面包王子说:
面包如果用一句话去诠释的话,应该是用经验学去判断生物学,而生物学最基准的就是关于酵母方向。
如果我们拉到生命的进化的尺度,酵母的产业比我们想象的还大!全球最大的项目公司和中国最大的项目公司分别是乐斯福和安琪,他们已经深入了整个生物科技的领域,对于酵母再度的深度开发涉及到农业、医药科研,包括生命方向等等。尤其是酶制剂的使用更加突破了食品更多可能性。
现阶段整个行业,无论工业烘焙、手工烘焙都因为酵母和酶制剂的技术没有突破而停留在某一个阶段,就像蒸汽机时代到电力时代一样。
所以烘焙的突破需要更多酵母突破,尤其是酶制剂的突破,我们要对这些的知识更加的深入去了解,去探索。
中国江南大学和河南工业大学在这方面进行了一些深入的研究,现在在深入基础的研究和面包的应用研究中需要有一个贯通性,知识体系才可以加速建立。行业内的应用需要面包师傅不断的去学习更多深度的知识,就是藏在经验学下边生物学的一些特征,理论与经验并行,食品系的学生应该去了解面包应用制作的一些状态的经验,以求更加好的理解这整个系统。
当然除此以外还有整个营销,技术,和深度食品科技,这三者融合性的人才是未来是重点需求。
人类发酵食物的历史几乎可以追溯到6000年前最早有史可考的时候,但一直到150年前,有了路易·巴斯德的研究后,我们才开始明白发酵的根本原理,关键在与特定真菌群的产氧代谢作用,这类真菌就是酵母。
酵母是一群微小的单细胞真菌,已知的种类已经超过100种。这些酵母有些会造成人类感染,有些则导致食物腐败,不过其中一种酿酒酵母,意思是“酿造业者的糖真菌”对酿造、烘焙都很有作用,人类有史以来,大都只由谷物表面取得酵母,有时也取自先前制作的面团,或者啤酒酿造桶内酒液表面。时至今日,面包专用的特选酵母品种都是工业发酵槽中的糖蜜培育出来的。
所以今天想和大家深入的聊聊酵母的不同,这可能是一篇知识点有些密集的枯燥干货,但是沉下心来,才能感受到酵母的魅力所在~
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酵母的代谢作用
酵母代谢糖分之后,会产生能量及其他副产品,也就是二氧化碳气体和酒精。酵母细胞体内的这整套转化作用,可以写成如下化学式:
C2H12O6 →2C2H5OH + 2CO2
(1个葡萄糖分子,会生成2个酒精分子和2个二氧化碳分子)
面包制作过程产生二氧化碳和酒精,则会留在面团里,待烘焙温度提高,两种成分便因高热排出面团。若面团不加糖,酵母菌就依赖单一糖分子(葡萄糖和果糖)和含两个葡萄糖分子的麦芽糖为生,而麦芽糖是面粉酵素分解淀粉粒之后的产物(即是没有糖的情况下就分解小麦粉里面的淀粉,析出仅有的麦芽糖和酒精)。面团中加入一点糖就可以活化酵母,加入大量则会抑制酵母活性,作用和加盐是相同的。温度对酵母的活性也有重大影响:酵母细胞在35℃左右生长与产气的速度最快。
酵母除了能提供二氧化碳气体使面团胀大,还会释放出好几种化学物质,从而影响面团的硬实程度。这整体作用能够让面筋更强韧、弹性更高。
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鲜酵母、干酵母、半干酵母
现在市面上出售的新鲜酵母,多半是单纯培养出适用于面包的进口酵母。在面包制作上,其用途广泛,无论是哪一种面包面团都可以顺应适用。特别是含较多砂糖配方的面包,或甜面团等,最能发挥作用。举个例子,日本的新鲜酵母中含有大量的转化酶(蔗糖分解酵素),转化酶的活性很强,因此能迅速地将面团中的砂糖(蔗糖)分解成葡萄糖和果糖,将此作为酵母自身营养源,进而促进发酵。
