胡宇薇,高夢祥
(長江大學生命科學學院,湖北 荊州 434025)
面包具有豐富的營養(yǎng)、細膩的口感,深受消費者喜愛。目前,世界上大約有2/3的人以面包為主食。正是因為面包等烘焙食品越來越受到人們歡迎,對面包的風味口感以及營養(yǎng)的要求越來越高,健康營養(yǎng)的原材料也不斷應用于烘焙食品之中,使其品質(zhì)和營養(yǎng)不斷提升。面包的原料主要是面粉、水、發(fā)酵劑和一些輔料,如白砂糖、黃油等。這些輔料是影響面包氣味與品質(zhì)的重要物質(zhì)。
白砂糖在面包生產(chǎn)中起到重要作用,糖是酵母發(fā)酵的主要能量來源,適量添加糖可使酵母在發(fā)酵過程中充分發(fā)揮作用。其次,糖在面包中作為甜味劑并增加其營養(yǎng)價值,還可以增加面包的色澤和香味,增加面包柔軟度,延長面包保鮮期等。糖在發(fā)酵過程中,一部分分解成CO和乙醇,CO氣體使面團膨脹,乙醇使面包產(chǎn)生風味和香氣。一部分在面包烘烤時通過美拉德反應使面包表皮變黃,還有一部分使面包有甜味,還能防止水分蒸發(fā)以免面包迅速老化。
黃油是面包中很重要的配料,可以使面包體積增大,使制品更加松軟,產(chǎn)生濃郁的氣味,賦予面包良好的口感。黃油中的油脂和面團中的面筋結(jié)合后可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),面包制作中發(fā)酵而產(chǎn)生的CO得以保留,增加面包體積,使面包口感松軟。因此,在生產(chǎn)制作面包時,需要黃油改善制品的口感、保證成品的品質(zhì)要求、延長產(chǎn)品的保存期限,這不僅提高成品的營養(yǎng),提升香味,還可以美化制品的色澤。
氣相離子遷移色譜(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)是一種靈敏的分析技術(shù),能夠?qū)]發(fā)性有機化合物進行全面評估和定量,并提供連續(xù)的注入功能和快速的分析能力。此外,GC-IMS能夠在不進行預處理和富集處理的情況下直接進樣,并且能夠?qū)崟r檢測揮發(fā)性有機化合物的含量。目前,GC-IMS廣泛應用于安全、環(huán)境、呼吸醫(yī)學和食品科學等多個領(lǐng)域。
本實驗用酵母菌和乳酸菌混合發(fā)酵,使用GC-IMS、電子鼻、質(zhì)構(gòu)儀等探究白砂糖和黃油對面包的感官品質(zhì)、比容、質(zhì)構(gòu)和揮發(fā)性風味物質(zhì)等方面的影響,以期為營養(yǎng)健康、品質(zhì)優(yōu)良面包的開發(fā)提供理論基礎。
高筋小麥粉 河南新鄉(xiāng)市新良糧油加工有限責任公司;白砂糖 云南阿鵬哥商貿(mào)有限公司;黃油 墨谷實業(yè)(上海)有限公司;培養(yǎng)基:葡萄糖、蛋白胨、酵母提取物、磷酸二氫鉀等常規(guī)試劑均為分析純。
釀酒酵母(,編號:bio-65134)、植物乳桿菌(,編號:bio-61676) 北京百歐博偉生物公司。經(jīng)前期實驗,采取兩菌種生物量1∶1(g/g)用于混合發(fā)酵面包。
TA.XT.plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;PEN 3.5電子鼻 德國Airsence 公司;DL-T06面包機、DL-K33B電烤箱 廣東東菱電器有限公司;FlavourSpec風味分析儀由490 GC儀(美國Agilent公司)、FS-SE-54-CB毛細管柱(15 m×0.53 mm)、IMS儀器(FlavourSpec,德國G.A.S公司)組成,配備自動進樣器單元(瑞士思特斯分析儀器有限公司)。
1.3.1 原料配比
對照樣品(A):面粉150 g、水90 g、釀酒酵母1.5 g、植物乳桿菌1.5 g。
白砂糖樣品(B):面粉150 g、水90 g、白砂糖22.5 g、釀酒酵母1.5 g、植物乳桿菌1.5 g。
白砂糖黃油樣品(C):面粉150 g、水90 g、白砂糖22.5 g、黃油15 g、釀酒酵母1.5 g、植物乳桿菌1.5 g。
1.3.2 菌種的準備
將菌種接種到液體培養(yǎng)基中在搖床(150 r/min)中培養(yǎng)48 h,培養(yǎng)結(jié)束后使用離心法將發(fā)酵好的菌液在8 000 r/min,4 ℃離心10 min,棄去上清液,然后用無菌水洗滌,再次離心收集沉淀待用。
