頂空-固相微萃取方法分析4種發酵劑制作饅頭中揮發性風味物質

馬 凱，華 威，龔 平，陳爾凝，白 羽，劉 杰，王衍生，李太華，高麗娟,*

頂空-固相微萃取方法分析4種發酵劑制作饅頭中揮發性風味物質

馬 凱1，華 威2，龔 平1，陳爾凝2，白 羽2，劉 杰2，王衍生3，李太華3，高麗娟2,*

（1.北京市理化分析測試中心，北京 100089；2.北京聯合大學生物化學工程學院，北京 100023；3.北京旗艦食品集團有限公司，北京 100194）

采用頂空-固相微萃取方法對傳統老酵饅頭與單一酵母饅頭樣品進行預處理，利用氣相色譜-質譜法檢測樣品中的揮發性風味成分。經NIST 08.L質譜數據庫檢索結合文獻對照，從旗艦饅頭（傳統老酵饅頭）中檢出59 種揮發性風味成分，天津自制饅頭（傳統老酵饅頭）中檢出51 種，安琪饅頭（單一酵母饅頭）中檢出47 種，燕山饅頭（單一酵母饅頭）中檢出43 種，這些揮發性成分中主要包括醇類、烴類、酯類、醛類、酮類、芳香類等。不同發酵劑制作饅頭中風味物質的種類及相對含量都存在一定的差異性，這也是使用相同原料不同發酵方法制作饅頭產生特別的風味的主要原因。

饅頭；氣相色譜-質譜聯用；固相微萃取；風味物質

小麥面食是我國主要的糧食類型，食用歷史悠久，由其加工而成的食品種類主要包括饅頭、面條、餅類等。其中，發酵面制品饅頭是60%以上中國消費者的主食，占面制食品消費總量的30%以上[1-2]。目前對饅頭的研究范圍從原料小麥粉生產、品質檢驗到饅頭成品的質量評價、保藏方法，幾乎涉及饅頭制造銷售的每個環節[3-9]。為滿足產品質量穩定、制作周期短，生產過程自動化等要求，商品化的饅頭在生產過程中多使用單一酵母發酵劑，而在小作坊式或家庭式手工加工方法生產饅頭過程中，為保留饅頭的傳統特色風味則多使用傳統老酵作為發酵劑方法[10]。這2 種饅頭制作方法的主要不同體現在發酵劑類型上，傳統老酵是天然存在的微生物菌群，除主要含有酵母菌和乳酸菌外還含有一定數量的其他微生物[11]，而市售的干酵母則以單一的酵母菌為主對面粉進行發酵。微生物菌群上差異必然會導致其代謝產物上存在一定的不同，表現在饅頭的口感和風味上存在一定的差異[12-13]。本實驗研究中，采用頂空-固相微萃取（headspace-solid phase microextraction，HS-SPME）方法提取傳統老酵饅頭和市售干酵母饅頭中的揮發性風味成分，并采用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用方法定性分析其成分構成，進一步明確傳統老酵饅頭與干酵母饅頭的異同，從而為老酵中微生物代謝組學研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉 北京糧海食品有限公司；傳統老酵母（QJ）北京旗艦食品有限公司；傳統老酵母（ZZ） 天津居民自制；燕山牌高活性干酵母（yS，批號20121208）河北馬利食品有限公司；高活性干酵母（AQ，批號20120904） 安琪酵母（赤峰）有限公司。

1.2 儀器與設備

數顯恒溫水浴鍋HH-4 常州國華電氣有限公司；固相微萃取手動進樣手柄、DVB/CA/PDMS（2 cm，50/30 μm）纖維頭 美國Supelco公司；2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 饅頭樣品制作方法

老酵饅頭做法：分別取老酵QJ與ZZ各50 g，加水300 mL攪拌均勻后加入500 g面粉混合，和面，揉至面團表面光滑，于55 ℃條件下發酵3 h，取出發酵膨脹的酸面團，加入500 g面粉及3 g堿，揉勻后制成饅頭形狀面坯，于55 ℃條件下醒發40 min，待面團變軟后于120 ℃蒸汽條件下蒸制20 min，取出放冷后備用。