此外,在砂糖配方较高的面团中,面团内的水份浓度变高(溶解了大量的砂糖和盐),与酵母细胞的细胞壁内外,水分浓度有相当大的差异。会因渗透压而使酵母内的水分流出造成细胞的破坏。
① 鲜酵母:含水量在65% ~ 80%,干性物质30% ~ 35%。在干性物质中:蛋白质40% ~ 50%、碳水化合物30% ~ 35%、 核酸5% ~ 10%、灰分3% ~ 5%、脂质1% ~ 2%。在2 ~ 6℃冷藏保存45天。一般适用量在 2.5% ~ 3%。
② 半干酵母:半干酵母是鲜酵母在干燥过程中脱出了酵母内部的自由水,酵母干物质控制在80%左右,没有脱出结合水,酵母在干燥过程中并没有受到伤害,酵母细胞膜完整,死亡细胞少。半干酵母对温度敏感,可在-18℃冷冻保存两年。一般使用量在1.0% ~ 1.2%。
③ 干酵母:鲜酵母经干燥而成干酵母,约含有92%固形物。酵母在干燥环境已成休眠状态,因此,在使用干酵母加入面团前,最好先用热水(41℃ ~ 43℃)、4 ~ 5 倍酵母的水量溶解,放置5 ~ 10分钟。即使干燥过程中部分酵母死亡,以及活力损失,但由于干酵母固形物含量为鲜酵母的三倍,所以干酵母的活力远远大于鲜酵母。鲜酵母为了达到与干酵母相当的活力,在使用过程中换算比例为鲜酵母=2 :1。一般使用量为1%,常温保存2年。
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面包酵母用量的增减
吐司面包需要的酵母用量是2%,甜面包是3% ~ 4%,德式面包史多轮需要10%。根据面包种类的不同,面包酵母的用量也需要变化,在发酵时间上也有很大不同,当然酵母的用量也可以是根据当时环境的温度和操作的时间而有所增减。
当然,砂糖、食盐、脱脂奶粉等副材料的使用比例也会有变化。按照一般制作过程以及配方对酵母的用量增减可看下表:
平均用量 |
|||
减少 |
微减 |
微增 |
增加 |
1.发酵时间较长时 2.与天然酵母并用时 |
1.搅拌量较多时 2.气温、室温较高时手工操作较多时 |
1.面团温度较低时 2.含盐量较高时 3.面团打得较硬时 4.水碱性较强时 5.面筋较强时 6.小麦粉熟成度不够时 |
1.起酥油较多时 2.发酵时间较短时 3.牛奶较多时 4.砂糖较多(10%以上)时 |
4
酵母的结构
酵母当中的细胞,肉眼无法辨视,不适用显微镜就看不到的微小程度。实际上它们是圆或者椭圆的球形,大小程度是短径3 ~ 7微米(μ),长径4 ~ 14μ,一个拥有独立生命体的细胞。总之并不像人类一样,由无数个细胞组合而成生命体,无论集结了多少个酵母细胞,都无法创造出新的生命体,1g的新鲜酵母当中,约有100 ~ 200亿个酵母细胞存在着。市面上售卖的500g的新鲜酵母中,算起来是浓缩凝聚了3 ~ 4兆个酵母细胞。
酵母菌显微镜下观看
一个酵母细胞的成分里,约占70%的水份,其余的固体成份是蛋白质、碳水化合物,也含有脂肪和灰分等。
成分 |
含量% |
水分 |
65~68 |
固体成分 |
32~35 |
蛋白质 |
40~50 |
碳水化合物 |
30~35 |
核酸 |
5~10 |
灰分 |
3~5 |
脂肪 |
1~2 |
酵母为单细胞真菌,有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、液泡、颗粒体等组成。
