不同發酵劑發酵饅頭風味成分分析

王 聰，呂瑩果，陳 潔

（河南工業大學糧油食品學院，河南鄭州 450000）

饅頭作為我國的傳統主食，有著悠久的歷史。其口感與風味是消費者選擇饅頭的重要感官指標，因此一直受到人們的關注，而影響饅頭風味的主要因素是發酵劑。傳統的饅頭發酵劑有很多，如老面、酵子、酒曲等[1]。其中酵子作為多菌種混合的傳統發酵劑，含有豐富的發酵菌種，這些微生物群通過酯化等化學反應賦予饅頭特殊風味，使酵子饅頭比一般的酵母饅頭香味豐富，后味香醇[2]?，F在常用的發酵劑一般為活性干酵母，但其只含有單一酵母菌，發酵后代謝產物與傳統發酵饅頭有一定不同，不能滿足人們如今對風味的追求。還有一些使用乳酸菌進行饅頭發酵，其中植物乳桿菌作為傳統面團發酵劑的主要菌種之一[3]，對饅頭的體積、風味、組織結構等有著積極作用。有研究表明，通過乳酸菌和酵母單一或相互作用可以產生風味物質[4]，因此將植物乳桿菌添加于酵母饅頭中，能夠賦予饅頭營養及特殊香氣。

在關于不同發酵劑對風味影響的研究中，劉丹蕾等[5]發現不同種類的干酵母和半干酵母發酵饅頭風味差異明顯，鮮酵母的揮發性物質總含量雖高于干酵母，但干酵母的感官評價分數卻更高；張亭妍[6]在對酵子和酵母饅頭風味對比中表明，酵子饅頭中醇類和酯類含量較高，酵母饅頭中酸類和醛類含量較高，酵子饅頭風味口感優于酵母饅頭；尚英[7]發現傳統發酵劑和商業酵母劑相比，發酵制得的全麥面團的風味物質總量和種類更優，認為傳統發酵菌株更有利于全麥面制品的風味形成。這可能是由于傳統發酵劑中除酵母菌外還含有較多乳酸菌，而乳酸菌在發酵過程中能夠產生重要的風味化合物[4]。由于發酵劑的種類復雜繁多，而目前的研究主要集中在酵子、酵母發酵或酵子和酵母發酵對比上，關于酵子、乳酸菌和酵母的混合發酵研究還鮮有報道。

為研究不同類型發酵劑發酵饅頭的風味物質成分，本研究選用普通酵母發酵饅頭、植物乳桿菌-酵母復合發酵饅頭和酵子-酵母復合發酵饅頭作為研究對象，利用固相微萃取技術（solid-phase micro-extraction，SPME）與氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析其特征性風味物質成分，為進一步研究發酵劑對饅頭風味的貢獻提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金苑特一粉 鄭州金苑面業有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；植物乳桿菌（Lactobacillaceae Lactobacillus plantarum） 臺灣亞芯生物科技有限公司；酵子 河南省南陽市市場。

DS-671電子秤 上海金山亭林工業開發區；YP-350揉面壓皮機 章丘市天鵬炊具有限公司；B10三功能攪拌機 廣州市番禺力豐食品機械廠；JYC-18X九陽電磁爐 山東九陽小家電有限公司；DPH030型恒溫培養箱 上海實驗儀器總廠；電子恒溫不銹鋼水浴鍋 上海宜昌儀器紗篩廠；固相微萃取裝置及75 μm CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；Finnigan Trace MS氣相色譜—質譜聯用儀美國Finnigan公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 饅頭的基本制備工藝 稱取500 g小麥面粉，用230 mL、25 ℃溫水活化發酵劑，倒入攪拌缸，攪拌15 min，取出面團，用壓片機壓片20次，分割成80 g/塊的饅頭坯，搓圓成型，置于38 ℃、相對濕度為85%的醒發箱內醒發25 min，用蒸鍋大火汽蒸25 min后取出冷卻、備用。三種饅頭配方如表1，該配方經多次試驗得出，按配方中的配比，均能制備出感官性質較好的饅頭。

表 1 三種饅頭樣品的配方（g）Table 1 The recipes of three steamed bread samples (g)

1.2.2 揮發性成分的頂空固相微萃取 將饅頭分割成大約5 mm×5 mm×3 mm的碎片，稱取3 g放入15 mL 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 ℃溫水浴中，將老化好的萃取頭插入樣品瓶的上空，頂空萃取40 min，用手柄使纖維頭退回到針頭內，拔出針頭并進樣。

1.2.3 GC-MS分析揮發性成分的條件

1.2.3.1 GC條件 色譜柱：DB-5MS毛細管色譜柱（60 m×0.32 mm×1 μm）；載氣He流量：恒流，1.2 mL/min分流速度：10 mL/min，前2 min不分流，2 min后再分流，分流比：12:1；升溫程序：起始溫度40 ℃，保留1 min，然后以6 ℃/min升到160 ℃，接著以10 ℃/min升到250 ℃，保留10 min。

