刘若诗，万晶晶，张 坤， 黄卫宁,*，RAYAS-DUARTE Patricia
(1. 江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122； 2. 俄克拉荷马州立大学农产品与食品研究中心，美国 俄克拉荷马州 斯蒂尔沃特 74078-6055)
燕麦酸面团发酵剂的冻干和储藏对面包风味的影响
刘若诗1，万晶晶1，张 坤1， 黄卫宁1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2
(1. 江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122； 2. 俄克拉荷马州立大学农产品与食品研究中心，美国 俄克拉荷马州 斯蒂尔沃特 74078-6055)
应用固相微萃取技术(SPME)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)研究发酵剂冷冻干燥(冻干)前后面包中的挥发性风味物质，考察发酵剂的冻干和储藏对燕麦酸面包风味的影响。结果表明：旧金山乳杆菌发酵燕麦酸面包中的挥发性风味物质共87种，主要包括酸类、醇类、醛类、酯类、酮类、脂肪烃类，以及一些芳香族和杂环类化合物。酸类物质的含量最高，其次是醇类、芳杂环类和醛类物质。在发酵剂冻干和储藏过程中，醛类和醇类物质先增加后减少，酸类、酯类、酮类和脂肪族化合物先减少后增加，芳杂环类物质含量则持续升高。燕麦酸面团发酵剂冻干后以及储存30d制得的面包依然具有丰富的风味。乳酸菌和酵母菌的竞争作用导致乙酸和乙醇含量呈现相反的变化。糠醛含量持续升高，而己醛则在冻干后显着减少，并在存储30d后消失。
燕麦酸面团；发酵；旧金山乳杆菌；冷冻干燥；面包；挥发性风味物质
Abstract：Oat breads made with non-freeze-driedL.sanfranscensiscontaining sourdough starter and freeze-dried ones stored at 4 ℃ for 0 and 30 days were analyzed for their volatile compound composition by solid phase micro-extraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS) in order to explore the effects of freeze drying and storage of sourdough starter on volatile flavor compounds of bread. A total of 87 compounds were identified in the three oat breads and acids, alcohols,aldehydes, aromatic and heterocyclic compounds were of most importance in the volatile profile. The most abundant volatile compound category in all samples was acids, followed by alcohols, aromatic and heterocyclic compounds and aldehydes.Through freeze-drying and subsequent storage, aldehydes and alcohols contents first increased and then decreased; while acid,esters, ketones and aliphatic compounds experienced an opposite process, and the concentration of aromatic and heterocyclic compounds rose up. Breads made with both freeze-dried starters were also rich in volatile flavor compounds. Acetic acid and ethanol contents showed opposite changes due to the competition betweenL.sanfranscensisand yeast. The relative abundance of furfural increased in both cases. However, hexanal content significantly decreased after freeze-drying and was not detected in bread made with 30-day stored freeze-dried starter.
