燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑的凍干和儲(chǔ)藏對(duì)面包風(fēng)味的影響

劉若詩，萬晶晶，張 坤， 黃衛(wèi)寧,*，RAYAS-DUARTE Patricia

(1. 江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122； 2. 俄克拉荷馬州立大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑的凍干和儲(chǔ)藏對(duì)面包風(fēng)味的影響

劉若詩1，萬晶晶1，張 坤1， 黃衛(wèi)寧1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2

(1. 江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122； 2. 俄克拉荷馬州立大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

應(yīng)用固相微萃取技術(shù)(SPME)和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)研究發(fā)酵劑冷凍干燥(凍干)前后面包中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，考察發(fā)酵劑的凍干和儲(chǔ)藏對(duì)燕麥酸面包風(fēng)味的影響。結(jié)果表明：舊金山乳桿菌發(fā)酵燕麥酸面包中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共87種，主要包括酸類、醇類、醛類、酯類、酮類、脂肪烴類，以及一些芳香族和雜環(huán)類化合物。酸類物質(zhì)的含量最高，其次是醇類、芳雜環(huán)類和醛類物質(zhì)。在發(fā)酵劑凍干和儲(chǔ)藏過程中，醛類和醇類物質(zhì)先增加后減少，酸類、酯類、酮類和脂肪族化合物先減少后增加，芳雜環(huán)類物質(zhì)含量則持續(xù)升高。燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑凍干后以及儲(chǔ)存30d制得的面包依然具有豐富的風(fēng)味。乳酸菌和酵母菌的競爭作用導(dǎo)致乙酸和乙醇含量呈現(xiàn)相反的變化。糠醛含量持續(xù)升高，而己醛則在凍干后顯著減少，并在存儲(chǔ)30d后消失。

燕麥酸面團(tuán)；發(fā)酵；舊金山乳桿菌；冷凍干燥；面包；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

Abstract：Oat breads made with non-freeze-driedL.sanfranscensiscontaining sourdough starter and freeze-dried ones stored at 4 ℃ for 0 and 30 days were analyzed for their volatile compound composition by solid phase micro-extraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS) in order to explore the effects of freeze drying and storage of sourdough starter on volatile flavor compounds of bread. A total of 87 compounds were identified in the three oat breads and acids, alcohols,aldehydes, aromatic and heterocyclic compounds were of most importance in the volatile profile. The most abundant volatile compound category in all samples was acids, followed by alcohols, aromatic and heterocyclic compounds and aldehydes.Through freeze-drying and subsequent storage, aldehydes and alcohols contents first increased and then decreased; while acid,esters, ketones and aliphatic compounds experienced an opposite process, and the concentration of aromatic and heterocyclic compounds rose up. Breads made with both freeze-dried starters were also rich in volatile flavor compounds. Acetic acid and ethanol contents showed opposite changes due to the competition betweenL.sanfranscensisand yeast. The relative abundance of furfural increased in both cases. However, hexanal content significantly decreased after freeze-drying and was not detected in bread made with 30-day stored freeze-dried starter.

Key words：oat sourdough；fermentation；L.sanfranscensis; freeze drying；bread；volatile flavor compounds

酸面團(tuán)是一種古老而傳統(tǒng)的面包發(fā)酵劑[1]，利用其制作的面包是源自天然的烘焙休閑食品[2]。酸面團(tuán)中微生物成分復(fù)雜，微生物之間相互作用生成大量風(fēng)味物質(zhì)[3-4]。酸面團(tuán)發(fā)酵富含多種益生菌及其代謝產(chǎn)物[5]，具有改善面包質(zhì)地[6]、增強(qiáng)面包風(fēng)味[7-8]、提高營養(yǎng)價(jià)值等突出的優(yōu)點(diǎn)。

舊金山乳桿菌是酸面團(tuán)發(fā)酵的重要起始菌株，屬于專性異型發(fā)酵乳酸菌，它能夠產(chǎn)生大量的脂肪族氨基酸、二羧基氨基酸和羥基氨基酸[9]等重要的風(fēng)味物質(zhì)；同時(shí)，由于舊金山乳桿菌產(chǎn)酸迅速，協(xié)同代謝能力強(qiáng)，因此具有良好的工業(yè)生產(chǎn)性能。

燕麥中含有大量高營養(yǎng)價(jià)值的物質(zhì)，如可溶性纖維(主要是β-葡聚糖)、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素和礦物質(zhì)[10]，是唯一獲得美國FDA健康認(rèn)證的谷物[11]。張坤等[12]研究了舊金山乳桿菌發(fā)酵燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑中β-葡聚糖含量及其分子質(zhì)量的分布變化。Flander等[13]用燕麥全粉和小麥面粉烘焙面包，進(jìn)一步增強(qiáng)了面包的風(fēng)味。

