發酵時間對俄式面包面團有機酸形成及其酸感的影響

(哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076)

面包是歐洲人民的理想主食食品,有易于消化的特點,隨著人們健康理念的加強,主食面包在我國餐桌上也大量出現。俄式面包是一種酸味較大的以全麥粉或黑麥粉制成的面包,已成為傳統歐洲風味的主食面包[1-2]。全麥粉是一種營養價值較高的健康食品,其含有豐富的膳食纖維和較多的酚類、植物甾醇、木質素等功能性成分,這些功能性物質相互結合通過協同作用發揮出多種保健作用[3-4]。

傳統酵頭主要是由面粉和水經過自然發酵而制得,并且可以作為下次發酵面食的主要發酵菌種[5]。自然發酵的酵頭是主要由由乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、霉菌等混菌組成的發酵體系[6]。俄式面包酵頭是以面粉、啤酒花水、水為原料,其中啤酒花水帶給面包清爽的苦味和芬芳的香味[7]。面團的酸味形成主要是由酵頭中菌種和酶共同作用生成較豐富的有機酸[8-10],其中酵母菌代謝過程主要是進行有氧呼吸和無氧呼吸,利用全麥粉中α-淀粉酶降解淀粉產生的可發酵糖生成酒精和CO2[11];同時,也有少量的酵母菌在糖代謝過程中,將菌體自身中的丙酮酸轉化為乙醛,乙醛代謝生成酒精和少量乙酸[12];乳酸菌代謝產生乳酸、乙酸等多種有機酸。這些有機酸具有不同的酸味特征,如乳酸酸味溫和適中、檸檬酸酸味爽快刺激、蘋果酸酸味具有溫和愉悅、乙酸具有刺激性,多種有機酸的相互協調作用使面包的口感更加柔和、香醇,賦予了俄式面包特殊的風味。

目前,俄式面包制作過程中面包的酸度難以控制,隨著發酵時間及溫度的變化面包酸度差異較大,并影響俄式面包質量穩定。為了解面包酸味形成及其酸感的研究,本文采用高效液相色譜法對不同發酵時間面團中有機酸含量變化進行分析,并結合電子舌對其酸味等滋味進行評定,了解面包酸味形成及面包酸感之間的相關性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

啤酒花水制備:將鍋刷凈,注入清水2000 g,加入50 g啤酒花煮沸,待晾涼過籮濾去啤酒花,入干凈容器內;全麥粉 市售;啤酒花 新疆方睿啤酒原料制品有限責任公司;標準品:草酸、乳酸、富馬酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸;甲醇、乙腈、K2HPO4、磷酸 均為色譜純,北京索萊寶科技有限公司;純凈水 實驗室自制。

DHP-9082電熱恒溫培養箱 上海東麓儀器有限責任公司;PHS-300 pH計 江蘇盛奧華環保有限公司;手提式分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;臺式高速低溫離心機 湖南邁達儀器有限責任公司;LC-10A高效液相分析儀 日本島津公司;Smart Tongue電子舌 美國 Isenso 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 俄式面包酵頭的制備 稱取50 g全麥粉,50 mL 30 ℃水,10%啤酒花水(以全麥粉100%計)充分攪拌均勻,于25 ℃、75%濕度的醒發箱發酵16 h為一次發酵,二次發酵再加入50 g全麥粉和50 mL 30 ℃水充分攪拌均勻,于25 ℃、75%濕度的醒發箱發酵8 h制成自然發酵酵頭,放4 ℃冰箱保存,備用。

1.2.2 俄式面包面團的制作 稱取200 g全麥粉、185 mL 30 ℃水、8%酵頭,2 g鹽、12 g糖、放入攪拌缸中攪拌 6 min。而后將 8 g的黃油倒入攪拌缸中攪拌4 min至面筋網絡形成。面團靜置松弛 5 min,將面團均勻切割50 g經搓圓后再靜置 5 min[13],整型后放入25 ℃、75%濕度醒發箱中分別發酵0、6、12、18、24 h。

