野生酿酒酵母S4对浓缩苹果汁替代高糖面包基质结构与香气活性挥发物谱的影响

《Food Chemistry: X》：Effects of wild Saccharomyces cerevisiae S4 on bread matrix structure and aroma-active volatile profiles in high-sugar bread with concentrated apple juice substitution

　　

野生酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）S4改善了苹果汁替代高糖面包的发酵性能。S4提高了面包比容（specific volume），并减少了贮藏期间面包屑硬化（crumb hardening）。S4促进了更开放的面包屑结构以及连续的麸质–淀粉基质（gluten–starch matrix）。S4与浓缩苹果汁替代共同富集了具有香气活性的果味醛类化合物（aroma-active fruity aldehydes）。S4在连续传代过程中保持了稳定的面包制作性能。

**高糖面包中野生酿酒酵母S4的应用：结构、质地与香气风味的综合效应**

**1. 研究背景与问题提出**

清洁标签食品的兴起促使烘焙行业减少精制糖使用，并趋向采用天然来源配料。浓缩苹果汁因含有天然糖分、有机酸及挥发性前体，被视为替代蔗糖的可行方案。然而高糖环境会降低水分活度并产生渗透胁迫，抑制商业酵母的发酵活力，导致产气不足、面包体积减小及质地劣化。此外，面包基质复杂，酵母需同时适应渗透压并维持麸质网络扩展、气体保留和焙烤定型。现有研究多集中于液态培养基中的耐高糖筛选，缺乏对真实高糖食品基质中酵母发酵性能与面包品质关联性的系统评价。因此，从自然发酵源中筛选具有高糖适应性的野生酿酒酵母，并考察其在果汁替代高糖面包中的综合表现，具有重要应用价值。

**2. 研究内容与结论**

研究人员以前期从62株野生酿酒酵母中筛选出的耐高糖菌株S4为对象，以两种商业酵母（ACY297、ACY298）为对照，在10%浓缩苹果汁替代的高糖面包体系中开展研究。结果表明：S4发酵面包的比容较商业酵母显著提高（约增加9.1%–11.6%），水分活度降低；贮藏3天后硬度仍最低，且弹性和咀嚼性指标更优。多尺度结构分析显示，S4面包孔隙率更高，麸质–淀粉基质更连续，蛋白质二级结构中β-折叠含量增加、α-螺旋含量降低。感官评价与气相色谱–质谱联用分析显示，S4与浓缩苹果汁协同增强了果香和甜香感知，显著提高十一醛（undecanal）和反-2-癸烯醛（trans-2-decenal）等低阈值醛类的香气活力值（odor activity value, OAV）。连续传代10代后，S4的比容和面包屑硬度保持稳定。研究为果汁高糖烘焙产品提供了具备技术优势的专用酵母菌株。

**3. 主要技术方法**

菌株来源：自然发酵水果表皮、天然酸面团和传统老面团。筛选方法：采用含20%和30%蔗糖的酵母蛋白胨（Yeast Peptone, YP）液体培养基进行耐高糖筛选，通过测定OD₆₀₀评价生长增量；随后在20%蔗糖面包模型中进行候选菌株验证，最终选定S4。在苹果汁替代面包中，利用质构剖面分析（Texture Profile Analysis, TPA）测定质构参数；采用扫描电子显微镜（SEM）观察麸质–淀粉微观结构；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构；顶空固相微萃取–气相色谱–质谱联用（HS-SPME-GC–MS）测定挥发性有机物；通过OAV和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）鉴定香气活性物质；并设计连续传代试验评估菌株稳定性。

**4. 研究结果**

**4.1 野生酿酒酵母的筛选与鉴定**
研究人员从自然界分离并鉴定出62株酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。在20%和30%蔗糖YP培养基中，酵母生长随糖浓度升高而下降，但菌株间差异显著；S4、S5、S39、S40和S70在高压下OD₆₀₀较高，被选为候选菌株。

**4.2 面包基质验证支持S4用于高糖面包**
在20%蔗糖面包模型中，除S70外，S4等4株野生菌发酵的面包体积更大、气孔分布更均匀，比容高于商业酵母面包。S4在贮藏5天后仍保持最低面包屑硬度，因此被选作代表性高糖适应菌株进入后续苹果汁替代研究。

