凍干酸面團發酵劑對發酵面團及面包香氣的影響

劉若詩，萬晶晶，黃衛寧,*，劉 剛，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.杭州知味食品有限公司，浙江 杭州 311107；3.美國俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

凍干酸面團發酵劑對發酵面團及面包香氣的影響

劉若詩1，萬晶晶1，黃衛寧1,*，劉 剛2，RAYAS-DUARTE Patricia3

(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.杭州知味食品有限公司，浙江 杭州 311107；3.美國俄克拉荷馬州立大學農產品與食品研究中心，美國 俄克拉荷馬州 斯蒂爾沃特 74078-6055)

采用HPLC和SPME/GC-MS，研究冷凍干燥(凍干)舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對普通和全麥發酵面團及其面包香氣的影響。結果顯示，凍干舊金山乳桿菌(Lactobacillus sanfranscensis，L.s.)酸面團發酵劑對發酵面團和面包香氣的影響顯著。酸面團面包面團中有機酸和游離氨基酸含量均高于相應的非酸面團面包面團；乳酸菌酸面團發酵顯著提高了面包中揮發性物質的含量，L.s.高筋粉酸面團面包(SSAB)和L.s.全麥酸面團面包(SSWB)較非酸面團高筋粉面包(NSHB)和非酸面團全麥面包(NSWB)分別提高了11.31%和14.98%。全麥體系含有更多的游離氨基酸，其面包具有更濃郁的風味，全麥酸面團面包所含揮發物質總量大幅高于普通面包，NSWB和SSWB較NSHB和SSAB分別提高了22.54%和26.58%。3-甲基-1-丁醇、乙酸、糠醛、苯乙醇、3-羥基-2-丁酮、3-甲基丁酸、2-甲基丙酸、3-甲基丁醛和E-2-壬烯醛是面包中重要的香氣物質。L.s.酸面團發酵劑在不同面粉面團體系中產生的作用不同，SSAB含有較多的內酯類化合物；SSWB含有更多的3-甲基-1-丁醇和3-羥基-2-丁酮。

凍干酸面團發酵劑；舊金山乳桿菌；發酵面團；香氣；有機酸；游離氨基酸

酸面團技術作為在商業酵母出現之前的自然發酵生物技術在幾千年前已經開始得到應用[1-2]，具有諸多突出優點，如改善面包質構[3-4]、風味[5-6]和提高營養價值等[7-8]。面粉中天然存在乳酸菌，傳統酸面團主要為自然發酵，而有選擇的使用乳酸菌種可以優化發酵過程，L. sanfransiscensis(L.s.)是其中典型、重要的發酵菌種[9-10]。利用冷凍干燥(凍干)技術可以延長酸面團的保質期[11-12]，即將其制成酸面團發酵劑，簡化酸面團制品的加工過程，使用更加方便快捷。

面包中的關鍵性風味物質主要存在于面粉中，發酵基質對于面包香氣的形成至關重要，高灰分的全麥粉能夠促進揮發性物質的生成[13]。酸面團發酵對面包香氣的促進作用包括兩個方面：不揮發性風味物質，如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，某些游離氨基酸則是面包風味物質的重要前體；揮發性風味物質，包括生物代謝、生化反應和熱作用產生的醇、醛、酮、酯和芳雜環化合物等[5,14]。

固相微萃取技術(SPME)與氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)是準確分析和鑒定食品風味物質的重要方法[15-16]。面包中已經發現的揮發性風味物質有500多種[17]，但關于凍干乳酸菌酸面團發酵劑以及乳酸菌和酵母菌混合發酵對面包的影響罕有報道。本實驗采用HPLC和SPME/ GC-MS，研究凍干舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對普通和全麥發酵面團及其面包香氣的影響，為深度開發烘焙發酵食品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋粉 中糧東海糧油工業(張家港)有限公司；全麥粉 江蘇新良面粉有限責任公司；普通粉 丹陽市同樂面粉集團有限公司；即發活性干酵母 番禺梅山-馬利酵母有限公司；舊金山乳桿菌(DSM20451T) 德國DSMZ微生物菌種保藏中心；起酥油 江門市百鮮食品有限公司。