1.2.3 俄式面包面團中pH和總酸度(TTA)測定 分別稱取不同發酵時間的俄式面包面團10 g,放于90 mL無菌水的燒杯中均質,轉速8000 r/min,均質10 min,靜置5 min,取制備好的面團均質液2 mL,用pH計測定pH。再取均質液5 mL,然后用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至pH8.00,消耗的NaOH體積為TTA,即總酸度[14]。

1.2.4 俄式面包面團中有機酸含量測定 取不同發酵時間的俄式面包面團10 g,放于裝有 90 mL去離子水的燒杯中均質,轉速12000 r/min,均質1 min后,取10 mL 均質液加入5 mL 1 mol/L HClO4混勻,于10 ℃,8000 r/min 離心10 min,上清液用2 mol/L KOH中和至 pH4.5,加水至體積為25 mL,冰浴沉淀,取上清液過0.45 μm水系濾膜后進行 HPLC 分析[15],測定有機酸的含量。

色譜條件:色譜柱為Titank C18柱3.0 mm×150 mm,3 μm;進樣量:2 μL,流動相為甲醇-0.01 mol/L K2HPO4(3∶97)溶液,用磷酸調節pH至2.0。流速:0.425 mL/min,紫外檢測器檢測波長:210 nm,柱溫:30 ℃,使用前用超聲脫氣10 min[16]。

準確稱取標準品乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸和富馬酸各150 mg,用流動相溶解并定容至50 mL的容量瓶中,得到3 mg/mL乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸及富馬酸的混合有機酸作為標準液。將標準液用流動相稀釋為2、4、6、8、10、12倍得到不同濃度梯度的有機酸標準液進樣分析[17]。

1.2.5 有機酸種類對俄式面包面團滋味物質的貢獻值計算 DOT值大于1表明該滋味具有顯著的影響,值越大表明物質對滋味的貢獻越大[18-19]。DOT值計算方法如下:

1.2.6 電子舌滋味輪廓分析 電子舌測試:取50 g面團樣品,粉碎,加入150 mL去離子水,高速勻漿1 min,準確移取15 mL測試液加入電子舌專用的樣品杯中[20]。電子舌由6根化學傳感器陣列組成,能對酸味、咸味、甜味、苦味、澀味及豐富性具有專一響應性。測量前對電子舌進行自檢、活化、校準和診斷等步驟,以確保采集所得數據的可靠性和穩定性。

1.3 數據處理

實驗中所有數據均是通過4次重復實驗所得。利用Origin Pro8和SPSS Statistics 20軟件通過單因素方差分析進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 面團發酵過程中pH和TTA的變化

酸化是面團發酵的重要生化特征,對面團質構和面包品質有重要影響,圖1顯示面團發酵過程中pH和TTA的變化。

圖1 面團發酵過程中pH和TTA的變化Fig.1 Changes in pH and TTA during dough fermentation

由圖1可知,隨著發酵時間的延長面包面團pH明顯降低,總酸度TTA則逐漸升高。面團初始pH為6.55,TTA為0.72,面團發酵后期(16～24 h)pH為4.12～3.92,TTA為4.16～4.71,酸度的變化與自然發酵酵頭中的微生物成有關。面團在發酵前期(0～4 h),酵頭中微生物處于延遲期,菌群生長緩慢,產酸量少。在發酵中期(4～16 h),酵頭中乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等主要微生物的生長進入對數生長期,菌體活力高,生長速度快,微生物細胞快速增加并達到活菌落總數最大,代謝產物有機酸大量積累,pH的下降速度較快,TTA值隨之迅速升高。面團進入發酵后期,微生物細胞不再增殖,有機酸總量也趨于穩定,發酵至24 h時,面包面團pH為3.92,TTA為4.71,此時,面團酸度最高。

圖3 不同樣品有機酸液相色譜圖Fig.3 Liquid chromatogram of organic acids in different samples注:A:發酵0 h面團;B:發酵6 h面團;C:發酵12 h面團;D:發酵18 h面團;E:發酵24 h面團;1.草酸;2.蘋果酸;3.乳酸;4.乙酸;5.檸檬酸。