**4.3 苹果汁替代面包的理化性能**
在10%浓缩苹果汁替代配方中，三组面包的pH（5.2–5.4）和总可滴定酸度（2.5–2.8 mL）无显著差异，表明S4未扰乱酸平衡。S4面包比容显著高于ACY297和ACY298面包，水分活度则显著更低，提示S4改善了水–结构状态。

**4.4 质构特性和贮藏稳定性**
新鲜状态下，S4面包硬度（398.10 g）显著低于商业酵母面包（约495 g），且弹性和咀嚼性更优。贮藏3天后，S4面包硬度为632.40 g，远低于ACY297的1321.80 g和ACY298的1028.92 g，并伴有较低的胶粘性和咀嚼性，表明其抗老化能力更强。

**4.5 面包屑结构、微观结构和蛋白质构象**
图像分析显示S4面包孔隙率显著更高，SEM观察到S4面包具有连续的麸质–淀粉基质，淀粉颗粒被较好地包裹，而商业酵母面包出现基质断裂或颗粒裸露。FTIR结果表明S4面包β-折叠相对含量更高、α-螺旋较低，反映了更有序的蛋白质网络。

**4.6 感官特性和挥发性化合物分布**
在无果汁面包中，S4已使小麦香、甜香、焙烤香和黄油香得分升高；加入苹果汁后，S4+10%面包的果香得分从0.43升至4.43，甜香升至4.43，同时酸味和酒精味较低。GC–MS分析显示醛类含量从6.75 ng/g增至31.43 ng/g，说明香气改善源于醛类和酯类的比例变化而非总量增加。

**4.7 多变量分析和香气活性化合物**
PLS-DA显示菌株和果汁替代共同影响挥发物指纹，模型R2=0.99657，Q2=0.81004。OAV分析鉴定出6种香气活性物质（OAV>1），其中S4+10%面包中十一醛OAV从4.72升至24.31，反-2-癸烯醛OAV升至2.65，而ACY297面包中乙醇OAV极高（89.41），掩盖了其他香气。

**4.8 连续传代稳定性**
在含浓缩苹果汁的酸面团中连续传代10代，各代面包比容和面包屑硬度保持相对稳定，无持续下降或异常波动，表明S4具备良好的批次稳定性和实际应用潜力。

**5. 讨论与结论**

讨论部分指出，本研究将高糖耐受酵母的评价从单纯耐受性扩展至面包结构、质地和香气的综合功能分析，突出了S4的应用价值；但尚未阐明高糖适应与代谢调控的分子机制，且感官和挥发物分析仅在成品面包层面，无法区分发酵与焙烧阶段的动态变化。未来需结合代谢组学和分子生物学进一步解析机理。

结论部分可翻译为：**本研究在浓缩苹果汁替代的高糖面包体系中，对前期鉴定为高糖适应且具有良好面团发酵性能的野生酿酒酵母S4进行了深入评价。初始高蔗糖筛选和20%蔗糖面包验证提供了菌株筛选背景，而本研究重点关注S4在复杂高糖食品基质中对发酵性能、面包基质组织、质地稳定性和香气活性挥发物谱的影响。与商业面包酵母相比，S4发酵面包表现出更高的比容、更低的贮藏期面包屑硬度、更低的水分活度，以及更高的孔隙率、更连续的麸质–淀粉基质和改变的蛋白质二级结构分布。这些结构改善与增强的面包膨胀和质地保持密切相关。此外，感官评价和HS-SPME-GC–MS分析表明，S4与浓缩苹果汁替代共同增强了清新果香和甜味感知。OAV分析显示，这种香气改善主要与低阈值醛类的选择性富集有关，特别是十一醛和反-2-癸烯醛。连续10次传代进一步确认了S4在重复发酵中的表型稳定性。总之，本研究将已鉴定的高糖适应野生酵母的应用从胁迫适应评价拓展至面包结构、质地稳定性和最终香气特征的功能改进，凸显了其作为含果汁高糖烘焙产品专用发酵剂的潜力。**