燕麥酸面團發酵劑的凍干和儲藏對面包風味的影響

劉若詩，萬晶晶，張 坤， 黃衛寧,*，RAYAS-DUARTE Patricia

(1. 江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122； 2. 俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

燕麥酸面團發酵劑的凍干和儲藏對面包風味的影響

劉若詩1，萬晶晶1，張 坤1， 黃衛寧1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2

(1. 江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122； 2. 俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

應用固相微萃取技術(SPME)和氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)研究發酵劑冷凍干燥(凍干)前后面包中的揮發性風味物質，考察發酵劑的凍干和儲藏對燕麥酸面包風味的影響。結果表明：舊金山乳桿菌發酵燕麥酸面包中的揮發性風味物質共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類化合物。酸類物質的含量最高，其次是醇類、芳雜環類和醛類物質。在發酵劑凍干和儲藏過程中，醛類和醇類物質先增加后減少，酸類、酯類、酮類和脂肪族化合物先減少后增加，芳雜環類物質含量則持續升高。燕麥酸面團發酵劑凍干后以及儲存30d制得的面包依然具有豐富的風味。乳酸菌和酵母菌的競爭作用導致乙酸和乙醇含量呈現相反的變化?？啡┖砍掷m升高，而己醛則在凍干后顯著減少，并在存儲30d后消失。

燕麥酸面團；發酵；舊金山乳桿菌；冷凍干燥；面包；揮發性風味物質

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

酸面團是一種古老而傳統的面包發酵劑[1]，利用其制作的面包是源自天然的烘焙休閑食品[2]。酸面團中微生物成分復雜，微生物之間相互作用生成大量風味物質[3-4]。酸面團發酵富含多種益生菌及其代謝產物[5]，具有改善面包質地[6]、增強面包風味[7-8]、提高營養價值等突出的優點。

舊金山乳桿菌是酸面團發酵的重要起始菌株，屬于專性異型發酵乳酸菌，它能夠產生大量的脂肪族氨基酸、二羧基氨基酸和羥基氨基酸[9]等重要的風味物質；同時，由于舊金山乳桿菌產酸迅速，協同代謝能力強，因此具有良好的工業生產性能。

燕麥中含有大量高營養價值的物質，如可溶性纖維(主要是β-葡聚糖)、蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素和礦物質[10]，是唯一獲得美國FDA健康認證的谷物[11]。張坤等[12]研究了舊金山乳桿菌發酵燕麥酸面團發酵劑中β-葡聚糖含量及其分子質量的分布變化。Flander等[13]用燕麥全粉和小麥面粉烘焙面包，進一步增強了面包的風味。

固相微萃取技術(SPME)經常與氣相色譜-質譜(GCMS)聯用技術分析和鑒定食品風味物質[14]。面包中已經發現的風味物質有300多種[15]，但是目前關于燕麥酸面團發酵劑及其冷凍干燥對制成的酸面包風味的研究還未見報道；冷凍干燥制品具有體積小、復水性能良好且保存使用方便等優點，所以本實驗采用SPME-GC/MS聯用技術，研究發酵劑冷凍干燥前后燕麥酸面包中的特征性揮發風味物質，考察發酵劑和儲藏時間對燕麥酸面包風味的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥粉 內蒙古包頭市邦達興草業投資有限責任公司；小麥粉 中糧面業鵬泰有限公司。

即發性活性干酵母 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(張家港)有限公司；脫脂乳粉 光明乳業集團有限公司。

1.2 儀器與設備

5K5SSWH攪拌機 美國Kitchenaid公司；醒發柜、烤箱 上海早苗電器有限公司；Finnigan Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 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發酵劑的制備

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，放入恒溫恒濕培養箱中培養，培養溫度為30℃，培養時間為24h。

1.3.2 燕麥酸面團發酵劑冷凍干燥

將燕麥酸面團發酵劑分別灌入平板中，厚度0.8cm，覆一層保鮮膜放入－36℃預凍，然后真空冷凍干燥38h，真空度為20Pa。樣品冷凍干燥后于4℃儲藏，時間分別為0、30d。

1.3.3 面包的制備

面包基本配方：以總粉質量為100%，包括面粉(90%)和發酵劑(10%，以發酵劑中所含燕麥粉含量計算)，其他配料(按其與面粉的比例計)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，再快速攪打10min。面團蓋好保鮮膜，松弛15min，經過整形壓面后，在35℃醒發2h左右至最大高度。烘焙上火溫度為150℃，下火溫度為170℃，烘焙時間為25min。

1.3.4 燕麥酸面包揮發性風味物質分析

1.3.4.1 揮發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，拔出針頭并進樣。

1.3.4.2 GC-MS分析

色譜條件：DB-5MS毛細管色譜柱(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。

質譜條件：電離方式EI，進樣孔溫度250℃，離子源溫度200℃，電子能量70eV，發射電流200μA，采集方式為全掃描，采集質量范圍為m/z33～495。

1.3.4.3 揮發性成分的定性定量分析

GC-MS分析圖譜經計算機和人工檢索把每個峰同時與NIST library和Wiley Library相匹配檢索定性，匹配度和純度大于900作為鑒定結果?；衔锒浚喊捶迕娣e歸一化法計算相對百分含量。

2 結果與分析

2.1 燕麥酸面包揮發性風味物質測定結果

圖1 燕麥酸面包揮發性風味物質的氣相色譜圖Fig.1 GC-MS chromatograms of volatile compounds of different oat sourdough breads

