發酵紫蘇粉對面包儲藏品質影響的研究

田海娟1,,胡征宇3,孫 宇,張 艷1,,張傳智1,,潘 艷

(1.吉林工商學院,糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室,吉林長春 130507; 2.吉林工商學院糧食學院,吉林長春 130507; 3.吉林農業大學食品科學與工程學院,吉林長春130018)

紫蘇[Perillafrutescens(L.)Britt]是一種具有奇異香味的系唇形科的草本植物[1],其根、莖、葉、籽均有較高的利用價值[2]。俄羅斯、日本、韓國、美國、加拿大等國對紫蘇屬植物進行了大量的商業性栽種,開發出了食用油、藥品、腌漬品、化妝品等幾十種紫蘇產品。冷榨提油后的紫蘇籽粕中含有豐富的蛋白質、纖維素等營養成分[3-5],目前對于紫蘇粕的可食化加工,研究集中在紫蘇粕初級產品的開發利用以及生物活性成分的提取優化等方面[6-13],課題組在前期研究過程中發現其加工適宜性稍差,其濃郁的紫蘇風味也限制了它在食品工業中的應用[14-19]。前期試驗利用凝結芽孢桿菌(Bacilluscoagulans)和乳酸克魯維酵母菌(Kluyveromyceslactis)對紫蘇粕進行混菌固態發酵處理,發現發酵后的紫蘇粉中的小肽含量顯著提高[20],發酵后紫蘇粕濃郁的香氣變淡,因此進一步拓展了紫蘇粕在食品中的應用。面包儲藏中易失水進而短時間內發生老化,貨架期短,鑒于菌種在紫蘇粉中的發酵代謝作用,致使發酵紫蘇粉中小分子物質含量提高,進而可能對于面包的儲藏穩定性有影響,因此,實驗將混菌發酵紫蘇粉應用于面包的生產中,研究不同紫蘇粉對于儲藏期的面包的水分分布、遷移規律、保水性、老化度、面包的淀粉老化焓值以及面包中脂肪氧化程度的影響,以揭示混菌固態發酵紫蘇粉對于面包儲藏期穩定性的影響,為發酵紫蘇粉的食品工業化應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

凝結芽孢桿菌(Bacilluscoagulans) 糧油食品深加工吉林省重點實驗室保存菌種;標準菌株乳酸克魯維酵母菌(KluyveromyceslactisATCC 12426) 北京北納創聯生物技術研究院;紫蘇籽 洮南市百群食品科技有限公司;面包專用小麥粉 南順(三東)食品有限公司;面粉改良劑 樂福斯(明光)有限公司;高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;黃油 秦皇島金海特種食用油工業有限公司;牛肉膏(生物試劑) 北京奧博星生物技術有限公司;蛋白胨(生物試劑) 北京奧博星生物技術有限公司;氯化鈉(分析純) 國藥集團化學試劑有限公司;LB培養基(粉劑) 北京鼎國昌盛生物技術有限責任公司;MRS肉湯 青島高科園海博生物技術有限公司。

SQW-601三清超微粉碎機 濟南易辰超微粉碎技術有限公司;4A220-50-06超臨界萃取裝置 江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司;TS2231020高壓滅菌鍋 上海東亞壓力容器制造有限公司;SW-CJ-2FD超靜工作臺 上海新苗醫療器械制造有限公司;SM30FA-1全自動和面機 瑞典Glimek公司;S200/DC-11/DCJ-1組合烤爐 瑞典Sveba-Dahlen公司;SFY-60紅外線快速水分測定儀 冠亞電子科技有限公司;布拉德班粉質儀 德國Brabender公司;CT3食品物性分析儀 美國博勒飛公司;DHG-9245A鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司;Simga3K15型高速冷凍離心機 美國Sigma公司;Q20型調制差式掃描量熱儀 美國TA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 發酵紫蘇粉制備工藝 紫蘇籽清洗→烘干→粗粉碎→超臨界萃取(萃取壓力25 MPa,萃取溫度40 ℃,CO2流量20 L/h)→超微粉碎(200目)→高壓蒸汽滅菌→接菌→恒溫培養→高壓蒸汽滅菌→烘干→超微粉碎→接種發酵→滅菌→凍干→備用

制備LB培養基及MRS培養基,將兩種培養基滅菌,備用。吸取1%乳酸克魯維酵母菌于MRS培養基中,將含菌的MRS培養基放入30 ℃搖床中,培養18 h,作為一代菌液。將凝結芽孢桿菌粉末取少許加入LB培養基中,含菌培養基放入37 ℃搖床中培養18 h,作為一代菌液。培養好的一代菌液吸取1%加入到對應的培養基中培養18 h作為2代菌液。

