本文系Food Science and Human Wellness原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

Introduction

與普通精制小麥粉相比，全麥粉含有更高水平的維生素、礦物質、膳食纖維和其他植物化學物質。然而，與精制面粉相比全麥產品具有特定的感官品質，包括其深色、斑點狀外觀及粗糙堅硬的質地。其中一個原因是全麥產品中不溶性膳食纖維含量過高，使面團形成過程中面筋網絡結構惡化，導致全麥產品質量下降。因此，如何讓消費者從全麥面粉中獲得健康益處，提高全麥產品的加工性能已成為人們關注的問題。

糧食結構中的膳食纖維大部分為不溶性膳食纖維。在纖維素酶的作用下，可將大部分不溶性膳食纖維轉化為可溶性膳食纖維，使面粉的烘烤性能提升。纖維素酶是降解纖維素的一組酶的總稱，它不是單一的酶。它主要由核酸外切酶β-葡聚糖酶、核酸內切酶β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶組成，并且有一定的木聚糖酶活性，可作用于纖維素及其衍生產物。

纖維素酶在全麥食品中的巨大應用潛力促進了全麥面粉行業新的發展前景。然而，酶制劑作為一種昂貴的面粉改良劑，在面粉工業中難以大規模實施。而發酵法，可以在面團發酵過程中降低pH值，并通過各種有機酸和酶的協同作用使全麥中大分子的水解，而游離氨基酸的增加和風味前體的生成亦是產品風味改善的原因之一。多糖的水解可以改善全麥面團的流變品質和產品的質地。此外，面團發酵還可以通過延緩淀粉消化率，提高蛋白質消化率，調節生物活性化合物的水平和生物可及性，提高礦物質的生物利用度，積極改善全麥產品的營養品質。面團發酵增加了全麥產品中有益微生物的種類和數量，并補充了腸道微生物群。

北京工商大學劉英麗教授、王靜教授等選取了兩株具有產纖維素酶能力的菌株并將其應用于全麥面團中，研究了菌株在全麥面團中的適應性，對發酵后面團中微生物數量、結構變化及營養品質進行了測定。結果表明，產纖維素酶菌株的加入進一步提高了全麥面粉的營養價值，改善了面團的加工性能，進而使全麥面包的食用品質和風味特性得到了較大提升，為今后全麥制品品質改良提供了理論基礎，促進發酵技術在全麥制品領域的拓展和應用，助力我國多樣化的全谷物技術和產品體系構建。

Results and Discussion

全麥面團的產酸、微生物和酶活特性

在發酵過程中全麥面團的pH值迅速降低，產酸能力增強；微生物菌落總數快速增長，空白對照C組在穩定期菌落數達到（8.62 ± 0.22）CFU/g，而Y21組和SH組的菌落數達到（9.07 ± 0.04）和（9.19 ± 0.16）CFU/g，以上說明菌株在全麥面團中有良好的適應性。在發酵8 h后，全麥面團中對照組的纖維素素酶活為0.71 U/mL，而SH組達到了1.44 U/mL。24 h的木聚糖酶活性，Y21+SH > SH > Y21 > C，產纖維素酶菌株發酵與簡單菌株發酵有顯著差異。引入SH發酵后的全麥面團的SDF與WEAX含量一直處于最高，且在12 h時達到（66.95 ± 0.85）與（23.69 ± 0.37）mg/mL。菌株Y21和SH能有效水解全麥面粉中的不溶性膳食纖維，釋放出大量可溶性膳食纖維和水溶性阿拉伯木聚糖。

圖1全麥面團pH（A）和TTA（B）的變化

圖2全麥面團的酶活性特性（A）CMCase；（B）XYLase

全麥面團的結構特性

添加產酶菌株后全麥面團的形成時間縮短、穩定時間延長、弱化度降低，彈性模量和黏度降低，面筋蛋白水解活性顯著提高，濕面筋含量降低，大量游離巰基釋放，分子間氫鍵增強，都表明發酵后面團的筋力增強，且SH組總體上表現出更突出的優勢。

圖3全麥面團中濕面筋含量變化

圖4面團發酵過程中的儲能模量（G'）和損失模量（G''）的變化

圖5全麥面團的SDS-PAGE分析

圖6全麥面團游離巰基含量變化

全麥面包的品質

添加菌株SH后，全麥面包的面筋網絡結構得到了強化，纖維素酶在全麥面包體系中發揮了關鍵作用，促進了水分子與面筋的交聯，增強了面團的穩定性和持氣能力，從而改善了全麥面包的烘焙特性。全麥面包的截面和孔隙率對比如圖7所示。本研究以TPA法評價添加不同產酶菌株對面包樣品結構特性的影響。隨著SH添加量的增加，全麥面包樣品的硬度、黏性和嚼勁均顯著降低。當SH添加量為5 × 107 CFU/g時，面包的硬度、彈性、嚼勁和回彈性與對照小麥面包相似。

