一种抑制汉堡面包青霉菌生长的种面发酵基质工艺的制作方法

1.本发明属于食品防腐及食品微生物技术领域，涉及抑制汉堡面包青霉菌生长的最优种 面发酵基质配方及最佳发酵工艺参数。


背景技术：

2.汉堡是一种深受大众欢迎的现代快餐食品，因其出餐快和食用方便等特点，目前销售 量逐年增加。汉堡面包又因水分含量高，富含营养物质等内在特性很容易受到霉菌等腐败菌 的污染，从而缩短保质期，造成食品安全问题和经济损失。青霉菌属、曲霉菌属和念珠菌属 等是造成烘焙食品腐败变质的主要霉菌。因此为减少面包腐败造成的安全问题和经济损失， 选择合适的面包防腐方法至关重要。目前面包中应用的防腐方法主要有物理法、化学法和生 物法。物理法防腐通常与化学防腐和生物防腐联合使用，化学防腐法长期使用又会危害人体 健康，因此高效、健康的微生物防腐成为当前的研究热点。
3.乳酸菌作为一种具有益生作用和防腐作用的食品级微生物，通常以发酵剂的形式应用 到产品中。有研究发现乳酸菌作为发酵剂添加到面包中，有促进面团发酵的作用，其发酵产 物不仅延长面包的保质期，还可以改善面包的风味质地。乳酸菌在其生长发酵过程中会产生 乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸，还会形成细菌素、乙醇、过氧化氢等代谢产物，这些产 物可较好的延缓或抑制霉菌的生长繁殖。因此乳酸菌在食品保鲜中可以替代或联合化学防腐 剂达到防腐保鲜的目的。面包的制作工艺流程大致可分为原料第二混合与搅拌、发酵、分割 搓圆、静置醒发和烘烤等步骤。中种发酵法是面包制作中常用的方法，总共进行两次发酵， 首先将部分原料制成种面进行第一次发酵，然后再将剩下原料加到种面中制成主面进行第二 次发酵。虽然中种发酵法发酵时间长、步骤较多，但是此法制得的面包体积更大、发酵香味 浓，而且老化速度慢，有更长的贮藏保鲜期。中种发酵法第一次发酵时间通常长于第二次发 酵，因此在种面中添加乳酸菌发酵剂，有充足的时间让乳酸菌在种面中生长增殖，来达到防 腐保鲜的效果。


