不同酵母對紅薯面包質地和風味的影響

江彩艷，白雨石, ，陳 瑤，金文剛，溫成榮，姜鵬飛,

（1.國家海洋食品工程技術研究中心，大連工業大學食品學院，遼寧大連 116034；2.陜西理工大學生物科學與工程學院，陜西省資源生物重點實驗室，陜西漢中 723001）

面包作為一種以小麥粉為主要原料烘焙類產品[1]，已經成為人們生活中不可或缺的食物之一。具有生產簡單、方便攜帶、貯存時間長等優點[2]，可以大規模生產。面包主要分為軟式面包、硬式面包、起酥面包和調理面包。隨著人們生活水平的提高，普通面包已經不能滿足人們對于保健、營養等方面的需求，因此目前多有研究者將含有不同營養成分的物質添加到面包中，如在面包中加入高纖維燕麥濃縮物[3]、馬鈴薯粉[4]、杏仁皮[5]、藜麥粉[6]以及山藥薏米[7]等，以增強其營養價值，豐富面包的種類，為消費者提供更多的選擇。

酵母是面包、饅頭等面制品制作過程中的重要疏松劑和發酵劑[8]。Aslankoohi等[9]為了增加面包中香氣成分，選用兩種目前尚未用于面包發酵的酵母菌和八種非酵母菌菌株進行試驗，利用GC-MS檢測面包中的香氣成分，結果表明，這些菌株與傳統酵母菌株產生的香氣成分大有不同，增加了面包中香氣成分的多樣性。Zolfaghari等[10]研究酸面團、面包用酵母和碳酸氫鈉對面包中風味物質和感官評分的影響，發現由酵母和碳酸氫鈉組合生產的面包揮發性物質含量和感官評分都較高。冷越等[11]研究國內外8種不同酵母對面制品比容、粗細氣孔比以及感官評分的影響，通過優化工藝參數，最終都能制得質量較好的面制品，為制備面制品選擇合適的酵母提供了參考。Ni?in等[12]通過篩選酵母菌株，優化發酵條件生產出一種面粉發酵的面包香氣混合物，添加到面包面團中，以此來增加面包中的香氣成分，提高消費者的滿意度。目前多有學者研究商業酵母以及酸面團對面制品質構、比容、香氣成分等方面的影響，少有研究分析不同商業酵母與老面酵母對面制品各指標的影響。

氣相-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）作為一種新型技術，具有檢測快、靈敏度高、操作簡便等優點，近年來被廣泛應用在食品中[13]，快速高效分析不同產地[14]、來源[15]，不同工藝條件[16]下不同樣品之間風味物質存在的差異，最終予以較好的區分。然而GC-IMS技術用于酵母發酵面制品中風味物質的檢測少有報道，將其用于區分不同商業酵母以及不同老面酵母發酵面包中風味物質差異的研究尚未報道。因此本文以3種商業酵母和4種老面酵母為研究對象，分析由7種不同酵母發酵面團的流變學特性以及7種不同面包樣品的質構和色澤之間存在的差異，利用電子鼻和GC-IMS技術對不同酵母發酵面包中揮發性有機物的種類和含量進行檢測分析，為后續商業化生產面包酵母的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 廣東省肇慶市富加德面粉有限公司；谷朊粉 河南省濮陽市七禾香實業有限公司；黃油 上海高夫食品有限公司；白砂糖 上海谷欣食品有限公司；脫脂乳粉 愛氏晨曦乳制品進出口有限公司；紅薯、食用鹽、雞蛋 均來自市售；7種酵母詳見表1。

表1 不同酵母的代號、名稱、生產原料以及生產廠家信息Table 1 Code names, names, production materials and manufacturer information of different yeasts

200型電子天平 美國雙杰兄弟有限公司；SCC-WE101型萬能蒸烤箱 德國Rational公司；HM780型廚師機 青島漢尚電器有限公司；TF-16醒發箱 加拿大雷鳥Thunderbird食品機械有限公司；DHR-2流變儀 美國TA儀器有限公司；TA.XT.plus物性測試儀 英國SMS公司；UltraScan PRO測色儀 美國HunterLab；PEN3型電子鼻 德國AIRSENSE公司；FlavourSpec?風味分析儀（GCIMS） 德國G.A.S公司；MXT-5色譜柱 美國RESTEK公司。