圖7面包的橫截面和孔隙對比

Conclusion

產纖維素酶菌株能顯著提高全麥面團的品質，主要表現在：1）使全麥面團的pH值迅速降低，產酸能力增強；2）能有效水解全麥面粉中的不溶性膳食纖維，釋放出大量可溶性膳食纖維和水溶性阿拉伯木聚糖，有利于改善全麥發酵面制品品質；3）降低彈性模量和黏度；4）面筋蛋白水解活性顯著提高，濕面筋含量降低，大量游離巰基釋放，分子間氫鍵增強。綜上所述，纖維素酶產生菌在全麥面團中具有良好的適應性，發酵可以改善全麥面團的性能，有利于節約成本，提高全麥面包等全麥烘焙產品的質量。

{ 第一作者 }

劉英麗，女，博士，教授，博士生導師。中國科協人才獎評審專家，HICOOL全球創業大賽評委，山東省外專人才評審專家，《Food Science of Animal Products》、《食用菌學報》、《肉類研究》等編委。長期致力于食品微生物發酵及其應用技術研究、酶工程、功能性食品配料研究與開發的研究。獲教育部科技進步二等獎、美國食品科技學會IFT授予的Tanner Award獎、中國商業聯合會科學技術獎特等獎、第六屆中國科協優秀科技論文獎，入選北京市優秀人才培養青年拔尖團隊，北京市屬高校高水平教師隊伍建設創新團隊。近5年主持國家重點研發計劃課題，國家自然科學基金、河南省重大科技專項及企業委托橫向課題等項目，并以主要科研骨干參與國家“十二五”科技支撐計劃、國家自然科學基金項目、中國工程院重大咨詢研究項目等10余項，參與制定國際標準2項。在國內外重要學術期刊發表相關學術論文80余篇，授權發明專利4項。

{ 通信作者 }

王靜，女，博士，教授，博士生導師。現任北京工商大學輕工與食品學部主任，國家糧食產業（副產物食用資源開發）技術創新中心主任，中加食品營養與健康（北京）聯合實驗室主任。兼任中國食品科學技術學會理事。入選國家“萬人計劃”科技創新領軍人才，國家有突出貢獻中青年專家、國家百千萬人才工程、國務院政府特貼專家。主要研究方向為糧油制品加工與副產物綜合利用，獲得國家科技進步二等獎、第十五屆中國青年科技獎、教育部高等學校科學研究技術進步二等獎、中國輕工業聯合會技術進步獎一等獎、中國商業聯合會科技進步特等獎等多項國家及省部級科技獎。近5年來先后主持國家重點研發計劃項目，國家自然科學基金重點項目和面上項目、北京市高水平創新團隊建設計劃、北京市自然科學基金-市教委聯合資助科技重點項目等多項國家及省部級項目。在國內外學術期刊上發表論文200余篇，其中SCI收錄論文100余篇，正式出版學術著作7部，獲得國家知識產權局授權發明專利10余項。

Adaptability of 2 cellulase producing strains Bacillus sp. SH and Aspergillus oryzae Y21 in whole wheat dough and impact on the quality of whole wheat bread

Yingli Liu, Shengjie Zhong, Xiaoming Wei, Maosi Fan, Min Cai, Zhengkai Wang, Jing Wang*

National Center of Technology Innovation For Grain Industry (Comprehensive Utilization of Edible By-products), Key Laboratory of Special Food Supervision Technology for State Market Regulation, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

*Corresponding author.

Abstract

Compared to refined wheat flour, whole wheat flour contains higher nutrients, but its high content of dietary fiber can have a significant impact on the quality of the final product. Therefore, how to enable consumers to obtain health benefits from whole wheat flour and improve the processing performance of whole wheat products has become a concern. The purpose of this study is to apply 2 strains Bacillus sp. SH and Aspergillus oryzae Y21 with cellulase production capacity and study their adaptability in whole wheat dough. The results indicate that the addition of cellulase-producing strains enhanced the acid production ability of whole wheat dough, rapidly reduced its pH value and insoluble dietary fiber content, and significantly increased the water-soluble arabinoxylan and water-soluble dietary fiber content. During the fermentation process, the viscoelasticity of the dough decreased, free sulfhydryl content increased, wet gluten content decreased, and the degree of reduction was consistent with the degree of acidification. Moreover, the proteolytic activity of the dough was increased, and the hydrolysis of gliadin was the most extensive. SH showed a higher advantage and has been used in whole wheat bread making. Increasing the proportion of strain SH in whole wheat bread can improve the structural characteristics and texture of the bread. When SH (5 × 107 CFU/g) is added to whole wheat bread, its hardness, elasticity, chewiness, and resilience can be similar to those of bread made from control group wheat flour, far exceeding that of whole wheat bread without adding SH. The addition of cellulase producing strains has obvious advantages in the development of whole-wheat dough, and also promote the development of whole wheat fermented foods as staple foods.

Reference:

LIU Y L, ZHONG S J, WEI X M, et al. Adaptability of 2 cellulase producing strains Bacillus sp. SH and Aspergillus oryzae Y21 in whole wheat dough and impact on the quality of whole wheat bread[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(6): 9250149. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250149.

本文編譯內容由作者提供

編輯：梁安琪；責任編輯：孫勇

封面圖片：攝圖網

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