2.2 HPLC對不同發酵時間面團中有機酸的測定

2.2.1 有機酸的標準品色譜圖 在1.2.4色譜條件下,有機酸混合標準溶液的高效液相色譜圖見圖2,6種有機酸分離效果良好。

圖2 有機酸混合標準曲線Fig.2 Organic acid mixing standard curve注:1.富馬酸;2.草酸;3.蘋果酸;4.乳酸;5.乙酸;6.檸檬酸。

2.2.2 不同發酵時間面團中有機酸含量 通過對不同發酵時間面團中有機酸含量進行分析,并根據各有機酸的標準曲線對樣品中的有機酸含量進行計算,有機酸含量變化結果,見表1。

表1 俄式面包面團中有機酸含量的變化(mg/100 g)Table 1 Changes in organic acid content in Russian bread dough(mg/100 g)

注:“-”表示未檢出;同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。由圖3和表1可知,HPLC檢測出不同發酵時間的面團含有乳酸、乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸5種有機酸,但在面團中并未檢測出富馬酸。富馬酸是由黑根霉代謝產生的,酵頭和面粉中均不含黑根霉,所以在發酵面團中并未檢出富馬酸。發酵0 h時(即原料中)只檢測到草酸,由于全麥粉麥麩和小麥胚芽中均含有草酸,當發酵24 h該酸下降至5.70 mg/100 g,隨著發酵時間增加草酸含量下降可能是因為:草酸與面團中的Ca2+結合生成草酸鈣;草酸可與面團發酵過程中生成的醇類物質發生酯化反應;草酸還可在草酰-CoA合成酶作用下生成草酰-CoA,草酰-CoA再經過酶促反應最終降解為CO2[21]。現代食品營養學認為草酸對人身體無益,人體攝入過多的草酸后易形成草酸鈣結石,發酵面團草酸含量下降符合現代飲食健康理念[22]。

在發酵6～24 h面團中除了草酸以外,還檢測到乳酸、乙酸、蘋果酸、檸檬酸4種有機酸,其含量均隨面團發酵時間增加而增加,其中乳酸含量由6 h的103.00 mg/100 g增加到24 h的551.00 mg/100 g,這是由于面團中乳酸菌經過延遲期開始大量繁殖,乳酸菌利用全麥粉中糖類物質進行厭氧發酵產生乳酸,故主要代謝產物乳酸隨之增加。乙酸含量由6 h 的27.50 mg/100 g增加到24 h的180.80 mg/100 g,發酵面團中含有酵母菌和醋酸菌,酵母菌可使面團中的淀粉糖發酵為乙醇和少量乙酸,在有氧條件下,醋酸菌中乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶能夠將乙醇氧化成乙酸。蘋果酸、檸檬酸含量較小,當面團發酵24 h,蘋果酸16.30 mg/100 g、檸檬酸51.90 mg/100 g,由于檸檬酸和蘋果酸是微生物經過三羧酸循環糖代謝途徑中的中間產物,生成的同時也被作為前體物質進入其他代謝途徑,因而,發酵過程中沒有大量的積累[23]。

2.3 俄式面包面團滋味物質的貢獻值

有機酸的含量越高并不意味著其對味覺的貢獻越大,對味覺的貢獻值不僅與含量有關,還與物質本身的閾值有關[24]。各有機酸的閾值濃度和滋味貢獻值見表2。從表2中可知,乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸對酸味的貢獻值均大于1,草酸對酸味的貢獻值小于1,人體的嗅覺可對其酸味忽略;乳酸對俄式面包的酸味貢獻最大,其次是乙酸。乳酸酸味溫和適中,檸檬酸酸味爽快刺激,蘋果酸酸味溫和愉悅,乙酸酸味具有刺激性,蘋果酸、檸檬酸具有緩沖乙酸的效果,在面團發酵6 h時,乙酸酸味貢獻值(2.18)小于檸檬酸酸味貢獻值之和,此時面團的酸味較爽快;面團發酵12 h時乙酸與蘋果酸和檸檬酸的貢獻值基于平衡,此時面團的酸味由乳酸主導,使面包的酸感更柔和。面團發酵18 h之后,乳酸、乙酸酸味貢獻值最高分別達到71.96、14.36,面團酸味較刺激酸感較強。

