酵子饅頭與酵母饅頭揮發(fā)性組分與香氣特征分析

王遠(yuǎn)輝 趙靖雯 吳宵云 常永鋒 張?zhí)m蘭

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 鄭州 450001）

饅頭是我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵面制品之一，在北方等地作為主食。饅頭以小麥粉為主要原料，加入發(fā)酵劑和水及其它輔料，經(jīng)過(guò)和面、發(fā)酵、壓面、成型、醒發(fā)、蒸制過(guò)程制作而成[1]。經(jīng)過(guò)近千年的發(fā)展和傳承，不同地區(qū)的饅頭制作工藝存在差別，添加的輔料也各有特色，使用的發(fā)酵劑更是多種多樣，形成各種風(fēng)味獨(dú)特的、地域特色鮮明的饅頭[2]。形成不同類型饅頭風(fēng)味的主要階段是發(fā)酵過(guò)程，而我國(guó)傳統(tǒng)饅頭制作工藝使用的是先輩們長(zhǎng)期探索，祖輩相傳的傳統(tǒng)發(fā)酵劑，例如老面、面起子、面肥、酵子、渣頭等[3]。傳統(tǒng)發(fā)酵劑制作的饅頭在我國(guó)歷史悠久，百姓對(duì)此類饅頭已形成深刻的風(fēng)味記憶。從20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始，國(guó)外常用于面包發(fā)酵過(guò)程的即發(fā)干酵母?jìng)魅胛覈?guó)，由于其發(fā)酵力強(qiáng)，產(chǎn)氣量大，發(fā)酵時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，迅速在大規(guī)模制作饅頭時(shí)廣泛使用，漸漸替代了我國(guó)的傳統(tǒng)發(fā)酵劑[4]。酵母饅頭的制作工藝簡(jiǎn)單、成本低，占據(jù)主流市場(chǎng)。然而，酵母制作的饅頭風(fēng)味不佳，百姓普遍評(píng)價(jià)為沒(méi)有“饃味”[5]。近些年，隨著居民消費(fèi)水平的提高，傳統(tǒng)發(fā)酵劑制作的饅頭受到更多消費(fèi)者的親睞，逐漸出現(xiàn)在超市、賣(mài)場(chǎng)、饅頭坊等。酵子作為我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵劑之一，在河南、河北、山東等中原地區(qū)民間使用，因其加工過(guò)程較老面簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，故有饅頭廠開(kāi)始嘗試工業(yè)化生產(chǎn)酵子饅頭[6]。

酵子饅頭香味獨(dú)特，與酵母饅頭的嗅覺(jué)感受差異明顯，需對(duì)兩種饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行全面的分析，為明晰酵子饅頭香氣組分奠定基礎(chǔ)。研究食品的揮發(fā)性物質(zhì)主要分為兩部分，第1 部分是揮發(fā)物的收集，常用方案有利用揮發(fā)油收集器和克萊文革裝置（Clevenger apparatus）經(jīng)蒸餾方法收集，利用吹掃捕集（PT）、同時(shí)蒸餾萃取（SDE）、頂空固相微萃取（HS-SPME）等技術(shù)[7-9]；第2 部分是對(duì)收集到的揮發(fā)物進(jìn)行定性和定量分析，利用氣相色譜（GC）分離結(jié)合質(zhì)譜（MS）、紅外譜圖（IR）、核磁圖譜（NMR）、氣相保留指數(shù)（LRI）、標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照等手段對(duì)數(shù)量較多的揮發(fā)物進(jìn)行定性分析，利用相對(duì)百分含量、內(nèi)標(biāo)半定量、內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法定量等方法進(jìn)行定量分析[10-12]。大量研究用HS-SPME-GC/MS 對(duì)饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，是由于HS-SPME 的操作過(guò)程較簡(jiǎn)單、快捷，利用質(zhì)譜圖比對(duì)進(jìn)行定性分析，使用峰面積歸一化法表示揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量[13-14]。然而，HSSPME 適用于收集低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的物質(zhì)，對(duì)于揮發(fā)物收集不完整，僅用質(zhì)譜圖比對(duì)定性是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模辽偻瑫r(shí)使用兩種定性方法。為分析酵子饅頭和酵母饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)，本文使用SDE 和HSSPME 收集兩種饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)，使用MS 和LRI 兩種方法對(duì)兩類饅頭中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性分析，通過(guò)加入內(nèi)標(biāo)的半定量方法分析揮發(fā)性物質(zhì)含量，利用氣相嗅聞（GC-O）技術(shù)分析兩類饅頭的香氣特征。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