1.2 紅薯面包的加工工藝

1.2.1 工藝流程 原輔料預處理→和面→醒發→輥壓→分塊→成型→發酵→烘烤→冷卻→成品

1.2.2 紅薯面包的制作方法

1.2.2.1 商業酵母紅薯面包的制作 將新鮮紅薯放入蒸鍋內蒸煮至全熟，碾碎成泥備用。參考陸慧玲等[17]苦瓜山藥面包制作的工藝配方，稍作修改，稱取高筋粉277.2 g，水117.2 g，紅薯泥70 g，雞蛋液50 g，白砂糖26.1 g，黃油18.67 g，脫脂乳粉18 g，谷朊粉3.73 g，食用鹽2.3 g，安琪酵母2.24 g，與紅薯泥混合均勻加入到攪拌缸中，攪拌至面團表面光滑且內部有明顯面筋的面團，取出面團放置于面板上覆蓋保鮮膜醒發10 min，以150 g為標準切割面團置于37 ℃，濕度為90%的發酵箱中發酵1 h，將發酵好的面團放入160 ℃的烤箱中烘烤15 min。

1.2.2.2 老面酵母紅薯面包的制作 稱取67.2 g高筋粉，67.2 g的水，2.24 g的老面酵母。和面10 min左右，至面團形成，物料混合均勻。將面團放入醒發箱，于37 ℃發酵8 h使面團發起。發酵過程注意密封，避免使面團表面過于干燥而形成硬皮。稱取210 g高筋粉，水50 g，其余原料及操作步驟同1.2.2.1。

1.3 動態流變學的測定

參考Wang等[18]的方法，分別測定由不同酵母發酵而成的面團流變行為。選用直徑為40 mm的平板，平板間距1 mm，形變量為0.5%，測定溫度25 ℃，頻率范圍為0.1～80 Hz。測試面團的儲能模量（G'）、耗能模量（G"）和損耗角正切值（tanδ=G″/G'）隨頻率的變化。

1.4 色度測定

參考Alkandari等[19]的方法，采用UltraScan PRO型測色儀檢測由不同酵母制成的紅薯面包色度的變化。測試紅薯面包正反表面色度，根據不同的酵母種類，每組條件做6組平行，分別觀察L*、a*及b*值的變化。白度值（W值）按公式（1）計算：

式中：W表示白度值；L*表示亮度值；a*表示紅度值；b*表示黃度值。

1.5 質構特性分析

參考Perri等[20]的方法，稍作修改，對烤制后的紅薯面包進行TPA（Texture profile analysis，TPA）分析。面包出爐冷卻后，切分成25 mm×25 mm×10 mm的面包片，每個樣品取3個平均值，采用P/50探頭，對面包進行2次壓縮，測試參數為：測試前速率1.0 mm/s，形變30%，感應力5 g，2次壓縮間隔時間5 s。在TPA測試結果中，選擇硬度、彈性、黏聚性、咀嚼度和回復性五個指標進行分析。

1.6 電子鼻評價方案

參考Ma等[21]的方法，準確稱取1.0 g樣品于10 mL樣品瓶中，每個樣品平行測定3次。測定條件：傳感器清洗時間60 s，自動調零時間10 s，樣品準備時間5 s，數據檢測時間60 s。電子鼻傳感器性能如下表2所示。

表2 PEN3型電子鼻傳感器陣列Table 2 Performance description of PEN3 electronic nose sensor array

1.7 GC-IMS測試方法

1.7.1 頂空進樣條件 參考Pu等[22]的方法，稍作修改，分別稱取2.0 g由7種不同酵母發酵而成的紅薯面包樣品，撕碎，裝入20.0 mL頂空瓶中，于60 ℃孵化溫度、500 r/min孵化轉速下孵化15 min，設置進樣針溫度為85 ℃，以99.99%純度的氮氣為載氣，不分流模式下進樣500.0 μL，清洗時間為30 s。