將培養好的乳酸克魯維酵母菌和凝結芽孢桿菌2代菌液接入到超臨界萃取脫脂并滅菌后的紫蘇粕中進行培養。培養條件為:乳酸克魯維酵母菌與凝結芽孢桿菌的比例為1∶1、料水比為1∶2.5、接種量為12%,在33 ℃環境下培養48 h,混菌發酵期間每隔12 h翻動一次發酵基料,發酵期間共翻動4次。

1.2.2 面包的配方 以面包專用小麥粉為基準,其他輔料加入量為:綿白糖20%、鹽1%、活性干酵母2%、面包改良劑1%、黃油8%、雞蛋8%、水50%。以一次發酵法制備面包[21]。未添加紫蘇粉的面包為空白組,直接添加超臨界萃取脫脂后并超微粉碎過200目篩的紫蘇粉的面包為對照組,添加混菌紫蘇粕粉的面包為實驗組。

1.2.3 低場核磁測定紫蘇粉面包的水分分布 NMR自旋-自旋弛豫時間(T2)測量:紫蘇粉面包弛豫時間測試條件:共振頻率23.137 MHz,磁體強度0.55 T,線圈直徑為15 mm,磁體溫度為32 ℃;按照1.2.2方法制備的面包樣品放入直徑為15 mm的核磁管,核磁管放入磁體腔中心處測試。自旋-自旋弛豫時間T2用Carr-Purcell-Mebiboom-Gill(CPMG)序列進行測量。測試參數為:回波時間(90°脈沖和180°脈沖之間的時間)為100 μs,8000個回波個數,重復掃描32次,重復掃描間隔時間為3000 ms,得到的信號衰減曲線為指數衰減曲線。利用核磁共振弛豫時間反演擬合軟件Ver 4.09進行反演[22]。

1.2.4 發酵紫蘇粉面包保水性測定 做好的面包自然冷卻1 h后,稱取面包重量。將稱重后的面包放在紫外燈滅菌1 h后的恒溫培養箱中,溫度設為23 ℃,并用飽和食鹽水調整恒溫培養箱中濕度,濕度達70%。以后每24 h稱量一次,持續測量5 d。

利用公式:失水量=原重量-測量重量,表示保水性[23-24]。

1.2.5 發酵紫蘇粉面包老化度測定 將面包在1.2.4的環境下放置48 h后,各組取面包瓤10 g,分別放入孔徑0.425 mm標準篩(40目)中,然后在篩中放入10個直徑7 mm的不銹鋼珠,以120 r/min頻率振蕩5 min,稱量篩下物。

根據公式:老化度(g/min)=篩下物/振蕩時間,以單位時間內篩下物重量作為衡量產品老化度的標準[25]。

1.2.6 發酵紫蘇粉面包支鏈淀粉老化焓值測定 用差示掃描量熱儀測定分別在1.2.4的環境下存放1、3、5 d時的面包。取15 mg左右的面包芯放置在鋁坩堝中封蓋,放入差示掃描量熱儀中檢測,升溫速率為10 ℃/min,樣品溫度100 ℃,檢測溫度從30 ℃至100 ℃升溫過程的相變焓值ΔH[26],空坩堝為空白對照。

1.2.7 發酵紫蘇粉面包脂肪氧化程度(TBA)測定 將面包在1.2.4環境放置24 h后,揉碎、研磨均勻后稱取10 g樣品加入到干凈的燒杯中,加入10%的三氯乙酸溶液40 mL,用磁力攪拌器攪拌均勻。離心5 min后過濾,將濾液轉移至50 mL的容量瓶中,用10%的三氯乙酸溶液定容至50 mL,混勻,靜置10 min。移取5 mL濾液于25 mL比色管中,加入5 mL硫代巴比妥酸(TBA)溶液,混勻,蓋塞。放置于95 ℃的水浴鍋內50 min,然后取出冷水中降溫10 min,在532 nm處測吸光值。

TBA值(mg/kg)=A532×41.5

式中:A532為溶液在532 nm處的吸光度;41.5為每mL含丙二醛量的換算系數

1.3 數據分析與處理

圖表中數據為三次平行檢測數據的平均值,誤差為標準偏差。所得數據用SPSS 17.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 紫蘇粉添加量對面包水分分布及遷移的影響

NMR技術是研究生物體系中水分動態變化的一種有效技術。NMR技術中用弛豫時間來表明生物體系中水的運動,含水量的多少是弛豫速度變化的根本原因。弛豫速度與含水量大致成線性函數關系。Camerona等[27]證實了水氫鍵結構的變化使測量水溶液弛豫時間發生變化,可能是因為離子濃度升高或添加了食物。影響生物聚合體中水分移動的因素有:水分、分子量、分子結構和溫度。紫蘇面包水分分布在弛豫時間(T2)0.1～1000 ms之間,出現三個特征峰,其中T21(0.01～2.0 ms)區間是紫蘇面包分子中極性基團與水以氫鍵鍵合的水,結合比較緊密,該區間的水被認為是結合水[28-29];T22(2～13 ms)區間為紫蘇面包中成分與水以較小鍵能結合,紫蘇面包中多分子層水,與溶質成分結合程度相對較差,是被紫蘇面包網絡結構束縛的水分,被認為是不易流動的水;T23(14～1000 ms)區間為自由水,即未束縛進紫蘇面包面筋網絡結構的水,附著于面包面筋網絡結構的表面。