⑴ 细胞壁:植物细胞特有,由葡聚糖和甘露聚糖等纤维素构成。新生细胞壁薄而透明,而且会逐步变厚,成熟细胞壁厚。其目的在于保护细胞。
⑵ 细胞膜:选择性吸收酵母所需的必须成分。同时,在细胞外还分布着一些转化糖,这些酶在体外也能发生作用,将不能渗透过细胞膜的营养大分子分解成小分子,再渗入细胞体内,如蔗糖分子(双糖)经酵母细胞的体外转化酶分解为葡萄糖和果糖(单糖)为酵母吸收。
⑶ 细胞核:具有增殖作用,为酵母细胞的中心。当酵母细胞增殖时,细胞核移向一边,伸长逐渐分裂为两个,一个移入新细胞内。
⑷ 细胞质:流动性的胶质状态,当酵母死亡,原生质产生不可逆的变化,即无法再恢复原来的形状。
⑸ 液泡:主要在鲜酵母和半干酵母中存在,个数和大小由酵母种类及酵母细胞的新老而异。也具有贮藏氨基酸及酵母所需养分的作用。
⑹ 颗粒体:颗粒体又分为微粒体和线粒体,微粒体是球形,合成酶等蛋白质;线粒体是线性,贮藏着酵母细胞的部分营养。
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酵母的发芽增殖
酵母是存在于各处,随处都有:苹果、葡萄、薯类等表皮,枯草、枯枝的表面,能想到的,连马粪中都附着有酵母菌。
从热带南国之端至极寒北极之境,地球上所及之处都散落着酵母菌的存在。
酵母借助氧气、水及其他营养成份来增殖生长。一旦没有氧气,酵母就会开始发酵,酵母不发酵地进行增殖时,就必定要有氧气,有氧气时,以其份量及比例来看增殖的速度回更快速。
面包酵母通过发芽实现细胞增殖。与细菌分裂不同,发芽增殖时在母细胞的一端生出一个凸起的子细胞,子细胞逐渐地变大,直至最后离开母细胞。
植物以水合二氧化碳为原料,合成碳水化合物。面包酵母没有叶绿素,必须从外界吸收养分,碳的来源有很多,但实际的制作中人们会多使用废蜜糖。氮的来源则使用磷酸铵等。
面包酵母将无机物同化吸收,合成蛋白质。影响面包酵母增殖速度的是培养温度、营养供给、氧气供给者三个要素。培养温度在28 ~ 32℃为宜,兼顾品质和增殖效率来考虑的话,温度的最高上限是38℃。这里为了避免误解,再多说一句,面包酵母增殖的最佳环境是温度在28 ~ 32℃,PH值在4.0 ~ 5.0。而面包面团发酵时,温度范围在24 ~ 35℃,PH再5.0 ~ 5.8这个区间。
酵母增殖完成需要2小时(不是面包发酵需要2小时),一个健康的酵母可以连续发芽25次。当生存环境不良时,如温度太高或者太低,湿度太小、化学药剂及其他不良因素影响下,不能进行出芽生殖而进行孢子增殖,孢子内的细胞核经1、2、3次分裂,一个囊内可发现2、4、8个孢子,子囊孢子长到适当大小,若遇到适当的环境,子囊壁破裂,释放出孢子,再进行出芽增殖。酵母孢子可抗热及干燥,这是营养细胞所不能比的,但酵母不能抵抗高温,比如在60℃会被杀死。
关于面包面团发酵中面包酵母增殖问题,已有很多相关研究,其中根据辛普森的研究结果,每添加0.25%的面包酵母,酵母增殖率为132%;添加0.5%的面包酵母,增殖是112%;添加1%的面包酵母,增殖率是61%;添加2%的面包酵母,增殖率是23%;添加3%的面包酵母,则不见增殖。再结合其他报告一起考量的话,等得出结论:使用面包酵母2%,大约会有30%的增殖率。
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酵母的营养
面包酵母属于出芽酵母。根据分类,清酒酵母、啤酒酵母、红酒酵母也属于这一类。
