含天然酵母粉發酵面包的營養與老化特性及風味化合物特征

張 薇，程曉燕，黃衛寧,*，李燕艷，劉若詩，張 巒，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.福建安麥高新生物技術有限公司，福建 泉州 362213；3.南京百合貝可生物科技有限公司，江蘇 南京 211000；4.美國俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055）

含天然酵母粉發酵面包的營養與老化特性及風味化合物特征

張 薇1，程曉燕1，黃衛寧1,*，李燕艷2，劉若詩3，張 巒3，RAYAS-DUARTE Patricia4

（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.福建安麥高新生物技術有限公司，福建 泉州 362213；3.南京百合貝可生物科技有限公司，江蘇 南京 211000；4.美國俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055）

采用質構儀（texture anylyzer，TA）、差示量熱掃描儀（differential scanning calorimetry，DSC）、高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）以及固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用（solid phase microextraction-gas chromatographic-mass spectrometry，SPME-GC-MS）技術，以普通酵母發酵面包為對照，分析天然酵母發酵面包營養特性（主要是游離氨基酸含量）、老化特性和揮發性風味化合物的特征。結果表明：1）天然酵母發酵顯著提高了面包中12 種游離氨基酸的含量，包括纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸等人體必需氨基酸；2）天然酵母發酵降低了面包貯藏期內的硬度和老化焓值，延緩了面包的老化；3）天然酵母發酵增加了面包中風味化合物的種類，出現D-檸檬烯、3,7-二甲基-1-辛醇和2-甲基-1-癸醇等新的風味化合物，同時使各類風味化合物的相對含量發生變化；4）天然酵母發酵提高面包的總體可接受度，并獲得更高的感官評定得分。

天然酵母發酵面包；游離氨基酸；老化特性；揮發性風味物質

近年來，隨著消費者對于食品天然、營養和安全性的訴求與日俱增，天然酵母發酵技術成為面包烘焙業新的發展趨勢[1-2]。天然酵母發酵是指利用谷物、果蔬、水和活性微生物（主要指乳酸菌和酵母菌菌群）等經自然發酵過程以生產營養健康面包的一種新型加工技術。發酵酸面團即是一種典型的天然酵母發酵體系[3]。

天然酵母發酵受到世界烘焙科學界和面包工業界的高度關注[4-6]，研究成果表明天然酵母發酵具有增強面包風味[7-10]、改善面包質構[5]、提高營養價值[11]以及不用或少用化學防腐劑而延長貨架期等突出優點[12]。天然酵母粉是天然酵母發酵劑干燥后得到的產品，具有容易保存、儲運方便等優點[1,13]，因此受到面包工業界的青睞。但關于天然酵母粉在面包發酵體系中的系統研究罕見報道。

本實驗采用質構儀（texture analyzer，TA）、差示量熱掃描儀（differential scanning calorimetry，DSC）、高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）以及固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用（solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）技術，以普通酵母發酵面包為對照，著重分析天然酵母發酵面包營養特性（主要是游離氨基酸含量）、老化特性和揮發性風味化合物的特征，為深度開發營養豐富、風味獨特、安全健康與現代時尚的新型烘焙發酵食品提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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；起酥油 東海糧油工業（張家港）有限公司；天然酵母粉 福建麥都食品發展有限公司；糖、鹽 市售。

標準氨基酸混合液 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

SM-25攪拌機、SPC-40SP醒發箱、SM-503電烤爐無錫新麥機械有限公司；CT3質構儀 美國Brookfield公司；DSC1差示量熱掃描儀 瑞士梅特勒托利多公司；Agilent 1100液相色譜 美國Agilent公司；Finnigan Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司；57330-U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 面包的制備

普通酵母（即發性活性干酵母）發酵面包和天然酵母發酵面包的制作配方見表1。制作工藝：將種面組分混合均勻成團，10 ℃條件下放置12 h后與主面干料按照表1中的比例混合均勻，再加水攪拌成團，加入起酥油攪拌1 min，快速攪拌3.5 min至面筋網絡結構形成，慢速攪拌1 min，室溫下覆膜靜置10 min。分割面團90 g/個，搓圓成型。于醒發箱內（38 ℃，相對濕度85%）醒發80 min，將醒發好的面團放入烘箱內（上火170 ℃，下火210 ℃）烘烤25 min。

表1 普通酵母發酵面包及天然酵母發酵面包配方Table1 Formulation of control bread and natural yeast sourdough bread

1.3.2 面包中游離氨基酸含量的測定[5]