由表1可知,發酵紫蘇粉面包與空白組對比,結合水、不易流動水和自由水比例均較大,除了5%發酵紫蘇添加量的面包中結合水對比差異不顯著,其他添加量與空白組相比,差異均顯著(P<0.05)。從峰面積大小看,在發酵紫蘇面包中,不易流動的水所占的比例有明顯優勢;且隨著發酵紫蘇粉在面包中的質量百分比提高,結合水、不易流動水和結合水質量均提高;發酵紫蘇粉面包的結合水與不易流動水均高于空白組與對照組。當發酵紫蘇粉質量百分數達到15%時,紫蘇面包結合水比例達到第一個峰值,此時峰面積為227.47±10.40;此后隨著發酵紫蘇粉添加量提高,峰面積先逐漸下降后提高,當發酵紫蘇粉添加的質量百分比達到25%時,結合水部分的峰面積最大值為522.62±37.65。結果分析可知,紫蘇粉添加量對紫蘇面包結合H質子的能力有影響,且發酵紫蘇粉對面包中結合水與不易流動水的影響大于未發酵紫蘇粉。

表1 不同紫蘇粉添加量面包水分分布Table 1 The changes of moisture distribution of various perilla contents of bread with different content of Perilla powder

2.2 發酵紫蘇粉面包儲藏品質

面包的老化一般是指面包皮粗糙,光澤暗淡,面包瓤硬度增加,易掉渣,芳香味消失產生刺鼻氣味,可溶性淀粉含量減少等現象。對面包老化的研究已經有一百多年歷史,這一問題仍然存在,每年都會因為老化問題造成極大的損失,延長焙烤食品的貨架期問題是值得關注的問題[30]。

2.2.1 面包保水性 如圖1所示,隨著儲藏時間的增加,面包的失水量逐漸增大,說明隨著面包的儲藏,面包中水分逐漸減少;兩種紫蘇粕粉的添加對面包保水性有不同程度的影響,添加量不同影響程度也不同。放置1 d對面包影響不大,2 d時面包失水增加緩慢,放置3～4 d時,面包失水量增加速度較快,放置5 d時,失水量變化趨于平緩。隨著發酵紫蘇粕粉添加量的增多,面包失水量逐漸減少。相同儲藏天數,發酵紫蘇粉面包添加量5%～10%失水量增長緩慢,15%～25%時,失水量增長速度較快,對照組面包也有相同的表現。相較空白組,兩種紫蘇粕粉的加入都降低了面包的失水量,且相同添加量發酵紫蘇粉面包失水量低于對照組面包失水量,這一結果與2.1的檢測結果一致。儲藏5 d,紫蘇粉添加質量百分比為10%時,發酵紫蘇粕面包失水量與對照組差異明顯,發酵紫蘇粉面包失水為5.5 g,對照組為6.2 g,與空白組比降低了9.84%,與對照組比失水率降低了11.29%。推測其原因可能是,隨著發酵紫蘇粕粉的加入,面包中的小肽含量提高,增強了水分與蛋白質與小肽中親水基團發生水合作用的能力,結合水含量增加,且不易流失,紫蘇粕粉經過發酵后,蛋白含量提高,減緩面包中水分流失。

圖1 發酵紫蘇粉對面包水分的影響Fig.1 The effect of fermented Perillapowder on bread water content

2.2.2 面包老化度 如圖2所示,隨著添加量的增大,添加兩種紫蘇粉面包老化度均逐漸減小;對照組面包老化度降低程度緩慢,添加發酵紫蘇粉粉面包5%～20%老化度下降程度較快,20%～25%老化度幾乎不變。添加發酵紫蘇粉面包5%～15%老化度下降程度較快,由0.3 g/min下降到0.2 g/min。20%～25%老化度幾乎不變,均為0.16 g/min。當紫蘇粉添加量為20%時,發酵紫蘇粉面包的老化度比空白組降低了55.56%,比對照組降低了12.50%。發酵紫蘇粕粉的加入可改善面包的老化。分析其原因在于隨著發酵紫蘇粕粉的加入,面包中纖維含量增大,膳食纖維也隨之增加。膳食纖維可以與面包中淀粉對結合,形成穩定的復合物,復合物的形成可以減緩淀粉從無序態向有序態的轉化的速度[31],使面包老化延緩。發酵紫蘇粕粉經過發酵膳食纖維的含量增加,形成穩定復合物更多,較對照組能夠更加有效地抑制面包的老化,延長面包的儲藏期。

