min完成活化,淀粉酶一般 80～90 min完成活化;淀粉酶活化后,大量生成易被酵母利用的新生态发酵糖,面团进入发酵产气高潮;发酵后期产气量大幅度降低,其原因是面团中发酵糖供给不足,如果向发酵残渣中加入葡萄糖、白沙糖或小麦淀粉糊,仍能恢复发酵产气,酵母菌活性,可保持 40 h以上,淀粉酶活性 24 h以上。

小麦粉 酵母 发酵面团 产气量

小麦粉有可被酵母利用的发酵糖、可以酶解利用的多糖、难以利用的多糖及不能利用的多糖,前者为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等,约占小麦粉的0.5%;后者为破损淀粉及淀粉类多糖,约占小麦粉的 7%～12%[1]。而非淀粉多糖如纤维素、半纤维素为不发酵糖,完整的淀粉颗粒几乎不受酶的攻击,不形成酵母有效利用的多糖。小麦粉酵母面团发酵,其实质是利用小麦粉中的可发酵糖、可酶解利用的多糖产气,起发面团并制作小麦粉发酵食品。小麦粉发酵产气试验方法的应用,为深入了解小麦粉的发酵、应用特性,为小麦粉合理加工、合理应用提供了切实可行的试验研究新方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

山农 12、济南 17、豫麦 34、民天二号小麦粉:济南民天面粉有限责任公司;小麦淀粉:山东成武华丰有限公司生产;白砂糖:市售,食品级;葡萄糖:市售,医用;马利牌活性干酵母:市售,哈尔滨马利酵母有限公司生产。

1.2 小麦粉发酵产气的试验流程

产气检测试验流程:小麦粉 50 g、干酵母0.5 g、添加剂适量、水适量→和制发酵面团→面团迅速放入恒温 30℃的 1 000 mL产气瓶(广口瓶)中→面团发酵产气,产气瓶内压力增大,压迫气体压力平衡指示瓶内芯管液面下降→用刻度为 100 mL的甘油注射器抽气至平衡瓶内芯管、外管液面持平,即内、外压力平衡→抽气定时计量→抽满 100 mL时旋转玻璃活塞三通排出→复原活塞三通,继续抽气、计量。小麦粉面团发酵气体检测装置见图1。

图1 小麦粉面团发酵气体检测装置

1.3 产气量测定

参照小麦粉发酵产气试验方法[2]中小麦粉发酵试验方法的具体要求进行。

2 结果与分析

2.1 小麦粉酵母面团发酵产气

取山农 12、济南 17小麦粉各 50 g,分别加入干酵母 0.5 g(用水溶解)、水 25.7 mL(山农 12)和24 mL (济南 17),揉压面团至手感柔软。面团成型温度25.5℃(山农 12)和 30.2℃(济南 17),试验温度29.5～31℃。测定结果见图 2。

图2 山农12、济南 17小麦粉发酵面团产气量

从图 2可看出,按产气阶段性跃升和骤降等特征划分,其产气顺序为:快速增长段 (0～30 min);曲折增长段 (30～80 min);发酵高潮段 (80～210 min);发酵萎缩段 (210～280 min);发酵维持段 (> 280 min),山农 12最大产气量 34 mL/10 min,8 h产气量 617 mL;济南 17最大产气量 29 mL/10 min, 8 h产气量647 mL。

2.2 葡萄糖、白砂糖酵母溶液发酵产气

取葡萄糖和白砂糖各 5 g,分别加入干酵母 0.5 g和30℃水60 mL于产气瓶中混合,迅速密封,检测产气量,试验温度为 30～31℃。结果见图 3。

图 3 葡萄糖、白砂糖酵母溶液发酵产气量

酵母在葡萄糖、白砂糖溶液中发酵产气,按理论计算,1 g葡萄糖可生成二氧化碳气体0.49 g,标准状态为 270 mL[3]。由于在发酵的同时,还生成酒精、琥珀酸及为酵母自身利用的糖等,实际转化为二氧化碳的比例减少。图 3表明:8 h产气量分别为581 mL、548 mL;产气比较平稳,最大产气量分别为 19 mL/10 min和 18 mL/10 min;发酵前期有一段明显的酵母活化过程,最初产气量仅为 1～2 mL/10 min,至40 min突升到 11～12 mL/10 min,已接近正常发酵产气量底线,可认为酵母在此试验环境下,活化时间为40 min。

