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Introduction
与普通精制小麦粉相比，全麦粉含有更高水平的维生素、矿物质、膳食纤维和其他植物化学物质。然而，与精制面粉相比全麦产品具有特定的感官品质，包括其深色、斑点状外观及粗糙坚硬的质地。其中一个原因是全麦产品中不溶性膳食纤维含量过高，使面团形成过程中面筋网络结构恶化，导致全麦产品质量下降。因此，如何让消费者从全麦面粉中获得健康益处，提高全麦产品的加工性能已成为人们关注的问题。
粮食结构中的膳食纤维大部分为不溶性膳食纤维。在纤维素酶的作用下，可将大部分不溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，使面粉的烘烤性能提升。纤维素酶是降解纤维素的一组酶的总称，它不是单一的酶。它主要由核酸外切酶β-葡聚糖酶、核酸内切酶β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组成，并且有一定的木聚糖酶活性，可作用于纤维素及其衍生产物。
纤维素酶在全麦食品中的巨大应用潜力促进了全麦面粉行业新的发展前景。然而，酶制剂作为一种昂贵的面粉改良剂，在面粉工业中难以大规模实施。而发酵法，可以在面团发酵过程中降低pH值，并通过各种有机酸和酶的协同作用使全麦中大分子的水解，而游离氨基酸的增加和风味前体的生成亦是产品风味改善的原因之一。多糖的水解可以改善全麦面团的流变品质和产品的质地。此外，面团发酵还可以通过延缓淀粉消化率，提高蛋白质消化率，调节生物活性化合物的水平和生物可及性，提高矿物质的生物利用度，积极改善全麦产品的营养品质。面团发酵增加了全麦产品中有益微生物的种类和数量，并补充了肠道微生物群。
北京工商大学刘英丽教授、王静教授等选取了两株具有产纤维素酶能力的菌株并将其应用于全麦面团中，研究了菌株在全麦面团中的适应性，对发酵后面团中微生物数量、结构变化及营养品质进行了测定。结果表明，产纤维素酶菌株的加入进一步提高了全麦面粉的营养价值，改善了面团的加工性能，进而使全麦面包的食用品质和风味特性得到了较大提升，为今后全麦制品品质改良提供了理论基础，促进发酵技术在全麦制品领域的拓展和应用，助力我国多样化的全谷物技术和产品体系构建。
Results and Discussion
全麦面团的产酸、微生物和酶活特性
在发酵过程中全麦面团的pH值迅速降低，产酸能力增强；微生物菌落总数快速增长，空白对照C组在稳定期菌落数达到（8.62 ± 0.22）CFU/g，而Y21组和SH组的菌落数达到（9.07 ± 0.04）和（9.19 ± 0.16）CFU/g，以上说明菌株在全麦面团中有良好的适应性。在发酵8 h后，全麦面团中对照组的纤维素素酶活为0.71 U/mL，而SH组达到了1.44 U/mL。24 h的木聚糖酶活性，Y21+SH > SH > Y21 > C，产纤维素酶菌株发酵与简单菌株发酵有显著差异。引入SH发酵后的全麦面团的SDF与WEAX含量一直处于最高，且在12 h时达到（66.95 ± 0.85）与（23.69 ± 0.37）mg/mL。菌株Y21和SH能有效水解全麦面粉中的不溶性膳食纤维，释放出大量可溶性膳食纤维和水溶性阿拉伯木聚糖。
全麦面团的结构特性
添加产酶菌株后全麦面团的形成时间缩短、稳定时间延长、弱化度降低，弹性模量和黏度降低，面筋蛋白水解活性显著提高，湿面筋含量降低，大量游离巯基释放，分子间氢键增强，都表明发酵后面团的筋力增强，且SH组总体上表现出更突出的优势。
图3全麦面团中湿面筋含量变化
全麦面包的品质
添加菌株SH后，全麦面包的面筋网络结构得到了强化，纤维素酶在全麦面包体系中发挥了关键作用，促进了水分子与面筋的交联，增强了面团的稳定性和持气能力，从而改善了全麦面包的烘焙特性。全麦面包的截面和孔隙率对比如图7所示。本研究以TPA法评价添加不同产酶菌株对面包样品结构特性的影响。随着SH添加量的增加，全麦面包样品的硬度、黏性和嚼劲均显著降低。当SH添加量为5 × 107 CFU/g时，面包的硬度、弹性、嚼劲和回弹性与对照小麦面包相似。
Conclusion
产纤维素酶菌株能显著提高全麦面团的品质，主要表现在：1）使全麦面团的pH值迅速降低，产酸能力增强；2）能有效水解全麦面粉中的不溶性膳食纤维，释放出大量可溶性膳食纤维和水溶性阿拉伯木聚糖，有利于改善全麦发酵面制品品质；3）降低弹性模量和黏度；4）面筋蛋白水解活性显著提高，湿面筋含量降低，大量游离巯基释放，分子间氢键增强。综上所述，纤维素酶产生菌在全麦面团中具有良好的适应性，发酵可以改善全麦面团的性能，有利于节约成本，提高全麦面包等全麦烘焙产品的质量。
{ 第一作者 }
刘英丽，女，博士，教授，博士生导师。中国科协人才奖评审专家，HICOOL全球创业大赛评委，山东省外专人才评审专家，《Food Science of Animal Products》、《食用菌学报》、《肉类研究》等编委。长期致力于食品微生物发酵及其应用技术研究、酶工程、功能性食品配料研究与开发的研究。获教育部科技进步二等奖、美国食品科技学会IFT授予的Tanner Award奖、中国商业联合会科学技术奖特等奖、第六届中国科协优秀科技论文奖，入选北京市优秀人才培养青年拔尖团队，北京市属高校高水平教师队伍建设创新团队。近5年主持国家重点研发计划课题，国家自然科学基金、河南省重大科技专项及企业委托横向课题等项目，并以主要科研骨干参与国家“十二五”科技支撑计划、国家自然科学基金项目、中国工程院重大咨询研究项目等10余项，参与制定国际标准2项。在国内外重要学术期刊发表相关学术论文80余篇，授权发明专利4项。
{ 通信作者 }
王静，女，博士，教授，博士生导师。现任北京工商大学轻工与食品学部主任，国家粮食产业（副产物食用资源开发）技术创新中心主任，中加食品营养与健康（北京）联合实验室主任。兼任中国食品科学技术学会理事。入选国家“万人计划”科技创新领军人才，国家有突出贡献中青年专家、国家百千万人才工程、国务院政府特贴专家。主要研究方向为粮油制品加工与副产物综合利用，获得国家科技进步二等奖、第十五届中国青年科技奖、教育部高等学校科学研究技术进步二等奖、中国轻工业联合会技术进步奖一等奖、中国商业联合会科技进步特等奖等多项国家及省部级科技奖。近5年来先后主持国家重点研发计划项目，国家自然科学基金重点项目和面上项目、北京市高水平创新团队建设计划、北京市自然科学基金-市教委联合资助科技重点项目等多项国家及省部级项目。在国内外学术期刊上发表论文200余篇，其中SCI收录论文100余篇，正式出版学术著作7部，获得国家知识产权局授权发明专利10余项。
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.
本文编译内容由作者提供
编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇
封面图片：摄图网
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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