面包中的游離氨基酸含量由Agilent 1100液相色譜配合以338 nm的UV檢測器進行分析。選用ODS Hypersil色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），流動相為20 mmol/L的醋酸鈉和體積比1∶2的甲醇-乙腈，流速為1 mL/min，柱溫為40 ℃。樣品中加入質量分數為5%三氯乙酸高速勻漿30 s，于10 000 r/min離心10 min后進行過濾，上清液于10 000 r/min離心10 min后用鄰苯二醛進行柱前衍生，得到的曲線與標準氨基酸混合液的校正曲線對比，根據保留時間和標準化合物的峰面積，對檢測出的氨基酸進行定性定量分析。

1.3.3 面包貯藏期內老化特性的測定

1.3.3.1 面包芯硬度的測定

將密封好的面包放置在常溫下，采用質構儀分別測定貯藏1、3、5、7 d的面包硬度變化。使用切片機將面包切成厚度為12.0 mm的均勻薄片，選取最中間兩片，測定中心硬度。參數設置：探頭型號為P/36，測試前速率1.0 mm/s，測試速率3.0 mm/s，測試后速率3.0 mm/s，壓縮程度50%，感應力5 g，兩次壓縮間隔時間1 s。

1.3.3.2 面包芯老化焓值的測定

將密封好的面包放置在4 ℃冰箱中，采用差示量熱掃描儀分別測定貯藏1、3、5、7 d的面包芯的老化焓值。稱取10 mg樣品，升溫速率為5 ℃/min，掃描范圍為30～110 ℃。

1.3.4 面包揮發性風味化合物的測定

1.3.4.1 揮發性風味成分的頂空固相微萃取

將面包切割為5 mm×5 mm×3 mm的碎塊，放入15 mL SPME樣品瓶中，直至瓶高的1/2左右，蓋好瓶蓋，將樣品瓶放入60 ℃恒溫水浴中，將萃取頭自樣品瓶的頂端插入，按下手柄，使纖維頭伸出至瓶中樣品上方。頂空萃取40 min后，用手柄使纖維頭退回針頭內，拔出萃取頭并進樣[14]。

1.3.4.2 揮發性風味化合物的分析

氣相色譜條件：色譜柱：DB-5MS毛細管柱（60 m× 0.32 mm，1 μm）；升溫程序：40 ℃保持1 min，以6 ℃/min升至160 ℃，再以10 ℃/min升至250 ℃，保持10 min；載氣為高純度氮氣；前2 min以1.2 mL/min恒流后分流，流速10 mL/min，分流比為12∶1。

質譜條件：電離方式EI，進樣溫度250 ℃；離子源溫度200 ℃，電子能量70 eV，發射電流200 μA，采集方式為全掃描，質量掃描范圍m/z 33～495[15]。

1.3.4.3 揮發性風味化合物的定性定量分析

GC-MS圖譜峰經計算機與人工檢索與Wiley Library和NIST Library相匹配檢索定性，設定匹配度和純度均大于800為鑒定結果。化合物定量按峰面積歸一化法計算相對含量。

1.3.5 面包感官評定

采用9 分嗜好評分法對兩種面包進行感官評定[16]，由20 位經過培訓的人員（10 名女性，10 名男性）對普通酵母發酵面包和天然酵母發酵面包的外觀、色澤、風味、口感以及整體可接受度進行評分。其中1～9分別代表極度不喜歡、非常不喜歡、適度不喜歡、輕微不喜歡、既不喜歡也不討厭、輕微喜歡、適度喜歡、非常喜歡、極度喜歡。

1.4 數據分析

所有數據使用SPSS 19.0軟件進行統計分析，使用方差分析法（ANONA）分析顯著性，顯著性差異水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 天然酵母發酵對面包中游離氨基酸含量的影響

氨基酸對于面包的營養、色澤、風味等品質都具有重要意義。由表2可知，普通酵母發酵面包與天然酵母發酵面包中都含有17 種氨基酸，與普通酵母發酵面包相比，天然酵母發酵面包中12 種氨基酸含量得到提高，包括限制性氨基酸——賴氨酸以及纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸等人體必需氨基酸。尤其是蛋氨酸，增加了15 倍之多，蛋氨酸能維持機體生長發育和氮平衡，具有抗脂肪肝作用，可用于防治肝臟疾病和砷或苯等中毒[17]。面包經天然酵母發酵后，氨基酸總量提高，同時必需氨基酸與總氨基酸含量的比值（essential amino acids/total amino acid，E/T）由原來的8.88%升至9.63%。這是由于天然酵母發酵過程中多種微生物（尤其是乳酸菌）的共同作用，導致蛋白質降解，釋放游離氨基酸的原因[4,11]。

表2 普通酵母和天然酵母發酵面包游離氨基酸含量分析Table2 Free amino acid contents of natural yeast sourdough bread

2.2 天然酵母發酵對面包老化特性的影響

圖1 普通酵母和天然酵母發酵面包在貯藏期內硬度的變化Fig.1 Hardness of control bread and natural yeast sourdough bread during 7 days of storage