酵母所需要的营养主要为碳源、氮源及一些无机盐和维生素等。碳源主要是供酵母生产及能量;氮源用于合成蛋白质及核酸等;无机盐用于构成细胞结构。酵母只能利用一些单分子糖类作为碳源,对于蔗糖,需要通过体外转化酶分解为葡萄糖和果糖,溶于水中被酵母所吸收。而氮源,不管是有机含氮化合物或是无机盐,都可以被酵母所利用合成蛋白质、核酸。
面包酵母利用小麦粉中的糖以及副材料中添加的糖来发酵,继而产生二氧化碳、酒精、有机酸等产物,给与面团延展性和弹性,也就是进行所谓的熟成。酵母消耗糖的量根据条件差异所不同,以1g酵母1小时消耗葡萄糖0.33g为例,气体产生量理论上为249ml,实际测算值为215ml。面包酵母中虽然存在多种酶,但正常状态下只在细胞内作用,基本上不会在细胞外产生作用。
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酵母的酶
如果蛋白质和淀粉一开始没有被蛋白酶或淀粉酶分解成氨基酸和麦芽糖,那也无法收到酵母中酶的作用。
之前讲过,酵母发酵时面团在无氧的状态下,将面粉中的糖类以及配方中辅助材料的糖类经过酵母体内发酵酶的催化作用,产生二氧化碳、酒精及一些有机酸,让面团体积膨大,并给与面团延展性、弹性,以及特有的发酵香味。在酵母中只要有三大酶对于酵母的发酵起至关重要的作用。
⑴ 转化酶:部分转化酶由于老的酵母细胞列解释放出体外,这些转化酶在体外仍可进行作用。同时,酵母细胞膜及酵母壁里也含有转化酶。转化酶将蔗糖(砂糖)在酵母体外分解成葡萄糖和果糖,然后再渗透进入酵母体内。转化酶作用的最合适温度是50 ~ 60℃,最合适的PH是4.2。
⑵ 麦芽糖酶:在淀粉经α淀粉酶分解为糊精,糊精经β淀粉酶分解为麦芽糖后,麦芽糖再经酵母细胞膜的酶搬运至酵母细胞体内,从而体内的麦芽糖酶将麦芽糖分解成双分子葡萄。最适合的温度为30℃,最合适的PH是6.6 ~ 7.3。
⑶ 发酵酶:也称之为酒化酶群,是有助于发酵的多种酶的统称,将酵母体外淀粉、蔗糖经过系列反应转化成体内的葡萄糖和果糖分解成二氧化碳和酒精。最适合的温度为30 ~ 35℃,最合适的PH是5.0.
另外,在面包酵母中还存在蛋白酶、α淀粉酶等50种以上的活性酶。
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影响酵母发酵的因素
⑴ 温度。酵母发酵,首先利用的是面粉中的单糖和双糖,这些糖用完后,面粉里的淀粉酶分解破损淀粉形成麦芽糖,酵母再利用麦芽糖进行发酵。转化酶的最适合温度为50 ~60℃,麦芽糖酶为30℃,发酵酶为30 ~ 35℃。从酶的活性上来讲,温度升高,酵母的发酵速度增加,气体的产生量增加,但是一般的发酵温度不要超过38℃,超过38℃,气体的产生反而变慢。一般正常的面包制作,搅拌完成的面团温度为26℃,面包快速制作时,搅拌面团终温可以达到30℃。我们知道,搅拌面团终温的控制对于面包品质稳定性至关重要,终温太高,酵母在面团成型过程中就已经开始发酵,则在最终发酵时需要缩短时间来进行弥补;终温太低,面团偏硬,在面团成型过程中上海面筋,在最终发酵时需要延长时间来进行弥补;但不管是温度太高或态度,通过弥补的方式终归会影响面包制作的稳定性。
⑵ PH。酵母对PH的适应能力最强,尤其可耐PH低的环境。实际上面包制作时,面团PH维持在4 ~ 6最好。
⑶ 乙醇(酒精)。酵母对乙醇的耐力较强,但是在发酵的中,乙醇产生越多,发酵速度越慢。