2.3 小麦淀粉酵母面团及分别添加葡萄糖、白砂糖酵母面团发酵产气

取葡萄糖和白砂糖各 5 g,干酵母各 0.5 g,分别加 35℃水 27 mL溶解,然后分别倒入 50 g小麦淀粉中,迅速以手指揉面成发酵面团,面团温度 29.5～30℃,试验温度 29.5～31℃。结果见图 4。

图 4表明:小麦淀粉酵母面团前 30 min仅产气5.5 ml,30 min时几乎不再产气,表明面团可发酵糖已几乎用尽;30 min后产气量逐渐增加,至 90 min产气量升至 11 mL/10 min的最高点;而添加葡萄糖、白砂糖的小麦淀粉发酵面团,前期产气较快,至40 min已升至 20～26 mL/10 min,为发酵产气的次高峰,最大产气量分别为 21 mL/10 min、27 mL/10 min,发酵过程,产气量前高后低,呈平稳下降的趋势。

2.4 小麦粉分别添加葡萄糖、白砂糖酵母面团的发酵产气

取葡萄糖、白砂糖各 5 g,干酵母各 0.5 g,分别加水 25 mL溶解,然后分别倒入 50 g民天二号小麦粉中,以手指揉面到面团柔软,面团温度 30～30.2℃,试验温度 29.5～31℃。结果见图 5。

图 4 小麦淀粉及分别添加葡萄糖、白砂糖酵母面团的发酵产气量

图5 民天二号小麦粉及分别添加葡萄糖、白砂糖酵母面团的发酵产气量

图 5表明:添加了葡萄糖、白砂糖的小麦粉发酵面团在发酵的前 40 min产气量升高的幅度较大,至40 min时,产气量已分别达到 23 mL/10 min和28 mL/10 min,接近产气的高峰;而小麦粉发酵面团的产气特征是:产气量经快速增长和曲折增长,至90 min时,已突升至 22 mL/10 min,接近产气的高峰;最大产气量为29mL/10min,产气量大于20mL/10 min时段为产气高潮,历时 90 min;至 170 min,产气量突降, 210 min降至 4 mL/10 min并进入发酵维持阶段。

2.5 小麦粉酵母面团发酵后期的酵母产气能力

制作 4个小麦粉酵母面团:取民天二号小麦粉各 50 g,马利牌干酵母各 0.5 g,水各 25 g,以手指揉面,面团温度为30.5～31℃,试验温度30～31℃;处理方法为:4个发酵面团,其中 1个面团连续发酵8 h。发酵 4 h后,取 0.5 g干酵母、5 g葡萄糖、5 g白砂糖分别用 60 mL、30℃的水溶解,然后倒入另外 3个发酵面团产气量已很小的发酵残渣中,并迅速搅均匀,继续进行发酵产气测定。结果见图 6。

图6 民天二号小麦粉酵母面团发酵4种不同处理的产气量

图 6表明:前 4 h,4个面团的发酵产气量为404～406 mL;后 4 h连续发酵的面团产气 85 mL;添加酵母液的产气 63 mL;添加葡萄糖液的产气505 mL;添加白砂糖液的产气 581 mL。

2.6 小麦粉酵母面团发酵后期淀粉酶活性的测定

取豫麦 34小麦粉 50 g、加入干酵母 0.5 g、水24.8 mL制备发酵面团,并在产气瓶中发酵 24 h;取5 g小麦淀粉,加水 80 mL煮沸至半透明,制备糊化淀粉液;糊化液冷却至 30℃倒入已发酵 24 h的面团残渣中并迅速搅拌均匀,测定时,残渣混合液温度31℃,试验温度 30～31℃。结果见图 7。图7表明:发酵 24 h的面团残渣最终产气能力为 4 mL/10 min,倒入糊化液后,迅速形成产气高潮,至 50 min时达到最高值 32 mL/10 min,10 min产气量大于 20 mL的产气高潮时段为 130 min,之后产气速度急剧降低,至 240 min进入产气低谷,产气量2～5 mL/10 min。