小麥粉（特一等），鄭州金苑面粉廠；酵子，南陽(yáng)菜市街傳統(tǒng)酵子門(mén)市部；酵母、食用堿，安琪酵母股份有限公司。

正己烷（色譜純）、無(wú)水乙醚（分析純），天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；正構(gòu)烷烴混標(biāo)（C7-C30，≥97%），美國(guó)Supelco；2-甲基-3-庚酮（99%），阿拉??；氮?dú)猓兌?9.999%），河南科益氣體股份有限公司。

SM-25 和面機(jī)，新麥機(jī)械有限公司；YM600自動(dòng)連續(xù)壓面機(jī)、電汽兩用蒸柜，鼎海精機(jī)大豐有限公司；ZJ350L 切面機(jī)，濟(jì)南御廚食品機(jī)械有限公司；HWR-080 恒溫恒濕箱，上海燁昌食品機(jī)械有限公司；同時(shí)蒸餾萃取裝置、吹掃捕集裝置，自行設(shè)計(jì)后用玻璃制作；7890A-5975C 氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC/MS），配備嗅聞（Olfactometry）模塊，美國(guó)Agilent 公司；固相微萃取裝置（DVB/CAR/PDMS 50/30 μm），美國(guó)Supelco。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 饅頭的制作 酵子饅頭參照本團(tuán)隊(duì)前期使用的二次發(fā)酵法制作[15]，酵母饅頭參照本團(tuán)隊(duì)前期使用的酵母饅頭制作方法[16]。

1.2.2 同時(shí)蒸餾萃取法（Simultaneous distillation extraction，SDE）同時(shí)蒸餾萃?。⊿DE）裝置根據(jù)本團(tuán)隊(duì)前期的改進(jìn)設(shè)計(jì)并使用玻璃制作[15]。稱量100 g 饅頭樣品，裝入蒸餾器中，以80 mL 無(wú)水乙醚作為萃取液，蒸餾60 min，再通過(guò)分餾、旋蒸、氮吹進(jìn)行濃縮，并置于-18 ℃密封儲(chǔ)藏備用。以GC/MS 測(cè)定的揮發(fā)物總峰面積，評(píng)價(jià)濃縮方式對(duì)收集效果的影響。

1.2.3 頂空固相微萃?。℉eadspace solid phase microextraction）精確稱量饅頭樣品3 g，裝入30 mL 頂空瓶中，使用萃取纖維頭（DVB/CAR/PDMS 50/30 μm）進(jìn)行頂空萃取，然后直接將纖維頭插入GC/MS 中測(cè)定，對(duì)萃取條件中吸附溫度、吸附時(shí)間、解吸時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，以測(cè)定揮發(fā)物的總峰面積評(píng)價(jià)萃取效果。

1.2.4 氣-質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）氣質(zhì)分析使用Agilent 7890A-5975C 組成的氣質(zhì)分析系統(tǒng)，色譜柱分別使用DB-5 和DB-WAXETR 色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)J&W Scientific）。檢測(cè)得總峰面積的大小表示樣品中所含化合物的濃度高低。使用DB-5 色譜柱分析時(shí)，色譜條件如下：進(jìn)樣量：1 μL；不分流模式；進(jìn)樣溫度：250 ℃；升溫程序：40 ℃保持2 min，3 ℃/min 升溫至50 ℃保持1 min，繼續(xù)以5 ℃/min 升溫至110 ℃保持1 min，再以6 ℃/min 升溫至250 ℃保持1 min，再300 ℃保持10 min；載氣：氦氣（99.999%）；流速：1.0 mL/min。

使用DB-WAXETR 色譜柱分析時(shí)，色譜條件與DB-5 色譜柱不同之處是升溫程序，如下：40℃保持2 min，3 ℃/min 升溫至50 ℃保持1 min，繼續(xù)以5 ℃/min 升溫至110 ℃保持1 min，再以6 ℃/min 升溫至250 ℃保持1 min，再250 ℃保持10 min。

質(zhì)譜條件：電子電離源；電子能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；連接線溫度：280 ℃；質(zhì)譜溫度：150 ℃；質(zhì)譜掃描范圍：30～550 u。