硬度是面包重要的質構參數，在衡量面包的品質及可接受性上具有重要的作用。由圖1可知，2 種面包在貯藏7 d過程中，隨著天數增加，硬度均逐漸增大，品質趨于下降。但天然酵母發酵面包在同一貯藏時間下硬度低于普通酵母發酵面包，說明天然酵母發酵使得面包老化速率減緩。這可能是因為天然酵母體系中有乳酸菌菌群存在，在發酵過程中乳酸菌的發酵能夠顯著減小面包的硬度，延遲老化[18]。

老化焓值是衡量面包老化的另一項重要指標，運用差示量熱掃描儀分析面包的老化焓值，其結果見圖2。在1～3 d內，由于形成淀粉聚合物[19]，普通酵母發酵面包老化焓值迅速增大，老化速率較大，在3～7 d內，由于面筋蛋白的水分遷移[19]，老化速率減小，老化趨于緩慢。與普通酵母發酵面包相比，天然酵母發酵面包的老化焓值較低，老化速率較小，老化緩慢，這與圖1中硬度的測試結果一致。造成這種現象的原因可能是由于天然酵母發酵過程中乳酸菌的作用，乳酸菌的代謝產物和同時形成的酸化環境會對面包面團體系中的淀粉以及蛋白質組分產生影響[11,20]，例如酸化環境中形成的低分子質量糊精，可能會抑制淀粉的重結晶[20]，而支鏈淀粉的重結晶是面包老化的重要原因之一。

圖2 普通酵母和天然酵母發酵面包在貯藏期內老化焓值的變化Fig.2 Retrogradation of starch during 7 days of storage

2.3 天然酵母發酵對面包風味的影響

圖3 普通酵母發酵面包（A）和天然酵母發酵面包（B）揮發性風味化合物的氣相色譜-質譜聯用色譜圖Fig.3 GC-MS chromatograms of volatile flavor compounds of control bread (A) and natural yeast sourdough bread (B)

由圖3可知，經天然酵母發酵后，面包的圖譜峰發生較大變化：除主要揮發性風味化合物的種類有所不同外，每種化合物的峰面積，即相對含量也有很大差異。兩種面包中共檢出了49 種主要揮發性風味化合物（表3），其中普通酵母發酵面包檢出35 種主要的揮發性風味化合物，而天然酵母發酵面包中則檢出43 種，說明面包經天然酵母發酵后，風味化合物的種類增加，除乙醇、辛酸乙酯等共有的化合物之外，還出現一些新的風味化合物，如：D-檸檬烯、3,7-二甲基-1-辛醇和2-甲基-1-癸醇等。這可能是天然酵母中的多種菌群在發酵過程中的代謝產物相互作用，產生了特有物質的緣故。

表3 普通酵母和天然酵母發酵面包中揮發性風味化合物GC-MS分析結果Table3 Volatile flavor compounds identified by GC-MS in control bread and natural yeast sourdough bread

天然酵母發酵面包中揮發性風味化合物的組成類別為：醇類、酸類、酯類、醛類、酮類、烷烴類、烯烴類、芳香族化合物、雜環及含氮化合物（表4），與普通酵母發酵面包相比，除酮類風味化合物的相對含量基本不變之外，其他類別風味化合物的相對含量均發生顯著性變化。醇類化合物在天然發酵面包中所占比例最大，其中乙醇是醇類中的主要物質。面包經天然酵母發酵后，醇類物質的相對含量降低，這是由于天然酵母發酵過程中部分醇類與酸類作用生成酯類化合物所導致。酸類物質是天然酵母發酵面包中的第二大風味化合物。天然酵母發酵面包中酸類化合物含量的增加是由于天然酵母中含有的乳酸菌造成的。乳酸菌發酵會產生有機酸，從而賦予面包酸味[21]。天然酵母發酵過程中，乳酸菌與酵母菌具有協同作用[22]，而天然酵母粉作為這兩種菌群的復合載體被應用于面包中，致使面團中微生物產酸總量增加，進而提高天然酵母發酵面包中酸類化合物的相對含量。酯類化合物的生成，是酸和醇在高溫下相互作用的結果，能夠為面包帶來果香氣和奶香[23]。天然酵母發酵過程中，醇與酸相互作用，使得酯類化合物相對含量提高。醛類化合物風味閾值較低，是面包的重要風味物質之一，是酵母在較高溫度下發酵而成的副產物[24]。天然酵母發酵面包中的主要酮類物質為3-羥基丁酮，它會給面包帶來奶酪香味[25]。烴類化合物風味閾值較高，不具有風味活性，對樣品的整體風味貢獻較小[26]。芳香族化合物、雜環及含氮化合物是面包的重要揮發性化合物[27]。其中糠醛是形成焦糊風味的成分之一[28-29]，天然酵母發酵面包中的糠醛含量顯著低于普通酵母發酵面包（表3），即天然酵母發酵面包更加不易產生焦糊感。