固相微萃取技術(shù)(SPME)經(jīng)常與氣相色譜-質(zhì)譜(GCMS)聯(lián)用技術(shù)分析和鑒定食品風(fēng)味物質(zhì)[14]。面包中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的風(fēng)味物質(zhì)有300多種[15]，但是目前關(guān)于燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑及其冷凍干燥對(duì)制成的酸面包風(fēng)味的研究還未見報(bào)道；冷凍干燥制品具有體積小、復(fù)水性能良好且保存使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以本實(shí)驗(yàn)采用SPME-GC/MS聯(lián)用技術(shù)，研究發(fā)酵劑冷凍干燥前后燕麥酸面包中的特征性揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)，考察發(fā)酵劑和儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)燕麥酸面包風(fēng)味的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉 內(nèi)蒙古包頭市邦達(dá)興草業(yè)投資有限責(zé)任公司；小麥粉 中糧面業(yè)鵬泰有限公司。

即發(fā)性活性干酵母 廣東梅山馬利酵母有限公司；舊金山乳桿菌DSM20451T 德國Dsmz微生物菌種保藏中心；起酥油 東海糧油工業(yè)(張家港)有限公司；脫脂乳粉 光明乳業(yè)集團(tuán)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

5K5SSWH攪拌機(jī) 美國Kitchenaid公司；醒發(fā)柜、烤箱 上海早苗電器有限公司；Finnigan Trace MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Finnigan公司；固相微萃取裝置、75 μm CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 舊金山乳桿菌燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑的制備

燕麥粉與水的比例為1:2(m/m)，將舊金山乳桿菌活化培養(yǎng)12h，取其菌液4500r/min離心15min，用蒸餾水沖洗兩次后，加入水中與燕麥粉混合均勻，放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為30℃，培養(yǎng)時(shí)間為24h。

1.3.2 燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑冷凍干燥

將燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑分別灌入平板中，厚度0.8cm，覆一層保鮮膜放入－36℃預(yù)凍，然后真空冷凍干燥38h，真空度為20Pa。樣品冷凍干燥后于4℃儲(chǔ)藏，時(shí)間分別為0、30d。

1.3.3 面包的制備

面包基本配方：以總粉質(zhì)量為100%，包括面粉(90%)和發(fā)酵劑(10%，以發(fā)酵劑中所含燕麥粉含量計(jì)算)，其他配料(按其與面粉的比例計(jì))為：白砂糖(4%)、食鹽(2%)、起酥油(4%)、水(按照最佳添加比例)和干酵母(2%)。先將干原料在攪拌缸中慢速混合均勻，酵母在水中混勻后加入到攪拌缸中，中速攪拌成團(tuán)，再快速攪打10min。面團(tuán)蓋好保鮮膜，松弛15min，經(jīng)過整形壓面后，在35℃醒發(fā)2h左右至最大高度。烘焙上火溫度為150℃，下火溫度為170℃，烘焙時(shí)間為25min。

1.3.4 燕麥酸面包揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

1.3.4.1 揮發(fā)性成分的頂空固相微萃取

將面包分割成大約5mm×5mm×3mm的碎片，放入15mL SPME樣品瓶中，樣品約占瓶子體積的3/5，蓋好瓶蓋，然后把樣品瓶放入60℃恒溫水浴中，將老化好的萃取頭插入樣品瓶的上空，頂空萃取40min，用手柄使纖維頭退回到針頭內(nèi)，拔出針頭并進(jìn)樣。

1.3.4.2 GC-MS分析

色譜條件：DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(60m×0.32mm，1μm)；載氣He流量：恒流1.2mL/min，分流10mL/min，前2min不分流，之后再分流，分流比為12:1；升溫程序：起始溫度40℃，保留1min，然后以6℃/min升溫至160℃，接著以10℃/min升溫至250℃，保留10min。

質(zhì)譜條件：電離方式EI，進(jìn)樣孔溫度250℃，離子源溫度200℃，電子能量70eV，發(fā)射電流200μA，采集方式為全掃描，采集質(zhì)量范圍為m/z33～495。

1.3.4.3 揮發(fā)性成分的定性定量分析

GC-MS分析圖譜經(jīng)計(jì)算機(jī)和人工檢索把每個(gè)峰同時(shí)與NIST library和Wiley Library相匹配檢索定性，匹配度和純度大于900作為鑒定結(jié)果。化合物定量：按峰面積歸一化法計(jì)算相對(duì)百分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥酸面包揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測定結(jié)果

圖1 燕麥酸面包揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣相色譜圖Fig.1 GC-MS chromatograms of volatile compounds of different oat sourdough breads

