發(fā)酵時(shí)間對(duì)俄式面包面團(tuán)有機(jī)酸形成及其酸感的影響

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076)

面包是歐洲人民的理想主食食品,有易于消化的特點(diǎn),隨著人們健康理念的加強(qiáng),主食面包在我國(guó)餐桌上也大量出現(xiàn)。俄式面包是一種酸味較大的以全麥粉或黑麥粉制成的面包,已成為傳統(tǒng)歐洲風(fēng)味的主食面包[1-2]。全麥粉是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的健康食品,其含有豐富的膳食纖維和較多的酚類、植物甾醇、木質(zhì)素等功能性成分,這些功能性物質(zhì)相互結(jié)合通過(guò)協(xié)同作用發(fā)揮出多種保健作用[3-4]。

傳統(tǒng)酵頭主要是由面粉和水經(jīng)過(guò)自然發(fā)酵而制得,并且可以作為下次發(fā)酵面食的主要發(fā)酵菌種[5]。自然發(fā)酵的酵頭是主要由由乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、霉菌等混菌組成的發(fā)酵體系[6]。俄式面包酵頭是以面粉、啤酒花水、水為原料,其中啤酒花水帶給面包清爽的苦味和芬芳的香味[7]。面團(tuán)的酸味形成主要是由酵頭中菌種和酶共同作用生成較豐富的有機(jī)酸[8-10],其中酵母菌代謝過(guò)程主要是進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸,利用全麥粉中α-淀粉酶降解淀粉產(chǎn)生的可發(fā)酵糖生成酒精和CO2[11];同時(shí),也有少量的酵母菌在糖代謝過(guò)程中,將菌體自身中的丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醛,乙醛代謝生成酒精和少量乙酸[12];乳酸菌代謝產(chǎn)生乳酸、乙酸等多種有機(jī)酸。這些有機(jī)酸具有不同的酸味特征,如乳酸酸味溫和適中、檸檬酸酸味爽快刺激、蘋果酸酸味具有溫和愉悅、乙酸具有刺激性,多種有機(jī)酸的相互協(xié)調(diào)作用使面包的口感更加柔和、香醇,賦予了俄式面包特殊的風(fēng)味。

目前,俄式面包制作過(guò)程中面包的酸度難以控制,隨著發(fā)酵時(shí)間及溫度的變化面包酸度差異較大,并影響俄式面包質(zhì)量穩(wěn)定。為了解面包酸味形成及其酸感的研究,本文采用高效液相色譜法對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)中有機(jī)酸含量變化進(jìn)行分析,并結(jié)合電子舌對(duì)其酸味等滋味進(jìn)行評(píng)定,了解面包酸味形成及面包酸感之間的相關(guān)性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

啤酒花水制備:將鍋刷凈,注入清水2000 g,加入50 g啤酒花煮沸,待晾涼過(guò)籮濾去啤酒花,入干凈容器內(nèi);全麥粉 市售;啤酒花 新疆方睿啤酒原料制品有限責(zé)任公司;標(biāo)準(zhǔn)品:草酸、乳酸、富馬酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸;甲醇、乙腈、K2HPO4、磷酸 均為色譜純,北京索萊寶科技有限公司;純凈水 實(shí)驗(yàn)室自制。

DHP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海東麓儀器有限責(zé)任公司;PHS-300 pH計(jì) 江蘇盛奧華環(huán)保有限公司;手提式分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;臺(tái)式高速低溫離心機(jī) 湖南邁達(dá)儀器有限責(zé)任公司;LC-10A高效液相分析儀 日本島津公司;Smart Tongue電子舌 美國(guó) Isenso 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 俄式面包酵頭的制備 稱取50 g全麥粉,50 mL 30 ℃水,10%啤酒花水(以全麥粉100%計(jì))充分?jǐn)嚢杈鶆?于25 ℃、75%濕度的醒發(fā)箱發(fā)酵16 h為一次發(fā)酵,二次發(fā)酵再加入50 g全麥粉和50 mL 30 ℃水充分?jǐn)嚢杈鶆?于25 ℃、75%濕度的醒發(fā)箱發(fā)酵8 h制成自然發(fā)酵酵頭,放4 ℃冰箱保存,備用。