1.7.2 GC-IMS條件 MXT-5色譜柱（柱長15 m，內徑0.53 mm，厚度1 μm），溫度60 ℃；分析時間為40 min；漂移氣為高純N2（純度≥99.99%）；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min內線性增至10 mL/min，之后在20 min內線性增至100 mL/min，接著在25 min內線性增至150 mL/min；IMS溫度為45 ℃，解析時間25 min。

1.8 數據處理

在FlavourSpec?風味儀上，調用VOCal用于查看分析譜圖和數據的定性定量，調用數據庫對物質進行定性分析；Reporter插件對比樣品間的譜圖差異；Gallery Plot插件形成指紋圖譜，對比樣品間揮發性有機物差異；Dynamic PCA插件進行動態主成分分析[23]。

所有試驗數據采用Microsoft Excel 2010進行統計分析，作圖采用Origin軟件，顯著性分析采用SPSS 26.0，水平設定為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同酵母對發酵紅薯面團流變學特性的影響

由圖1a和圖1b可知，隨著振動頻率的增加，7種酵母發酵面團的儲能模量G'和損耗模量G"均逐漸增加，G'的增加說明面團越來越難以發生可逆的彈性形變[24]，且G'值始終大于G"值，說明7種酵母發酵面團的性質接近于固體，在一定的條件下可以壓縮和回復[25]。首先，隨著頻率的增加，G酵母和F酵母發酵面團的G'和G"上升速度高于其它酵母發酵面團，表明面筋網絡增強，面團強度的穩定性增強。其次，由G酵母發酵而成的面團G'和G"值均高于其它酵母發酵面團，F酵母發酵面團的G'和G"值僅次于G酵母發酵面團，說明由G酵母發酵面團的彈性最好，F酵母發酵面團次之。tanδ＜1表明面團的彈性模量總是大于黏性模量，表明這一面團始終為彈性體系[26]，tanδ越小，說明體系的彈性比例越大，流動性越差，高聚物含量越多或聚合度越大[27]。由圖1c可知，隨著頻率的變化，tanδ的值均逐漸增加，表示面團的流動性逐漸增強，但7種不同酵母發酵面團之間沒有顯著差異。

圖1 不同酵母種類對面團動態流變學特性的影響Fig.1 Effects of different yeast species on dynamic rheological properties of dough

2.2 不同酵母對紅薯面包色度的影響

色澤是評價面包品質的重要參數之一，與消費者對面包的接受度有密切的關系[28]。L*值、a*值、b*值、W值分別反映樣品的亮度值、紅度值、黃度值和白度值[29]。如圖2所示，不同酵母種類對面包色澤的影響存在顯著差異，老面酵母發酵面包的L*值、a*值、b*值普遍高于商業酵母發酵面包，其中由G酵母發酵而成的面包L*值和W值顯著高于其他組（P＜0.05），分別為73.56±0.87和63.88±1.40，而其他組之間的差異不顯著（P＞0.05），較高的亮度值和白度值有助于提高消費者對面包的滿意程度，因此由G酵母發酵而成的面包優于其它酵母發酵面包。

圖2 不同酵母種類對紅薯面包色澤的影響Fig.2 Effects of different yeast species on the color of sweet potato bread

2.3 不同酵母對紅薯面包質構特性的影響

面包的質構特性與面包的品質息息相關[30]，本試驗采用硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性和回復性五個指標來評價面包的質量。由表3可知，商業酵母發酵面包的硬度和咀嚼性顯著低于老面酵母發酵面包（P＜0.05），而3種由商業酵母發酵而成的面包之間的差異不顯著（P＞0.05），4種老面酵母發酵面包的硬度和咀嚼度存在顯著差異（P＜0.05），其中由D酵母發酵而成的面包硬度為1816.24 g、咀嚼度為914.88 mJ，在老面酵母組中最大，由G酵母發酵而成的面包硬度為375.53 g、咀嚼度為216.64 mJ，在老面酵母組中最小，這可能是由于G酵母的原料中含有商業酵母，在發酵過程中，對面包的彈性和咀嚼性造成了影響。商業酵母發酵面包的黏聚性和回復性與老面酵母存在顯著性差異（P＜0.05），且商業酵母發酵面包的彈性、黏聚性和回復性均高于老面酵母發酵面包。這可能是由于天然酵母中的含有多種復雜的菌類，在相同時間內發酵能力弱于商業酵母[31]，因此短時間內的由老面酵母發酵而成的面團的各項指標均沒有優勢。綜上所述，不同酵母種類對于面包質構各項指標的影響存在明顯差異，且商業酵母組優于老面酵母組。崔震昆等[32]研究不同酵母對無糖面包品質的影響，結果表明，天然酵母的硬度和咀嚼性均顯著高于商業酵母，與本試驗結果保持一致。