Key words：oat sourdough；fermentation；L.sanfranscensis; freeze drying；bread；volatile flavor compounds
酸面团是一种古老而传统的面包发酵剂[1]，利用其制作的面包是源自天然的烘焙休闲食品[2]。酸面团中微生物成分复杂，微生物之间相互作用生成大量风味物质[3-4]。酸面团发酵富含多种益生菌及其代谢产物[5]，具有改善面包质地[6]、增强面包风味[7-8]、提高营养价值等突出的优点。
旧金山乳杆菌是酸面团发酵的重要起始菌株，属于专性异型发酵乳酸菌，它能够产生大量的脂肪族氨基酸、二羧基氨基酸和羟基氨基酸[9]等重要的风味物质；同时，由于旧金山乳杆菌产酸迅速，协同代谢能力强，因此具有良好的工业生产性能。
燕麦中含有大量高营养价值的物质，如可溶性纤维(主要是β-葡聚糖)、蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素和矿物质[10]，是唯一获得美国FDA健康认证的谷物[11]。张坤等[12]研究了旧金山乳杆菌发酵燕麦酸面团发酵剂中β-葡聚糖含量及其分子质量的分布变化。Flander等[13]用燕麦全粉和小麦面粉烘焙面包，进一步增强了面包的风味。
固相微萃取技术(SPME)经常与气相色谱-质谱(GCMS)联用技术分析和鉴定食品风味物质[14]。面包中已经发现的风味物质有300多种[15]，但是目前关于燕麦酸面团发酵剂及其冷冻干燥对制成的酸面包风味的研究还未见报道；冷冻干燥制品具有体积小、复水性能良好且保存使用方便等优点，所以本实验采用SPME-GC/MS联用技术，研究发酵剂冷冻干燥前后燕麦酸面包中的特征性挥发风味物质，考察发酵剂和储藏时间对燕麦酸面包风味的影响。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
燕麦粉 内蒙古包头市邦达兴草业投资有限责任公司；小麦粉 中粮面业鹏泰有限公司。
即发性活性干酵母 广东梅山马利酵母有限公司；旧金山乳杆菌DSM20451T 德国Dsmz微生物菌种保藏中心；起酥油 东海粮油工业(张家港)有限公司；脱脂乳粉 光明乳业集团有限公司。
1.2 仪器与设备
5K5SSWH搅拌机 美国Kitchenaid公司；醒发柜、烤箱 上海早苗电器有限公司；Finnigan Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司；固相微萃取装置、75 μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司。
1.3 方法
1.3.1 旧金山乳杆菌燕麦酸面团发酵剂的制备
燕麦粉与水的比例为1:2(m/m)，将旧金山乳杆菌活化培养12h，取其菌液4500r/min离心15min，用蒸馏水冲洗两次后，加入水中与燕麦粉混合均匀，放入恒温恒湿培养箱中培养，培养温度为30℃，培养时间为24h。
1.3.2 燕麦酸面团发酵剂冷冻干燥
将燕麦酸面团发酵剂分别灌入平板中，厚度0.8cm，覆一层保鲜膜放入－36℃预冻，然后真空冷冻干燥38h，真空度为20Pa。样品冷冻干燥后于4℃储藏，时间分别为0、30d。
1.3.3 面包的制备
面包基本配方：以总粉质量为100%，包括面粉(90%)和发酵剂(10%，以发酵剂中所含燕麦粉含量计算)，其他配料(按其与面粉的比例计)为：白砂糖(4%)、食盐(2%)、起酥油(4%)、水(按照最佳添加比例)和干酵母(2%)。先将干原料在搅拌缸中慢速混合均匀，酵母在水中混匀后加入到搅拌缸中，中速搅拌成团，再快速搅打10min。面团盖好保鲜膜，松弛15min，经过整形压面后，在35℃醒发2h左右至最大高度。烘焙上火温度为150℃，下火温度为170℃，烘焙时间为25min。
1.3.4 燕麦酸面包挥发性风味物质分析
1.3.4.1 挥发性成分的顶空固相微萃取
将面包分割成大约5mm×5mm×3mm的碎片，放入15mL SPME样品瓶中，样品约占瓶子体积的3/5，盖好瓶盖，然后把样品瓶放入60℃恒温水浴中，将老化好的萃取头插入样品瓶的上空，顶空萃取40min，用手柄使纤维头退回到针头内，拔出针头并进样。
1.3.4.2 GC-MS分析
色谱条件：DB-5MS毛细管色谱柱(60m×0.32mm，1μm)；载气He流量：恒流1.2mL/min，分流10mL/min，前2min不分流，之后再分流，分流比为12:1；升温程序：起始温度40℃，保留1min，然后以6℃/min升温至160℃，接着以10℃/min升温至250℃，保留10min。