1.2.3.2 MS條件 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70 eV，發射電流200 μA，采集方式為全掃描，采集質量范圍為33~495。

1.2.4 揮發性成分定性定量方法 GC-MS分析圖譜經計算機檢索數據庫和人工比對定性，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800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 結果與討論

2.1 三種樣品揮發性成分質譜圖

圖1 展示了三種樣品在同一條件下不同時間內的出峰數量與峰面積，通過峰面積歸一化法，表示風味物質的相對含量。由圖1可以看出，三種樣品在不同時間的出峰數量與峰面積有所不同，即風味物質的數量與含量有所差別。出峰時間主要集中在前20 min，在5 min左右時峰面積最大，8 min左右時次之，即在這兩個時間段內的風味物質含量較高。在前5 min內，JZSB峰面積較大，數據統計為40.7%；在5~10 min時，LPSB的峰面積較大，為28.5%，而JZSB中僅有20.55%。這些不同導致了它們在風味特征上存在差異，使得三種饅頭有著各自獨特的味道與香氣。

圖 1 三種樣品中揮發性成分的GC-MS圖Fig.1 GC-MS graphs of volatile components in three samples

2.2 三種樣品揮發性成分對比

三種樣品的GC-MS圖譜經計算機檢索數據庫和人工比對定性，把每個峰同時與NIST library和Wiley Library相匹配，確定樣品的揮發性成分，分析結果如表2所示。

將三種樣品的揮發性成分按照結構對種類與含量進行統計，得到表3的統計分析結果。由表3可知，YFSB中共含有54種揮發性物質，醇類有12種且含量最多，為51.71%。其余各類含量由大到小排序依次為酯類、烴類、醛類、苯環類、醚類、酸類、酮類、雜環類，其中烴類與醛類僅相差0.02%；醚類雖僅有一種，但含量僅次于苯環類，為6.59%。LPSB中共含有52種揮發性物質，醇類含量雖然低于YFSB，但在LPSB中同樣占比最大，為41.53%。其余各類含量由大到小排序依次為醛類、酯類、苯環類、烴類、酸類、醚類、雜環類、酮類，其中醛類與酯類含量相近，分別為16.61%和16.39%，且高于另外兩種饅頭。JZSB中共含有52種揮發性物質，醇類不僅在JZSB中且在三種樣品中含量最高，為54.15%。其余各類含量由大到小排序依次為酯類、烴類、醛類、酸類、苯環類、酮類、雜環類、醚類，其中烴類比醛類多四種，含量僅比醛類高約3%；酸類含量為5.33%，高于苯環類含量4.57%；醚類含量最低，僅0.26%。各樣品中產生的特征性風味物質種類不同、含量不同，造成了饅頭的風味差異。

2.3 三種樣品揮發性成分分析

2.3.1 醇類 通常醇類物質具有芳香、植物香以及酸敗等氣味[8]。由表3可知，醇類在三種饅頭的揮發性成分中占有絕對優勢，不僅種類最多，且含量最高，都在50%左右。觀察表2可知，乙醇、3-甲基-1-丁醇、環己醇、正己醇的含量較高，特別是乙醇，占JZSB中醇類含量的一半以上。乙醇具有酒類所含的清香，產生令人愉快的香味[9]；3-甲基-1-丁醇又稱異戊醇，是由酵母菌對亮氨酸轉氨、脫羧和氧化而成，具有很高的氣味活性值，有著香脂、酒精、麥芽的風味[10?13]。乙醇和3-甲基-1-丁醇被證實是饅頭揮發性風味物質中重要組成部分[14]。

醇類都具有特殊香氣，且芳香閾值較低，賦予發酵饅頭香氣作用較大，而且與其它成分間存在相乘作用[15]。對比其他兩種饅頭，LPSB產生的醇類含量及種類相對較少，觀察表2可知，是因為其產生的乙醇含量比另外兩種饅頭少，且沒有產生含量較大的環己醇。這可能是由于LPSB中部分醇類作為前體物質，與其他化合物之間進一步反應，形成了酯類、醛類等風味物質。

2.3.2 酯類 酯類具有果實香味，香氣持久濃郁。從表3可以看出，在三種樣品中除了醇類，酯類所含的種類也很多，且含量都在12%以上。這與馬凱等[16]的研究結果一致，他認為除醇類外，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。乙酸乙酯、乙酸丁酯、2-丙烯酸丁酯為三種樣品中的共有酯類，且含量在酯類中相對較大。

表 2 三種樣品揮發性成分GC-MS分析結果Table 2 GC-MS analysis results of volatile components in three samples

表 3 三種樣品中揮發性成分的統計分析Table 3 Statistical analysis of volatile components in three samples

