酵母發酵對餅干品質的影響

胡莉萍,王志峰,朱松,李玥*

1(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122) 2(億滋食品企業管理(上海)有限公司,江蘇 蘇州,215126)

餅干越來越頻繁地出現在消費者的視野中,隨著餅干的消費量不斷上升,營養單一的普通餅干已經不能滿足消費者的需求,將酵母應用到餅干制作過程中來進行營養品質強化是一種很好的方法[1]。目前酵母發酵主要用于面包、饅頭等面制品中,經酵母發酵后的產品不僅具有濃郁的風味特征,而且還可以改善終產品的質地、貨架期及營養特性。同時,酵母發酵還可以使大分子物質降解為小分子物質,有利于機體吸收利用,提高產品中營養物質的利用率。

淀粉是日常飲食的主要成分之一,也是補充體內能量的重要成分。淀粉在小腸中的消化程度和消化率對機體的健康有很大的影響。研究發現淀粉消化性與許多疾病密切相關[2],其中,淀粉類食品的消化性與腸胃消化障礙以及低血糖等問題的關聯性引起了人們對食品和健康領域的興趣。經酵母發酵后,不僅使面制品形成特有的香味,而且酵母發酵產生氣體物質,使面制品的網絡空間増大,相關酶類更容易和淀粉作用,增加消化率[3]。小分子氨基酸不僅對食品的風味、色澤產生重要影響,同時還具有免疫調節、營養補給、維持機體正常代謝等作用[4]。此外,在谷物制品生產中發酵還具有提高營養價值,降低谷蛋白含量,穩定和提高礦物質的生物利用率等效果[5]。

本文以太平梳打餅干(本文中統稱為發酵餅干)的發酵工藝為基礎,以其發酵產品為研究對象,探究酵母發酵對面團pH和總酸度(total titrable acid,TTA)以及餅干淀粉消化性的影響,分析酵母發酵餅干中糖類、游離氨基酸、維生素和礦物質等營養物質及元素的變化,為開發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 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,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

ARM-01 全齒輪傳動攪拌機,福建德霸食品機械有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市予華儀器責任有限公司；HPLC-1525 高效液相色譜,美國 Waters 公司；TDL-5-A 型低速臺式大容量離心機,上海安亭科學儀器廠；EL20 型 pH 計,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 IKA 公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 發酵面團的制備

發酵面團配方如表1所示。

表1 發酵面團制作配方

按照表1將酵母發酵面團所需各原料按比例稱量。預先將酵母加入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用刮板刀刮下,將攪拌完成的面塊取出,放在35 ℃以及相對濕度為80%的發酵箱內發酵9 h。

使用未加酵母的面團作為對照。按照發酵面團的制作配方(表1),將未加酵母發酵面團所需各原料按照其比例稱量好,采用與實驗組完全相同的工藝條件。

1.3.2 面團發酵過程中 pH、TTA 的測定

參考張慶[6]的方法,稍加修改。用10.00 g不同時間點的發酵面塊,與90 mL無菌水攪拌混勻20 min左右,待混合液靜置后測定混合液的pH；用0.1 mol/L NaOH 進行滴定,最終 pH 為8.1,所使用的NaOH的量為面團的TTA。

1.3.3 發酵餅干的制備

酵母發酵餅干配方表1所示。

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

(2) 發酵結束后,把面團用酥皮機壓成 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,冷卻后即為發酵餅干。

1.3.4 淀粉體外消化率的測定

根據 YU[7]方法進行測定餅干樣品的消化性,略作修改。準確稱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 0、10、20、60、120 min分別取樣 0.2 mL于已加入1.8 mL 無水乙醇的離心管中。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行葡萄糖(C6H12O6)含量測定試驗。特定時刻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內被機體消化吸收但速度緩慢的淀粉；抗性淀粉(resistant starch,RS)：代表無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量，mg；m20，酶水解 20 min時葡萄糖的生成質量，mg；m120，酶水解 120 min后葡萄糖的生成質量，mg；ms，餅干樣品中總淀粉質量，mg。

