河南和甘肃发酵剂微生物多样性对绿豆面包结构及风味特性的影响

《Food Frontiers》：Effect of Henan and Gansu Starter Cultures Microbial Diversity on Structure and Flavor Property of Mung Bean Bread

甘肃和河南传统面霜（GSSC和HNSC）对红豆面包风味及质构的影响：通过高通量测序发现GSSC含157种细菌和53种真菌，HNSC含29种细菌和35种真菌。GSSC和HNSC发酵显著提高乳酸和EPS含量（p<0.05），改善面团发酵特性。SEM显示GMD和HMD麸质网络更密集，二硫键含量分别增加27.61%和38.01%。FT-IR证实蛋白质二级结构稳定，GMB和HMB特定体积分别提升35.38%和67.69%。GC-IMS鉴定42种关键挥发性有机物，GMB呈现柑橘和焦糖香气，HMB具有果香和花香。微生物群落差异与挥发性化合物形成显著相关（p<0.01）。

　　本研究围绕甘肃发酵菌种（GSSC）和河南发酵菌种（HNSC）在提升绿豆面包风味特性方面的发酵机制展开，旨在揭示不同地域菌种对面包结构与风味的深远影响。绿豆作为一种重要的暖季一年生豆科作物，其种植面积占全球豆类种植面积的8.5%，超过600万公顷。绿豆富含蛋白质、膳食纤维、维生素和矿物质，同时含有大量生物活性物质，不仅营养价值高，还具有一定的生理益处，如缓解中暑、抗肿瘤等。其淀粉中还含有较高比例的抗性淀粉，为低升糖指数食品的开发提供了良好的基础。

面包是全球日常饮食中不可或缺的主食之一，其风味的形成受到多种因素的影响。近年来，微生物发酵被广泛认为是提升面包风味的关键手段之一，尤其在安全、高效的营养生产方面展现出显著优势。然而，目前针对中国本土发酵菌种对绿豆发酵特性影响的研究较为有限，因此本研究旨在探讨甘肃与河南两地传统发酵菌种在绿豆面包发酵过程中的作用，以及它们如何影响面包的结构和风味。

研究中采用了高通量测序技术对GSSC和HNSC的微生物群落进行分析，揭示了其丰富的微生物多样性。结果显示，GSSC中鉴定出157个细菌属和53个真菌属，而HNSC中则包含29个细菌属和35个真菌属。通过扫描电镜（SEM）和二硫键分析，研究团队发现使用GSSC和HNSC发酵的绿豆面团在形成稳定的蛋白质二级结构方面表现出更好的性能，这进一步增强了面团的延展性和气体保持能力，最终提升了面包的体积和口感。此外，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析，研究人员发现两种发酵方式下的面包均表现出更稳定的蛋白质结构，这一结构的优化有助于提升面包的物理特性和风味表现。

在发酵过程中，有机酸和胞外多糖（EPS）的含量显著增加，成为改善面团发酵性能的重要因素。有机酸如乳酸和乙酸在面团发酵过程中起着关键作用，它们不仅影响面团的延展性，还对面包的风味产生积极影响。研究还发现，GSSC和HNSC在发酵后，面团的EPS含量分别达到了11.56±0.55 g/kg和14.08±0.34 g/kg，这些多糖物质有助于增强面团的结构稳定性，提高其气体保持能力，从而改善面包的质地和体积。

为了进一步了解发酵菌种对绿豆面包的影响，研究团队还进行了挥发性有机化合物（VOCs）的分析。通过气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）技术，研究人员成功鉴定了42种关键的VOCs，并发现这些化合物在不同发酵方式下表现出显著差异。例如，GMB（甘肃绿豆发酵面包）中富含柑橘类和焦糖味的化合物，而HMB（河南绿豆发酵面包）则呈现出更明显的果香和花香特征。这些风味化合物的差异主要源于不同菌种在发酵过程中的代谢产物，揭示了地域性发酵菌种在塑造面包风味方面的重要性。

此外，研究团队通过统计分析发现，GMB的比体积比普通绿豆面包（MB）提高了35.38%，而HMB则提高了67.69%。这一结果表明，通过使用特定的发酵菌种，可以显著提升绿豆面包的体积和口感。在质构分析方面，两种发酵方式下的面包均表现出更佳的延展性和更小的硬度，进一步说明了发酵菌种在改善面包质地方面的潜力。

从微生物群落的角度来看，研究发现GSSC和HNSC在菌群组成上存在显著差异。GSSC中以乳酸菌为主，其细菌多样性和丰富度高于HNSC，但真菌的种类和数量相对较少。而HNSC则表现出较高的真菌多样性，这可能与其在发酵过程中形成的风味化合物种类有关。通过功能预测分析，研究团队发现GSSC中的某些菌种与氨基酸代谢、碳水化合物代谢及脂类代谢存在显著正相关，这为理解微生物如何影响面包的风味和结构提供了新的视角。

研究还强调了不同菌种对VOCs的贡献。例如，GMB中检测到较高的p-樟脑含量，这种化合物可能由GSSC中的乳酸菌代谢产生，赋予面包独特的柑橘香气。HMB中则检测到较多的3-甲基丁基丁酸酯和2(E)-己烯酸，这些物质赋予面包更丰富的果香和花香。同时，一些独特的化合物如1-甲基-2,3-环己烷二酮和苯甲醇也被发现，它们可能来源于绿豆本身的代谢产物，或者通过发酵过程中的化学反应生成。

研究结果表明，微生物群落的多样性对绿豆面包的风味形成具有重要影响。通过分析微生物与VOCs之间的相关性，研究人员发现某些菌种与特定的风味化合物之间存在紧密联系，这种联系不仅体现在数量上，还体现在种类和浓度的差异上。这些发现为未来利用微生物发酵技术优化绿豆面包的风味和质量提供了理论依据。

本研究不仅揭示了微生物发酵在改善绿豆面包质地和风味方面的潜力，还为传统发酵技术的现代化应用提供了新思路。随着消费者对健康食品的需求日益增长，利用地域性发酵菌种提升面包的营养价值和风味特征，成为食品工业发展的重要方向。此外，研究还指出，这些菌种可能在其他植物基食品系统中具有更广泛的应用前景，如蔬菜、饮料和无麸质面制品，它们不仅能改善食品的口感和风味，还可能通过抑制有害微生物，提高食品的安全性。

综上所述，本研究通过对甘肃和河南两地发酵菌种的深入分析，揭示了它们在提升绿豆面包质量与风味方面的重要作用。研究结果不仅为传统发酵工艺的优化提供了科学支持，也为未来食品工业中微生物发酵技术的应用奠定了坚实的基础。未来的研究将进一步探讨这些菌种在不同食品体系中的表现，以期实现食品品质的精准调控，满足市场对健康食品的多样化需求。