續表 2

在面團發酵過程中，一方面隨著微生物的生長繁殖，產生部分酯類；另一方面，醇類與有機酸的酯化反應是饅頭蒸制過程中的主要反應之一，能夠產生酯類這種具有芳香的物質，賦予饅頭香氣。從表2可以分析出，LPSB中酯類物質的種類雖少，但含量大于其他兩種饅頭。這可能是由于LPSB為復合發酵劑進行發酵，能夠產生更多的酯類前體物質。另外，乳酸菌可以利用胞外轉運或者多肽轉化而來的氨基酸，經過轉氨、脫羧、脫氫等一系列反應產生酯類物質[17]。有研究表明，乳酸菌發酵酸面團中酯類是主要風味物質之一[18]，與本實驗結果一致。

2.3.3 醛類 醛類物質的香氣濃烈，大多由脂肪氧化產生，閾值較低，多為果香及花香[19,14]。從表3可以看出，LPSB中醛類的含量幾乎是另外兩種饅頭的2倍。結合表2可知，主要是己醛含量差別明顯。

劉同杰[18]在有關酸面團的研究中指出，部分醛類由乳酸菌的代謝產生；閆博文[20]研究發現，酸面團發酵可以增加制品風味物質中醛類的含量。而酸面團中的優勢菌種之一就是植物乳桿菌，這解釋了LPSB中醛類含量較高的原因。醛類芳香閾值較低，且有多種香氣在發酵食品及調理食品的香氣中均有檢出，單純的醛類有刺激性氣味，但是微量醛在食品中可使香氣更加醇厚[21]。

2.3.4 烴類 烴類在三種樣品中主要為烷烴和烯烴，由表3可知，其種類較多，含量也較大，尤其是JZSB中烴類含量達11.47%，幾乎是LPSB的兩倍。結合表2可知，主要是因為JZSB中產生了1-（1-甲基丙氧基）-丁烷這種特有物質，其含量較大，達7.43%，占JZSB中烴類總含量的一半以上。這可能是由于酵子中含有大量微生物，其生長代謝產生了與另外兩種饅頭不同的風味物質，使得JZSB中烴類含量較高。

小麥從面粉到發酵面團再到饅頭的加工過程中，烴類物質始終是含量較高的主要成分之一[21]，劉娜等[22]從三個不同省份的酸面團饅頭中檢測出36種烴類，蘇東民等[23]從干酵母饅頭中檢測到含量很大的烴類化合物約有10種。通常烴類化合物具有較高的芳香閾值，對饅頭的風味貢獻幾乎沒有，但馬先紅等[24]表示，烯烴由于其不飽和性，可能本身具有特殊香味，或者容易發生反應而產生風味物質。

2.3.5 苯環類與其他 苯環類物質都屬于芳香族化合物，賦予饅頭芳香。由表3可知，JZSB中苯環類物質較少，僅約LPSB的一半。而酮類在三種樣品中差別不大，可能產生果香和花香[25]，含量會受到乳酸菌發酵的影響[18]。醚類在YFSB中只有一種，但含量較高，從表2查出為正丁醚，具有水果香味。2-戊基呋喃作為唯一的雜環類物質，且三種樣品共同含有，具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香韻[26]。酸類在三種樣品中含量都在2%以上，尤其JZSB中酸類最多，這是由于酵子中所含菌種豐富，而另外兩種饅頭中僅含單一菌種，因此JZSB產酸較多，酸類含量最大。乙酸為三種樣品共有的酸類，濃度過高時味道刺激，只有濃度一定時才有酸味。何曉赟等[14]研究發現，由于酸味較大會使饅頭的風味特征評分較低，這也是一些傳統饅頭制作工藝中加堿的原因之一。

3 結論

通過SPME-GC-MS分析三種發酵劑發酵饅頭的風味成分，結果顯示YFSB、LPSB、JZSB中分別含有54、52、52種風味物質，包括醇類、酯類、醛類、烴類、苯環類、酮類、醚類、酸類以及雜環類。其中，醇類含量最多，分別為51.71%、41.53%、54.15%，酯類和醛類含量次之。這三種風味物質的總含量達到70%以上，成為饅頭風味物質的主導。YFSB與JZSB中的醇類、酯類和醛類含量相近，但具體風味物質的組成及相對含量又有所差別。LPSB與另外兩種饅頭相比，醇類含量較少，而酯類和醛類含量較多，分別為16.39%和16.61%，尤其是醛類含量幾乎比另外兩種饅頭多1倍。JZSB中烴類含量為11.47%，而LPSB中只有5.80%；酸類含有5.33%，稍高于另外兩種饅頭；苯環類含量為4.57%，僅有LPSB的一半。三種饅頭的風味物質在種類及含量上差異比較明顯，說明不同發酵劑對饅頭風味影響較大。雖然這三種饅頭中風味物質的種類和含量有所差別，但饅頭風味的強與弱還會受到風味物質閾值的影響，因此需要將含量和閾值結合起來探討發酵劑對饅頭風味的影響。