白砂糖、鹽 市售；高氯酸、氫氧化鉀、三氯乙酸 國藥集團化學試劑有限公司；微孔濾膜 上海興亞凈化材料廠。

1.2 儀器與設備

5K5SSWH攪拌機 美國Kitchenaid公司；B10B高速強力食品攪拌機 恒悅食品機械有限公司；醒發柜、烤箱 上海早苗電器有限公司；Eppendorf 5810R高速冷凍離心機 德國Eppendorf公司；TGL-16G高速臺式離心機 上海安亭科學儀器廠；Agilent1100高效液相色譜儀 美國Agilent公司；Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司；固相微萃取裝置以及75μm CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 舊金山乳桿菌酸面團發酵劑制備

在MRS培養基中將菌種活化后培養至對數后期，取菌液(＞108CFU/mL)于4000r/min離心15min[18]。稱取等量的面粉和水，接入活化菌泥(0.25g/100g)，混勻密封，放入30℃恒溫恒濕培養箱中發酵至pH4。將新鮮的酸面團發酵劑灌入培養皿，厚度0.8cm，于-70℃預凍2h后凍干38h，真空度為20Pa。凍干的酸面團發酵劑于4℃儲藏。SA為L.s.普通粉發酵劑，SW為L.s.全麥粉發酵劑。

1.3.2 面包的制備

表1 面包配料Table 1 Ingredients of breads (flour weight basis) g/100g面粉

將表1配料混合慢速攪拌成團，再快速攪拌10min至面筋網絡結構形成，室溫覆膜靜置松弛8min，切分(100g/個)、搓圓、整形，放入模具于38℃，相對濕度80%條件下醒發1h，留樣進行HPLC分析，其余于上火150℃，下火200℃烘焙25min，室溫冷卻后進行SPME/GC-MS分析。

1.3.3 發酵面團中有機酸和游離氨基酸測定

1.3.3.1 有機酸測定

稱取10g發酵面團，加入90mL去離子水高速勻漿30s，取10mL漿液加入5mL 1mol/L HClO4混勻，于4℃、5000r/min離心15min，上清液用2mol/L KOH中和至pH4.5，加水調體積至25mL，冰浴沉淀，將清液微濾(0.45μm)后進行HPLC分析，測定乳酸和乙酸的含量[19]。

色譜條件：Ecosil C18，流動相為甲醇-水-H3PO4(體積比為95:5:0.05)，流速0.8mL/min，柱溫30℃，進樣量10μL，210nm紫外檢測。

1.3.3.2 游離氨基酸測定

稱取10g發酵面團，加入25mL 5g/100mL三氯乙酸高速勻漿30s，于10000r/min離心10min后兩層濾紙過濾，上清液于10000r/min離心10min后用鄰苯二醛進行柱前衍生，然后使用HPLC進行游離氨基酸分析。

色譜條件：ODS Hypersil毛細管色譜柱(250mm× 4.6mm，5μm)，流動相為20mmol/L乙酸鈉的甲醇-乙腈溶液(體積比為1:2)，流速1.0mL/min，柱溫40℃，338nm紫外檢測。

1.3.4 面包揮發性成分分析

1.3.4.1 揮發性成分的頂空固相微萃取

稱取面包樣品約5g，放入15mL SPME樣品瓶中，樣品約占瓶體積的3/5，然后將樣品瓶置于60℃恒溫水浴中，將老化好的萃取頭插入樣品瓶的上空，頂空萃取40min。用手柄將纖維頭退回到針頭內，拔出針頭進樣。

1.3.4.2 揮發性物質分析

色譜條件：DB-WAX 122-7032毛細管色譜柱(30m× 0.25mm，0.25μm)；載氣He流量：恒流，0.8mL/min；升溫程序：起始溫度40℃，保留3.5min，然后再以5℃/min升至90℃，接著以12℃/min升至220℃，保留7min。

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

1.3.4.3 揮發性成分定性定量分析方法

GC-MS分析圖經計算機和人工檢索把每個峰同時與NIST Library和Wiley Library相匹配檢索定性，匹配度和純度大于900作為鑒定結果。峰面積表示物質相對含量。

1.3.5 數據分析與處理

實驗中每個樣品至少重復兩次操作，測定所得的數據使用SPSS 16.0及Excel 2007進行分析。

2 結果與分析

面團發酵過程中，酵母主要起產氣作用，乳酸菌則生成一些重要的香氣化合物[14]。有報道指出新鮮酸面團添加量為2%～5%時面包具有更為豐富的風味[20]。Katina[21]研究表明，5%～40%添加量的酸面團面包風味取決于其酸化程度、游離氨基酸水平和重要風味化合物的含量。