表3 不同酵母種類對紅薯面包質構特性的影響Table 3 Effects of different yeast species on texture characteristics of sweet potato bread

2.4 不同酵母對紅薯面包電子鼻檢測結果的影響

電子鼻是一種簡便、快速評價樣品氣味的方式[33]，取各組樣品電子鼻傳感器在54 s所對應的響應值的平均值，得到如圖3所示的雷達圖，其中W1S和W1W的響應值最高，樣品的主要差異表現在W1W傳感器上，能夠較好地區分商業酵母發酵面包和老面酵母發酵面包。

圖3 7種酵母發酵面包氣味的傳感器響應雷達圖Fig.3 Sensor response radar diagram of seven kinds of yeast fermented bread odor

7種不同酵母發酵面包氣味的PCA分析圖如圖4所示，PC1貢獻率為89.76%，PC2的貢獻率為9.86%，兩者之和達到99.62%，說明這兩個主成分可以反映樣品的整體信息，并且同一樣品的三個平行集中在一個區域。由圖4可得，商業酵母與老面酵母之間可以很好地區分，且C酵母與A酵母和B酵母之間存在明顯的區分，不同老面酵母之間也可以予以區分，A酵母與B酵母之間的距離較近，說明二者之間的風味物質差異較小。綜上所述，利用電子鼻檢測技術，得到紅薯面包中的主要揮發性風味物質為無機硫化物，且利用PCA可以對商業酵母發酵面包和老面酵母發酵面包予以區分。

圖4 7種酵母發酵面包氣味PCA圖Fig.4 PCA chart of bread smells fermented by seven kinds of yeast

2.5 不同酵母對紅薯面包GC-IMS檢測結果的影響

2.5.1 不同酵母制成的紅薯面包GC-IMS風味成分譜圖分析 利用FlavourSpec?風味分析儀，對7種酵母發酵而成的面包樣品進行了揮發性成分分析，生成GC-IMS三維譜圖，但是由于三維譜圖不同樣品之間的差異難以用肉眼予以區分，因此將三維譜圖投射到平面上，形成如圖5（a）所示的二維俯視平面圖，圖5（b）是以A酵母發酵面包的譜圖作為參比，其余樣品的譜圖扣減參比，若二者的揮發性風味物質一致，則扣減后的背景為白色；若某物質的濃度高于參比，則背景為紅色；若某物質的濃度低于參比，則背景為藍色。由此可對不同酵母發酵而成的紅薯面包中的揮發性風味物質進行直觀的對比分析，不同酵母發酵面包表現出不同的譜圖信息，且不同酵母發酵面包中部分揮發性成分濃度有升高或降低的起伏變化，存在明顯的差異（如圖5（b）紅色方框區域）。這可能是由于不同紅薯面包中的酵母成分不同，商業酵母中添加的微生物是通過篩選得到的，而老面酵母由于產地、原料等的不同所產生的微生物復雜多樣[34]，因此由不同酵母發酵而成的面包風味物質也存在較大的差異。Luca等[35]使用4種不同酸面團來制作面包，在面包樣品中檢測到多種揮發性有機化合物，賦予了面包獨特的味道。

圖5 7種不同酵母發酵面包中揮發性有機物的GC-IMS二維譜圖Fig.5 Three dimensional GC-IMS spectra of volatile organic compounds in breads with seven different yeasts

2.5.2 不同酵母制成的紅薯面包GC-IMS風味成分定性分析 通過與GC-IMS數據庫對比特征性揮發風味物質的保留時間和遷移時間，對不同酵母制成的紅薯面包中的風味成分進行定性分析，圖6為不同酵母發酵的紅薯面包樣品的定性分析結果，圖中的每一個數字代表一種具體的風味物質。7種不同酵母發酵而成的紅薯面包共檢出揮發性有機物有61種，其中已定性的有機物40種（包括單體、二聚體和三聚體）。主要包括醇類16種、醛類9種、酮類7種、酸類4種、酯類2種、醚類1種、吡啶類1種，同種物質的單體、二聚體和三聚體的分子式和CAS號相同，僅結構不同，如表4所示，圖6中的數字編號與表4中的數字編號一一對應。

