小球藻（Chlorella vulgaris）通过酸面团发酵的增值：将微生物动态与面包技术功能特性联系起来

《Algal Research》：Valorisation of Chlorella vulgaris through sourdough fermentation: linking microbial dynamics with bread techno-functional properties

　　

宏基因组学（Metagenomics）揭示了富含小球藻（Chlorella）的酸面团中的微生物变化。微藻增强了发酵过程中乳酸（lactic acid）的产生。富含微藻的面包表现出更高的抗氧化活性（antioxidant）、蛋白质（protein）和矿物质（mineral）含量。微藻富集保留了面包的关键技术功能特性（techno-functional properties）。富含小球藻的酸面团显示出用于功能性面包的潜力。

### 论文解读：酸面团发酵实现小球藻增值——微生物动态与面包技术功能特性的整合研究

#### 1. 研究背景与问题

烘焙行业在谷物加工和发酵技术方面经历了重大变革，消费者对兼具感官品质、健康效益和环境可持续性的食品需求日益增长，推动了传统酸面团产品的复兴。酸面团发酵是乳酸菌（LAB）、酵母、面粉组分和水之间复杂生物过程的产物，通过微生物代谢产生有机酸、糖类和生物活性化合物，改善面包风味、流变学特性、货架期和营养价值。然而，尽管微藻如小球藻（*Chlorella vulgaris*）因其高生物量生产力、营养密度（富含蛋白质、必需氨基酸、维生素、矿物质、多不饱和脂肪酸和抗氧化剂）和潜在健康益处而被视为功能性食品原料，其在酸面团发酵中的具体影响——特别是对微生物生态学和发酵动力学的调控——尚未得到充分研究。现有研究多集中于面包制作性能，缺乏同时评估微生物群落组成、发酵代谢物、面团流变学及面包技术功能特性的整合分析。为此，本研究旨在系统评估4% (w/w) 小球藻掺入酸面团对微生物群落结构、发酵代谢产物、面团流变学、面包技术营养特性及感官属性的影响，弥补微藻与酸面团发酵生态系统相互作用的知识空白。

#### 2. 主要关键技术方法

研究人员采用宏基因组测序（metagenomic sequencing，基于Illumina MiSeq平台，扩增细菌16S rRNA V3-V4区和真菌ITS区域）解析酸面团微生物群落组成，样本包括原始酸面团（源自传统面包师自发发酵黑麦粉后又适应小麦粉）及添加小球藻（批次2023×16023，Pagarete Microalgae Solutions，葡萄牙）的样品，设置生物学重复（n=2）。使用高效液相色谱（HPLC）定量发酵过程中糖类、醇类和有机酸（乳酸、乙酸等）。采用Mixolab2流变仪测定面团水吸收率、蛋白弱化及淀粉糊化特性。面包技术品质通过体积（菜籽置换法）、质构（TA.XTplus质构仪，穿刺模式）和色差（CIE L*a*b*）评估，总酚含量（Folin-Ciocalteu法）和抗氧化能力（DPPH和FRAP法）通过分光光度法测定。矿物质组成采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）分析。感官评价由50名未培训小组成员进行9分快乐量表评分。

#### 3. 研究结果

**3.1 酸面团微生物群的宏基因组分析**
通过16S rRNA和ITS区域测序，研究人员发现所有酸面团样品中细菌以厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为主，真菌以子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为主。添加小球藻后，α多样性（Shannon指数）在细菌（H'=2.4 vs. 1.8）和真菌群落中升高，表明微生物分类学多样性增加。发酵24小时后，乳酸菌（LAB）特别是 *Fructilactobacillus sanfranciscensis* 成为优势菌，同时醋酸菌（*Acetobacter*）和来自小球藻的 *Aeromonas* 属在成熟酸面团中维持一定比例。真菌群落从初始的 *Kazachstania* 向 *Saccharomyces* 和耐酸酵母转变，添加微藻后 *Kazachstania unispora* 与 *Saccharomyces cerevisiae* 共存。结果表明微藻掺入增加了初始微生物代表性，但未破坏主要发酵微生物的 dominance。