⑷ 糖类物质。发酵之所以能产生CO2 和酒精等,主要是因为面团内含有可以为酵母吸收的四种糖:蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖。
⑸ 渗透压。高浓度的砂糖、盐、无机盐和其他可溶性的固体都自已抑制酵母的发酵,面包在制作中影响渗透压的主要物质有盐和糖,糖量在0 ~ 5%时,可促进发酵,超过8 ~ 10%时,由于渗透压的增加,酵母体内原生质渗出细胞膜,原生质分离,酵母因此破坏,发酵受到抑制。干酵母比鲜酵母耐高渗透压环境。盐是高渗透压的材料,一般使用量为1.5 ~ 2%,只要有一点加入,即有抑制酵母发酵的作用,盐比糖抑制发酵的作用大。
⑹ 酵母浓度。需段时间发酵的面团、糖含量较多的面团以及速冻的面团,一般需要用较多量的酵母促进发酵。但酵母倍数的增加,不可能使大脚速度也成倍增加。
⑺ 死干酵母的影响。由于死干酵母中含有谷胱甘肽*,有降低面筋气体保持性的作用,为了不使面团保气性过低,需要加入一些改良剂。
*谷胱甘肽:
常见分子式:C10H17N3O6S是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合,含有巯基的三肽,具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团(故谷胱甘肽常简写为G-SH),易与某些药物(如扑热息痛)、毒素(如自由基、碘乙酸、芥子气,铅、汞、砷等重金属)等结合,而具有整合解毒作用。故谷胱甘肽(尤其是肝细胞内的谷胱甘肽)能参与生物转化作用,从而把机体内有害的毒物转化为无害的物质,排泄出体外。谷胱甘肽还能帮助保持正常的免疫系统的功能 。
谷胱甘肽广泛存在于动、植物中,在生物体内有着重要的作用。在面包酵母、小麦胚芽和动物肝脏中的含量很高,达100 ~ 1000 mg/100g,在人体血液中含26 ~ 34 mg/100g,鸡血中含58 ~ 73 mg/100g,猪血中含10 ~ 15 mg/100g,在西红柿、菠萝、黄瓜中含量也较高(12 ~ 33 mg/100g),而在甘薯、绿豆芽、洋葱、香菇中含量较低(0.06 ~ 0.7 mg/100g) 。
⑻ 防腐剂。常见防腐剂是丙酸钙,丙酸盐的一般使用量为0.1%,最高使用量为0.32 ~ 0.35%,防腐剂量增加,延长最后发酵时间。
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总结
酵母最主要的作用是所产生的CO2被包含在面团内而使面团膨胀起来,同时还使面筋扩展并产生发酵风味,所以酵母的发酵不能以化学膨胀剂所替代。
1. 使面包膨大。这是酵母的重要作用之一,在发酵中,酵母可以利用面团中的糖发酵,最终产生CO2,使得面团蓬松并在烘烤过程中使面包的组织膨大、疏松。
2. 扩展面筋。在发酵过程中,面包酵母中的各种酸,不仅促使面团中所含各种糖的分解,而且也使得淀粉、蛋白质发生复杂的生物、化学变化,产生大量的CO2,CO2在形成气泡时从内部拉伸面包组织,增强面团的粘弹性,最终得到细密的气泡和很薄的膜状组织,同时,还产生酒精和有机酸等。
3. 增加面包的风味。给面包带来特别风味的物质主要是在发酵过程中产生一些挥发性化合物,如酒精、有机酸、醛类、酮、酯等。
作者介绍 :Wilson
世界面包冠军周斌的首徒
曾师从于法国MOF Michael、日本名师小仓孝树
互联网烘焙品牌大厂幕后研发负责人
编辑:Annice