酵母發(fā)酵對(duì)餅干品質(zhì)的影響

胡莉萍,王志峰,朱松,李玥*

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122) 2(億滋食品企業(yè)管理(上海)有限公司,江蘇 蘇州,215126)

餅干越來(lái)越頻繁地出現(xiàn)在消費(fèi)者的視野中,隨著餅干的消費(fèi)量不斷上升,營(yíng)養(yǎng)單一的普通餅干已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的需求,將酵母應(yīng)用到餅干制作過(guò)程中來(lái)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)強(qiáng)化是一種很好的方法[1]。目前酵母發(fā)酵主要用于面包、饅頭等面制品中,經(jīng)酵母發(fā)酵后的產(chǎn)品不僅具有濃郁的風(fēng)味特征,而且還可以改善終產(chǎn)品的質(zhì)地、貨架期及營(yíng)養(yǎng)特性。同時(shí),酵母發(fā)酵還可以使大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì),有利于機(jī)體吸收利用,提高產(chǎn)品中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率。

淀粉是日常飲食的主要成分之一,也是補(bǔ)充體內(nèi)能量的重要成分。淀粉在小腸中的消化程度和消化率對(duì)機(jī)體的健康有很大的影響。研究發(fā)現(xiàn)淀粉消化性與許多疾病密切相關(guān)[2],其中,淀粉類(lèi)食品的消化性與腸胃消化障礙以及低血糖等問(wèn)題的關(guān)聯(lián)性引起了人們對(duì)食品和健康領(lǐng)域的興趣。經(jīng)酵母發(fā)酵后,不僅使面制品形成特有的香味,而且酵母發(fā)酵產(chǎn)生氣體物質(zhì),使面制品的網(wǎng)絡(luò)空間増大,相關(guān)酶類(lèi)更容易和淀粉作用,增加消化率[3]。小分子氨基酸不僅對(duì)食品的風(fēng)味、色澤產(chǎn)生重要影響,同時(shí)還具有免疫調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給、維持機(jī)體正常代謝等作用[4]。此外,在谷物制品生產(chǎn)中發(fā)酵還具有提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,降低谷蛋白含量,穩(wěn)定和提高礦物質(zhì)的生物利用率等效果[5]。

本文以太平梳打餅干(本文中統(tǒng)稱為發(fā)酵餅干)的發(fā)酵工藝為基礎(chǔ),以其發(fā)酵產(chǎn)品為研究對(duì)象,探究酵母發(fā)酵對(duì)面團(tuán)pH和總酸度(total titrable acid,TTA)以及餅干淀粉消化性的影響,分析酵母發(fā)酵餅干中糖類(lèi)、游離氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及元素的變化,為開(kāi)發(fā)功能性餅干提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉、全麥粉、麥芽提取物、鮮酵母、起酥油、白砂糖、食用鹽、全脂乳粉、太平梳打餅干,均由億滋食品企業(yè)管理(上海)有限公司提供。淀粉葡萄糖苷酶(A7095,≥260 U/mL)、胰酶(P7545,8×USP)、胃蛋白酶(P7000,≥250 U/mg),美國(guó) Sigma 公司；苯并戊三酮(茚三酮)、鹽酸、氯化鉀、醋酸鈉、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、氫氧化鈉、95%乙醇、石油醚、碘、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、鹽酸、溴甲酚綠、甲基紅、亞鐵氰化鉀、氯化鈣、醋酸、三氯乙酸,A.R,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ARM-01 全齒輪傳動(dòng)攪拌機(jī),福建德霸食品機(jī)械有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器責(zé)任有限公司；HPLC-1525 高效液相色譜,美國(guó) Waters 公司；TDL-5-A 型低速臺(tái)式大容量離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠；EL20 型 pH 計(jì),上海梅特勒-托利多儀器有限公司；AL204 型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；GENIUS-3 型漩渦震蕩儀,德國(guó) IKA 公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 發(fā)酵面團(tuán)的制備

發(fā)酵面團(tuán)配方如表1所示。

表1 發(fā)酵面團(tuán)制作配方

按照表1將酵母發(fā)酵面團(tuán)所需各原料按比例稱量。預(yù)先將酵母加入40 ℃溫水中溶解,起酥油在60 ℃加熱融化。用ARM-01攪拌機(jī)在一速下攪拌 15 min,待攪拌器停止,將攪拌器及攪拌缸上黏著的面團(tuán)用刮板刀刮下,將攪拌完成的面塊取出,放在35 ℃以及相對(duì)濕度為80%的發(fā)酵箱內(nèi)發(fā)酵9 h。