1.3.3 面包的制作
參照孟凡冰等的方法,稍作改動。以白砂糖黃油樣品為例,先將90 g水和全部離心菌體攪拌均勻,靜止10 min,使菌體活化,后將150 g面粉、22.5 g白砂糖、菌體混合液加入面包機中攪拌5 min,再加入15 g黃油攪拌10 min,面團充分攪拌之后先放入發(fā)酵箱中發(fā)酵2 h,然后取出稱取每50 g為一個面團,整形后放入模具,再放入發(fā)酵箱中放置1 h,取出后放入烤箱(上火160 ℃,下火180 ℃)烤制30 min。烘焙后,面包在室溫(25±2)℃冷卻2 h,密封在密封袋中以備檢測分析使用。
1.3.4 感官評價
以文獻[15]的方法為依據(jù),稍作修改。面包樣品的感官分析由12 名小組成員,小組成員被要求評估編碼樣本的外觀形狀、表面色澤、組織結(jié)構(gòu)、彈韌性和氣味口感。面包沒有標記,隨機放置,小組成員被要求直接在問卷上對每個參數(shù)做出回答(表1)。提供水用于樣品間沖洗。
表1 感官評價評定標準Table 1 Criteria of sensory evaluation for bread
1.3.5 比容和體積測定
采用小米排阻法測定面包體積。取一個燒杯,用小米裝滿,壓實并用尺子刮平,取出小米并放入面包,將米鋪到原來的位置。另取一個量筒測出剩下小米的體積即為面包體積。用電子秤測出面包的質(zhì)量,計算測定后的面包的體積與質(zhì)量的比值。
1.3.6 質(zhì)構(gòu)特性分析
利用質(zhì)構(gòu)儀TPA模式測定面包樣品的硬度、黏度、彈性、咀嚼度等指標,評價其質(zhì)構(gòu)特性。將面包樣品放置至室溫后,切取10 mm厚度的中間層,放置于質(zhì)構(gòu)儀探頭面積下的載物臺上,進行測定。質(zhì)構(gòu)儀的力設定為2 500 N,探頭型號P/36,下降速率設置為60 mm/s,形變量為50%,初始力為0.05 N。每次對同樣規(guī)格同一配方的3 個樣品進行質(zhì)構(gòu)測定。
1.3.7 揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分分析(principal component analysis,PCA)
采用電子鼻對樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分進行分析(表2)。使用清潔的空氣沖洗腔室,直到傳感器信號回到基線,清潔的空氣通過帶有木炭過濾器的第2個空心針供應。使用帶導管的空心針刺穿小瓶的密封,并以恒定速率從頂部空間吸收揮發(fā)性氣體。測量時間為100 s,取各傳感器在80~82 s時的響應值,采用電子鼻自帶軟件WinMuster進行PCA。
表2 電子鼻傳感器敏感物質(zhì)Table 2 Electronic nose sensors sensitive to different volatile substances used in this study
1.3.8 揮發(fā)性風味物質(zhì)分析
采用GC-IMS分析面包樣品中揮發(fā)性有機化合物。面包去掉表皮,切碎面包芯,取5 g樣品置于20 mL頂空瓶中,60 ℃孵育15 min,50 ℃保溫15 min,用1 mL氣密加熱注射器在65 ℃條件下直接從頂空取樣(500 μL)。其他條件:柱溫60 ℃,載氣(N,純度≥99.999%),流速,前2 min采取2 mL/min,后20 min 采取100 mL/min;IMS溫度45 ℃,漂移氣(N,純度≥99.999%),流速150 mL/min。
面團發(fā)酵和面包制作進行3 次獨立實驗,GC-IMS分析使用3 份樣品。結(jié)果表示為3 次重復測量的平均值。GC-IMS結(jié)果使用儀器配套的分析軟件進行分析,其中包括VOCal和3 款插件。VOCal用于分析譜圖和數(shù)據(jù)的定性定量。Reporter插件可以直接對比樣品之間的譜圖差異。Gallery Plot插件為指紋圖譜對比,直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機物差異。動態(tài)PCA和相似度分析圖用Dynamic PCA插件分析,用于將樣品聚類分析和相似度分析。所有獲得數(shù)據(jù)用Origin 8.5軟件進行分析。