2.1 舊金山乳桿菌酸面團發酵對面團中有機酸含量的影響

圖1 舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對發酵面團中有機酸(乳酸、乙酸)含量的影響Fig.1 Effects of L.s. starters (SA and SW) on organic acids (lactic and acetic acids) contents in fermented doughs

圖1顯示了舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對面包發酵面團中乳酸和乙酸含量的影響。影響面團酸化的程度主要因素是體系中可發酵糖的含量，普通白面粉中游離糖很少(1.55%～1.84%)，而面粉中的內源性淀粉酶會提高初始麥芽糖水平10～15倍。α-淀粉酶活力取決于面粉的質量和出粉率，全麥粉中特別是麩皮中的酶活力最高[22]。

圖中所示NHPD和NWPD中有機酸含量相差不多，添加L.s.酸面團發酵劑后，SWPD中的乳酸和乙酸含量皆高于SAPD，說明酸面團發酵在一定程度上增強了淀粉酶的活力。酸面團面包面團中有機酸含量高于相應的非酸面團面包面團，乳酸含量變化顯著，說明舊金山乳桿菌發酵產酸作用明顯，這對面包的香氣有重要影響。

2.2 舊金山乳桿菌酸面團發酵對面團中游離氨基酸含量的影響

圖2 舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對發酵面團中游離氨基酸總量的影響Fig.2 Effects of L.s. starters (SA and SW) on total content of free amino acids in fermented doughs

舊金山乳桿菌發酵產酸作用會使蛋白質降解，生成的游離氨基酸是重要的風味前體物質。而且，酸化過程為面粉中的蛋白酶發揮最大活力提供了適宜條件，從而強化了蛋白降解[21-23]。如圖2所示，全麥面包面團中游離氨基酸總量顯著高于普通面包面團，NWPD甚至高于SAPD，L.s.酸面團發酵劑的添加使其增量更加明顯(SWPD)。谷物外皮層含有較高活力的天冬氨酸蛋白酶和一些其他谷物蛋白酶，因此全麥粉發酵會生成更多的氨基酸[24]。

2.3 舊金山乳桿菌酸面團發酵對面包中揮發性成分的影響

表2 不同面包中的揮發性成分Table 2 Volatile compounds and their relative area of different breads

續表2

影響面包風味的化合物主要是有機酸、醇、酯和羰基化合物等[13,25]，包括2-甲基丙酸、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸、2-壬烯醛、異戊醛、3-羥基-2-丁酮、糠醛和苯乙醇等[26]。面粉的種類影響面包的風味，使用高灰分面粉可以增加揮發性化合物的含量，因此全麥面包具有更濃郁的風味[27]。Czerny等[13]指出全麥粉與普通白面粉相比并未產生新的香氣成分，而是改變了其中重要風味物質的含量。這與本實驗結果相一致，表2中所列信息為從4種面包中檢測得到的已知化合物及其相對含量。NSHB和NSWB含有45種揮發性成分，SSAB和SSWB含51種成分，全麥面包所含物質總含量大幅高于普通高筋粉面包(NSWB和SSWB較NSHB和SSAB而言分別提高了22.54%和26.58%)，其中重要的風味物質3-甲基-1-丁醇、3-羥基-2-丁酮、糠醛、3-甲基丁酸和苯乙醇含量均高于普通高筋粉面包，賦予全麥面包更為馥郁的麥芽香、奶香和清甜杏仁香氣。這種積極作用在添加L.s.酸面團發酵劑后更為明顯，SSAB和SSWB較NSHB和NSWB而言分別提高了11.31%和14.98%。乙酸、2-甲基丙酸和丁酸等具有刺激性酸味的化合物含量則有所降低。

舊金山乳桿菌酸面團發酵使面包(SSAB和SSWB)中揮發性化合物總量顯著高于相應非酸面團面包(NSHB和NSWB)。乙酸、丁酸、戊酸以及2-甲基丁酸或3-甲基丁酸等是酸面團發酵過程中產生的重要風味活性化合物[13]。添加L.s.酸面團發酵劑后，面包中乙酸、丁酸和3-甲基丁酸含量均有所升高，戊酸只在全麥面包中檢出且添加SW后含量降低。辛烷、對二甲苯、3-乙氧基-1-丙醇和1,3-丙二醇二乙酸酯僅存在于乳酸菌和酵母混合發酵的樣品中。