表2 有機酸的滋味貢獻值Table 2 Taste contribution of organic acids

2.4 不同時間發酵面團各滋味指標相對強度的分析

利用電子舌對不同發酵時間面團樣品的酸、甜、咸、苦、澀五種基本風味進行測定,面團各滋味指標相對強度值的雷達圖如圖4,經PCA分析不同發酵時間面團的滋味電子舌輪廓分析圖如圖5。

圖4 不同時間發酵面團各滋味指標相對強度雷達圖Fig.4 Radar diagram of relative intensity of eachtaste index of yeast dough at different times

圖5 不同時間發酵面團PCA電子舌輪廓分析圖Fig.5 Analysis of PCA electronic tongueprofile of yeast dough at different times

經上述實驗,面團發酵0 h時有機酸含量較少,所以電子舌只對6～24 h發酵時間面團樣品進行風味對比。由圖4雷達圖可以清晰可見,酸味指標差異最大,依次是甜味、苦味、咸味和澀味。當面團發酵6、12、18、24 h時,其酸味相對強度值分別為3.244、6.402、10.547、15.306;甜味的相對強度值分別為1.033、1.818、2.496、3.674;苦味的相對強度值分別為1.195、1.748、2.248、2.948。由于咸味和澀味的相對強度值小于1,通過感官鑒評無法準確識別[25]。相對強度雷達圖反映出的俄式面包面團酸味結果,隨著發酵時間延長酸味增加與面團有機酸測定結果一致,其中,由酸味的貢獻值可知,乳酸和乙酸為主要酸味來源;面團的甜味可能是微生物發酵作用將淀粉分解成糖,以及蛋白質分解成具有甜味的氨基酸形成[26];苦味可能是由于酵頭中菌體衰亡自溶、苦味氨基酸產生、以及酵頭制備時啤酒花中的單寧物質引起的緣故[27]。

經PCA主要成分分析得到的判別指數,是判斷電子舌是否能區分樣品的重要指標,當區分指數值大于80時,認為對樣品具有良好的區分度[28]。由圖5可知,PCA分析得到的區分指數為94.5,大于80,由此可知采用電子舌技術可以有效區分發酵時間不同的面團樣品。

如圖5所示,對發酵時間不同面團樣品電子舌信息采集,PC1的方差貢獻率為73.3%,PC2的方差貢獻率為15.2%,累積方差貢獻率為88.5%,這表明PC1和PC2當中的信息量能夠反映不同發酵時間面團樣品的大部分信息[29]。在面團的發酵過程中,發酵6、12、18、24 h面團樣品沿第一主成分減少的方向移動,說明隨著發酵時間的延長,面團發酵產生的滋味物質隨之改變[30],結合雷達圖可知改變的滋味物質主要是酸味物質,使酸味變成面團的主導滋味。發酵12～24 h面團隨發酵時間的延長,逐漸向左下方移動,說明隨著發酵時間的延長,面團發酵改變的滋味物質不同于發酵前期。

3 結論

在面團發酵過程中有機酸主要是由微生物代謝產生,其中主要產生乳酸,同時也產生乙酸、蘋果酸、檸檬酸、草酸4種有機酸,這些有機酸共同形成俄式面包獨特的酸感。面團在18 h發酵時間內經HPLC檢測乳酸、乙酸、檸檬酸、蘋果酸含量分別升高至402.00、73.40、13.20、43.50 mg/100 g,但草酸含量從33.50 mg/100 g下降到7.10 mg/100 g;此時,面團pH3.98,TTA為4.37。面團發酵18 h后乳酸和乙酸對面團的酸味貢獻值遠遠高于蘋果酸、檸檬酸、草酸3種有機酸;雷達圖表示不同發酵時間面團滋味存在顯著差異,其中面團的酸味相對強度值高于其他滋味的相對強度值。通過PCA分析得出,發酵時間不同的面團滋味有顯著差異。綜上所述,發酵時間導致面團中有機酸含量的變化,進而影響著面包的口感和風味,為俄式面包制作中的酸度控制,減少酸度差異和穩定面包口感,了解面包酸味形成及面包酸感之間的相關性提供參考。