表4 普通酵母和天然酵母發酵面包中揮發性風味化合物統計分析結果Table4 Analytical results of volatile flavor compounds in control bread and natural yeast sourdough bread

2.4 天然酵母發酵對面包感官特性的影響

由圖4可知，面包經天然酵母發酵后在色澤、口感、風味以及整體可接受度得分上都得到了不同程度的提高。相較于普通酵母發酵面包，天然酵母發酵面包由于含有更多的游離氨基酸而易于發生美拉德反應，從而產生令消費者喜愛的焦黃色澤。面包經過天然酵母的發酵后，口感更有嚼勁和彈性，使其獲得更高的口感得分。天然酵母發酵過程中多種微生物（主要為乳酸菌和酵母菌）的共同代謝作用使得面包風味豐富多樣，更加誘人，這是因為乳酸菌代謝產生的有機酸降低面團的pH值從而影響面包香氣，而且某些游離氨基酸是面包風味物質的重要前體。從整體可接受度上來說，天然酵母發酵面包得分高于普通面包，更能得到消費者的喜愛。

圖4 天然酵母發酵面包的感官評定雷達圖Fig.4 Sensory characteristics of control bread and natural yeast sourdough bread

3 結 論

天然酵母發酵會對面包的營養、老化、風味以及感官特性產生有利影響。面包經天然酵母發酵后，12 種游離氨基酸的含量顯著提高，其中包括纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸等人體必需氨基酸，必需氨基酸占總氨基酸的比例也相應提高。通過顯著降低面包在貯藏期內的硬度和老化焓值，天然酵母發酵會改善面包的老化特性，延緩面包的老化。SPME-GC-MS結果表明，天然酵母發酵增強了面包的風味，風味化合物種類增多，出現D-檸檬烯、3,7-二甲基-1-辛醇和2-甲基-1-癸醇等新的風味化合物，同時對面包中9 種類別的揮發性風味化合物的相對含量產生較大的影響：酸類、酯類、烴類、雜環及含氮化合物的相對含量顯著增高；醇類、醛類及芳香族化合物相對含量下降；對酮類物質影響不大，其相對含量基本不變。天然酵母發酵對面包色澤、口感及風味的改善作用提高了面包的總體可接受度。

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Nutritional Properties, Staling Characteristics and Volatile Flavor Compounds of Natural Yeast Sourdough Bread

ZHANG Wei1, CHENG Xiao-yan1, HUANG Wei-ning1,*, LI Yan-yan2, LIU Ruo-shi3, ZHANG Luan3, RAYAS-DUARTE Patricia4
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2. Fujian Anmai High-Technology Biotechnology Co. Ltd., Quanzhou 362213, China; 3. Nanjing Baihobake Biotechnology International Co. Ltd., Nanjing 211000, China; 4. Food and Agricultural Products Research Center, Oklahoma State University, Stillwater 74078-6055, USA)

In this study, the nutritional properties (mainly free amino acids), staling characteristics and volatile flavor compound characteristics of natural yeast sourdough bread were analyzed by TA, DSC, HPLC and SPME-GC-MS techniques, respectively. Compared with the common yeast bread, natural yeast fermentation significantly increased the content of 12 kinds of amino acids in bread including valine, methionine, phenylalanine, isoleucine, leucine, lysine and other essential amino acids. Meanwhile, natural yeast fermentation reduced the hardness and aging enthalpy of bread during storage, delaying the staling of bread. Moreover, natural yeast fermentation enhanced the volatile flavor compounds of bread by forming the new flavor compounds, D-limonene, 3,7-dimethyl-1-octanol and 2-methyl-1-decanol, while the relative amount of each group of flavor compounds was changed. Furthermore, natural yeast fermentation improved the overall acceptability of bread and obtained higher sensory evaluation scores.

natural yeast sourdough bread; free amino acids; staling properties; volatile flavor compounds

TS202.1

A

1002-6630（2014）23-0033-06

10.7506/spkx1002-6630-201423007

2014-05-17

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2012AA022207C）；江蘇省產學研聯合創新基金——前瞻性聯合研究項目（BY2014023-16）；國家自然科學基金面上項目（31071595；20576046）；張家港市科技支撐計劃項目（ZKN1301）；江蘇省科技支撐計劃項目（ BE2012310）；蘇州市科技支撐計劃項目（SNG201401）

張薇（1990—），女，碩士研究生，研究方向為烘焙科學、功能配料與食品添加劑。E-mail：vivian_zhang_0713@126.com

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