技术实现要素：

4.发明目的：通过单因素实验和响应面优化实验，以种面对青霉菌的抑菌率作为评价指 标，优化选出抑青霉菌效果最好的汉堡面包种面的发酵基质及工艺。
5.本发明解决的技术问题：提供一种抑青霉菌效果最好的汉堡面包种面的发酵基质及工 艺，帮助解决面包保质期较短的问题，同时采用最优发酵基质配方及工艺参数制作汉堡面包， 符合现代人健康饮食理念，并且无需改进原有的生产设备等，不会增加生产成本，适合工业 生产。
6.本发明公开了以下技术效果：本发明通过单因素实验确定种面最优发酵基质，其中最优糖种类为蔗糖，脱脂乳添加量为 0％。汉堡面包种面最优发酵工艺参数：蔗糖添加量4.11％，发酵时间为19.90h，发酵温度 为29.99℃，此时种面抑菌率高达31.23％。
附图说明
7.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对 于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图；
8.图1为乳酸菌发酵剂种类对种面抑菌率的影响；
9.图2为糖种类对种面抑菌率的影响；
10.图3为脱脂乳添加量对种面抑菌率的影响；
11.图4为蔗糖添加量对种面抑菌率的影响；
12.图5为发酵时间对种面抑菌率的影响；
13.图6为发酵温度对种面抑菌率的影响；
14.图7为蔗糖添加量和发酵时间的相互作用对种面抑菌率影响的响应面及等高线图；
15.图8为蔗糖添加量和发酵温度的相互作用对种面抑菌率影响的响应面及等高线图；
16.图9为发酵时间和发酵温度的相互作用对种面抑菌率影响的响应面及等高线图；
具体实施方式
17.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制， 而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
18.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。 另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中 间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之 间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在 范围内。
19.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技 术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施 或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献 通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲 突时，以本说明书的内容为准。
20.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种 改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施 方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
21.实施例1
22.种面发酵基质与工艺在抑制汉堡面包青霉菌生长的应用
23.1.材料与方法
24.1.1实验材料
25.植物乳杆菌(lactobacillus plantarum)klds1.0391和klds1.0315野生型菌株，保 藏于乳品科学教育部重点实验室；青霉菌由黑龙江大学惠赠(经镜检及16s rdna测序验
证 确为所需菌株)。乳酸菌发酵剂购自法国普尔斯有限公司。
26.高筋粉、蔗糖、乳糖、果葡糖浆、麦芽糖浆、丙酸钙及面包改良剂购自河北新良食 品有限公司；乳酸、乙酸标准品(色谱纯)购自天津市科密欧化学试剂有限公司。
27.1.2中种法汉堡面包制作工艺流程
28.原辅料的准备与称量
→
种面调粉混匀
→
第一次发酵(30℃，20h)
→
主面调粉混匀
ꢀ→
搓圆静置15min
→
分割搓圆
→
第二次发酵(38℃，1h)
→
烘烤
→
冷却包装。其中，种面 基本配方见表1。
29.表1.种面基本成分表
30.1.3乳酸菌发酵剂和糖种类对种面发酵的影响
31.1.3.1乳酸菌发酵剂种类
32.以表1为基本配料，种面中分别添加乳酸菌商品发酵剂a、b、c、d、发酵剂 klds1.0391和klds1.0315，4％蔗糖，0％脱脂乳，发酵时间为20h，发酵温度为30℃， 分别测定种面对青霉菌的抑菌率、乳酸含量、乙酸含量。
33.1.3.2糖种类
34.以表1为基本配料，种面中分别添加4％的蔗糖、果葡糖浆、蜂蜜、麦芽糖浆、糖霜 和乳糖，乳酸菌发酵剂b，0％脱脂乳，发酵时间为20h，发酵温度为30℃，测定指标同1.3.1。
35.1.4种面发酵工艺的单因素优化实验
36.1.4.1脱脂乳浓度
37.以表1为基本配料，种面中分别添加0％、1％、2％、3％、4％和5％的脱脂乳，乳酸 菌发酵剂b，4％蔗糖，发酵时间为20h，发酵温度为30℃，测定指标同1.3.1。
38.1.4.2糖浓度
39.以表1为基本配料，种面中分别添加1％、2％、3％、4％、5％和6％的蔗糖，乳酸菌 发酵剂b，0％脱脂乳，发酵时间为20h，发酵温度为30℃，测定指标同1.3.1。
40.1.4.3发酵时间
41.以表1为基本配料，种面的发酵时间分别选取18、19、20、21、22和23h，添加乳 酸菌发酵剂b，4％蔗糖，0％脱脂乳，发酵温度为30℃，测定指标同1.3.1。
42.1.4.4发酵温度
