頂空-固相微萃取方法分析4種發(fā)酵劑制作饅頭中揮發(fā)性風味物質

馬 凱，華 威，龔 平，陳爾凝，白 羽，劉 杰，王衍生，李太華，高麗娟,*

頂空-固相微萃取方法分析4種發(fā)酵劑制作饅頭中揮發(fā)性風味物質

馬 凱1，華 威2，龔 平1，陳爾凝2，白 羽2，劉 杰2，王衍生3，李太華3，高麗娟2,*

（1.北京市理化分析測試中心，北京 100089；2.北京聯(lián)合大學生物化學工程學院，北京 100023；3.北京旗艦食品集團有限公司，北京 100194）

采用頂空-固相微萃取方法對傳統(tǒng)老酵饅頭與單一酵母饅頭樣品進行預處理，利用氣相色譜-質譜法檢測樣品中的揮發(fā)性風味成分。經NIST 08.L質譜數(shù)據(jù)庫檢索結合文獻對照，從旗艦饅頭（傳統(tǒng)老酵饅頭）中檢出59 種揮發(fā)性風味成分，天津自制饅頭（傳統(tǒng)老酵饅頭）中檢出51 種，安琪饅頭（單一酵母饅頭）中檢出47 種，燕山饅頭（單一酵母饅頭）中檢出43 種，這些揮發(fā)性成分中主要包括醇類、烴類、酯類、醛類、酮類、芳香類等。不同發(fā)酵劑制作饅頭中風味物質的種類及相對含量都存在一定的差異性，這也是使用相同原料不同發(fā)酵方法制作饅頭產生特別的風味的主要原因。

饅頭；氣相色譜-質譜聯(lián)用；固相微萃取；風味物質

小麥面食是我國主要的糧食類型，食用歷史悠久，由其加工而成的食品種類主要包括饅頭、面條、餅類等。其中，發(fā)酵面制品饅頭是60%以上中國消費者的主食，占面制食品消費總量的30%以上[1-2]。目前對饅頭的研究范圍從原料小麥粉生產、品質檢驗到饅頭成品的質量評價、保藏方法，幾乎涉及饅頭制造銷售的每個環(huán)節(jié)[3-9]。為滿足產品質量穩(wěn)定、制作周期短，生產過程自動化等要求，商品化的饅頭在生產過程中多使用單一酵母發(fā)酵劑，而在小作坊式或家庭式手工加工方法生產饅頭過程中，為保留饅頭的傳統(tǒng)特色風味則多使用傳統(tǒng)老酵作為發(fā)酵劑方法[10]。這2 種饅頭制作方法的主要不同體現(xiàn)在發(fā)酵劑類型上，傳統(tǒng)老酵是天然存在的微生物菌群，除主要含有酵母菌和乳酸菌外還含有一定數(shù)量的其他微生物[11]，而市售的干酵母則以單一的酵母菌為主對面粉進行發(fā)酵。微生物菌群上差異必然會導致其代謝產物上存在一定的不同，表現(xiàn)在饅頭的口感和風味上存在一定的差異[12-13]。本實驗研究中，采用頂空-固相微萃取（headspace-solid phase microextraction，HS-SPME）方法提取傳統(tǒng)老酵饅頭和市售干酵母饅頭中的揮發(fā)性風味成分，并采用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用方法定性分析其成分構成，進一步明確傳統(tǒng)老酵饅頭與干酵母饅頭的異同，從而為老酵中微生物代謝組學研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉 北京糧海食品有限公司；傳統(tǒng)老酵母（QJ）北京旗艦食品有限公司；傳統(tǒng)老酵母（ZZ） 天津居民自制；燕山牌高活性干酵母（yS，批號20121208）河北馬利食品有限公司；高活性干酵母（AQ，批號20120904） 安琪酵母（赤峰）有限公司。

1.2 儀器與設備

數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-4 常州國華電氣有限公司；固相微萃取手動進樣手柄、DVB/CA/PDMS（2 cm，50/30 μm）纖維頭 美國Supelco公司；2010氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 饅頭樣品制作方法

老酵饅頭做法：分別取老酵QJ與ZZ各50 g，加水300 mL攪拌均勻后加入500 g面粉混合，和面，揉至面團表面光滑，于55 ℃條件下發(fā)酵3 h，取出發(fā)酵膨脹的酸面團，加入500 g面粉及3 g堿，揉勻后制成饅頭形狀面坯，于55 ℃條件下醒發(fā)40 min，待面團變軟后于120 ℃蒸汽條件下蒸制20 min，取出放冷后備用。