使用未加酵母的面團(tuán)作為對(duì)照。按照發(fā)酵面團(tuán)的制作配方(表1),將未加酵母發(fā)酵面團(tuán)所需各原料按照其比例稱量好,采用與實(shí)驗(yàn)組完全相同的工藝條件。

1.3.2 面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中 pH、TTA 的測(cè)定

參考張慶[6]的方法,稍加修改。用10.00 g不同時(shí)間點(diǎn)的發(fā)酵面塊,與90 mL無(wú)菌水?dāng)嚢杌靹?0 min左右,待混合液靜置后測(cè)定混合液的pH；用0.1 mol/L NaOH 進(jìn)行滴定,最終 pH 為8.1,所使用的NaOH的量為面團(tuán)的TTA。

1.3.3 發(fā)酵餅干的制備

酵母發(fā)酵餅干配方表1所示。

(1) 將攪拌完成的面塊取出,放在溫度為35 ℃、相對(duì)濕度為80%的發(fā)酵箱中發(fā)酵9 h。

(2) 發(fā)酵結(jié)束后,把面團(tuán)用酥皮機(jī)壓成 1 mm 厚,并切割為 5 cm×5 cm 的面片,在上火和下火均為 250 ℃的焙烤箱中烘烤 6 min,冷卻后即為發(fā)酵餅干。

1.3.4 淀粉體外消化率的測(cè)定

根據(jù) YU[7]方法進(jìn)行測(cè)定餅干樣品的消化性,略作修改。準(zhǔn)確稱500.0 mg餅干粉于 50 mL 帶蓋玻璃瓶中,加3 mL胃蛋白酶溶液(7 mg/mL,酶活力250 U/mg,用 0.5 mol/L,pH 1.5 的鹽酸-氯化鉀溶液配制),37 ℃ 恒溫水浴攪拌 60 min。加入 2 mL 胰酶溶液(8 mg/mL,酶活力8×USP,用 0.5 mol/L,pH 5.2 醋酸-醋酸鈉緩沖溶液配制),0.065 mL 淀粉葡萄糖苷酶(其酶活為260 U/mL),37 ℃恒溫水浴。在消化反應(yīng) 0、10、20、60、120 min分別取樣 0.2 mL于已加入1.8 mL 無(wú)水乙醇的離心管中。振蕩搖勻后,10 000 r/min條件下離5 min,將上清液使用葡萄糖試劑盒進(jìn)行葡萄糖(C6H12O6)含量測(cè)定試驗(yàn)。特定時(shí)刻C6H12O6生成量乘以0.9后與原樣品中總淀粉量的比值即為消化率,其中,快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)：代表20 min內(nèi)被人體消化吸收的淀粉；慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)：代表在20～120 min內(nèi)被機(jī)體消化吸收但速度緩慢的淀粉；抗性淀粉(resistant starch,RS)：代表無(wú)法被消化利用的淀粉[8]。

(1)

(2)

RRS/%=(1-RRDS-RSDS)×100

(3)

式中:m0，酶解前餅干樣品游離的葡萄糖質(zhì)量，mg；m20，酶水解 20 min時(shí)葡萄糖的生成質(zhì)量，mg；m120，酶水解 120 min后葡萄糖的生成質(zhì)量，mg；ms，餅干樣品中總淀粉質(zhì)量，mg。

1.3.5 糖類(lèi)含量的測(cè)定

按照張慶[6]的提取方法,略作修改。準(zhǔn)確稱5.0 g餅干樣品,加45 mL去離子水,放入轉(zhuǎn)子攪拌使溶液均質(zhì)。用1 mol/L NaOH溶液使溶液的pH 達(dá)8.2,之后將溶液放在45 ℃恒溫水浴鍋中保溫40 min,并不間斷攪拌使還原糖浸出完全,之后溶液定容至100 mL,于4 000 r/min 離心10 min,收集上清液,上清液采用 HPLC測(cè)定糖含量。

色譜條件：色譜柱為 Waters Sugar Pak I,流動(dòng)相為重蒸水,流速 0.4 mL/min,柱溫為 90 ℃,進(jìn)樣量為 10 μL,檢測(cè)器為 Waters 2414 示差折光檢測(cè)器,所用的儀器為 Waters 1525高效液相色譜儀。