酸面團(tuán)發(fā)酵過程中，蛋白質(zhì)的水解，脂肪、肽等的代謝，氧化還原反應(yīng)等，都可以產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)[16]。圖1所示為舊金山乳桿菌發(fā)酵燕麥酸面包中揮發(fā)性物質(zhì)的色譜圖，所有樣品中共檢測出87種化合物，主要包括酸類、醇類、醛類、酯類、酮類、脂肪烴類，以及一些芳香族和雜環(huán)類化合物。酸類物質(zhì)的含量最高，其次是醇類、芳雜環(huán)類和醛類物質(zhì)。

2.2 酸類物質(zhì)

表1 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)酸類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 1 Analytical results of acids in different oat sourdough breads

乳酸菌利用可發(fā)酵糖產(chǎn)生有機(jī)酸，賦予食品酸味[17]。較高含量酸類化合物的形成是酸面團(tuán)面包具有獨(dú)特風(fēng)味的主要原因。由表1可見，冷凍干燥后酸類物質(zhì)的含量有所降低，這是由于冷凍干燥過程中部分酸揮發(fā)導(dǎo)致，但是在儲(chǔ)存30d后發(fā)酵酸面包中酸的種類和含量均有上升，且高于未冷凍干燥的樣品。這與感官分析的結(jié)果一致，冷凍干燥可以賦予面包更柔和的酸味。

最主要的酸類物質(zhì)為乙酸，其大量形成對(duì)于酸面團(tuán)面包風(fēng)味和面包的微生物穩(wěn)定性改進(jìn)是十分重要的。乙酸為揮發(fā)性酸，在冷凍干燥過程中有所損失，而在后續(xù)的儲(chǔ)存過程中不斷生成，含量上升。

2.3 醇類物質(zhì)

表2 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)醇類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 2 Analytical results of alcohols in different oat sourdough breads

醇類的風(fēng)味閾值與羰基類化合物相比較偏高些，通常具有芳香、植物香、酸敗味和土氣味[18]。在小麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑所制得的酸面包中，主要的醇類物質(zhì)為乙醇、丁醇和己醇[20]。表2的數(shù)據(jù)顯示，冷凍干燥后醇類物質(zhì)含量大幅升高，儲(chǔ)存30d后明顯下降，而種類數(shù)先減少后增加，這主要是由于含量最高的物質(zhì)乙醇濃度變化引起的。面包中的乙醇主要為酵母發(fā)酵產(chǎn)生，乳酸菌只有在進(jìn)行異型發(fā)酵時(shí)才產(chǎn)生少量乙醇，另一部分乙醇可能是由脂質(zhì)氧化分解得到[19]。冷凍干燥后，體系酸度降低(表1)，酵母發(fā)酵更加活躍，乙醇產(chǎn)量提高，但隨儲(chǔ)存時(shí)間延長酸度提高，乙醇含量減少。

2.4 芳雜環(huán)類物質(zhì)

芳香族和雜環(huán)類化合物是面包的重要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。其中大多數(shù)雜環(huán)類化合物如吡啶等是在烘焙過程的熱作用下產(chǎn)生的，包括美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、熱降解作用等?？啡⒖反?、苯甲醛和苯乙醇含量較高，是芳雜環(huán)類化合物的重要組成部分。其中，糠醛是形成焦糊香氣的成分之一[20]，且冷凍干燥后含量增加，并在儲(chǔ)存30d后繼續(xù)增加。表3中數(shù)據(jù)顯示還有部分內(nèi)酯和酚類物質(zhì)等，雖然其含量較低，但卻是風(fēng)味的重要組成部分。

表3 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)芳雜環(huán)類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 3 Analytical results of aromatic and heterocyclic compounds in different oat sourdough breads

2.5 醛類物質(zhì)

由于醛類物質(zhì)的風(fēng)味閾值較低及在脂質(zhì)氧化中生成率很快，因此它們是酸面團(tuán)面包風(fēng)味的重要成分。表4數(shù)據(jù)顯示，未冷凍干燥的發(fā)酵劑所制得的面包中，舊金山乳桿菌發(fā)酵的面包中含有11種醛類物質(zhì)，冷凍干燥后制得的面包中含有10種醛類物質(zhì)，但含量有所提高，然而儲(chǔ)存過程中含量下降顯著。

未冷凍干燥的樣品中含有的醛類物質(zhì)有己醛、庚醛、辛醛、壬醛、庚二烯醛等，都是重要的風(fēng)味物質(zhì)。庚二烯醛在冷凍干燥后未儲(chǔ)藏的發(fā)酵劑發(fā)酵酸面包中檢測出，但是儲(chǔ)存了30d后，該物質(zhì)消失，這可能是由于冷凍干燥溫度變化的過程產(chǎn)生庚二烯醛，而在儲(chǔ)藏中揮發(fā)。在冷凍干燥前及冷凍干燥儲(chǔ)藏30d后的發(fā)酵劑發(fā)酵酸面包中都檢測出辛醛，卻在冷凍干燥后的面包中未能檢測出，說明冷凍干燥對(duì)辛醛有明顯的影響，導(dǎo)致其揮發(fā)，但是在儲(chǔ)存中由于某種作用使其合成。