**3.2 发酵代谢物动态**
在24小时发酵过程中，pH从约4.7–4.8降至3.6–3.7，添加小球藻的酸面团初期pH下降略快。可溶性糖谱显示，添加微藻的酸面团在3–24小时显著提高了葡萄糖和麦芽糖水平，同时果糖在后期显著降低，符合异型发酵LAB利用果糖作为电子受体的特性。乳酸是主要有机酸，在3和12小时显著高于对照组；乙酸在0–12小时也显著升高，这与来自小球藻的醋酸菌导入一致。乙醇和甘油浓度低且受微藻影响。发酵商数（乳酸/乙酸摩尔比）在2.4–6.4之间，表明异型发酵占主导。微藻掺入调节了碳水化合物利用和有机酸产生，但保留了I型酸面团的代谢特征。

**3.3 面包面团流变学**
Mixolab2分析显示，添加4%小球藻后面团水吸收率从44.4%显著降至42.0%，面团形成时间缩短（196→178 s），蛋白弱化参数C2降低，表明蛋白强度减弱。淀粉糊化温度略升，C3扭矩相似但凝胶化受阻；热凝胶稳定性参数C4和冷却后回生参数C5显著升高，暗示可能加速保质期内面包屑硬化。面团稳定性未受影响。

**3.4 面包品质**

**3.4.1 颜色** 添加小球藻的面包呈现明显绿色调，亮度L*降低，a*值变绿（降低），b*值在面包屑中升高（更黄），ΔE超过人眼可感知阈值。

**3.4.2 体积、质构与水活度（a_W）** 体积在同一发酵系统内（有或无酵母）未受微藻显著影响，但有酵母的面包体积显著更大。添加微藻不影响有酵母面包的硬度，但无酵母面包硬度更高。添加微藻的无酵母面包弹性增加、内聚性降低，水活度显著降低，有利于微生物稳定性。

**3.5 总酚含量与抗氧化能力** 添加小球藻及酵母的面包总酚含量（46.1 μg GAE/g）显著高于无酵母组（37.0 μg GAE/g），FRAP（141.5 μg TEAC/g）和DPPH活性也显著增强，归因于酚类释放、微藻色素和脂溶性抗氧化剂以及铁离子的贡献。

**3.6 营养组成** 添加小球藻使面包蛋白质（8.79→9.13 g/100 g）、灰分（0.95→1.27 g/100 g）及钙、磷、锰显著增加，钠和钾降低，脂质略降。两种面包均符合“蛋白质来源”声明，且添加微藻的面包锰含量符合“高锰”声明。

**3.7 感官评价** 除质构外，颜色、香气、味道、酸面团风味接受度、后味和总体接受度均显著低于对照组，但所有评分仍高于5分（中点）。“购买意愿”显示32%参与者会购买添加微藻面包，34%不确定。

#### 4. 结论与讨论

研究人员在讨论中强调，微藻掺入通过提供额外营养物质和微生物群，增加了酸面团初始微生物多样性，但未破坏主要发酵微生物（如 *F. sanfranciscensis* 和 *Kazachstania*）的竞争优势，这与发酵过程中乳酸和乙酸的增强一致。流变学变化（水吸收率降低、蛋白弱化）可通过调整配方（如水合水平）优化，而面包体积和硬度未受显著影响，证明技术可行性。抗氧化和营养增强表明微藻可作为功能性强化成分，但感官接受度需进一步改进。研究结论如下：从营养和功能角度看，微藻富集显著提高了总酚含量、抗氧化能力、蛋白质和矿物质含量，支持其作为高价值成分用于营养强化烘焙产品。流变学分析显示，在1%最终掺入水平下，富集面团的水吸收率降低，但面包硬度和体积保持不变，证实技术可行性。微生物学角度上，4% (w/w) 微藻掺入改变了自源微生物群落，扩大了分类学代表性（尤其是真菌），并上调了乳酸积累和糖利用动态，同时保留了关键发酵微生物的优势。该研究通过将微生物组分析与发酵代谢物、面团流变学和面包营养技术功能特性整合，提供了微生物群落动态如何转化为可测量产品品质的新见解。总体而言，酸面团发酵是微藻增值的有效生物技术平台，有助于开发营养和技术功能增强的烘焙产品，推动可持续的蓝色生物经济食品系统。未来研究应优化掺入水平、改善感官接受度，并进一步探索微生物群落动态与面包质量的关系。