酵母饅頭做法：取市售干酵母AQ與yS各1.5 g，分別與500 g面粉混合均勻，加水200 mL，和面，揉至面團表面光滑，制成饅頭形狀面坯，放置于55 ℃條件下醒發40 min，待面團變軟后于120 ℃蒸汽條件下蒸制20 min，取出放冷后備用。

1.3.2 頂空-固相微萃取操作方法[14-15]

稱取3 g饅頭樣品于15 mL氣相頂空樣品瓶中，將恒溫水浴調至80 ℃，待溫度穩定后，將樣品瓶放于恒溫水浴，預熱平衡20 min，將SPME針頭穿過樣品瓶密封瓶墊，于樣品瓶頂空部分伸出固相萃取頭，靜置萃取20 min，收回固相萃取頭，取出萃取裝置，待氣相色譜儀處于準備狀態后，將SPME針頭插入進樣口，伸出固相萃取頭，于250 ℃條件下解吸5 min。下次取樣前，首先將SPME萃取頭在250 ℃條件下老化15 min。

1.3.3 氣相色譜-質譜聯用檢測條件

色譜條件：極性毛細管柱ZB-WAX plus（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；固定相為聚乙二醇；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；分流比1∶1；初始爐溫50 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升到220 ℃，再以25 ℃/min升到250 ℃，保持5 min。

質譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃；接口溫度280 ℃，質量掃描范圍29～800 u；調諧文件為標準調諧；數據采集為全掃描模式；無溶劑延遲。

1.3.4 數據處理

對檢測結果的定性分析，以計算機檢索NIST 08.L譜庫、人工解析圖譜，結合文獻對照共同確定揮發性成分。揮發性成分相對含量的確定采用面積歸一化法。

2 結果與分析

2.1 4 種饅頭揮發性成分

采用傳統老酵作為發酵劑制作的2 種饅頭QJ、ZZ，與市售活性酵母發酵劑制作的2 種饅頭AQ、yS在相同的取樣條件和分析條件下進行比較，GC-MS分離鑒定各饅頭樣品中揮發性風味成分的種類及相對含量分別見表1，總離子流圖比較見圖1。

圖1 4 種饅頭樣品揮發性風味成分GC-MS分析總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatiles from 4 Chinese steamed bread

表1 4 種饅頭樣品中揮發性風味成分GC-MS分析結果Table 1 Analysis of volatile components in 4 Chinese steamed bread by GC-MS

續表1

續表1

由圖1可以看出，4 種饅頭樣品的揮發性成分數量及相對含量都存在一定差異，說明4 種發酵劑生產的饅頭其揮發性風味成分各有特點。從表1的分析結果可以看出，利用GC-MS從QJ樣品中鑒定出59 種揮發性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的95.5%，包括醇類17 種（59.1%）、烴類8 種（5.3%）、醛類9 種（7.8%）、酯類15 種（20.5%）、酮類4 種（0.5%）、芳香類5 種（1.7%）及呋喃類化合物1 種（0.7%）；從ZZ樣品中鑒定出51 種揮發性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的86.2%，包括醇類12 種（44.2%）、烴類17 種（17.0%）、醛類5 種（4.6%）、酯類11 種（17.7%）、酮類1 種（0.1%）、芳香類5 種（2.8%）；從AQ樣品中鑒定出47 中揮發性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的87.0%，包括醇類12 種（37.8%）、烴類11 種（19.7%）、醛類9 種（4.6%）、酯類11 種（23.8%）、芳香類3 種（0.8%）及呋喃類化合物1 種（0.3%）；從yS樣品中鑒定出43 種揮發性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的80.9%，包括醇類11 種（39.2%）、烴類14 種（16.2%）、醛類4 種（5.1%）、酯類10 種（16.9%）、芳香類4 種（3.5%）。