1.2.5 定性與定量分析 揮發(fā)性物質(zhì)的定性分析使用兩個(gè)方案：（1）質(zhì)譜比對(duì)，利用氣質(zhì)聯(lián)用儀配套的Wiley 和NIST 數(shù)據(jù)庫(kù)和Adams 的記錄[17]進(jìn)行比對(duì)；（2）氣相保留指數(shù)（LRI）匹配，利用正構(gòu)烷烴（C7-C30）計(jì)算檢測(cè)到化合物的LRI 值，與NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和Adams 的記錄進(jìn)行匹配。以2-甲基-3-庚酮作為內(nèi)標(biāo)，對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)的含量進(jìn)行半定量分析。

1.2.6 氣相嗅聞（GC-O）分析 使用GC-O 對(duì)收集的兩類饅頭揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，選擇6 名受過(guò)訓(xùn)練的感官評(píng)價(jià)員組成小組，記錄樣品的味道特征和強(qiáng)度，進(jìn)行嗅聞分析。嗅聞分析員由3 名男性和3 名女性組成，年齡不同。在試驗(yàn)過(guò)程中，至少兩個(gè)嗅聞分析員可以同時(shí)得到相同的感官描述，才記錄并報(bào)告。氣相分離參數(shù)與GC-MS 分析設(shè)置相同。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有測(cè)定都平行測(cè)定3 次，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行ANOVA 分析（P＜0.05），分析其顯著性差異，使用Origin 2016 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 同時(shí)蒸餾萃取

同時(shí)蒸餾萃?。⊿DE）方法將蒸餾與萃取結(jié)合，并使兩個(gè)過(guò)程同時(shí)完成，從氣態(tài)到液態(tài)冷凝的過(guò)程中進(jìn)行萃取，常用于揮發(fā)性物質(zhì)的收集[18]。已有研究發(fā)現(xiàn)饅頭中揮發(fā)性物質(zhì)豐富，揮發(fā)物多達(dá)數(shù)十種[19]。使用前期優(yōu)化得到的SDE 參數(shù)[15]，為提高萃取液中揮發(fā)物濃度，通過(guò)分餾、旋蒸、氮吹的方式對(duì)萃取液進(jìn)行濃縮，結(jié)果見(jiàn)圖1。經(jīng)過(guò)濃縮處理后萃取液揮發(fā)物的總峰面積顯著增加（P＜0.05），以分餾、旋蒸、氮吹一起使用時(shí)效果最佳。胡麗花[20]、張國(guó)華[9]在分析饅頭揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)也曾使用旋蒸和氮吹的方式濃縮SDE 萃取液。SDE 萃取液適合濃縮，可能是由于SDE 運(yùn)行溫度較高，萃取揮發(fā)物多為高沸點(diǎn)化合物，在濃縮時(shí)損失較少。

圖1 不同濃縮處理方式對(duì)SDE 萃取液揮發(fā)物含量的影響Fig.1 Effects of different concentration methods on the content of volatile composition in SDE extract

2.2 頂空固相微萃取

頂空固相微萃?。℉S-SPME）是目前最常用的收集揮發(fā)物的技術(shù)，操作簡(jiǎn)單、富集量高、無(wú)損傷，研究饅頭揮發(fā)物時(shí)也大量使用HS-SPME，部分研究人員甚至僅僅使用這一項(xiàng)技術(shù)[21]。根據(jù)已有研究，使用萃取纖維頭（DVB/CAR/PDMS 50/30 μm），對(duì)萃取過(guò)程中吸附時(shí)間、萃取溫度和解吸時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。由圖2a 可知，揮發(fā)物含量隨著萃取溫度的增加先升高后降低，達(dá)到55 ℃時(shí)吸附揮發(fā)物含量最大；圖2b 顯示，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附揮發(fā)物含量先增加后降低，吸附30 min 時(shí)效果最好。將萃取纖維頭插入GC/MS 進(jìn)樣口后開(kāi)始解吸，解吸時(shí)間不同，測(cè)得揮發(fā)物含量不同，當(dāng)解吸6 min 時(shí)，測(cè)得揮發(fā)物含量最高（圖2c）。綜上，HSSPME 的最適操作條件是萃取溫度55 ℃，吸附時(shí)間30 min，解吸時(shí)間6 min，以此參數(shù)萃取酵子饅頭與酵母饅頭的揮發(fā)物，并進(jìn)行分析比較。