酸面團發酵過程中，蛋白質的水解，脂肪、肽等的代謝，氧化還原反應等，都可以產生風味物質[16]。圖1所示為舊金山乳桿菌發酵燕麥酸面包中揮發性物質的色譜圖，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類化合物。酸類物質的含量最高，其次是醇類、芳雜環類和醛類物質。

2.2 酸類物質

表1 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質酸類化合物統計分析結果Table 1 Analytical results of acids in different oat sourdough breads

乳酸菌利用可發酵糖產生有機酸，賦予食品酸味[17]。較高含量酸類化合物的形成是酸面團面包具有獨特風味的主要原因。由表1可見，冷凍干燥后酸類物質的含量有所降低，這是由于冷凍干燥過程中部分酸揮發導致，但是在儲存30d后發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。

最主要的酸類物質為乙酸，其大量形成對于酸面團面包風味和面包的微生物穩定性改進是十分重要的。乙酸為揮發性酸，在冷凍干燥過程中有所損失，而在后續的儲存過程中不斷生成，含量上升。

2.3 醇類物質

表2 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質醇類化合物統計分析結果Table 2 Analytical results of alcohols in different oat sourdough breads

醇類的風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]。在小麥酸面團發酵劑所制得的酸面包中，主要的醇類物質為乙醇、丁醇和己醇[20]。表2的數據顯示，冷凍干燥后醇類物質含量大幅升高，儲存30d后明顯下降，而種類數先減少后增加，這主要是由于含量最高的物質乙醇濃度變化引起的。面包中的乙醇主要為酵母發酵產生，乳酸菌只有在進行異型發酵時才產生少量乙醇，另一部分乙醇可能是由脂質氧化分解得到[19]。冷凍干燥后，體系酸度降低(表1)，酵母發酵更加活躍，乙醇產量提高，但隨儲存時間延長酸度提高，乙醇含量減少。

2.4 芳雜環類物質

芳香族和雜環類化合物是面包的重要揮發性風味物質。其中大多數雜環類化合物如吡啶等是在烘焙過程的熱作用下產生的，包括美拉德反應、焦糖化反應、熱降解作用等?？啡?、糠醇、苯甲醛和苯乙醇含量較高，是芳雜環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，并在儲存30d后繼續增加。表3中數據顯示還有部分內酯和酚類物質等，雖然其含量較低，但卻是風味的重要組成部分。

表3 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質芳雜環類化合物統計分析結果Table 3 Analytical results of aromatic and heterocyclic compounds in different oat sourdough breads

2.5 醛類物質

由于醛類物質的風味閾值較低及在脂質氧化中生成率很快，因此它們是酸面團面包風味的重要成分。表4數據顯示，未冷凍干燥的發酵劑所制得的面包中，舊金山乳桿菌發酵的面包中含有11種醛類物質，冷凍干燥后制得的面包中含有10種醛類物質，但含量有所提高，然而儲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有己醛、庚醛、辛醛、壬醛、庚二烯醛等，都是重要的風味物質。庚二烯醛在冷凍干燥后未儲藏的發酵劑發酵酸面包中檢測出，但是儲存了30d后，該物質消失，這可能是由于冷凍干燥溫度變化的過程產生庚二烯醛，而在儲藏中揮發。在冷凍干燥前及冷凍干燥儲藏30d后的發酵劑發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，說明冷凍干燥對辛醛有明顯的影響，導致其揮發，但是在儲存中由于某種作用使其合成。

表4 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質醛類化合物統計分析結果Table 4 Analytical results of aldehydes in different oat sourdough breads

2.6 酮類

表5 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質酮類化合物統計分析結果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以及含量都有明顯的下降，又在儲存過程中增加。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酵劑制得的樣品中。

2.7 酯類

一些有機酸在高溫下與醇類反應生成酯類，一部分酯類成為酸面包中的獨有化合物[19]。結合表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合生成酯類化合物。最主要的酯類物質為辛酸乙酯，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存30d后獨有的物質，也許是儲藏后期合成的。

表6 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質酯類化合物統計分析結果Table 6 Analytical results of esters in different oat sourdough breads

2.8 脂肪族類

表7 不同發酵劑制得燕麥酸面包中揮發性風味物質脂肪族化合物統計分析結果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。雖然烷烴數目相對多些，但其對樣品風味的貢獻較小。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總量的64%以上。

3 結 論

舊金山乳桿菌燕麥酸面團發酵劑發酵制得的燕麥酸面包中的特征揮發性風味物質主要有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類化合物。酸類物質的含量最高，其次是醇類、芳雜環類和醛類物質。在發酵劑冷凍干燥和儲藏過程中，醛類和醇類物質先增加后減少，酸類、酯類、酮類和脂肪族化合物先減少后增加，芳雜環類物質含量則持續升高。燕麥酸面團發酵劑冷凍干燥后以及儲存30d制得的酸面包依然具有豐富的風味。乙酸在冷凍干燥過程中揮發，而在儲存過程中繼續生成，乙醇含量則呈現出與之相反的變化，這是由乳酸菌和酵母菌聯合發酵過程中相互競爭引起的?？啡┖砍掷m升高，而己醛則在冷凍干燥后顯著減少，并在存儲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

加拿大農業部國際交流與合作項目(CCSIC-Food-00107)；國家現代農業產業技術體系建設專項(nycytz-14)

劉若詩(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為烘焙科學、功能配料和食品添加劑。E-mail：shishi1003@126.com

*通信作者：黃衛寧(1963—)，男，教授，博士，研究方向為食品烘焙與發酵技術、谷物食品化學。E-mail：wnhuang@jiangnan.edu.cn