表4 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)醛類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 4 Analytical results of aldehydes in different oat sourdough breads

2.6 酮類

表5 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)酮類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 5 Analytical results of ketones in different oat sourdough breads

由表5可見，樣品中酮類種類不多，冷凍干燥后酮類的種類數(shù)以及含量都有明顯的下降，又在儲(chǔ)存過程中增加。羥基丙酮和羥基丁酮在冷凍干燥前后以及儲(chǔ)存過程中都可以檢測出，但是冷凍干燥后含量有明顯的下降。2-戊酮和1-辛烯-3-酮僅存在于未冷凍干燥發(fā)酵劑制得的樣品中。

2.7 酯類

一些有機(jī)酸在高溫下與醇類反應(yīng)生成酯類，一部分酯類成為酸面包中的獨(dú)有化合物[19]。結(jié)合表1、2和表6，樣品中醇類和酸類的比例都很高，但酯類的比例卻較低，醇類和酸類的含量與酯類的含量不成正比，說明樣品中只有小部分醇和酸結(jié)合生成酯類化合物。最主要的酯類物質(zhì)為辛酸乙酯，占各樣品酯類總量的70%以上。其中癸酸乙酯、棕櫚酸乙酯和油酸乙酯僅在冷凍干燥后未儲(chǔ)存的樣品中檢測出。1,3-丙二醇二乙酸酯為舊金山乳桿菌儲(chǔ)存30d后獨(dú)有的物質(zhì)，也許是儲(chǔ)藏后期合成的。

表6 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)酯類化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 6 Analytical results of esters in different oat sourdough breads

2.8 脂肪族類

表7 不同發(fā)酵劑制得燕麥酸面包中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)脂肪族化合物統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 7 Analytical results of aliphatic compounds in different oat sourdough breads

由表7可見，樣品中脂肪族化合物包括雙戊烯、4-乙基-3壬烯-5-炔和一些烷烴。雖然烷烴數(shù)目相對(duì)多些，但其對(duì)樣品風(fēng)味的貢獻(xiàn)較小。最主要的烷烴類為正十四烷、正十五烷和正十六烷，占各樣品中烷烴類物質(zhì)總量的64%以上。

3 結(jié) 論

舊金山乳桿菌燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑發(fā)酵制得的燕麥酸面包中的特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要有87種，其中包括酸類、醇類、醛類、酯類、酮類、脂肪烴類，以及一些芳香族和雜環(huán)類化合物。酸類物質(zhì)的含量最高，其次是醇類、芳雜環(huán)類和醛類物質(zhì)。在發(fā)酵劑冷凍干燥和儲(chǔ)藏過程中，醛類和醇類物質(zhì)先增加后減少，酸類、酯類、酮類和脂肪族化合物先減少后增加，芳雜環(huán)類物質(zhì)含量則持續(xù)升高。燕麥酸面團(tuán)發(fā)酵劑冷凍干燥后以及儲(chǔ)存30d制得的酸面包依然具有豐富的風(fēng)味。乙酸在冷凍干燥過程中揮發(fā)，而在儲(chǔ)存過程中繼續(xù)生成，乙醇含量則呈現(xiàn)出與之相反的變化，這是由乳酸菌和酵母菌聯(lián)合發(fā)酵過程中相互競爭引起的?？啡┖砍掷m(xù)升高，而己醛則在冷凍干燥后顯著減少，并在存儲(chǔ)30d后消失。

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Effects of Freeze Drying and Storage of Oat Sourdough Starter on Volatile Flavor Compounds of Bread

LIU Ruo-shi1，WAN Jing-jing1，ZHANG Kun1，HUANG Wei-ning1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China；2. Food and Agricultural Products Research Center, Oklahoma State University, Stillwater OK 74078-6055, USA)

TS213.2

A

1002-6630(2010)21-0015-05

2010-06-23

加拿大農(nóng)業(yè)部國際交流與合作項(xiàng)目(CCSIC-Food-00107)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(nycytz-14)

劉若詩(1985—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)楹姹嚎茖W(xué)、功能配料和食品添加劑。E-mail：shishi1003@126.com

*通信作者：黃衛(wèi)寧(1963—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称泛姹号c發(fā)酵技術(shù)、谷物食品化學(xué)。E-mail：wnhuang@jiangnan.edu.cn