表4 不同酵母發酵面包中揮發性成分定性分析Table 4 Qualitative analysis of volatile components in bread with different yeasts

圖6 7種不同酵母發酵面包中揮發性有機物的定性分析Fig.6 Qualitative analysis of volatile organic compounds in breads with seven different yeasts

2.5.3 不同酵母制成的紅薯面包揮發性成分指紋圖譜 為了更好的區別由不同酵母發酵而成的紅薯面包之間揮發性化合物的差異，利用不同酵母發酵紅薯面包3次平行樣品的GC-IMS二維圖譜中所有待鑒定峰，構建不同酵母發酵紅薯面包揮發性化合物指紋圖譜。如圖7所示，每一行代表一種酵母（從上到下依次為A酵母、B酵母、C酵母、D酵母、E酵母、F酵母、G酵母），每一列代表不同面包樣品中相同揮發性風味物質的含量多少（紅色信號越深表示該物質的含量越高[36]）。通過GC-IMS指紋圖譜可以更加直觀的看出61種風味物質在7種不同酵母發酵面包中的分布差異。從圖7中可以看出，由商業酵母發酵而成的紅薯面包，丙醇（單聚體、二聚體）、3-甲基-1-丁醇（單體、二聚體、三聚體）、異丁醇（單體、二聚體、三聚體）、1-丁醇（單體、二聚體）、乙酸（單體、二聚體）、2-甲基丙酸、3-甲基-3-丁烯-1-醇等含量較高，主要集中在b區域；由老面酵母發酵而成的紅薯面包，1-戊醇、己醇（單體、二聚體）、丙醛（單體、二聚體）、己醛（單體、二聚體）、1-戊烯-3-醇、2-庚醛等含量較高，主要集中在a區域；不同種酵母之間的差異主要集中在c區域，商業普通酵母中，二甲硫醚的含量相對較高，D酵母中2-丁酮的含量相對較高，F酵母中丙酸、庚醛和壬醛的含量相對較高，G酵母中丁酸乙酯、3-甲基丁醛以及3-甲基丙醛的含量相對較高。整體來看，由老面酵母發酵而成的紅薯面包中風味物質含量較高，而由商業酵母發酵而成的紅薯面包風味物質含量較少。這可能是由于老面酵母在發酵過程中存在較多復雜的菌群，對面團及成品的香氣成分有較大的影響[37]。

圖7 七種不同酵母發酵面包的揮發性有機物指紋圖譜Fig.7 Fingerprint of volatile organic compounds of bread with seven different yeasts