1.3.6 游離氨基酸的測(cè)定

準(zhǔn)確稱 1.000 g 餅干粉倒入 25 mL 容量瓶?jī)?nèi),用質(zhì)量濃度為 50 g/L 三氯乙酸溶液定容,混勻后于300 W的功率超聲波超聲 1 h,過(guò)濾之后在10 000 r/min 下,將濾液離心振蕩 30 min,取上清液并用0.22 μm 水膜過(guò)濾于色譜進(jìn)樣瓶中,使用 Agilent 1260 液相色譜儀進(jìn)行分析[9]。

HPLC 條件：ODS Hypersil 色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm,美國(guó)賽默飛世爾),柱溫：40 ℃；流動(dòng)相：V(醋酸鈉)∶V(甲醇)∶V(乙腈)=1∶2∶2,流速1.0 mL/min；紫外檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng)338 nm。

1.3.7 維生素B1和維生素B2的測(cè)定

維生素B1參考國(guó)標(biāo)GB 5009.84—2016進(jìn)行測(cè)定[10]。維生素B2參考國(guó)標(biāo)GB 5009.85—2016進(jìn)行測(cè)定[11]。

1.3.8 礦物質(zhì)含量的測(cè)定

參考國(guó)標(biāo)GB5009.268—2016進(jìn)行測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,采用 Origin 8.5 軟件分析作圖。采用 SPSS 16.0 軟件處理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果以x±SD表示,顯著性分析以 Duncan’tests 進(jìn)行方差分析(ANOVA),P<0.05 被認(rèn)為存在顯著性差異。相關(guān)性分析采用雙變量Pearson檢驗(yàn),P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中 pH、TTA變化

餅干面團(tuán)在發(fā)酵過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生氣體物質(zhì)如二氧化碳等,使面團(tuán)變得疏松。微生物通過(guò)發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸等酸性物質(zhì),有機(jī)酸的產(chǎn)生不僅使面制品具有更多風(fēng)味,而且會(huì)降低發(fā)酵面團(tuán)的pH值[3]。低pH值的發(fā)酵面團(tuán),有利于餅干面團(tuán)中蛋白質(zhì)和相關(guān)酶類(lèi)之間的作用,最終產(chǎn)品具有良好的質(zhì)構(gòu)特性。

發(fā)酵過(guò)程中pH和TTA的變化情況如圖1所示。兩種面團(tuán)pH值均有所降低,其中,酵母發(fā)酵面團(tuán)的pH下降的較明顯。

圖1 面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中pH和TTA的變化

最終,酵母發(fā)酵面團(tuán)pH值穩(wěn)定在7.30左右,未加酵母發(fā)酵面團(tuán) pH 值穩(wěn)定在7.90左右。同時(shí),兩種面團(tuán)TTA的變化趨勢(shì)與pH值變化都呈負(fù)相關(guān)。隨發(fā)酵的不斷進(jìn)行,面團(tuán)pH出現(xiàn)下降的原因可能是由于酵母發(fā)酵產(chǎn)生的CO2溶解在面制品中引起的,或是由于面粉中的乳酸菌發(fā)酵少量產(chǎn)酸引起的[13]。

2.2 酵母對(duì)發(fā)酵餅干中淀粉消化率的影響

淀粉類(lèi)食物從口腔進(jìn)入胃腸階段進(jìn)行消化時(shí),可以被體內(nèi)的相關(guān)酶類(lèi)水解,形成小分子物質(zhì),進(jìn)而被體內(nèi)快速吸收利用。淀粉體外消化率越高,表明越易被機(jī)體消化。

淀粉消化率用來(lái)表征淀粉在體內(nèi)消化吸收的速率[14]。比較了酵母發(fā)酵餅干和未加酵母發(fā)酵餅干的體外淀粉消化特性。分析圖2,餅干的淀粉消化趨勢(shì)大體一致,在消化的前60 min,淀粉水解率均呈快速升高趨勢(shì)。0～20 min時(shí),淀粉消化速率升高最快。20～60 min時(shí),消化速率逐漸變得緩慢,60～120 min時(shí),消化速率逐漸趨于平緩。其中,酵母發(fā)酵餅干的RDS含量為70.21%,未發(fā)酵餅干的RDS含量為66.93%,原因可能是酵母發(fā)酵產(chǎn)生的氣體物質(zhì)使面團(tuán)孔徑變大,淀粉酶容易進(jìn)入其內(nèi)部與淀粉發(fā)生作用所致。慢消化淀粉能夠在小腸內(nèi)被完全消化吸收,并且淀粉的消化速率較為緩慢,具有維持飽腹感和血糖水平穩(wěn)定、持續(xù)釋放能量等優(yōu)點(diǎn)。與未加酵母發(fā)酵餅干相比,酵母發(fā)酵餅干的SDS略高。在60～120 min的消化過(guò)程中,水解速率逐漸變緩并趨于平緩,其中酵母發(fā)酵餅干的淀粉消化進(jìn)程明顯較高,酵母發(fā)酵餅干和未加酵母發(fā)酵餅干的最終淀粉消化率分別是93.68%和89.39%。相比于未加酵母發(fā)酵餅干,酵母發(fā)酵餅干呈現(xiàn)較高的淀粉水解率。