2.2 4 種饅頭風味物質的比較

上述4 種饅頭樣品中揮發性風味成分的比較結果顯示，面粉經不同發酵劑發酵后風味性揮發成分主要包含有醇類、烴類、醛類、酯類等，面粉中的淀粉或糖經發酵劑中微生物代謝會產生醇類化合物，含羰基化合物（如醛、酮、酯等）則主要來源于高級醇氧化、氨基酸的Strecker降解或醛醇縮合反應[16]。4 種饅頭樣品中乙醇的含量在所有測得的揮發性風味成分中占比例最高，是饅頭香味的主要來源之一。另外在4 種饅頭樣品中均檢測到1-己醇，是含量僅次于乙醇的一種醇類揮發性成分，在QJ（7.24%）中的相對含量為最高，其次為yS中占2.57%，ZZ中占2.26%，AQ中占2.05%，1-己醇廣泛存在于柑橘類、漿果、茶葉、艾葉、薰衣草等的多種精油中[17-21]，無色透明，具有水果芬芳的香味。從QJ樣品中檢測到的3-叔丁基-6-烯-1-辛醇（0.96%）為櫻桃中存在的具有水果香味的揮發性成分[22]，該成分只在QJ樣品中檢出，其余3 種樣品中未檢測到該成分。

除了在饅頭揮發性風味成分中占比較大的醇類物質，酯類物質也是酵母在發酵過程中的主要代謝產物，在所檢成分中占有較大比例，是體現饅頭風味性的主體化合物。雖然4 種饅頭樣品中檢測到的酯類成分的種類差別不大，但是各酯類成分的相對含量卻存在一定差別。例如：己酸乙酯是具有果香味的香料，是濃香型酒的主體香氣成分，在4 種饅頭樣品中AQ（7.24%）的相對含量最高，ZZ中2.27%的相對含量最少，兩者相差近3 倍。同樣，乙酸己酯（QJ（0.73%）、ZZ（0.64%）、AQ（0.88%）、yS（0.86%））、庚酸乙酯（QJ（0.43%）、ZZ（0.41%）、AQ（0.59%）、yS（0.59%））、己酸丁酯（QJ（2.09%）、ZZ（1.56%）、AQ（3.34%）、yS（2.60%））這3 種酯類物質也是常見的具有水果風味的食用香精[23]，其相對含量在4 種饅頭樣品中存在一定的差異。而ZZ中反-β-戊酸松油酯（8.04%）的相對含量較高，AQ與yS樣品中沒有檢測到該化合物，反-β-戊酸松油酯是具有松香味的一類揮發性成分，在月桃中含有這一物質[24]。

QJ中醛類化合物共有9 種，較其他3 種樣品中醛類化合物數量多。己醛（QJ中為3.14%、ZZ中為1.88%、AQ中為1.17%、yS中為1.58%）是一種具有青草氣及蘋果香味的成分[25]，天然品存在于蘋果、草莓、茶葉中[18]。QJ中存在的5-甲基己醛（1.11%）、2-庚烯醛（0.10%）、苯甲醛（0.30%）、2,4-癸二烯醛（0.24%）為其特有的醛類成分，在其余3 種樣品中均不含有，苯甲醛具有特殊的杏仁氣味，用于配制杏仁、櫻桃、果仁等型香精[26]，微量用于花香配方。這些醛類物質是淀粉在發酵劑作用條件下降解而生成，所體現出的清香、水果香等是饅頭香氣的重要組成部分。

3 結 論

饅頭以及與其類似的花卷、餅類等是中國傳統面食的主要種類，其口感與氣味是品質評價的重要指標，除了面粉的選擇會影響產品的品質外，發酵劑的選擇也不容忽視。本實驗中設計使用4 種不同的發酵劑對同一批次面粉進行發酵，利用HS-SPME-GC-MS的分析方法對4 種發酵劑生產的饅頭樣品中的揮發性風味成分進行分析，并按照化合物特征分類比較，由此對發酵劑的作用進行初步的評價。

利用GC-MS從QJ樣品中鑒定出59 種揮發性風味成分，ZZ樣品中為51 種，AQ樣品中為47 種，yS樣品中為43 種。從數量上分析老酵QJ與ZZ產生的揮發性成分較單一發酵劑AQ和yS多；從揮發性風味成分的種類上分析，4 種發酵劑的主要產物可分為醇類、烴類、醛類、酯類、芳香類，而酮類成分在QJ發酵樣品中檢測到4 種，ZZ中檢測到1 種，AQ和yS樣品中均未檢測到；從成分的相對含量上分析，4 種發酵劑的樣品呈現出各自的特色，如QJ中乙醇（40.69%）、己醛（3.14%）相對含量最高，ZZ中反-β-戊酸松油酯（8.04%）的相對含量最高，AQ中己酸乙酯（7.24%）相對含量最高，yS中癸烷（4.34%）相對含量最高。結果說明發酵劑種類及其對應的發酵方法對揮發性風味成分起重要作用。由于4 種樣品中風味性成分的種類和相對含量存在一定差異，而樣品的風味特色是由一系列的成分組合而形成的，因此并不能單從檢測出的化合物數量或某種單一成分來判斷所用發酵劑等級優劣。