1.2.2 俄式面包面團(tuán)的制作 稱取200 g全麥粉、185 mL 30 ℃水、8%酵頭,2 g鹽、12 g糖、放入攪拌缸中攪拌 6 min。而后將 8 g的黃油倒入攪拌缸中攪拌4 min至面筋網(wǎng)絡(luò)形成。面團(tuán)靜置松弛 5 min,將面團(tuán)均勻切割50 g經(jīng)搓圓后再靜置 5 min[13],整型后放入25 ℃、75%濕度醒發(fā)箱中分別發(fā)酵0、6、12、18、24 h。

1.2.3 俄式面包面團(tuán)中pH和總酸度(TTA)測(cè)定 分別稱取不同發(fā)酵時(shí)間的俄式面包面團(tuán)10 g,放于90 mL無(wú)菌水的燒杯中均質(zhì),轉(zhuǎn)速8000 r/min,均質(zhì)10 min,靜置5 min,取制備好的面團(tuán)均質(zhì)液2 mL,用pH計(jì)測(cè)定pH。再取均質(zhì)液5 mL,然后用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至pH8.00,消耗的NaOH體積為TTA,即總酸度[14]。

1.2.4 俄式面包面團(tuán)中有機(jī)酸含量測(cè)定 取不同發(fā)酵時(shí)間的俄式面包面團(tuán)10 g,放于裝有 90 mL去離子水的燒杯中均質(zhì),轉(zhuǎn)速12000 r/min,均質(zhì)1 min后,取10 mL 均質(zhì)液加入5 mL 1 mol/L HClO4混勻,于10 ℃,8000 r/min 離心10 min,上清液用2 mol/L KOH中和至 pH4.5,加水至體積為25 mL,冰浴沉淀,取上清液過(guò)0.45 μm水系濾膜后進(jìn)行 HPLC 分析[15],測(cè)定有機(jī)酸的含量。

色譜條件:色譜柱為Titank C18柱3.0 mm×150 mm,3 μm;進(jìn)樣量:2 μL,流動(dòng)相為甲醇-0.01 mol/L K2HPO4(3∶97)溶液,用磷酸調(diào)節(jié)pH至2.0。流速:0.425 mL/min,紫外檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng):210 nm,柱溫:30 ℃,使用前用超聲脫氣10 min[16]。

準(zhǔn)確稱取標(biāo)準(zhǔn)品乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸和富馬酸各150 mg,用流動(dòng)相溶解并定容至50 mL的容量瓶中,得到3 mg/mL乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸及富馬酸的混合有機(jī)酸作為標(biāo)準(zhǔn)液。將標(biāo)準(zhǔn)液用流動(dòng)相稀釋為2、4、6、8、10、12倍得到不同濃度梯度的有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)樣分析[17]。

1.2.5 有機(jī)酸種類對(duì)俄式面包面團(tuán)滋味物質(zhì)的貢獻(xiàn)值計(jì)算 DOT值大于1表明該滋味具有顯著的影響,值越大表明物質(zhì)對(duì)滋味的貢獻(xiàn)越大[18-19]。DOT值計(jì)算方法如下:

1.2.6 電子舌滋味輪廓分析 電子舌測(cè)試:取50 g面團(tuán)樣品,粉碎,加入150 mL去離子水,高速勻漿1 min,準(zhǔn)確移取15 mL測(cè)試液加入電子舌專用的樣品杯中[20]。電子舌由6根化學(xué)傳感器陣列組成,能對(duì)酸味、咸味、甜味、苦味、澀味及豐富性具有專一響應(yīng)性。測(cè)量前對(duì)電子舌進(jìn)行自檢、活化、校準(zhǔn)和診斷等步驟,以確保采集所得數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)均是通過(guò)4次重復(fù)實(shí)驗(yàn)所得。利用Origin Pro8和SPSS Statistics 20軟件通過(guò)單因素方差分析進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中pH和TTA的變化

酸化是面團(tuán)發(fā)酵的重要生化特征,對(duì)面團(tuán)質(zhì)構(gòu)和面包品質(zhì)有重要影響,圖1顯示面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中pH和TTA的變化。

圖1 面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中pH和TTA的變化Fig.1 Changes in pH and TTA during dough fermentation