圖2 不同紫蘇粉添加量對面包老化度的影響Fig.2 The effect of different content ofPerilla powder on bread aging

2.2.3 面包支鏈淀粉老化焓值 面包在儲藏的過程中,其中的支鏈淀粉發生重結晶,導致面包老化。支鏈淀粉的重結晶老化往往會使熱焓(ΔH)變化[32],測定面包支鏈淀粉的老化熱焓值變化能夠反映出面包的氧化程度。如圖3所示,隨著儲藏天數的增加,各組面包的老化焓值均在增加。分析其原因在于隨著儲藏期的延長,面包支鏈淀粉重結晶的程度及速率增大,導致面包中淀粉聚合物增多,使面包老化[33]。添加兩種紫蘇粕粉面包的老化焓值,均低于對照空白組,說明紫蘇粕的添加可以延緩面包的老化;儲藏1 d時,空白組為34.48 J/g,與空白組比,發酵紫蘇面包組老化焓值最大降低了69.18%;3 d時添加兩種紫蘇粕面包與空白組差異明顯,當發酵紫蘇添加量為25%，老化焓值降低最多達到61.11%;儲藏5 d時,當發酵紫蘇添加量為20%，老化焓值降低最多達到41.79%。與對照組面包相比,老化焓值在儲藏1 d時，發酵紫蘇粕粉添加量為25%時最多降低了47.66%,在3 d時降低最多達到14.71%,在儲藏5 d時降低最多達到了17.38%。發酵紫蘇粕有效地延緩了面包的老化,推測可能由于發酵紫蘇粕粉的加入,面包中的小分子的纖維與蛋白質及多肽的含量提高,這些分子能夠水合更多的水分子,因此有效地抑制的支鏈淀粉的重結晶,淀粉聚合物的合成受阻,延緩面包的老化。

圖3 紫蘇粉對面包淀粉老化焓值的影響Fig.3 The effect of different content of Perilla powder on aging enthalpy of bread starch

2.2.4 面包脂肪氧化程度(TBA) TBA值反映的是面包中脂類物質的氧化程度的高低。脂類物質在氧化的過程中產生丙二醛,丙二醛與硫代巴比妥酸作用生成粉紅色化合物,紅色物質的深淺與氧化程度成正相關[34]。TBA值越大,面包氧化的越嚴重。脂肪物質氧化后,導致面包的酸敗,產生不良的氣味,影響面包的感官及風味。如圖4所示,隨著發酵紫蘇粕粉的加入,面包脂肪氧化程度(TBA)值在逐漸減小。對照組面包添加量為5%～10%時,TBA值急劇下降,由65.28 mg/kg下降到45.47 mg/kg。15%～25%呈緩慢下降趨勢由44.33 mg/kg下降到37.15 mg/kg。發酵紫蘇粕粉添加量為5%時,樣品的TBA值急劇下降至42.66 mg/kg,10%～25%整個過程呈緩慢下降趨勢;發酵紫蘇粕粉添加量為25%時,樣品的TBA值降至最低值34.42 mg/kg,比空白組降低了58.18%,而此時未發酵紫蘇面包組的TBA值為37.15 mg/kg,比空白組降低了54.86%,發酵紫蘇粉面包與對照組相比降低了7.35%。總體而言,添加發酵紫蘇粉面包TBA值下降幅度及趨勢大于添加紫蘇粕粉面包,添加發酵紫蘇粕粉延緩面包氧化效果優于添加紫蘇粕粉面包,比空白組均有明顯降低。

圖4 紫蘇粕粉對面包脂肪氧化程度的影響Fig.4 The effect of different fermented Perilla powder on the oxidation degree of bread fat

3 結論

將發酵紫蘇粉面包放在溫度23 ℃、相對濕度70%的環境中，存放不同的天數測定儲藏期各項指標。發酵紫蘇粉添加量的變化,引起面包的橫向弛豫時間T2、失水率、老化度及脂肪氧化程度發生明顯變化。發酵紫蘇粉面包結合H質子能力優于未發酵紫蘇面包,且隨著發酵紫蘇粕粉添加量的逐漸增大,面包的老化度、脂肪氧化程度(TBA)值逐漸減小;儲藏天數增加,面包的失水量、支鏈淀粉老化焓變增大,焓值增大，意味著面包中支鏈淀粉的重結晶速率增大,老化程度增大。隨著發酵紫蘇粕粉添加量的增加,面包失水及支鏈淀粉老化焓值呈下降趨勢。結果表明,發酵紫蘇粕面包儲藏期4項指標優于空白組面包,優于未發酵紫蘇粉面包。