為了更直觀地看出各種風味物質的含量變化，根據風味物質在指紋圖譜上的峰強度，換算得到由不同酵母發酵而成的紅薯面包揮發性風味物質的相對含量變化，如圖8所示。由圖8可知，紅薯面包中的揮發性風味物質以醇類、酮類和酸類為主，其次是醛類、醚類、酯類和吡啶類。紅薯面包中檢測到的醇類物質的相對含量為42.57%～48.28%，占比最大，由乙醇、1-己醇、1-戊醇、3-甲基-1-丁醇、1-戊烯-3-醇、異丁醇、丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇和1-丁醇構成，這是因為發酵的主要產物是醇類[38]，能夠為面包帶來特殊的香氣成分，主要是醇類物質表現出的水果香氣。其中乙醇在面包的風味物質中占比最大，是發酵的主要產物，不僅其本身賦予面包一定的香氣成分，還是形成酯類物質的前體物質。3-甲基-1-丁醇的相對含量僅次于乙醇，是面粉本身的風味物質[39]。酮類物質的相對含量為13.49%～19.40%，由2-丁酮、丙酮、2-庚酮、3-羥基-2-丁酮、4-甲基-2-戊酮和2-戊酮構成。酸類物質的相對含量為6.91%～14.46%，由2-甲基丙酸、丙酸和乙酸構成，乙酸（酸敗、汗水味）、丙酸（酸敗、辛辣味）、2-甲基丙酸（酸臭味）的含量較高，會給面包的風味帶來消極的影響[40]。總體來看，酸類物質在商業酵母發酵面包中的含量高于老面酵母發酵面包。醛類物質的相對含量為4.64%～8.95%，由己醛、庚醛、苯甲醛、丙醛、壬醛、2-甲基丙醛和3-甲基丁醛構成，醛類物質是脂質氧化降解產生的。相對來說，老面酵母發酵面包中的醛類物質明顯高于商業酵母發酵面包中的醛類物質含量，其中壬醛（油脂氣味）、丙醛（辛辣味）的含量在老面酵母面包中的含量要高于商業酵母面包中的含量。苯甲醛（焦糖味、甜味）的風味主要是白砂糖在加熱的過程中發生美拉德反應而產生的，而苯甲醛的含量在商業酵母發酵面包中的含量更高，這可能是由于商業酵母原料中含有糖成分而導致的[41]。酯類物質的相對含量為3.83%～8.42%，由乙酸乙酯和丁酸乙酯構成，酯類物質在面團發酵再烘焙的過程中產生，具有酒香、水果香等令人愉悅的氣味?？傮w來看，酯類物質在老面酵母發酵面包中的含量較高。酶和微生物在高溫條件下失活，風味物質主要來源于美拉德反應和脂肪酸的氧化[42]。醚類物質的相對含量為0.26%～0.66%，由二甲硫醚構成。吡啶類物質的相對含量為0.39%～0.51%，由2-乙?；拎嫵伞?/p>

圖8 不同酵母發酵紅薯面包揮發性有機物相對含量Fig.8 Relative content of volatile components of sweet potato bread fermented by different yeasts

續表 4

2.5.4 不同酵母制成的紅薯面包揮發性風味物質主成分分析 主成分分析（PCA）是對多個變量進行統計分析的一種統計方法[43]。當累計貢獻率超過80%時，通常認為基本包含樣品的信息。兩個主成分PC1和PC2的貢獻率分別為66%和19%，總和為85%，說明這兩個主成分基本可以代表紅薯面包樣品的絕大部分特征。

由圖9可知，由同一種酵母發酵而成的面包氣味物質圖譜大致匯集在一起，總體來看，7種不同酵母發酵面包中揮發性有機物沒有明顯的重疊區域，由商業酵母發酵而成的面包氣味物質相對較為相似，由老面酵母發酵而成的面包揮發性化合物比較相似，因此可以較好的區分由商業酵母和老面酵母發酵而成的面包。綜上所述，說明采用GC-IMS結合PCA分析的方法可以對由不同酵母發酵而成的面包樣品進行很好的區分。

圖9 7種不同酵母發酵面包揮發性有機物主成分得分圖Fig.9 PCA score of fingerprint of volatile organic component score of bread with seven different yeasts

3 結論

酵母在面包發酵過程中發揮著至關重要的作用，本試驗結果表明添加不同種類酵母在相同條件下發酵對紅薯面包的質地及風味都產生了明顯影響。在質地指標方面，7種不同酵母發酵面團的流變學特性表明G酵母發酵面團的彈黏性最好，色澤之間存在顯著性差異（P＜0.05），其中由G酵母發酵面包的L*值和W值最高，質構特性表明，G酵母的硬度和咀嚼性顯著低于其它老面酵母發酵面包（P＜0.05），說明在老面酵母發酵面包中，G酵母發酵面包的指標相對較好，更適用于面包的生產加工。在風味方面，電子鼻研究結果表明，不同酵母發酵面包的揮發性風味物質主要以無機硫化物為主，并且PCA分析可以較好地區分不同種類酵母發酵面包。GC-IMS共檢測出61種揮發性風味物質，其中已定性的風味物質40種，未定性的風味物質21種，其中醇類物質含量最多，其次是酸類物質和酮類物質。本試驗為區分商業酵母和老面酵母提供了理論依據，同時對不同種類酵母發酵紅薯面包面團的流變學特性、色澤、質構、風味物質進行了研究，為工業化生產過程中酵母的選擇提供了參考。