43.以表1为基本配料，发酵温度分别选取26、28、30、32、34和36℃，乳酸菌发酵 剂b，4％蔗糖，0％脱脂乳，发酵时间为20h，测定指标同1.3.1。
44.1.5种面发酵工艺的响应面优化实验
45.选择蔗糖添加量(a)、发酵时间(b)和发酵温度(c)作为自变量，以种面抑菌率 (r)为响应值，进行box
‑
behnken响应面优化实验设计，实验方案见表2。
46.表2.box
‑
behnken响应面优化实验设计表
酸菌利用未水解脱脂乳的效率较低，所以添加脱脂乳后不利于细胞的利用和生长代谢，抑菌 物质产量少。因此，选择添加0％的脱脂乳进行后续的优化试验。
60.2.4蔗糖添加量的选择
61.如图4所示，随着蔗糖添加量的增加，种面对青霉菌的抑菌率先增大后减小。当添加 4％浓度的蔗糖时，抑菌率达到最高值29.96％，乳酸和乙酸含量分别为1.638g/100g和0.461 g/100g。有研究称，当外源蔗糖浓度较低时，无法满足菌体的正常生理代谢。相反，当添加 过量的蔗糖会使细胞外液渗透压增大，细胞失水过多，进而导致乳酸菌死亡，抑菌物质产量 减少。因此，选择蔗糖添加量在3％～4％范围内，间隔1％选择实验点进行响应面试验设计。
62.2.5发酵时间的选择
63.如图5所示，随着发酵时间的延长，种面对青霉菌的抑菌率先增大后减小。当发酵时 间为20h时，抑菌率达到最高值30.88％，乳酸和乙酸含量分别为1.572g/100g和0.376g/100g。 结果表明，发酵时间过短不利于菌体充分利用营养物质，因此抑菌物质产量少。随着发酵时 间的延长，有机酸等代谢产物逐渐积累，这将抑制菌体自身生长。因此，本研究选择19～21h 这个发酵时间范围，每间隔1h选择实验点进行后续响应面实验设计。
64.2.6发酵温度的选择
65.如图6所示，随着发酵温度的升高，种面对青霉菌的抑菌率先增大后减小。当发酵温 度为30℃时，种面抑菌率达到最高值29.94％，乳酸和乙酸含量分别为1.375g/100g和0.373 g/100g。由此看出，发酵温度过高或过低都不利于抑菌物质的产生，因此本研究选择28～32℃ 这个发酵温度范围进行后续响应面实验设计。
66.2.7响应面实验设计及结果
67.根据单因素优化实验确定的因素及范围，选择蔗糖添加量(a)、发酵时间(b)和 发酵温度(c)作为自变量，以种面抑菌率(r)为响应值，进行三因素三水平的box
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behnken 响应面优化实验设计(表2)。
68.表2.响应面实验设计及结果
69.根据使用design
‑
expert 8.0软件对表2实验结果进行多元回归拟合分析，得出以抑菌率 为响应值的拟合方程： y＝31.20 0.071a
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0.61b 0.18c
‑
1.78ab
‑
0.64ac 1.43bc
‑
1.17a2‑
4.24b2‑
1.95c2。在种面抑菌率 响应面模型中，负相关系数r2＝0.9695，整体模型达到显著水平(p＜0.0001)，失拟项不显 著(p＝0.3113)，表明该模型的拟合度较好。模型的矫正决定系数r2adj＝0.9790，表明次回 归模型可以解释97.90％响应值的变化，说明自变量选择合适，模型能较好的描述实验结果。 该模型变异系数(c.v.)为1.50％，说明该模型的重复性较好。表3结果表明，b、ab、bc、 a2、b2、c2对种面抑菌率的影响极显著，ac对种面抑菌率的影响显著，其他均不显著。三 个因素对种面抑菌率影响的大小顺序为：蔗糖添加量(a)>发酵温度(c)>发酵时间(b)。
70.表3.box
‑
behnken二次回归模型的方差分析
71.2.8响应面及等高线图分析
72.通过design
‑
expert 8.0软件对各因素及其之间的交互作用进行分析，得到相应的响应 面和等高线图(图7～9)。发现3个响应面都是向下弯曲顶部凸起，每个响应面都有极高值， 出现在等高线的内部。等高线图结果表明，a与b、a与c、b与c的交互作用对响应值的 影响是显著的。响应面图结果表明，响应值y存在最大值，即y越大抑菌效果越好。各因 素之间的交互作用表明，蔗糖添加量(a)与发酵温度(c)之间的交互作用对种面抑菌率 的影响最小，蔗糖添加量(a)与发酵时间(b)之间的交互作用对种面抑菌率的影响最大。 种面的最佳发酵工艺参数为：蔗糖添加量为4.11％，发酵时间为19.90h，发酵温度为29.99℃， 在此工艺条件下，理论预测的抑菌率为31.23％。考虑到实际的可操作性，蔗糖添加量为4.1％， 发酵时间为20h，发酵温度为30℃，以此作为种面的最佳发酵工艺参数，测量种面对青霉 菌的抑菌率为32.67％，与理论预测值的相对误差为4.41％，差异不显著，说明实验结果与 模型拟合良好，该模型可信。
73.3.结论
74.我们的结果表明，种面的最佳发酵工艺参数为：蔗糖添加量为4.11％，发酵时间为19.90 h，发酵温度为29.99℃，在此工艺条件下，理论预测的抑菌率为31.23％。考虑到实际
的可 操作性，蔗糖添加量为4.1％，发酵时间为20h，发酵温度为30℃，以此作为种面的最佳发 酵工艺参数，测量种面对青霉菌的抑菌率为32.67％，与理论预测值的相对误差为4.41％，差 异不显著，说明实验结果与模型拟合良好，该模型可信。此法制得的汉堡面包抑菌效果较好， 且具备良好的理化特性。
75.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限 定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各 种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。