本實驗中4 種發酵劑所制作饅頭中揮發性風味成分存在差異的根本原因是發酵劑中微生物種類與組成存在一定 差別，要想獲得特殊風味的饅頭就需要對發酵劑進行優化。另外，與文獻[27-28]中研究結果比較發現，饅頭的揮發性風味成分有部分是相同（如乙醇、己酸乙酯、苯甲醛等），而多數成分存在差異，除了發酵劑的影響外，面粉的種類也是產生這些差異的因素之一[4]。本實驗中檢測到的老酵發酵劑制作饅頭樣品中揮發性風味成分數量多于單一發酵劑制作樣品，這與文獻[27-28]中所報道的結果一致，說明了在相同的條件下，復合型發酵劑產生風味性成分種類更加豐富。本研究結果只是由老酵向復合型發酵劑研發的初步工作，而復合型發酵劑中菌群多樣性與代謝產物多樣性的研究還要在此工作基礎上逐步展開。

[1] 李里特, 薛佳. 論傳統小麥面食的現代化與工業化[J]. 糧食與食品工業, 2010, 17(5): 7-10.

[2] 李里特. 中國傳統發酵面制品創新與面食現代化[J]. 糧食與食品工業, 2009, 16(5): 1-3.

[3] 孫輝, 吳尚軍, 姜薇莉. 小麥粉食用品質的感官評定和儀器評價[J].糧油食品科技, 2004, 12(1): 25-28.

[4] 袁建, 鞠興榮, 汪海峰, 等. 小麥粉品質與饅頭加工質量的相關性研究[J]. 食品科學, 2005, 26(12): 57-61.

[5] ZHU J, HUANG S, KHAN K, et al. Relationship of protein quantity, quality and dough properties with Chinese steamed bread quality[J]. Journal of Cereal Science, 2001, 33(2): 205-212.

[6] 范玉頂, 李斯深, 孫海艷, 等. 小麥品質性狀與北方手工饅頭品質指標關系的研究[J]. 中國糧油學報, 2005, 20(2): 16-20; 25.

[7] 王春霞, 周國燕. 微波加熱對冷凍饅頭品質特性的影響[J]. 食品科學, 2013, 34(3): 11-15.

[8] 劉長虹. 饅頭的品質評價體系及方法[J]. 糧食與食品工業, 2008, 15(1): 4-9.

[9] 韓志慧, 汪姣. 饅頭保險殺菌工藝研究[J]. 食品與機械, 2013, 29(3): 209-211.

[10] 丁長河, 戚光冊, 侯麗芬, 等. 傳統老酵頭饅頭的品質特性[J]. 中國糧油學報, 2007, 22(3): 17-20.

[11] 蘇東民, 胡麗花, 蘇東海. 饅頭發酵過程中酵母菌和乳酸菌的代謝作用[J]. 食品科學, 2010, 31(13): 200-204.

[12] 張國華, 何國慶. 我國傳統饅頭發酵劑的研究現狀[J]. 中國食品學報, 2012, 12(11): 115-120.

[13] 胡麗花, 蘇東海, 蘇東民. 多菌種混合發酵對主食風味的影響[J]. 食品科技, 2010, 35(3): 149-152.

[14] PELLATI F, BENVENUTI S, yOSHIZAKI F, et al. Headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry analysis of the volatile compounds of Evodia species fruits[J]. Journal of Chromatography A, 2005, 1087(1/2): 265-273.

[15] IBANEZ E, LOPEZ-SEBASTIAN S, RAMOS E, et al. Analysis of volatile fruit components by headspace solid-phase microextraction[J]. Food Chemistry, 1998, 63(2): 281-286.

[16] 皮向榮, 郝俊光, 陳華磊. 啤酒中的羰基化合物來源及形成機理[J].釀酒科技, 2010(8): 68-73.