由圖1可知,當原料只有面粉和水時,面包體積較小,應為沒有糖參加美拉德反應,表面沒有良好的色澤,味道較差。當加入白砂糖和黃油后,面包的形態(tài)完整豐滿,色澤鮮艷,富有光澤,無焦糊,面包內(nèi)部切面色澤淡黃,氣孔分布均勻,口感柔軟細膩,甜味適宜,表皮柔軟,感官評分達到82.8。加入白砂糖和黃油,能很好地融合于小麥面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中,提高面筋筋度,使面團表面光滑,膨脹度及持氣性升高,整體產(chǎn)品口感較優(yōu)。
圖1 感官評價雷達圖Fig.1 Radar chart of sensory evaluation
由圖2可知,在3 類面包樣品中,體積在不斷增加,但在比容方面無顯著性差異,表明白砂糖和黃油的加入不會對面包的比容產(chǎn)生影響。面包體積與面包評分呈線性相關(guān),在一定程度下面包體積越大,面包評分越高。體積增大,可能是由于酵母菌和植物乳桿菌在發(fā)酵面團時對白砂糖和黃油起到較好的分解作用。白砂糖作為酵母的能源物質(zhì),在醒發(fā)過程中發(fā)酵產(chǎn)氣,進而使面包的體積增大。黃油作為固體油脂,具有可塑性,起酥性和融合性,其物理變化隨著溫度的變化而改變,有助于提高面筋延展性能。而體積增加比容不變,說明面包個體在面包烘焙的過程中質(zhì)量產(chǎn)生改變,也就是說,相同質(zhì)量的面團,加入白砂糖和黃油后烘焙過程的質(zhì)量損失變小,而在質(zhì)量損失變小的情況下,產(chǎn)生氣體的體積反而增加。
圖2 白砂糖和黃油對面包比容和體積的影響Fig.2 Effects of white sugar and butter on specific volume and volume of bread
面包膠黏性、彈性和回復性等質(zhì)構(gòu)特性與面包品質(zhì)呈正相關(guān),硬度、膠黏性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性與面包的品質(zhì)呈負相關(guān)。面包的硬度越高,口感越差,適度的彈性可增加面包的耐咀嚼性,而彈性過高則會導致面包口感彈牙,降低品質(zhì)。
從表3可以看出,白砂糖的加入沒有顯著改變質(zhì)構(gòu)特性,白砂糖和黃油同時加入時,面包的硬度和彈性有顯著差異,硬度和彈性分別減小35.35%和37.91%。白砂糖黃油面包樣品硬度、膠黏性、彈性和咀嚼性最低,說明白砂糖黃油面包樣品結(jié)構(gòu)更為蓬松,口感更為柔軟,在咀嚼時,耐咀嚼性較好且所需要的能量相對較小,與王然等的研究一致??赡苁怯捎邳S油中含有會與乳酸菌中的酸類物質(zhì)反應的物質(zhì),使面包更加柔軟,對面團面筋破壞力度較小,使面包在質(zhì)構(gòu)特性方面更優(yōu)。且黃油的加入使面包的水分含量高、膨脹度好、組織蓬松、比容大,面包相對柔軟、硬度小,面包組織狀態(tài)良好、彈性大。由此可見,面包原料可以通過合適的比例配合協(xié)同發(fā)酵,為面包形成理想品質(zhì)提供了保障。
表3 白砂糖和黃油對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effects of white sugar and butter on texture characteristics of bread
圖3可區(qū)分不同面包樣品的風味差異,面包樣品響應強度均較大的傳感器有W5S、W1S、W1W、W2S和W2W,它們分別對氮氧化物、甲烷、硫化物、乙醇和芳香化合物靈敏。結(jié)合表2說明面包的主要風味物質(zhì)來源于乙醇、氮氧化合物等芳香成分。對響應值較高的5 種傳感器響應值進行分析(圖4)可以看出,除了烷類W1S傳感器,其他傳感器對白砂糖黃油樣品的響應值最大。說明白砂糖和黃油對面包中氮氧化物、硫化合物、芳香族化合物、芳烴化合物、甲烷類和乙醇等化合物的產(chǎn)生影響顯著。Kim等也發(fā)現(xiàn)乙醇是面包中最豐富的揮發(fā)性化合物。在W1C、W6S、W3C、W5C和W3S 五個傳感器中響應值較低,表明白砂糖和黃油對這5 個傳感器對應的芳烴化合物、氫化物、氨芳香分子等極性分子含量影響較小。
圖3 電子鼻雷達圖Fig.3 Electronic nose radar chart
圖4 電子鼻傳感器差異圖Fig.4 Response of electronic nose sensors to three breads