圖2 不同時(shí)間點(diǎn)餅干樣品的體外淀粉消化率

可利用淀粉代表在胃階段和腸階段可以被消化的淀粉,其含量為RDS、SDS之和。如表2所示,發(fā)酵餅干中可利用淀粉含量為93.68%,未發(fā)酵餅干中可利用淀粉含量為89.39%。酵母菌發(fā)酵后,其中餅干中可利用淀粉含量比未加酵母發(fā)酵餅干高約4%。辛全偉[2]等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)酵母發(fā)酵后,與未加酵母發(fā)酵面包相比,發(fā)酵后面包中快消化淀粉含量有所增加。原因是加入酵母后,酵母自身含有一些成分會(huì)提高淀粉顆粒對(duì)相關(guān)酶類(lèi)的敏感性,增加酶的反應(yīng)活性,從而提高了淀粉消化速率。也可能由于酵母在面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中,產(chǎn)生了二氧化碳等氣體使得面團(tuán)的孔洞變大,更容易使酶進(jìn)去與淀粉發(fā)生作用,所以淀粉消化率有所增加。

表2 餅干樣品RDS、SDS、RS含量統(tǒng)計(jì)表

2.3 酵母對(duì)發(fā)酵餅干中糖類(lèi)含量的影響

在發(fā)酵過(guò)程中,酵母會(huì)利用單糖作為能源物質(zhì),且對(duì)各種糖類(lèi)的利用順序不一樣。當(dāng)多種糖同時(shí)存在時(shí),酵母菌會(huì)優(yōu)先用葡萄糖作為能源物質(zhì),之后會(huì)將蔗糖轉(zhuǎn)變成單糖后進(jìn)行利用[15]。

由圖3可知,與未加酵母發(fā)酵餅干相比,酵母發(fā)酵餅干中果糖、葡萄糖的含量下降較多,其中葡萄糖的含量降低了72.30%,果糖的含量降低了96.51%,半乳糖的含量相差不大。LI等[16]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)酵母發(fā)酵后葡萄糖和麥芽糖的大量消耗,可能由于這兩種糖是酵母生長(zhǎng)代謝的主要碳源。圖3結(jié)果表明,在發(fā)酵時(shí)酵母菌為滿足自身生長(zhǎng)需求,會(huì)大量利用葡萄糖、果糖等作為能源物資,因此在發(fā)酵過(guò)程中果糖和葡萄糖的含量會(huì)有明顯的降低。

圖3 餅干樣品中糖類(lèi)含量變化

與不加酵母的餅干相比,加入酵母發(fā)酵的餅干中乳糖的含量降低了11.88%。雷雅男等[17]研究結(jié)果表明酵母菌不發(fā)酵乳糖,但是乳酸菌可以利用乳糖,使乳糖含量降低。原因是面團(tuán)在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵過(guò)程中,空氣中的微生物的作用,使乳糖部分分解所致,也有可能是面粉自身中微生物,使得面團(tuán)在發(fā)酵過(guò)程中乳糖含量有所減少。

2.4 酵母對(duì)發(fā)酵餅干中游離氨基酸的影響

在發(fā)酵面團(tuán)中氨基酸對(duì)微生物代謝、營(yíng)養(yǎng)需求和蛋白水解活性等起著重要作用[18]。同時(shí),氨基酸也是食品風(fēng)味前體的重要來(lái)源[19]。在面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中,酵母等微生物會(huì)對(duì)氨基酸產(chǎn)生強(qiáng)烈的需求,來(lái)滿足自身生長(zhǎng)繁殖[20]。氨基酸分析是研究蛋白質(zhì)特性與其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要手段,本研究采用氨基酸分析儀測(cè)定所有餅干樣品中17種氨基酸以及γ-GABA。

