《Food Chemistry》：Performance and viability of yeast (
Saccharomyces cerevisiae) during baking: An integrative electrical resistance oven (ERO) approach
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酵母在电热电阻炉烘烤初期的活性及对炉内弹簧效应的影响。通过17株酿酒酵母的热耐受性分析发现，其代谢活性可持续至50-65°C， viability降至30%时仍贡献气体释放，证实酵母活性对初始结构膨胀的关键作用。
埃杜阿多·利扎-迪亚兹（Eduardo Liza-Diaz）、卡莉恩·德罗克（Karlien De Roeck）、诺雷·斯特鲁伊夫（Nore Struyf）、朱莉·洛布里（Julie Lobry）、安·鲍蒂尔（An Bautil）、塞琳·莫内（Celine Monnet）、雷诺·图桑（Renaud Toussaint）、克里斯托夫·M·库尔坦（Christophe M. Courtin）、米卡埃尔·杜兰-杜比埃（Micka?l Durand-Dubief）、穆罕默德·N·雷扎伊（Mohammad N. Rezaei）
鲁汶大学（KU Leuven）食品化学与生物化学实验室及鲁汶食品科学与营养研究中心（LFoRCe），地址：Kasteelpark Arenberg 23, B-3001 Leuven, 比利时
摘要
面包酵母（Saccharomyces cerevisiae）在发酵过程中的作用已被广泛研究，但其在烘焙初期阶段的贡献仍缺乏定量分析。我们使用电阻烤箱（ERO）在受控温度条件下监测面团膨胀情况，并尽量减少面包皮的形成。通过评估17种S. cerevisiae菌株在发酵和烘焙过程中的表现指标，发现平均发酵速度与烤箱膨胀效应（oven spring）之间存在显著相关性（r = 0.75，p < 0.01），表明酵母在进入烤箱后仍继续通过产生二氧化碳（CO?）进行发酵。目标代谢物分析和流式细胞术检测显示，酵母在约50–65°C时仍保持代谢活性，但在66°C时存活率降至约30%。这些结果表明，酵母在烘焙初期对烤箱膨胀效应有显著贡献，在选择用于制作面包的酵母时需考虑其耐热性。
引言
面包制作过程包括三个关键阶段：混合、发酵和烘焙。在发酵过程中，酵母消耗面团中的可发酵糖分并产生二氧化碳（CO?），从而实现面包的膨胀和蓬松结构（Delcour & Hoseney, 2010; Struyf et al., 2017）。酵母主要利用葡萄糖和果糖进行发酵，这些糖分由果聚糖和蔗糖通过酵母 invertase 转化为可发酵形式（Nilsson et al., 1987; Pyler & Gorton, 2008; Struyf et al., 2017; Trumbly, 1992; Verspreet et al., 2013）。当这些糖分耗尽后，酵母会分解淀粉产生的麦芽糖，并产生乙醇及甘油、有机酸等次级代谢物，这些物质会影响最终产品的品质（Cauvain & Young, 2007; Cho & Peterson, 2010）。尽管近年来关于酵母在发酵过程中的功能及其对面团影响的研究较多（Rezaei et al., 2016; Struyf et al., 2017），但在烘焙阶段的相关研究仍较为缺乏。
在烘焙初期，淀粉发生糊化，蛋白质变性并聚集，面团迅速膨胀，这种现象称为“烤箱膨胀效应”（oven spring）。这种结构变化最终形成面包的多孔海绵状结构（Brennan, 2006; Delcour & Hoseney, 2010）。这种现象的发生与二氧化碳在高温下的溶解度降低有关，导致二氧化碳转化为气泡（Aissa et al., 2015）。气泡的膨胀以及水-乙醇共沸物的蒸发也促进了面团的膨胀（Delcour & Hoseney, 2010）。有研究表明，酵母在烘焙初期的活性会进一步产生二氧化碳（Cauvain & Young, 2007）。然而，酵母对烤箱膨胀效应的贡献仅占10–20%左右。当烤箱膨胀效应结束后，面团结构从封闭型泡沫转变为开放型海绵结构（Brennan, 2006），此时面团失去保持二氧化碳的能力，不再膨胀。