酵母饅頭做法：取市售干酵母AQ與yS各1.5 g，分別與500 g面粉混合均勻，加水200 mL，和面，揉至面團表面光滑，制成饅頭形狀面坯，放置于55 ℃條件下醒發(fā)40 min，待面團變軟后于120 ℃蒸汽條件下蒸制20 min，取出放冷后備用。

1.3.2 頂空-固相微萃取操作方法[14-15]

稱取3 g饅頭樣品于15 mL氣相頂空樣品瓶中，將恒溫水浴調至80 ℃，待溫度穩(wěn)定后，將樣品瓶放于恒溫水浴，預熱平衡20 min，將SPME針頭穿過樣品瓶密封瓶墊，于樣品瓶頂空部分伸出固相萃取頭，靜置萃取20 min，收回固相萃取頭，取出萃取裝置，待氣相色譜儀處于準備狀態(tài)后，將SPME針頭插入進樣口，伸出固相萃取頭，于250 ℃條件下解吸5 min。下次取樣前，首先將SPME萃取頭在250 ℃條件下老化15 min。

1.3.3 氣相色譜-質譜聯(lián)用檢測條件

色譜條件：極性毛細管柱ZB-WAX plus（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；固定相為聚乙二醇；載氣為高純氦氣，流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；分流比1∶1；初始爐溫50 ℃，保持2 min，以8 ℃/min升到220 ℃，再以25 ℃/min升到250 ℃，保持5 min。

質譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃；接口溫度280 ℃，質量掃描范圍29～800 u；調諧文件為標準調諧；數(shù)據(jù)采集為全掃描模式；無溶劑延遲。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

對檢測結果的定性分析，以計算機檢索NIST 08.L譜庫、人工解析圖譜，結合文獻對照共同確定揮發(fā)性成分。揮發(fā)性成分相對含量的確定采用面積歸一化法。

2 結果與分析

2.1 4 種饅頭揮發(fā)性成分

采用傳統(tǒng)老酵作為發(fā)酵劑制作的2 種饅頭QJ、ZZ，與市售活性酵母發(fā)酵劑制作的2 種饅頭AQ、yS在相同的取樣條件和分析條件下進行比較，GC-MS分離鑒定各饅頭樣品中揮發(fā)性風味成分的種類及相對含量分別見表1，總離子流圖比較見圖1。

圖1 4 種饅頭樣品揮發(fā)性風味成分GC-MS分析總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatiles from 4 Chinese steamed bread

表1 4 種饅頭樣品中揮發(fā)性風味成分GC-MS分析結果Table 1 Analysis of volatile components in 4 Chinese steamed bread by GC-MS

續(xù)表1

續(xù)表1

由圖1可以看出，4 種饅頭樣品的揮發(fā)性成分數(shù)量及相對含量都存在一定差異，說明4 種發(fā)酵劑生產的饅頭其揮發(fā)性風味成分各有特點。從表1的分析結果可以看出，利用GC-MS從QJ樣品中鑒定出59 種揮發(fā)性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的95.5%，包括醇類17 種（59.1%）、烴類8 種（5.3%）、醛類9 種（7.8%）、酯類15 種（20.5%）、酮類4 種（0.5%）、芳香類5 種（1.7%）及呋喃類化合物1 種（0.7%）；從ZZ樣品中鑒定出51 種揮發(fā)性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的86.2%，包括醇類12 種（44.2%）、烴類17 種（17.0%）、醛類5 種（4.6%）、酯類11 種（17.7%）、酮類1 種（0.1%）、芳香類5 種（2.8%）；從AQ樣品中鑒定出47 中揮發(fā)性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的87.0%，包括醇類12 種（37.8%）、烴類11 種（19.7%）、醛類9 種（4.6%）、酯類11 種（23.8%）、芳香類3 種（0.8%）及呋喃類化合物1 種（0.3%）；從yS樣品中鑒定出43 種揮發(fā)性風味成分，占色譜非雜質流出峰總面積的80.9%，包括醇類11 種（39.2%）、烴類14 種（16.2%）、醛類4 種（5.1%）、酯類10 種（16.9%）、芳香類4 種（3.5%）。