1.3.5 糖類含量的測定

按照張慶[6]的提取方法,略作修改。準確稱5.0 g餅干樣品,加45 mL去離子水,放入轉子攪拌使溶液均質。用1 mol/L NaOH溶液使溶液的pH 達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測定糖含量。

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

1.3.6 游離氨基酸的測定

準確稱 1.000 g 餅干粉倒入 25 mL 容量瓶內,用質量濃度為 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 水膜過濾于色譜進樣瓶中,使用 Agilent 1260 液相色譜儀進行分析[9]。

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

1.3.7 維生素B1和維生素B2的測定

維生素B1參考國標GB 5009.84—2016進行測定[10]。維生素B2參考國標GB 5009.85—2016進行測定[11]。

1.3.8 礦物質含量的測定

參考國標GB5009.268—2016進行測定[12]。

1.4 數據處理

每組實驗重復3次,采用 Origin 8.5 軟件分析作圖。采用 SPSS 16.0 軟件處理分析實驗數據,結果以x±SD表示,顯著性分析以 Duncan’tests 進行方差分析(ANOVA),P<0.05 被認為存在顯著性差異。相關性分析采用雙變量Pearson檢驗,P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 面團發酵過程中 pH、TTA變化

餅干面團在發酵過程中,會產生氣體物質如二氧化碳等,使面團變得疏松。微生物通過發酵會產生有機酸等酸性物質,有機酸的產生不僅使面制品具有更多風味,而且會降低發酵面團的pH值[3]。低pH值的發酵面團,有利于餅干面團中蛋白質和相關酶類之間的作用,最終產品具有良好的質構特性。

發酵過程中pH和TTA的變化情況如圖1所示。兩種面團pH值均有所降低,其中,酵母發酵面團的pH下降的較明顯。

圖1 面團發酵過程中pH和TTA的變化

最終,酵母發酵面團pH值穩定在7.30左右,未加酵母發酵面團 pH 值穩定在7.90左右。同時,兩種面團TTA的變化趨勢與pH值變化都呈負相關。隨發酵的不斷進行,面團pH出現下降的原因可能是由于酵母發酵產生的CO2溶解在面制品中引起的,或是由于面粉中的乳酸菌發酵少量產酸引起的[13]。

2.2 酵母對發酵餅干中淀粉消化率的影響

淀粉類食物從口腔進入胃腸階段進行消化時,可以被體內的相關酶類水解,形成小分子物質,進而被體內快速吸收利用。淀粉體外消化率越高,表明越易被機體消化。

淀粉消化率用來表征淀粉在體內消化吸收的速率[14]。比較了酵母發酵餅干和未加酵母發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大體一致,在消化的前60 min,淀粉水解率均呈快速升高趨勢。0～20 min時,淀粉消化速率升高最快。20～60 min時,消化速率逐漸變得緩慢,60～120 min時,消化速率逐漸趨于平緩。其中,酵母發酵餅干的RDS含量為70.21%,未發酵餅干的RDS含量為66.93%,原因可能是酵母發酵產生的氣體物質使面團孔徑變大,淀粉酶容易進入其內部與淀粉發生作用所致。慢消化淀粉能夠在小腸內被完全消化吸收,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定、持續釋放能量等優點。與未加酵母發酵餅干相比,酵母發酵餅干的SDS略高。在60～120 min的消化過程中,水解速率逐漸變緩并趨于平緩,其中酵母發酵餅干的淀粉消化進程明顯較高,酵母發酵餅干和未加酵母發酵餅干的最終淀粉消化率分別是93.68%和89.39%。相比于未加酵母發酵餅干,酵母發酵餅干呈現較高的淀粉水解率。

圖2 不同時間點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,發酵餅干中可利用淀粉含量為93.68%,未發酵餅干中可利用淀粉含量為89.39%。酵母菌發酵后,其中餅干中可利用淀粉含量比未加酵母發酵餅干高約4%。辛全偉[2]等人通過研究發現酵母發酵后,與未加酵母發酵面包相比,發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提高淀粉顆粒對相關酶類的敏感性,增加酶的反應活性,從而提高了淀粉消化速率。也可能由于酵母在面團發酵過程中,產生了二氧化碳等氣體使得面團的孔洞變大,更容易使酶進去與淀粉發生作用,所以淀粉消化率有所增加。