由圖1可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)面包面團(tuán)pH明顯降低,總酸度TTA則逐漸升高。面團(tuán)初始pH為6.55,TTA為0.72,面團(tuán)發(fā)酵后期(16～24 h)pH為4.12～3.92,TTA為4.16～4.71,酸度的變化與自然發(fā)酵酵頭中的微生物成有關(guān)。面團(tuán)在發(fā)酵前期(0～4 h),酵頭中微生物處于延遲期,菌群生長(zhǎng)緩慢,產(chǎn)酸量少。在發(fā)酵中期(4～16 h),酵頭中乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等主要微生物的生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,菌體活力高,生長(zhǎng)速度快,微生物細(xì)胞快速增加并達(dá)到活菌落總數(shù)最大,代謝產(chǎn)物有機(jī)酸大量積累,pH的下降速度較快,TTA值隨之迅速升高。面團(tuán)進(jìn)入發(fā)酵后期,微生物細(xì)胞不再增殖,有機(jī)酸總量也趨于穩(wěn)定,發(fā)酵至24 h時(shí),面包面團(tuán)pH為3.92,TTA為4.71,此時(shí),面團(tuán)酸度最高。

圖3 不同樣品有機(jī)酸液相色譜圖Fig.3 Liquid chromatogram of organic acids in different samples注:A:發(fā)酵0 h面團(tuán);B:發(fā)酵6 h面團(tuán);C:發(fā)酵12 h面團(tuán);D:發(fā)酵18 h面團(tuán);E:發(fā)酵24 h面團(tuán);1.草酸;2.蘋果酸;3.乳酸;4.乙酸;5.檸檬酸。

2.2 HPLC對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)中有機(jī)酸的測(cè)定

2.2.1 有機(jī)酸的標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖 在1.2.4色譜條件下,有機(jī)酸混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的高效液相色譜圖見圖2,6種有機(jī)酸分離效果良好。

圖2 有機(jī)酸混合標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Organic acid mixing standard curve注:1.富馬酸;2.草酸;3.蘋果酸;4.乳酸;5.乙酸;6.檸檬酸。

2.2.2 不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)中有機(jī)酸含量 通過(guò)對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)中有機(jī)酸含量進(jìn)行分析,并根據(jù)各有機(jī)酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)樣品中的有機(jī)酸含量進(jìn)行計(jì)算,有機(jī)酸含量變化結(jié)果,見表1。

表1 俄式面包面團(tuán)中有機(jī)酸含量的變化(mg/100 g)Table 1 Changes in organic acid content in Russian bread dough(mg/100 g)

注:“-”表示未檢出;同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。由圖3和表1可知,HPLC檢測(cè)出不同發(fā)酵時(shí)間的面團(tuán)含有乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸5種有機(jī)酸,但在面團(tuán)中并未檢測(cè)出富馬酸。富馬酸是由黑根霉代謝產(chǎn)生的,酵頭和面粉中均不含黑根霉,所以在發(fā)酵面團(tuán)中并未檢出富馬酸。發(fā)酵0 h時(shí)(即原料中)只檢測(cè)到草酸,由于全麥粉麥麩和小麥胚芽中均含有草酸,當(dāng)發(fā)酵24 h該酸下降至5.70 mg/100 g,隨著發(fā)酵時(shí)間增加草酸含量下降可能是因?yàn)?草酸與面團(tuán)中的Ca2+結(jié)合生成草酸鈣;草酸可與面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中生成的醇類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng);草酸還可在草酰-CoA合成酶作用下生成草酰-CoA,草酰-CoA再經(jīng)過(guò)酶促反應(yīng)最終降解為CO2[21]?，F(xiàn)代食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)認(rèn)為草酸對(duì)人身體無(wú)益,人體攝入過(guò)多的草酸后易形成草酸鈣結(jié)石,發(fā)酵面團(tuán)草酸含量下降符合現(xiàn)代飲食健康理念[22]。