內酯是一類重要的風味化合物[14]。由表2可知，L.s.酸面團發酵劑的添加對普通和全麥面包中內酯類物質(5-丁基-2(3H)-二氫呋喃酮、5-戊基-2(3H)-二氫呋喃酮、5-己基-2(3H)-二氫呋喃酮、6-戊基-2H-四氫吡喃-2-酮和5-庚基-2(3H)-二氫呋喃酮)的影響不盡相同。SA促進了這些內酯的生成，SW則使其含量減少。這使得SSAB更富于椰香和果樣香氣。

酸面團凍干后，其中的關鍵性風味物質含量會有所降低，通常干燥的酸面團更具麥芽和奶油香氣，而新鮮酸面團的酸味更加明顯[28]。因此，凍干的乳酸菌發酵劑不僅使用簡便，還可以賦予面包更優良的風味。

3 結 論

凍干舊金山乳桿菌酸面團發酵劑對發酵面團及其面包香氣影響顯著。酸面團面包面團中有機酸和游離氨基酸含量均高于相應的非酸面團面包面團，這在一定程度上影響了終產品面包中香氣物質的形成；乳酸菌酸面團發酵顯著提高了面包中揮發性物質的含量。全麥體系含有更多的游離氨基酸，其面包具有更濃郁的風味。L.s.酸面團發酵劑在不同面粉面團體系中產生的作用不同，SSAB含有較多的內酯類化合物，偏重于椰香和果樣香氣；SSWB含有更多的3-甲基-1-丁醇和3-羥基-2-丁酮，更富于麥芽香、奶香和清甜杏仁香氣。本實驗增進了對乳酸菌酸面團發酵技術的基礎研究，為進一步開發具有特征性香氣成分的發酵烘焙食品提供理論依據。

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Effects of Freeze-dried Sourdough Starters on Fermented Doughs and Bread Aroma

LIU Ruo-shi1，WAN Jing-jing1，HUANG Wei-ning1,*，LIU Gang2，RAYAS-DUARTE Patricia3
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China；2. Hangzhou Zhiwei Foods Co. Ltd., Hangzhou 311107, China；3. Food and Agricultural Products Research Center, Oklahoma State University, Stillwater OK 74078-6055, USA)

Significant effects of freeze-dried Lactobacillus sanfranscensis (L.s.) sourdough starters on the aroma of common and whole fermented wheat doughs and breads were investigated using high performance liquid chromatography (HPLC) and solid phase micro-extraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS) analysis. Organic acids and total free amino acids contents in sourdough bread were higher than those in corresponding non-sourdough formulation. Volatile compounds concentrations were enhanced through lactic acid sourdough fermentation, with the increase of 11.31% and 14.98% from non-sourdough bread (NSHB) to L.s. sourdough bread (SSHB) and from non-sourdough whole wheat bread (NSWB) to L.s. sourdough whole wheat bread (SSWB), respectively. More free amino acids were detected in whole wheat fermented doughs, which endowed corresponding breads with more flavor. Total volatiles contents were raised by 22.54% and 26.58% from NSHB to NSWB and from SSAB to SSWB, respectively. Compounds positively correlated with bread aroma were 3-methyl-1-butanol, acetic acid, furfural, phenylethanol, 3-hydoxy-2-butanone, 3-methyl-butanoic acid, 3-methylbutanal and E-2-nonenal. The impacts of L.s. sourdough starters varied on different flours. SSAB contained more lactones whereas SSWB provided more 3-methyl-1-butanol and 3-hydoxy-2-butanone.

TS213.2

A

1002-6630(2011)07-0011-05

2010-08-11

國家農業科技成果轉化基金項目(2009GB23600520)；美國農業部國際合作項目[A-(86269)]；國家“863”計劃項目(2007AA100401)；國家自然科學基金項目(20576046)

劉若詩(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為烘焙科學、功能配料和食品添加劑。

E-mail：shishi1003@126.com

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

Key words：freeze-dried sourdough starter；Lactobacillus sanfranscensis；fermented dough；aroma；organic acid；free amino acid