2.3 酵子饅頭與酵母饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)分析

利用SDE 和HS-SPME 收集酵子饅頭（JSB）和酵母饅頭（YSB）的揮發(fā)性物質(zhì)，通過(guò)質(zhì)譜圖（MS）與氣相保留指數(shù)（LRI）比對(duì)定性分析，結(jié)果見(jiàn)表1。JSB 由HS-SPME 和SDE 收集揮發(fā)性物質(zhì)種類分別為41 種（相對(duì)含量91.07%）和22 種（相對(duì)含量98.12%），YSB 由HS-SPME 和SDE 收集揮發(fā)性物質(zhì)種類分別為40 種（相對(duì)含量93.29%）和33 種（相對(duì)含量98.86%）。由此可知，HS-SPME收集兩種饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)種類較SDE 多，已有研究發(fā)現(xiàn)HS-SPME 更適合收集沸點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)的化合物，富集能力強(qiáng)，然而其重現(xiàn)性和穩(wěn)定性稍差[22]。試驗(yàn)中HS-SPME 收集揮發(fā)物中可定性識(shí)別的化合物相對(duì)含量較低（約為93%），SDE 收集揮發(fā)物中可定性識(shí)別的化合物相對(duì)含量達(dá)到98%以上，說(shuō)明HS-SPME 的吸附和富集能力強(qiáng)，然而吸附非目標(biāo)物較多，不利于定性識(shí)別；而SDE 吸附種類雖少，但是定性分析的識(shí)別度高，利于分析。

圖2 不同操作參數(shù)對(duì)頂空固相微萃取收集酵子饅頭揮發(fā)物的影響Fig.2 Effects of different operating parameters on HS-SPME for collecting volatiles from Jiaozi steamed bread

JSB 和YSB 共有化合物有23 種，共有化合物中HS-SPME 收集JSB 揮發(fā)物相對(duì)含量為66.09%，收集YSB 揮發(fā)物相對(duì)含量為49.34%；SDE 收集JSB 揮發(fā)物相對(duì)含量為81.94%，收集YSB 揮發(fā)物相對(duì)含量為28.24%；其中共有醇類7 種，醛類6種，酮類2 種，酯類2 種，含苯環(huán)類2 種，雜環(huán)類2種，烷烴類1 種。兩種饅頭中揮發(fā)物含量的整體差異巨大，JSB 獨(dú)有化合物26 種，HS-SPME 和SDE收集化合物的相對(duì)含量分別為25.65%和15.50%；YSB 獨(dú)有化合物40 種，HS-SPME 和SDE 收集化合物的相對(duì)含量分別為44.11%和70.46%。

從化合物種類的差異看，JSB 和YSB 含有相對(duì)含量較高的醇類化合物，HS-SPME 收集揮發(fā)物中，YSB 含有醇類化合物相對(duì)含量（32.08%）比JSB 多；SDE 收集揮發(fā)物中，JSB 含有醇類化合物相對(duì)含量（79.35%）較YSB 多，JSB 中乙醇的相對(duì)含量高達(dá)63.75%，YSB 中未測(cè)到。兩種收集方法中，YSB 中醛類化合物相對(duì)含量較JSB 高近1 倍，主要是己醛、壬醛、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-十三烯醛的相對(duì)含量較高。醚類化合物中，兩種饅頭所含化合物完全不同，YSB 中相對(duì)含量較高。YSB 中酮類化合物相對(duì)含量比JSB 高近1 倍，主要是香葉基丙酮和2-羥基-3-丁酮。兩種饅頭中所含酸類化合物完全不同，JSB 中酸類化合物相對(duì)含量遠(yuǎn)高于YSB，其中SDE 收集的十六酸相對(duì)含量達(dá)到9.17%。HS-SPME 收集的YSB 中酯類化合物相對(duì)含量達(dá)到19.55%，遠(yuǎn)高于JSB 中含量（2.91%），主要是2-辛烯酸甲酯、水楊酸-2-乙基己基酯和胡莫柳酯。HS-SPME 收集JSB 中含苯環(huán)類化合物相對(duì)含量較YSB 高近1 倍，JSB 所含的甲氧基苯基肟相對(duì)含量達(dá)到18.06%。HS-SPME 收集JSB 中雜環(huán)類化合物相對(duì)含量較YSB 高近1 倍，JSB 中萘相對(duì)含量達(dá)到20.98%。HS-SPME 收集JSB 中烷烴類化合物相對(duì)含量較YSB 高近1 倍，JSB 所含的姥鮫烷、5-丙基十三烷和正十六烷相對(duì)含量較高。SDE 收集YSB 中烯烴類化合物相對(duì)含量較JSB 高10 倍，YSB 中巴倫西亞橘烯相對(duì)含量高達(dá)31.68%。