在發(fā)酵6～24 h面團(tuán)中除了草酸以外,還檢測(cè)到乳酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸4種有機(jī)酸,其含量均隨面團(tuán)發(fā)酵時(shí)間增加而增加,其中乳酸含量由6 h的103.00 mg/100 g增加到24 h的551.00 mg/100 g,這是由于面團(tuán)中乳酸菌經(jīng)過(guò)延遲期開始大量繁殖,乳酸菌利用全麥粉中糖類物質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生乳酸,故主要代謝產(chǎn)物乳酸隨之增加。乙酸含量由6 h 的27.50 mg/100 g增加到24 h的180.80 mg/100 g,發(fā)酵面團(tuán)中含有酵母菌和醋酸菌,酵母菌可使面團(tuán)中的淀粉糖發(fā)酵為乙醇和少量乙酸,在有氧條件下,醋酸菌中乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶能夠?qū)⒁掖佳趸梢宜?。蘋果酸、檸檬酸含量較小,當(dāng)面團(tuán)發(fā)酵24 h,蘋果酸16.30 mg/100 g、檸檬酸51.90 mg/100 g,由于檸檬酸和蘋果酸是微生物經(jīng)過(guò)三羧酸循環(huán)糖代謝途徑中的中間產(chǎn)物,生成的同時(shí)也被作為前體物質(zhì)進(jìn)入其他代謝途徑,因而,發(fā)酵過(guò)程中沒(méi)有大量的積累[23]。

2.3 俄式面包面團(tuán)滋味物質(zhì)的貢獻(xiàn)值

有機(jī)酸的含量越高并不意味著其對(duì)味覺的貢獻(xiàn)越大,對(duì)味覺的貢獻(xiàn)值不僅與含量有關(guān),還與物質(zhì)本身的閾值有關(guān)[24]。各有機(jī)酸的閾值濃度和滋味貢獻(xiàn)值見表2。從表2中可知,乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸對(duì)酸味的貢獻(xiàn)值均大于1,草酸對(duì)酸味的貢獻(xiàn)值小于1,人體的嗅覺可對(duì)其酸味忽略;乳酸對(duì)俄式面包的酸味貢獻(xiàn)最大,其次是乙酸。乳酸酸味溫和適中,檸檬酸酸味爽快刺激,蘋果酸酸味溫和愉悅,乙酸酸味具有刺激性,蘋果酸、檸檬酸具有緩沖乙酸的效果,在面團(tuán)發(fā)酵6 h時(shí),乙酸酸味貢獻(xiàn)值(2.18)小于檸檬酸酸味貢獻(xiàn)值之和,此時(shí)面團(tuán)的酸味較爽快;面團(tuán)發(fā)酵12 h時(shí)乙酸與蘋果酸和檸檬酸的貢獻(xiàn)值基于平衡,此時(shí)面團(tuán)的酸味由乳酸主導(dǎo),使面包的酸感更柔和。面團(tuán)發(fā)酵18 h之后,乳酸、乙酸酸味貢獻(xiàn)值最高分別達(dá)到71.96、14.36,面團(tuán)酸味較刺激酸感較強(qiáng)。

表2 有機(jī)酸的滋味貢獻(xiàn)值Table 2 Taste contribution of organic acids

2.4 不同時(shí)間發(fā)酵面團(tuán)各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度的分析

利用電子舌對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)樣品的酸、甜、咸、苦、澀五種基本風(fēng)味進(jìn)行測(cè)定,面團(tuán)各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度值的雷達(dá)圖如圖4,經(jīng)PCA分析不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)的滋味電子舌輪廓分析圖如圖5。

圖4 不同時(shí)間發(fā)酵面團(tuán)各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.4 Radar diagram of relative intensity of eachtaste index of yeast dough at different times

圖5 不同時(shí)間發(fā)酵面團(tuán)PCA電子舌輪廓分析圖Fig.5 Analysis of PCA electronic tongueprofile of yeast dough at different times