质谱条件：电离方式EI，进样孔温度250℃，离子源温度200℃，电子能量70eV，发射电流200μA，采集方式为全扫描，采集质量范围为m/z33～495。
1.3.4.3 挥发性成分的定性定量分析
GC-MS分析图谱经计算机和人工检索把每个峰同时与NIST library和Wiley Library相匹配检索定性，匹配度和纯度大于900作为鉴定结果。化合物定量：按峰面积归一化法计算相对百分含量。
2 结果与分析
2.1 燕麦酸面包挥发性风味物质测定结果
图1 燕麦酸面包挥发性风味物质的气相色谱图Fig.1 GC-MS chromatograms of volatile compounds of different oat sourdough breads
酸面团发酵过程中，蛋白质的水解，脂肪、肽等的代谢，氧化还原反应等，都可以产生风味物质[16]。图1所示为旧金山乳杆菌发酵燕麦酸面包中挥发性物质的色谱图，所有样品中共检测出87种化合物，主要包括酸类、醇类、醛类、酯类、酮类、脂肪烃类，以及一些芳香族和杂环类化合物。酸类物质的含量最高，其次是醇类、芳杂环类和醛类物质。
2.2 酸类物质
表1 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质酸类化合物统计分析结果Table 1 Analytical results of acids in different oat sourdough breads
乳酸菌利用可发酵糖产生有机酸，赋予食品酸味[17]。较高含量酸类化合物的形成是酸面团面包具有独特风味的主要原因。由表1可见，冷冻干燥后酸类物质的含量有所降低，这是由于冷冻干燥过程中部分酸挥发导致，但是在储存30d后发酵酸面包中酸的种类和含量均有上升，且高于未冷冻干燥的样品。这与感官分析的结果一致，冷冻干燥可以赋予面包更柔和的酸味。
最主要的酸类物质为乙酸，其大量形成对于酸面团面包风味和面包的微生物稳定性改进是十分重要的。乙酸为挥发性酸，在冷冻干燥过程中有所损失，而在后续的储存过程中不断生成，含量上升。
2.3 醇类物质
表2 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质醇类化合物统计分析结果Table 2 Analytical results of alcohols in different oat sourdough breads
醇类的风味阈值与羰基类化合物相比较偏高些，通常具有芳香、植物香、酸败味和土气味[18]。在小麦酸面团发酵剂所制得的酸面包中，主要的醇类物质为乙醇、丁醇和己醇[20]。表2的数据显示，冷冻干燥后醇类物质含量大幅升高，储存30d后明显下降，而种类数先减少后增加，这主要是由于含量最高的物质乙醇浓度变化引起的。面包中的乙醇主要为酵母发酵产生，乳酸菌只有在进行异型发酵时才产生少量乙醇，另一部分乙醇可能是由脂质氧化分解得到[19]。冷冻干燥后，体系酸度降低(表1)，酵母发酵更加活跃，乙醇产量提高，但随储存时间延长酸度提高，乙醇含量减少。
2.4 芳杂环类物质
芳香族和杂环类化合物是面包的重要挥发性风味物质。其中大多数杂环类化合物如吡啶等是在烘焙过程的热作用下产生的，包括美拉德反应、焦糖化反应、热降解作用等。糠醛、糠醇、苯甲醛和苯乙醇含量较高，是芳杂环类化合物的重要组成部分。其中，糠醛是形成焦糊香气的成分之一[20]，且冷冻干燥后含量增加，并在储存30d后继续增加。表3中数据显示还有部分内酯和酚类物质等，虽然其含量较低，但却是风味的重要组成部分。
表3 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质芳杂环类化合物统计分析结果Table 3 Analytical results of aromatic and heterocyclic compounds in different oat sourdough breads
2.5 醛类物质
由于醛类物质的风味阈值较低及在脂质氧化中生成率很快，因此它们是酸面团面包风味的重要成分。表4数据显示，未冷冻干燥的发酵剂所制得的面包中，旧金山乳杆菌发酵的面包中含有11种醛类物质，冷冻干燥后制得的面包中含有10种醛类物质，但含量有所提高，然而储存过程中含量下降显着。
未冷冻干燥的样品中含有的醛类物质有己醛、庚醛、辛醛、壬醛、庚二烯醛等，都是重要的风味物质。庚二烯醛在冷冻干燥后未储藏的发酵剂发酵酸面包中检测出，但是储存了30d后，该物质消失，这可能是由于冷冻干燥温度变化的过程产生庚二烯醛，而在储藏中挥发。在冷冻干燥前及冷冻干燥储藏30d后的发酵剂发酵酸面包中都检测出辛醛，却在冷冻干燥后的面包中未能检测出，说明冷冻干燥对辛醛有明显的影响，导致其挥发，但是在储存中由于某种作用使其合成。