图 7 糊化淀粉在豫麦 34小麦粉发酵面团残渣中酶解发酵的产气量

3 讨论

3.1 小麦粉酵母面团发酵产气特征

山农12、济南17、民天二号粉发酵面团的产气过程均有明显的特点,这就是产气变化的阶段性。当发酵面团成型后,从酵母活化、产气量快速增长开始,经曲折增长,进入发酵产气高潮,然后发酵萎缩,产气量急剧降低,最后产气很少并长时间维持。因此,小麦粉酵母面团的发酵产气过程可分为产气快速增长、产气曲折增长、发酵产气高潮、发酵产气萎缩、发酵产气维持 5个阶段。而当小麦粉品种不同、储存时间不同、发酵温度不同、酵母品牌不同、酵母新鲜度、使用量不同时,其表现形式如发酵初期的产气能力、最高产气量、产气高潮及维持时间等也将有所区别。

3.2 发酵前期酵母菌活化时间和淀粉酶活化时间

小麦粉酵母面团发酵初期,产气量是逐渐升高的,其升高过程有两次明显的跃升,这就是酵母菌活化和淀粉酶活化的结果。

图 3、图 4表明:酵母在葡萄糖、白砂糖介质中发酵产气,产气量分别由 30 min时的 4、5 mL/10 min和 15、23 mL/10 min快速上升至 40 min的 11、12 mL/10 min和 20、26 mL/10 min,已接近或达到了正常发酵产气的水平,可见,在 30℃和足量发酵糖存在的试验环境下,干燥的酵母菌经液化处理由抑制状态过渡到活化状态的时间约为 40 min。

当以小麦淀粉酵母面团发酵时,由于小麦淀粉中含糖量极少,在发酵的前 30 min里总产气量仅为5.5 mL,至 30 min时产气量几乎为零,但 30 min后,产气量逐渐回升,至 90 min时已达到 11 mL/10 min的最高点,之所以在 30 min后产气量回升,这应是面团中的淀粉酶对小麦淀粉中可发酵利用的多糖酶解作用的结果。90 min达到了产气量最高点,表明淀粉酶已完成了活化状态的改变。

与葡萄糖、白砂糖、小麦淀粉发酵不同,小麦粉发酵糖含量低,可发酵利用的多糖含量较高,淀粉酶含量较高,所以发酵初期小麦粉酵母面团中的酵母菌及淀粉酶活化特征也与其他发酵试验稍有不同,图 2、图5显示:山农 12、济南 17、民天二号小麦粉酵母面团在面团成型后 30 min产气量分别由 20 min的 14、15、14 mL/10 min升高到 19、17、17 mL/10 min,然后经曲折上升分别于 80、90min跃升到 22、24、22 mL/10 min,这表明,小麦粉酵母面团酵母菌、淀粉酶的活化时间分别为 30 min、80～90 min。与图3、图 4相比,趋势是一致的,结果稍有不同。而产气量曲折上升,这应是小麦粉酵母面团发酵固有的特征,其原因是:此时酵母菌正在活化,面团中固有的可发酵糖已消耗太多,而淀粉酶尚未充分活化,酶解可发酵多糖的能力不足,造成可发酵糖供给不足。

大量试验表明:以干酵母做发酵剂,在 30℃的条件下,制作良好的小麦粉酵母面团,酵母菌的活化时间一般为 30～40 min,淀粉酶的活化时间一般为80～90 min。淀粉酶活化后,即可大量分解面团中可发酵利用的多糖,酵母则有较多的发酵糖发酵产气,面团发酵随之进入了产气的高潮。

3.3 小麦粉酵母面团发酵的产气高潮与特点

小麦粉酵母面团发酵均有一段产气高潮,它的主要特点是:①产气量大,以 50 g小麦粉、0.5 g酵母制作良好的面团在 30℃试验条件下,不同小麦粉的10 min最大产气量为 21～34 mL;②产气集中,以 10 min产气量大于 20 mL为底线,不同小麦粉的持续时间分别为 60～180 min;③产气量升、降快,产气高潮一般始于面团成型后 80～90 min,以淀粉酶活化为起点,此时的产气量迅速上升,而高潮后期,产气量又迅速下降。