經(jīng)上述實(shí)驗(yàn),面團(tuán)發(fā)酵0 h時(shí)有機(jī)酸含量較少,所以電子舌只對(duì)6～24 h發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)樣品進(jìn)行風(fēng)味對(duì)比。由圖4雷達(dá)圖可以清晰可見,酸味指標(biāo)差異最大,依次是甜味、苦味、咸味和澀味。當(dāng)面團(tuán)發(fā)酵6、12、18、24 h時(shí),其酸味相對(duì)強(qiáng)度值分別為3.244、6.402、10.547、15.306;甜味的相對(duì)強(qiáng)度值分別為1.033、1.818、2.496、3.674;苦味的相對(duì)強(qiáng)度值分別為1.195、1.748、2.248、2.948。由于咸味和澀味的相對(duì)強(qiáng)度值小于1,通過(guò)感官鑒評(píng)無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別[25]。相對(duì)強(qiáng)度雷達(dá)圖反映出的俄式面包面團(tuán)酸味結(jié)果,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)酸味增加與面團(tuán)有機(jī)酸測(cè)定結(jié)果一致,其中,由酸味的貢獻(xiàn)值可知,乳酸和乙酸為主要酸味來(lái)源;面團(tuán)的甜味可能是微生物發(fā)酵作用將淀粉分解成糖,以及蛋白質(zhì)分解成具有甜味的氨基酸形成[26];苦味可能是由于酵頭中菌體衰亡自溶、苦味氨基酸產(chǎn)生、以及酵頭制備時(shí)啤酒花中的單寧物質(zhì)引起的緣故[27]。

經(jīng)PCA主要成分分析得到的判別指數(shù),是判斷電子舌是否能區(qū)分樣品的重要指標(biāo),當(dāng)區(qū)分指數(shù)值大于80時(shí),認(rèn)為對(duì)樣品具有良好的區(qū)分度[28]。由圖5可知,PCA分析得到的區(qū)分指數(shù)為94.5,大于80,由此可知采用電子舌技術(shù)可以有效區(qū)分發(fā)酵時(shí)間不同的面團(tuán)樣品。

如圖5所示,對(duì)發(fā)酵時(shí)間不同面團(tuán)樣品電子舌信息采集,PC1的方差貢獻(xiàn)率為73.3%,PC2的方差貢獻(xiàn)率為15.2%,累積方差貢獻(xiàn)率為88.5%,這表明PC1和PC2當(dāng)中的信息量能夠反映不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)樣品的大部分信息[29]。在面團(tuán)的發(fā)酵過(guò)程中,發(fā)酵6、12、18、24 h面團(tuán)樣品沿第一主成分減少的方向移動(dòng),說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),面團(tuán)發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質(zhì)隨之改變[30],結(jié)合雷達(dá)圖可知改變的滋味物質(zhì)主要是酸味物質(zhì),使酸味變成面團(tuán)的主導(dǎo)滋味。發(fā)酵12～24 h面團(tuán)隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),逐漸向左下方移動(dòng),說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),面團(tuán)發(fā)酵改變的滋味物質(zhì)不同于發(fā)酵前期。

3 結(jié)論

在面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)酸主要是由微生物代謝產(chǎn)生,其中主要產(chǎn)生乳酸,同時(shí)也產(chǎn)生乙酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸4種有機(jī)酸,這些有機(jī)酸共同形成俄式面包獨(dú)特的酸感。面團(tuán)在18 h發(fā)酵時(shí)間內(nèi)經(jīng)HPLC檢測(cè)乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸含量分別升高至402.00、73.40、13.20、43.50 mg/100 g,但草酸含量從33.50 mg/100 g下降到7.10 mg/100 g;此時(shí),面團(tuán)pH3.98,TTA為4.37。面團(tuán)發(fā)酵18 h后乳酸和乙酸對(duì)面團(tuán)的酸味貢獻(xiàn)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蘋果酸、檸檬酸、草酸3種有機(jī)酸;雷達(dá)圖表示不同發(fā)酵時(shí)間面團(tuán)滋味存在顯著差異,其中面團(tuán)的酸味相對(duì)強(qiáng)度值高于其他滋味的相對(duì)強(qiáng)度值。通過(guò)PCA分析得出,發(fā)酵時(shí)間不同的面團(tuán)滋味有顯著差異。綜上所述,發(fā)酵時(shí)間導(dǎo)致面團(tuán)中有機(jī)酸含量的變化,進(jìn)而影響著面包的口感和風(fēng)味,為俄式面包制作中的酸度控制,減少酸度差異和穩(wěn)定面包口感,了解面包酸味形成及面包酸感之間的相關(guān)性提供參考。