烘焙过程中的烤箱膨胀效应和二氧化碳释放受剩余酵母活性、可发酵糖分的可用性、酵母的发酵能力以及甘油和有机酸等次级代谢物的影响（Cho & Peterson, 2010; Delcour & Hoseney, 2010; Rezaei et al., 2015; Rezaei et al., 2016）。例如，琥珀酸和乙酸等有机酸会改变面团的pH值和流变特性（Rezaei et al., 2016; Jayaram, Rezaei et al., 2014）。高浓度的琥珀酸会增加分子间的排斥力，导致面筋蛋白膨胀，从而降低面团的延展性（Jayaram, Cuyvers et al., 2014）。乙酸也对面团延展性有类似影响（Galal et al., 1978）。酵母产生的甘油有助于平衡酵母细胞的内外渗透压。研究表明，增加酵母的甘油产量可以软化面团，降低发酵所需的力量（Aslankoohi et al., 2015），同时提高面团的持气能力（Aslankoohi et al., 2015）。因此，使用产甘油量较高的酵母菌株可能有助于延长二氧化碳的释放时间。烤箱膨胀效应受多种因素共同影响。
由于采样和分析的局限性，在传统烤箱中研究烘焙过程中面团/面包内部的变化较为困难。此外，传统烤箱内部无法安装传感器，数据收集需要复杂且昂贵的设备。鉴于这些挑战，人们提出了电阻加热（ohmic heating）作为替代方法。该技术通过将电能转化为热能来加热食物（Gally, 2017），具有温度均匀性、产品均匀性、可控加热速率、实时监测与控制等优点（Derde et al., 2014; Ramaswamy et al., 2014）。对于烘焙食品而言，电阻加热的优势在于面团内部温度分布均匀且不会形成面包皮。本研究使用的电阻烤箱（ERO）结合了电阻加热原理，实现了发酵和烘焙过程的统一监测，同时配备的传感器可实现实时数据采集（Jun & Irudayaraj, 2009），为客观分析提供了有力工具。已有研究显示，电阻加热技术适用于研究烘焙过程中的温度依赖性变化和反应（Deleu et al., 2019; Derde et al., 2014; Luyts et al., 2013）。尽管传统烘焙文献中已对酵母在烘焙初期的作用进行了定性描述，但对其在烘焙过程中的性能和存活率缺乏定量研究。本研究利用电阻烤箱分离发酵和烘焙过程，实现了对酵母活性的定量评估。
本研究旨在通过两种实验方法（Set Height, SH方法和Set Time, ST方法）在工业实际条件下比较酵母在发酵和烘焙过程中的表现。假设实验方法的选择会影响气体产生、烤箱膨胀效应及酵母存活率的量化分析。为此，我们评估了多种物理、动力学和生化指标，以确定可靠的酵母性能评估指标，并探讨了方法论的局限性和其在工业烘焙中的适用性。
材料
实验所用小麦粉（Bilux flour）购自Dossche Mills（比利时），作为所有面团配方的基础原料。酵母样品由Lesaffre（法国）提供，并根据其工业应用需求进行筛选。本研究使用的面团改良剂为Ibis Violet（Lesaffre, 法国）。商业结晶糖（蔗糖）、氯化钠和大豆油均从当地超市购买。其他所有化学品、溶剂和试剂也均来自相同来源。
电阻烤箱及其参数说明
所使用的电阻烤箱（ERO）能够实时监测关键烘焙参数，如面包内部温度和面团高度。该系统专为确保发酵和烘焙过程中面团温度均匀而设计，从而生产出无面包皮、质地柔软的面包（Bender et al., 2019; Deleu et al., 2019; Derde et al., 2014）（图1A）。结论
研究表明，Saccharomyces cerevisiae在烘焙初期仍保持代谢活性，在面团内部温度约为50–65°C时对烤箱膨胀效应有显著贡献。电阻烤箱的使用有效减少了面包皮的形成，并实现了在受控条件下的酵母活性精确评估。不同菌株的酵母性能存在显著差异，共评估了17种菌株。
作者贡献声明
埃杜阿多·利扎-迪亚兹（Eduardo Liza-Diaz）：负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。卡莉恩·德罗克（Karlien De Roeck）：数据可视化、验证、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。诺雷·斯特鲁伊夫（Nore Struyf）：项目监督、方法设计、概念构建。朱莉·洛布里（Julie Lobry）：方法设计、数据分析。安·鲍蒂尔（An Bautil）：项目监督、方法设计。塞琳·莫内（Celine Monnet）：撰写、审稿。资助
本研究得到了Lesaffre International（法国Marcq-en-Baroeul）下属的Lesaffre科学技术研究所的支持。利益冲突声明
作者声明以下可能的利益冲突：E. L. D., J. L., C. M., R. T., M. D. D. 和 M. N. R.为Lesaffre International（法国Marcq-en-Baroeul）的员工。K. D. R., N. S., A. B. 和 C. M. C.为鲁汶大学（比利时Leuven）的员工。致谢
本研究是Lesaffre International烘焙科学与营养中心与鲁汶大学食品化学与生物化学实验室合作的成果。