[17] 姜文廣, 李記明, 徐巖, 等. 4種釀酒紅葡萄果實的揮發性香氣成分分析[J]. 食品科學, 2011, 32(6): 225-229.

[18] 韓寶瑜, 周成松. 茶梢和茶花信息物引誘有翅茶蚜效應的研究[J].茶葉科學, 2004, 24(4): 249-254.

[19] 范剛, 喬宇, 柴倩, 等. 錦橙果肉和果皮中游離態和鍵合態香氣物質研究[J]. 食品科學, 2007, 28(10): 436-439.

[20] UMANO K, HAGI y, NAKAHARA K, et al. Volatile chemicals identified in extract from leaves of Japanese mugwort (Artemisia princeps Pamp.)[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2000, 48(8): 3463-3469.

[21] HASSANPOURAGHDAM M B, HASSANI A, VOJODI L, et al. Essential oil constituents of Lavandula officinalis Chaix. from Northwest Iran[J]. Chemija, 2011, 22(3): 167-171.

[22] 王家喜, 王江勇, 高華君, 等. 兩種砧木對布魯克斯大櫻桃果實芳香成分的影響[J]. 中國農學通報, 2009(10): 187-190.

[23] 李洪波, 劉勝輝, 李映志, 等. 頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜法測定波羅蜜果肉中的香氣成分[J]. 熱帶作物學報, 2013, 34(4): 755-763.

[24] HO J C. Chemical composition and bioactivity of essential oil of seed and leaf from Alpinia speciosa growm in Taiwan[J]. Journal of the Chinese Chemical Society, 2010, 57(4): 758-763.

[25] 乜蘭春, 孫建設, 陳華君, 等. 蘋果不同品種果實香氣物質研究[J].中國農業科學, 2006, 39(3): 641-646.

[26] 張玉玉, 孫寶國, 陳海濤, 等. 頂空-固相微萃取兩種傳統面醬揮發性成分的氣相色譜-質譜聯用分析[J]. 食品科技, 2012, 37(3): 255-260.

[27] 韓德權, 孫慶申, 李冰, 等. 復合發酵劑和單一酵母饅頭風味物質比較[J]. 食品科學, 2012, 33(2): 240-242.

[28] 蘇東海, 李自紅, 蘇東民, 等. 固相微萃取分析傳統老酵頭饅頭揮發性物質[J]. 食品研究與開發, 2011, 32(6): 94-97.

Headspace Solid Phase Microextraction for Analysis of Volatile Components in Chinese Steamed Bread Made with Four Starter Cultures

MA Kai1, HUA Wei2, GONG Ping1, CHEN Er-ning2, BAI Yu2, LIU Jie2, WANG Yan-sheng3, LI Tai-hua3, GAO Li-juan2,*
(1. Beijing Center for Physical and Chemical Analysis, Beijing 100089, China; 2. College of Biochemical Engineering, Beijing Union University, Beijing 100023, China; 3. Beijing Qijian Food Group Co. Ltd., Beijing 100194, China)

In this work, the composition of volatile components in Chinese steamed bread fermented with traditional mixed starters (QJ and ZZ) and commercial dry yeast starters (AQ and YS) was determined by headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). According to the NIST 08.L MS spectral library and reference data, 59, 51, 47 and 43 volatile compounds in Chinese steamed bread fermented with QJ, ZZ, AQ and YS were identified, respectively. These volatile components included alcohols, hydrocarbons, esters, aldehydes, ketones, aromatics and other compounds. The results showed fermentation with the traditional mixed starters could result in the production of more components in different relative quantities in Chinese steamed bread than the dry yeast starters. This may be the main reason why Chinese steamed bread fermented with the same wheat flour and different starters have distinct volatile components.

Chinese steamed bread; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); solid phase microextraction (SPME); volatile components

TS213.2

A

1002-6630（2014）16-0128-05

10.7506/spkx1002-6630-201416025

2014-03-12

公益性行業（農業）科研專項（201303070）；北京市科學技術研究院市級財政項目（PXM2013_178305_000002_00063845_FCG）

馬凱（1986—），男，助理研究員，碩士，研究方向為食品微生物學。E-mail：dimasimk008@gmail.com

*通信作者：高麗娟（1978—），女，副研究員，博士，研究方向為食品微生物學。E-mail：aglj889@163.com