2.2 4 種饅頭風味物質的比較

上述4 種饅頭樣品中揮發(fā)性風味成分的比較結果顯示，面粉經不同發(fā)酵劑發(fā)酵后風味性揮發(fā)成分主要包含有醇類、烴類、醛類、酯類等，面粉中的淀粉或糖經發(fā)酵劑中微生物代謝會產生醇類化合物，含羰基化合物（如醛、酮、酯等）則主要來源于高級醇氧化、氨基酸的Strecker降解或醛醇縮合反應[16]。4 種饅頭樣品中乙醇的含量在所有測得的揮發(fā)性風味成分中占比例最高，是饅頭香味的主要來源之一。另外在4 種饅頭樣品中均檢測到1-己醇，是含量僅次于乙醇的一種醇類揮發(fā)性成分，在QJ（7.24%）中的相對含量為最高，其次為yS中占2.57%，ZZ中占2.26%，AQ中占2.05%，1-己醇廣泛存在于柑橘類、漿果、茶葉、艾葉、薰衣草等的多種精油中[17-21]，無色透明，具有水果芬芳的香味。從QJ樣品中檢測到的3-叔丁基-6-烯-1-辛醇（0.96%）為櫻桃中存在的具有水果香味的揮發(fā)性成分[22]，該成分只在QJ樣品中檢出，其余3 種樣品中未檢測到該成分。

除了在饅頭揮發(fā)性風味成分中占比較大的醇類物質，酯類物質也是酵母在發(fā)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(xiàn)饅頭風味性的主體化合物。雖然4 種饅頭樣品中檢測到的酯類成分的種類差別不大，但是各酯類成分的相對含量卻存在一定差別。例如：己酸乙酯是具有果香味的香料，是濃香型酒的主體香氣成分，在4 種饅頭樣品中AQ（7.24%）的相對含量最高，ZZ中2.27%的相對含量最少，兩者相差近3 倍。同樣，乙酸己酯（QJ（0.73%）、ZZ（0.64%）、AQ（0.88%）、yS（0.86%））、庚酸乙酯（QJ（0.43%）、ZZ（0.41%）、AQ（0.59%）、yS（0.59%））、己酸丁酯（QJ（2.09%）、ZZ（1.56%）、AQ（3.34%）、yS（2.60%））這3 種酯類物質也是常見的具有水果風味的食用香精[23]，其相對含量在4 種饅頭樣品中存在一定的差異。而ZZ中反-β-戊酸松油酯（8.04%）的相對含量較高，AQ與yS樣品中沒有檢測到該化合物，反-β-戊酸松油酯是具有松香味的一類揮發(fā)性成分，在月桃中含有這一物質[24]。

QJ中醛類化合物共有9 種，較其他3 種樣品中醛類化合物數(shù)量多。己醛（QJ中為3.14%、ZZ中為1.88%、AQ中為1.17%、yS中為1.58%）是一種具有青草氣及蘋果香味的成分[25]，天然品存在于蘋果、草莓、茶葉中[18]。QJ中存在的5-甲基己醛（1.11%）、2-庚烯醛（0.10%）、苯甲醛（0.30%）、2,4-癸二烯醛（0.24%）為其特有的醛類成分，在其余3 種樣品中均不含有，苯甲醛具有特殊的杏仁氣味，用于配制杏仁、櫻桃、果仁等型香精[26]，微量用于花香配方。這些醛類物質是淀粉在發(fā)酵劑作用條件下降解而生成，所體現(xiàn)出的清香、水果香等是饅頭香氣的重要組成部分。

3 結 論

饅頭以及與其類似的花卷、餅類等是中國傳統(tǒng)面食的主要種類，其口感與氣味是品質評價的重要指標，除了面粉的選擇會影響產品的品質外，發(fā)酵劑的選擇也不容忽視。本實驗中設計使用4 種不同的發(fā)酵劑對同一批次面粉進行發(fā)酵，利用HS-SPME-GC-MS的分析方法對4 種發(fā)酵劑生產的饅頭樣品中的揮發(fā)性風味成分進行分析，并按照化合物特征分類比較，由此對發(fā)酵劑的作用進行初步的評價。