山农 12、济南17,民天二号小麦粉酵母面团发酵均表现了上述产气高潮的特征,三者最大产气量分别为 34、29、29 mL/10 min,10 min产气量保持在 20 mL以上的时段分别为 140、150、90 min。小麦粉酵母发酵面团之所以具有较长时段的产气高潮,关键在于面团中完成了活化的淀粉酶,淀粉酶迅速水解面团中的可发酵利用多糖,并在麦芽糖酶、蔗糖酶等作用下迅速转化成新的发酵糖,新发酵糖具有较高的活性,容易为酵母利用,所以产气快,单位产气量大,一旦面团中可发酵利用的多糖耗尽,产气量也随之迅速减少,这就形成了前期迅速上升,后期快速下降的特点。

如果没有淀粉酶的作用,就不会形成上述产气高潮的特点,图 3为葡萄糖、白砂糖酵母溶液发酵产气图,发酵液中没有可发酵利用的多糖,也没有淀粉酶的酶解反应,图 3显示:尽管发酵液中有过量的发酵糖,但未能形成发酵高潮,它的产气特征是:(1)产气平稳,即使后期可发酵糖量减少,产气量下降也较平稳;(2)单位产气量小,葡萄糖酵母液最大产气仅19 mL/10 min,白砂糖酵母液仅 18 mL/10 min。

3.4 小麦粉酵母面团发酵后期酵母活性的研究

小麦粉、酵母面团发酵后期,产气量急剧下降,表明面团发酵正在萎缩,当产气量低于 20mL/30 min时,可认为已进入发酵维持阶段,此时酵母的活性依然存在,只要向发酵残渣中补充发酵糖,发酵产气仍可继续(见图 6)。

图 6中,4个发酵面团前 4 h的产气量基本一致,分别为 406、405、404、405 mL;而后 4 h,持续发酵的面团 30 min产气量为 8～14 mL,添加酵母液的为5～10 mL,这表明:面团经 4 h发酵,残渣中可供酵母利用的发酵糖已极少;而加入葡萄糖、白砂糖液的则恢复了发酵产气,后 4 h分别产气 505、581 mL,这也表明面团残渣的发酵能力仍在,酵母的活性依然存在。

对加入葡萄糖液的残渣继续试验,发酵 8 h后,取干酵母 0.5 g加水 60 mL溶解,倒入发酵残渣中搅匀;发酵 26 h后,取葡萄糖 5 g加水 60 mL溶解,倒入发酵残渣中搅匀;发酵 49 h后,取葡萄糖 5 g加水60 mL溶解,倒入发酵残渣中搅匀;试验温度30～31℃,面团与发酵残渣温度 30℃。结果见表1。

表1 发酵面团与叠加酵母等的发酵产期试验/mL

表 1表明:该发酵面团残渣,经 24、48 h后仍可维持低水平产气能力;只要加入发酵糖,仍可恢复发酵产气,酵母的发酵产气活性至少可保持40 h。

3.5 小麦粉酵母面团发酵后期残渣中淀粉酶活性

小麦粉酵母面团均有一段发酵产气高潮,高潮后期,产气量急剧减少,这是由于可被淀粉酶利用的可发酵多糖基本耗尽所致,此时残渣中的酵母活性、淀粉酶活性均存在。

图 7中,发酵 24 h的面团残渣已基本不具发酵能力,当加入了由 5 g小麦淀粉制备的糊化液后迅速恢复了发酵产气能力。这应是淀粉酶快速反应的结果。表明淀粉酶活性的主要依据有:①产气快而集中。淀粉糊加入后,迅即形成了产气高潮,至150 min产气量急剧下降;②产气量高。在高潮阶段,最大产气量为 32 mL/10 min,而前期小麦粉发酵面团仅 25 mL/10 min;③与此相关,淀粉糊本身不具有发酵产气能力,曾以5 g小麦淀粉制糊,加入0.5 g酵母液发酵,在 30℃试验条件下,30 min仅产气 1 mL左右。不具发酵能力的淀粉糊之所以能在 24 h后的发酵残渣中大量产气,正是由于残渣中的淀粉酶水解糊化淀粉进而被酵母利用的结果,能快速产气、大量产气,表明该发酵面团残渣中的淀粉酶活性、酵母活性依然存在,仍具有发酵利用的价值。