表2 餅干樣品RDS、SDS、RS含量統計表

2.3 酵母對發酵餅干中糖類含量的影響

在發酵過程中,酵母會利用單糖作為能源物質,且對各種糖類的利用順序不一樣。當多種糖同時存在時,酵母菌會優先用葡萄糖作為能源物質,之后會將蔗糖轉變成單糖后進行利用[15]。

由圖3可知,與未加酵母發酵餅干相比,酵母發酵餅干中果糖、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]通過研究發現酵母發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代謝的主要碳源。圖3結果表明,在發酵時酵母菌為滿足自身生長需求,會大量利用葡萄糖、果糖等作為能源物資,因此在發酵過程中果糖和葡萄糖的含量會有明顯的降低。

圖3 餅干樣品中糖類含量變化

與不加酵母的餅干相比,加入酵母發酵的餅干中乳糖的含量降低了11.88%。雷雅男等[17]研究結果表明酵母菌不發酵乳糖,但是乳酸菌可以利用乳糖,使乳糖含量降低。原因是面團在長時間發酵過程中,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,使得面團在發酵過程中乳糖含量有所減少。

2.4 酵母對發酵餅干中游離氨基酸的影響

在發酵面團中氨基酸對微生物代謝、營養需求和蛋白水解活性等起著重要作用[18]。同時,氨基酸也是食品風味前體的重要來源[19]。在面團發酵過程中,酵母等微生物會對氨基酸產生強烈的需求,來滿足自身生長繁殖[20]。氨基酸分析是研究蛋白質特性與其營養價值的重要手段,本研究采用氨基酸分析儀測定所有餅干樣品中17種氨基酸以及γ-GABA。

COLLAR等[21]研究發現酵母菌選擇性吸收面團中的部分氨基酸,產生其他氨基酸。本研究測定了酵母發酵和未發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,結果見表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明顯變化,酵母發酵后,餅干中總氨基酸質量分數減少了31.2 mg/100 g。這一結果與COLLAR等[21]所得結論相一致,相比于未加酵母發酵的餅干,酵母發酵后會降低餅干中總氨基酸含量。原因是由于在發酵過程酵母為滿足自身生長需求會利用氨基酸作為能源物質,而面團中的蛋白質或多肽降解為氨基酸的速率較低。因此酵母發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計表

2.5 酵母對發酵餅干中維生素和礦物質的影響

維生素B1和維生素B2是維持人體正常機能與代謝活動非常重要的水溶性維生素,人體自身無法自行合成,必須額外補充[22]。發酵會增加維生素B的含量,可能是由于酵母可以作為一種可食用的營養物質,營養價值較高。

本實驗測定了未發酵餅干和酵母菌發酵餅干中維生素B1、維生素B2的含量,如圖4所示,經酵母菌發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%。可能是因為經酵母長時間的發酵能夠降低烘焙產品中維生素B1和維生素B2的損失所致。礦物質同維生素B1、維生素B2一樣,均是人體所必需的,且需通過外界攝取,人體每天需要從外界來攝取以滿足自身礦物質需求[23]。如表4所示,本研究測定了10種礦物質元素,包括Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Na、Mg、K、Ca。與未發酵餅干相比,發酵餅干中部分礦物質元素有輕微的增加。

圖4 餅干樣品維生素B1、維生素B2含量

表4 餅干樣品礦物質含量統計表 單位：μg/g

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

表5 營養素變化與發酵、未發酵餅干之間的相關性分析

3 結論

本文以太平梳打餅干的發酵工藝為基礎,探究酵母對發酵餅干淀粉消化性和營養特性的影響。研究結果表明,經酵母發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,說明酵母發酵餅干更容易被機體消化。與未加酵母發酵餅干相比,酵母發酵餅干中葡萄糖、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、亮氨酸等氨基酸會被酵母大量吸收利用,酵母發酵餅干中這些氨基酸的含量有明顯降低。經酵母發酵后,發酵餅干中維生素B1、維生素B2含量以及部分礦物質的含量會有所增加。綜上所述,酵母發酵后的餅干可以作為腸道消化不良人群的一種膳食選擇。