2.4 香氣特征分析

酵子饅頭具有明顯而獨(dú)特的香味，消費(fèi)者常認(rèn)為JSB 較YSB 具有明顯的醇香味[21]。利用氣相嗅聞技術(shù)（GC-O）對(duì)JSB 和YSB 的香氣特征進(jìn)行分析，揮發(fā)物中在嗅聞時(shí)被識(shí)別出香氣特征的化合物為45 種，其中醇類、醛類、酯類化合物的香味特征比較明顯，其中醇類化合物給予饅頭香氣特征；而醛類、醚類、酯類、酮類、烯烴類化合物含量少，閾值低，對(duì)香味貢獻(xiàn)較少；烷烴類化合物在嗅聞時(shí)未被識(shí)別，對(duì)饅頭香味無(wú)貢獻(xiàn)。在JSB 中，醇類化合物的相對(duì)含量明顯高于YSB，乙醇相對(duì)含量高，主要貢獻(xiàn)醇香、酒香味；酸類化合物賦予JSB 酸味特征，尤其是十六酸；雜環(huán)類化合物中萘也對(duì)JSB 貢獻(xiàn)較多的辛辣味；含苯環(huán)類化合物雖然含量較低，但是閾值較高，主要賦予JSB 堅(jiān)果香和烤花生香味。在YSB 中，醇類化合物含量雖較高，但其含量不如JSB 高，故其醇香味稍弱；YSB含量稍高的醛類、酮類、酯類化合物主要貢獻(xiàn)花香和果香，然而其香味表現(xiàn)弱，在饅頭整體香氣特征中表現(xiàn)不明顯；YSB 中芳香族化合物的含量較低，香味貢獻(xiàn)較低。所以，JSB 與YSB 相比，表現(xiàn)出易于識(shí)別的、香味獨(dú)特的香氣特征，而且香味受到消費(fèi)者的喜愛(ài)和認(rèn)可。

3 結(jié)論

酵子饅頭常常被認(rèn)為比酵母饅頭更具濃郁香氣，主要是揮發(fā)性物質(zhì)的作用。經(jīng)過(guò)分餾、旋蒸、氮吹后發(fā)現(xiàn)，SDE 萃取液適合濃縮后再通過(guò)GC/MS分析。對(duì)HS-SPME 收集揮發(fā)物進(jìn)行GC/MS 分析后，發(fā)現(xiàn)SDE 與HS-SPME 對(duì)兩種饅頭的揮發(fā)性物質(zhì)表現(xiàn)出不同的收集效果。利用GC-O 對(duì)收集的揮發(fā)性物質(zhì)的香氣特征進(jìn)行分析，識(shí)別兩種饅頭的香氣特征。兩種饅頭共有揮發(fā)性組分23 種，JSB 中共有組分相對(duì)含量較高（＞60%），而YSB 中相對(duì)含量較低（＜50%）。兩種饅頭的揮發(fā)物差異明顯，JSB 中醇類、酸類、含苯環(huán)類、雜環(huán)類、烷烴類化合物相對(duì)含量高，其乙醇相對(duì)含量達(dá)到63%，酸類和芳香族類化合物具有較低閾值，故JSB 具有濃郁香氣，表現(xiàn)出醇香、果香和堅(jiān)果香味。YSB 中醇類化合物相對(duì)含量較JSB 低，且芳香族化合物香氣貢獻(xiàn)低，故YSB 的香味不如JSB 濃厚。未來(lái)可對(duì)酵子饅頭制作過(guò)程中香味化合物的變化規(guī)律進(jìn)行深入分析，從而發(fā)現(xiàn)酵子饅頭等傳統(tǒng)發(fā)酵劑所制作的饅頭香味根源，并解析其呈香過(guò)程。