4 结论

4.1 小麦粉发酵产气试验方法简单、灵敏、结果准确,适用于小麦粉发酵产气的检测和研究。

4.2 依据试验结果可知:小麦粉酵母面团发酵产气是一个连续的过程,按产气量变化特点分段,依次为发酵产气快速增长、产气曲折增长、发酵产气高潮、发酵产气萎缩、发酵产气维持 5个阶段,如小麦粉品种不同,产地不同,储存时间不同,酵母品种、新鲜度、使用比例不同以及发酵温度不同等,其表现形式也不相同。

4.3 以干酵母制备小麦粉发酵面团,当面团柔软适中,温度为 30℃时,酵母的活化时间一般为 30～40 min,淀粉酶的活化时间一般为 80～90 min。

4.4 小麦粉酵母面团发酵的产气高潮与诸多因素相关,当以 50 g小麦粉、0.5 g干酵母、适量水制作面团,在 30℃下,一般 80～90 min进入发酵产气高潮,表现为:产气量快速上升,并跃升到 20 mL/10 min以上;持续的时间按不同小麦粉 60～180 min不等,期间的最大产气量 21～34 mL/10 min不等,产气高潮后期,产气量迅速下降。上述特点,源于面团中活化了的淀粉酶,它能大量水解面团中可发酵利用的多糖并随之转化为新的发酵糖,新发酵糖具有较大的活性,易被酵母利用而大量发酵产气,当面团中可发酵利用的多糖耗尽,产气量也随之迅速下降。

4.5 小麦粉酵母面团发酵后期,发酵产气量降低,主要原因是发酵糖供给量不足,只要向发酵残渣中补充发酵糖或可发酵利用的多糖,酵母就能恢复发酵产气,其酵母菌活性可保持 40 h以上,淀粉酶活性24 h以上。

[1]M.里切西尔.加工食品的营养价值手册 [M].陈葆新,译.北京:中国轻工业出版社,1989:102

[2]李会宝,马云庆,陈茂东.小麦粉发酵产气试验方法[J].粮油加工,2009(3):85-87

[3]AH罗斯.发酵食品[M].朱庆裴 ,唐是雯,译.北京:中国轻工业出版社,1989:107.

The Gas Generation ExperimentalMethod of FermentedWheat Flour

Li Huibao1Ma Yunqing2ChenMaodong2
(Tianjin University Management1,Tianjin 300072)
(JinanMintian Flour Co.,Ltd Enterprise Technology Center of Shandong Province2,Ji’nan 250022)

This article covers an explanation about the method of testing the gas amount created by fermented dough ofwheat flour.According to the gas variation feature,the gas generation process can be specified as five pha2ses,i.e.gas rapid increasing phase,gas circuitously increasing phase,peak phase,slowing down phase and maintai2 ning phase.After thewheat flour dough for mation,at condition of 30℃,yeast normally completes activation in 30～40 min,and amylase normally completes activation in 80～90 min.After the amylase activation,a great deal of new fer2 mentable sugar is generated,which is easy to be used by yeast,and the dough enters the peak phase of gas genera2 tion.The gas generation slows down greatly at the end phase of fermentation;the reason is insufficient supply of fer2 mentable sugar in the dough.If glucose,white sugar or starch paste is added into the fermented residue,itwill refer ment and regenerate gas;the yeast and amylase can keep activity over 40 h and 24 h,respectively.

wheat flour,yeast,fer mented dough,amount of gas generation

TS05 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0009-06

2008-12-19

李会宝,男,1962年出生,博士,区域经济可持续发展

马云庆,男,1965年出生,硕士,工商管理