《Sustainable Food Technology》：Reformulating wheat dough and bread using second cheese wheyOpen Access
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第二乳清（SCW，Second Cheese Whey）作为一种主要的乳制品副产物，被探索作为面包制作的原料以促进其增值。为此，研究人员将非发酵第二乳清（NF-SCW）和经傅氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）发酵的第
第二乳清（SCW，Second Cheese Whey）作为一种主要的乳制品副产物，被探索作为面包制作的原料以促进其增值。为此，研究人员将非发酵第二乳清（NF-SCW）和经傅氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）发酵的第二乳清（F-SCW）以50%和100%的水替代水平掺入面团，并评估了它们对面团流变学和面包品质的影响。结果表明，无论发酵状态如何，SCW的掺入均以剂量依赖方式增强了面团的粘弹性——显著（p < 0.05）提高了储能模量（storage modulus, G'）和损耗模量（loss modulus, G″）值以及粘度参数，同时保持了与对照面团（100%水）相当的发酵性能。在面包品质方面，使用NF-SCW和F-SCW进行完全水替代导致比容（specific volume, SV）显著降低（分别为2.36和2.38 mL g?1，对照组为2.70 mL g?1，p < 0.05），面包瓤硬度（crumb hardness）显著增加（分别为17.01和14.37 N，对照组为10.87 N，p < 0.05），并且面包瓤结构比对照组更粗糙。相反，部分替代，尤其是使用F-SCW，缓解了这些不利影响，使测试参数的值在统计上与对照面包相当（p > 0.05）。这些发现表明，在面包制作中适度掺入SCW是一种可持续且可行的乳制品废弃物增值策略。此外，发酵后，在F-SCW中检测到丙酸（propionic acid）和乙酸（acetic acid）两种代谢物，它们已知对常见面包腐败微生物具有抗菌活性，浓度分别为1.55和3.07 g L?1。这为未来研究它们对面包保质期潜在影响提供了一个有前景的方向。
**论文解读文章**
**研究背景与问题**
面包作为全球食品工业的主要产品，其生产正朝着可持续和健康导向发展。农业食品加工副产物（如乳清）的再利用成为研究热点。第二乳清（SCW）是乳清奶酪（如Ricotta）生产后的液体副产物，富含乳糖、变性乳清蛋白、可溶性肽、低聚糖和必需矿物质，但在意大利每年约100万吨的SCW大多被废弃，造成环境和经济效益问题。现有研究对SCW在面包中的应用（尤其是发酵与非发酵状态对比）缺乏系统评估。本研究旨在探究以非发酵（NF-SCW）和傅氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）发酵SCW（F-SCW）部分或完全替代水对面团糊化、发酵、粘弹性及最终面包品质的影响，并验证发酵SCW产生的有机酸（丙酸、乙酸）对面包保质期的潜在贡献。
**研究开展与结论**
研究人员将绵羊SCW以50%和100%比例替代水，掺入小麦面团中，制备面包并系统分析面团流变学特性、发酵性能及面包理化品质。结果表明：SCW掺入显著增强面团粘弹性（G'、G″升高）和糊化粘度，呈剂量依赖效应，且不损害发酵性能；但完全替代水导致面包比容降低、硬度增加、面包瓤结构粗糙。部分替代（尤其是50% F-SCW）可缓解这些负面效应，使面包品质与对照组无显著差异。F-SCW中检测到丙酸（1.55 g L
?1）和乙酸（3.07 g L
?1），提示其具有延长面包保质期的潜力。该研究证实中等程度SCW掺入是可持续的乳制品副产物增值策略，符合循环经济原则，适用于小型或手工面包房。论文发表在《Sustainable Food Technology》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用以下关键技术：（1）SCW发酵：使用傅氏丙酸杆菌STAC4菌株（分离自山羊奶酪），在30℃静态条件下发酵72 h，获得F-SCW，并测定其化学组成（干物质、蛋白质、灰分、乳糖、有机酸、pH、矿物质）。（2）面团制备：采用直面团法（straight dough method），使用Brabender Farinograph-TS确定最佳吸水率（54%），以NF-SCW和F-SCW分别替代50%和100%水。（3）面团流变学分析：使用快速粘度分析仪（RVA）测定糊化特性；使用流变仪（MCR-92）进行频率扫描测试（0.1–10 Hz，0.01%应变）获取粘弹性参数（G'、G″、tan δ）；使用流变发酵仪（Chopin F3）监测面团发酵过程中的高度、气体释放量和保留系数。（4）面包品质分析：测定比容（3D VolScan）、质构（TPA双压缩测试）、颜色（CIELab）、面包瓤结构（ImageJ图像分析）及化学成分。样本来源：绵羊SCW由LAIT（意大利Ittiri）提供，面粉由SIMEC S.p.A.提供。