利用GC-MS從QJ樣品中鑒定出59 種揮發(fā)性風味成分，ZZ樣品中為51 種，AQ樣品中為47 種，yS樣品中為43 種。從數(shù)量上分析老酵QJ與ZZ產生的揮發(fā)性成分較單一發(fā)酵劑AQ和yS多；從揮發(fā)性風味成分的種類上分析，4 種發(fā)酵劑的主要產物可分為醇類、烴類、醛類、酯類、芳香類，而酮類成分在QJ發(fā)酵樣品中檢測到4 種，ZZ中檢測到1 種，AQ和yS樣品中均未檢測到；從成分的相對含量上分析，4 種發(fā)酵劑的樣品呈現(xiàn)出各自的特色，如QJ中乙醇（40.69%）、己醛（3.14%）相對含量最高，ZZ中反-β-戊酸松油酯（8.04%）的相對含量最高，AQ中己酸乙酯（7.24%）相對含量最高，yS中癸烷（4.34%）相對含量最高。結果說明發(fā)酵劑種類及其對應的發(fā)酵方法對揮發(fā)性風味成分起重要作用。由于4 種樣品中風味性成分的種類和相對含量存在一定差異，而樣品的風味特色是由一系列的成分組合而形成的，因此并不能單從檢測出的化合物數(shù)量或某種單一成分來判斷所用發(fā)酵劑等級優(yōu)劣。

本實驗中4 種發(fā)酵劑所制作饅頭中揮發(fā)性風味成分存在差異的根本原因是發(fā)酵劑中微生物種類與組成存在一定 差別，要想獲得特殊風味的饅頭就需要對發(fā)酵劑進行優(yōu)化。另外，與文獻[27-28]中研究結果比較發(fā)現(xiàn)，饅頭的揮發(fā)性風味成分有部分是相同（如乙醇、己酸乙酯、苯甲醛等），而多數(shù)成分存在差異，除了發(fā)酵劑的影響外，面粉的種類也是產生這些差異的因素之一[4]。本實驗中檢測到的老酵發(fā)酵劑制作饅頭樣品中揮發(fā)性風味成分數(shù)量多于單一發(fā)酵劑制作樣品，這與文獻[27-28]中所報道的結果一致，說明了在相同的條件下，復合型發(fā)酵劑產生風味性成分種類更加豐富。本研究結果只是由老酵向復合型發(fā)酵劑研發(fā)的初步工作，而復合型發(fā)酵劑中菌群多樣性與代謝產物多樣性的研究還要在此工作基礎上逐步展開。

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Headspace Solid Phase Microextraction for Analysis of Volatile Components in Chinese Steamed Bread Made with Four Starter Cultures

MA Kai1, HUA Wei2, GONG Ping1, CHEN Er-ning2, BAI Yu2, LIU Jie2, WANG Yan-sheng3, LI Tai-hua3, GAO Li-juan2,*
(1. Beijing Center for Physical and Chemical Analysis, Beijing 100089, China; 2. College of Biochemical Engineering, Beijing Union University, Beijing 100023, China; 3. Beijing Qijian Food Group Co. Ltd., Beijing 100194, China)

In this work, the composition of volatile components in Chinese steamed bread fermented with traditional mixed starters (QJ and ZZ) and commercial dry yeast starters (AQ and YS) was determined by headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). According to the NIST 08.L MS spectral library and reference data, 59, 51, 47 and 43 volatile compounds in Chinese steamed bread fermented with QJ, ZZ, AQ and YS were identified, respectively. These volatile components included alcohols, hydrocarbons, esters, aldehydes, ketones, aromatics and other compounds. The results showed fermentation with the traditional mixed starters could result in the production of more components in different relative quantities in Chinese steamed bread than the dry yeast starters. This may be the main reason why Chinese steamed bread fermented with the same wheat flour and different starters have distinct volatile components.

Chinese steamed bread; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); solid phase microextraction (SPME); volatile components

TS213.2

A

1002-6630（2014）16-0128-05

10.7506/spkx1002-6630-201416025

2014-03-12

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303070）；北京市科學技術研究院市級財政項目（PXM2013_178305_000002_00063845_FCG）

馬凱（1986—），男，助理研究員，碩士，研究方向為食品微生物學。E-mail：dimasimk008@gmail.com

*通信作者：高麗娟（1978—），女，副研究員，博士，研究方向為食品微生物學。E-mail：aglj889@163.com