COLLAR等[21]研究發(fā)現(xiàn)酵母菌選擇性吸收面團(tuán)中的部分氨基酸,產(chǎn)生其他氨基酸。本研究測(cè)定了酵母發(fā)酵和未發(fā)酵的餅干中必需氨基酸和非必需氨基酸以及氨基丁酸的含量,結(jié)果見(jiàn)表3,谷氨酸、蘇氨酸、精氨酸、賴氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸等氨基酸被酵母菌迅速吸收。此外,蛋氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、苯丙氨酸和天冬氨酸也被酵母菌利用,而甘氨酸、酪氨酸、脯氨酸和組氨酸含量無(wú)明顯變化,酵母發(fā)酵后,餅干中總氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少了31.2 mg/100 g。這一結(jié)果與COLLAR等[21]所得結(jié)論相一致,相比于未加酵母發(fā)酵的餅干,酵母發(fā)酵后會(huì)降低餅干中總氨基酸含量。原因是由于在發(fā)酵過(guò)程酵母為滿足自身生長(zhǎng)需求會(huì)利用氨基酸作為能源物質(zhì),而面團(tuán)中的蛋白質(zhì)或多肽降解為氨基酸的速率較低。因此酵母發(fā)酵后餅干中總氨基酸含量有所降低。

表3 餅干樣品氨基酸含量統(tǒng)計(jì)表

2.5 酵母對(duì)發(fā)酵餅干中維生素和礦物質(zhì)的影響

維生素B1和維生素B2是維持人體正常機(jī)能與代謝活動(dòng)非常重要的水溶性維生素,人體自身無(wú)法自行合成,必須額外補(bǔ)充[22]。發(fā)酵會(huì)增加維生素B的含量,可能是由于酵母可以作為一種可食用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了未發(fā)酵餅干和酵母菌發(fā)酵餅干中維生素B1、維生素B2的含量,如圖4所示,經(jīng)酵母菌發(fā)酵能升高餅干中維生素B1、維生素B2的含量,分別增加了75.19% 和27.69%?？赡苁且?yàn)榻?jīng)酵母長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵能夠降低烘焙產(chǎn)品中維生素B1和維生素B2的損失所致。礦物質(zhì)同維生素B1、維生素B2一樣,均是人體所必需的,且需通過(guò)外界攝取,人體每天需要從外界來(lái)攝取以滿足自身礦物質(zhì)需求[23]。如表4所示,本研究測(cè)定了10種礦物質(zhì)元素,包括Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Na、Mg、K、Ca。與未發(fā)酵餅干相比,發(fā)酵餅干中部分礦物質(zhì)元素有輕微的增加。

圖4 餅干樣品維生素B1、維生素B2含量

表4 餅干樣品礦物質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)表 單位：μg/g

由Pearson檢驗(yàn)結(jié)果顯示(表5),其中,維生素B1、K、Ca與酵母發(fā)酵、未加酵母發(fā)酵餅干呈正相關(guān)(P<0.01),Mo與酵母發(fā)酵、未加酵母發(fā)酵餅干呈負(fù)相關(guān)(P<0.01),而維生素B2、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Na、Mg與酵母發(fā)酵、未加酵母發(fā)酵餅干不相關(guān)。

表5 營(yíng)養(yǎng)素變化與發(fā)酵、未發(fā)酵餅干之間的相關(guān)性分析

3 結(jié)論

本文以太平梳打餅干的發(fā)酵工藝為基礎(chǔ),探究酵母對(duì)發(fā)酵餅干淀粉消化性和營(yíng)養(yǎng)特性的影響。研究結(jié)果表明,經(jīng)酵母發(fā)酵后太平梳打餅干的淀粉消化率有所升高,其中SDS含量升高較為明顯,說(shuō)明酵母發(fā)酵餅干更容易被機(jī)體消化。與未加酵母發(fā)酵餅干相比,酵母發(fā)酵餅干中葡萄糖、果糖的含量有明顯降低。小分子游離氨基酸中精氨酸、賴氨酸、纈氨酸、亮氨酸等氨基酸會(huì)被酵母大量吸收利用,酵母發(fā)酵餅干中這些氨基酸的含量有明顯降低。經(jīng)酵母發(fā)酵后,發(fā)酵餅干中維生素B1、維生素B2含量以及部分礦物質(zhì)的含量會(huì)有所增加。綜上所述,酵母發(fā)酵后的餅干可以作為腸道消化不良人群的一種膳食選擇。