**研究结果**
**SCW表征**
发酵后，F-SCW的干物质和乳糖含量显著降低（p < 0.05），蛋白质含量升高（反映细菌生物量积累），并检测到丙酸（3.07 g L
?1）和乙酸（1.55 g L
?1），pH从6.20降至4.09。矿物质中Ca含量略有下降，Na和K升高，Mg和P无显著变化。
**面团糊化特性**
SCW掺入样品的峰值粘度（PV）、崩解值、回生值和最终粘度（FV）均显著高于对照组（p < 0.05），且呈现剂量依赖（100%替代 > 50%替代）。糊化温度（PT）显著降低。这些效应归因于SCW中高磷含量促进淀粉交联和膨胀。
**面团粘弹性特性**
所有面团均呈弹性主导（tan δ < 1）。SCW掺入显著提高G'和G″值（p < 0.05），且100%替代显著高于50%替代，但发酵与非发酵间无显著差异。tan δ除50% NF-SCW外与对照组无显著差异。增强效果可能源于SCW的矿物质（尤其是磷酸基团）促进面筋蛋白交联。
**面团发酵特性**
100% NF-SCW面团的最大发酵高度（Hm）和最终高度（h）显著高于对照组（p < 0.05）。气体释放参数方面，50% F-SCW面团的最大气体释放高度（H'm）显著高于其他样品（p < 0.05），但总产气量（CO2-TOT）、保留量（CO2-RET）和释放量（CO2-REL）在所有SCW面团中与对照组无显著差异。100% F-SCW面团的总产气量最低，但气体保留系数（RC）最高（91.80%），可能因其低pH（5.14–5.02）抑制了淀粉酶活性，但强化的粘弹性结构维持了气体保留。
**面包化学组成**
SCW面包的灰分含量显著高于对照组（p < 0.05），且呈剂量依赖。F-SCW面包的脂肪含量显著高于其他配方（p < 0.05），可能与有机酸促进脂质提取有关。蛋白质含量在F-SCW面包中略高，但与对照组无显著差异。
**面包比容**
100% SCW面包的比容显著低于对照组（p < 0.05）（2.36–2.38 vs 2.70 mL g
?1），而50%替代面包与对照组无显著差异。比容降低主要归因于乳糖干扰面筋交联，而非发酵参数。
**面包质构与颜色**
100% NF-SCW面包硬度最高（17.01 N），显著高于对照（10.87 N，p < 0.05）；50% F-SCW面包硬度与对照无显著差异（11.51 N）。F-SCW面包的弹性和内聚性优于NF-SCW面包。面包皮颜色参数（L*、a*、b*、BI、ΔE）无显著差异，面包瓤颜色仅a*值在NF-SCW和F-SCW间有显著差异（均呈绿色调）。
**面包瓤结构**
SCW完全替代（100%）导致面包瓤中大型气孔（Class 3和4）比例显著增加，结构粗糙；50%替代面包的气孔分布与对照组无显著差异。这可能是由于乳糖干扰面筋网络和过度气体膨胀导致气孔合并塌陷。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，SCW中矿物质的增强作用与乳糖的负面效应相互竞争，适度替代（50%）可平衡二者。F-SCW中的丙酸和乙酸具有潜在抗真菌活性，可延长面包保质期，但需进一步研究。研究结论翻译如下：水和SCW的部分和完全替代显著影响面团流变行为和面包品质，取决于替代水平和发酵状态。相比对照组，SCW面团以剂量依赖方式增强粘弹性和粘度参数，且不损害发酵性能。这些改善可能源于SCW的矿物质组成，强化了面筋网络。然而，完全替代对面包技术品质产生负面影响，导致比容降低、面包瓤结构和质地劣化。部分替代，尤其是50% F-SCW配方，缓解了这些效应，代表了一种可持续且可行的乳制品副产物增值策略，对手工和小型面包房生产具有实际意义。通过将未充分利用的乳制品副产物转化为能改善面团流变学和面包营养品质的功能性成分，该方法有助于农业食品领域的循环经济原则。发酵SCW配方中有机酸的存在值得关注，因为它们在烘焙产品中具有公认的抗真菌活性。然而，SCW的组成变异性可能影响所观察技术效应的可重复性，在扩大规模时应予以考虑。此外，较高的乳糖含量对乳糖不耐受消费者构成限制，除非采用水解或发酵等降低乳糖策略。从感官角度看，SCW掺入可能改变面包的感官特性。未来研究应包括全面的微生物和技术保质期评估，以评估发酵SCW衍生有机酸对常见面包腐败微生物的防腐潜力，以及感官分析、消费者接受度测试和降低乳糖策略，以增强工业适用性。