表4 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质醛类化合物统计分析结果Table 4 Analytical results of aldehydes in different oat sourdough breads
2.6 酮类
表5 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质酮类化合物统计分析结果Table 5 Analytical results of ketones in different oat sourdough breads
由表5可见，样品中酮类种类不多，冷冻干燥后酮类的种类数以及含量都有明显的下降，又在储存过程中增加。羟基丙酮和羟基丁酮在冷冻干燥前后以及储存过程中都可以检测出，但是冷冻干燥后含量有明显的下降。2-戊酮和1-辛烯-3-酮仅存在于未冷冻干燥发酵剂制得的样品中。
2.7 酯类
一些有机酸在高温下与醇类反应生成酯类，一部分酯类成为酸面包中的独有化合物[19]。结合表1、2和表6，样品中醇类和酸类的比例都很高，但酯类的比例却较低，醇类和酸类的含量与酯类的含量不成正比，说明样品中只有小部分醇和酸结合生成酯类化合物。最主要的酯类物质为辛酸乙酯，占各样品酯类总量的70%以上。其中癸酸乙酯、棕榈酸乙酯和油酸乙酯仅在冷冻干燥后未储存的样品中检测出。1,3-丙二醇二乙酸酯为旧金山乳杆菌储存30d后独有的物质，也许是储藏后期合成的。
表6 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质酯类化合物统计分析结果Table 6 Analytical results of esters in different oat sourdough breads
2.8 脂肪族类
表7 不同发酵剂制得燕麦酸面包中挥发性风味物质脂肪族化合物统计分析结果Table 7 Analytical results of aliphatic compounds in different oat sourdough breads
由表7可见，样品中脂肪族化合物包括双戊烯、4-乙基-3壬烯-5-炔和一些烷烃。虽然烷烃数目相对多些，但其对样品风味的贡献较小。最主要的烷烃类为正十四烷、正十五烷和正十六烷，占各样品中烷烃类物质总量的64%以上。
3 结 论
旧金山乳杆菌燕麦酸面团发酵剂发酵制得的燕麦酸面包中的特征挥发性风味物质主要有87种，其中包括酸类、醇类、醛类、酯类、酮类、脂肪烃类，以及一些芳香族和杂环类化合物。酸类物质的含量最高，其次是醇类、芳杂环类和醛类物质。在发酵剂冷冻干燥和储藏过程中，醛类和醇类物质先增加后减少，酸类、酯类、酮类和脂肪族化合物先减少后增加，芳杂环类物质含量则持续升高。燕麦酸面团发酵剂冷冻干燥后以及储存30d制得的酸面包依然具有丰富的风味。乙酸在冷冻干燥过程中挥发，而在储存过程中继续生成，乙醇含量则呈现出与之相反的变化，这是由乳酸菌和酵母菌联合发酵过程中相互竞争引起的。糠醛含量持续升高，而己醛则在冷冻干燥后显着减少，并在存储30d后消失。
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Effects of Freeze Drying and Storage of Oat Sourdough Starter on Volatile Flavor Compounds of Bread
LIU Ruo-shi1，WAN Jing-jing1，ZHANG Kun1，HUANG Wei-ning1,*，RAYAS-DUARTE Patricia2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China；2. Food and Agricultural Products Research Center, Oklahoma State University, Stillwater OK 74078-6055, USA)
TS213.2
A
1002-6630(2010)21-0015-05
2010-06-23
加拿大农业部国际交流与合作项目(CCSIC-Food-00107)；国家现代农业产业技术体系建设专项(nycytz-14)
刘若诗(1985—)，女，硕士研究生，研究方向为烘焙科学、功能配料和食品添加剂。E-mail：shishi1003@126.com
*通信作者：黄卫宁(1963—)，男，教授，博士，研究方向为食品烘焙与发酵技术、谷物食品化学。E-mail：wnhuang@jiangnan.edu.cn