對3 類面包樣品進行PCA(圖5),結(jié)果表明:PC1貢獻率為80.68%,PC2貢獻率為19.32%,說明2 個PC可以很好地反映樣品的整體信息。3 類面包樣品形成的風味主成分區(qū)域在橫坐標上距離較大,幾乎無重疊,說明這3 種面包樣品之間差異明顯,感官差別較大,風味差異顯著,說明白砂糖和黃油可顯著改變面包的風味。面包樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)的種類和濃度明顯不同。白砂糖黃油面包樣品明顯比其他2 類樣品的香氣物質(zhì)濃度高。
圖5 3 類面包電子鼻PCA圖Fig.5 PCA plot of electronic nose data of three breads
從GC-IMS數(shù)據(jù)庫中共鑒定出47 種化合物的單體及部分物質(zhì)的二聚體(20 種物質(zhì)未鑒定出),已鑒定的物質(zhì)見表4。表4顯示,揮發(fā)性化合物包括17 種醛類、10 種醇類、8 種酮類、6 種酯類、2 種吡嗪類、2 種呋喃類、1 種酸類和1 種烷類。
表4 面包樣品中鑒定出的揮發(fā)性化合物Table 4 Volatile compounds identified in three bread samples
續(xù)表4
如圖6所示,圖6b選取對照面包樣品指紋譜圖作為參比,白砂糖樣品和白砂糖黃油面包樣品的譜圖扣除參比,若該物質(zhì)的濃度高于參比,則為紅色;低于參比,則為藍色。圖7中顏色深淺程度代表揮發(fā)性化合物的含量,顏色越亮,含量越高。從圖6、7可以看出,每種樣品的完整揮發(fā)性有機物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機物的差異。
圖6 面包樣品的GC-IMS三維圖譜(a)和GC-IMS光譜差值圖(b)Fig.6 Three-dimensional GC-IMS spectra (a) and differential GC-IMS spectra (b) of three bread samples
從圖7中揮發(fā)性化合物的離子峰排列可明顯看出,3 個平行測定的面包樣品組內(nèi)含共有揮發(fā)性化合物,即組內(nèi)樣品具有明顯的相似性,僅區(qū)別于濃度大?。徊煌姘鼧悠泛袑獣r間內(nèi)所特有的揮發(fā)性化合物,樣品組間則呈現(xiàn)出明顯的差異。即3 類面包樣品中有相似的揮發(fā)性香氣物質(zhì),也有不同種類和含量的揮發(fā)性香氣物質(zhì)。
圖7 3 類面包樣品揮發(fā)性化合物的指紋圖譜Fig.7 Fingerprint of volatile compounds in three bread samples
3 種樣品面包中含量較高的是乙醇、異戊醇、乙酸乙酯、2-羥基丙酸乙酯。1-辛基-3-醇、異丁醇、丁醛、()-2-己烯醛、3-甲基-2-異丁基吡嗪等含量差異較小。
對照面包樣品與其他2 組樣品相比,乙醇、異戊醇、乙酸乙酯、2-戊基呋喃、苯乙醛、1-己醇、2-乙基呋喃、丙醛、3-甲基戊醇、1-壬醇、壬醛、()-2-壬烯醛、()-2-辛烯醛、庚醛等物質(zhì)的含量較高。乙醇、苯乙醛、1-己醇、壬醛、()-2-壬烯醛、庚醛等在面包中氣味活度值(odor active value,OAV)大于1,則說明這些香氣物質(zhì)為對照面包樣品中的主要氣味成分,其中醛類物質(zhì)含量較高,有研究證明醛類物質(zhì)是原輔料中脂質(zhì)氧化降解產(chǎn)生的,面粉氣味的主要物質(zhì)。有產(chǎn)生愉快氣味的化合物,如乙酸乙酯具有水果香味,2-戊基呋喃被認為是小麥面包中最具香氣活性的呋喃,可由美拉德反應或亞油酸氧化反應生成,為面包提供香氣。也有對面包氣味產(chǎn)生不良影響的,如較高的酸、壬醛、癸醛等,可能獲得消費者對面包新鮮度的消極評價。
白砂糖面包樣品與其他2 組樣品相比,2-羥基丙酸乙酯、3-羥基-2-丁酮、2,3-戊二酮、-3-己烯醇、苯甲醛、2-丙醇、()-2-庚烯醛、3-甲基丁醛等物質(zhì)的含量較高。苯甲醛、()-2-庚烯醛等在面包中OAV大于1,苯甲醛具有燒焦的,甜味的風味,是由于白砂糖在烘焙過程中發(fā)生美拉德反應產(chǎn)生的,也可能是糖本身的味道。
黃油面包樣品與其他2 組樣品相比,2-庚酮、己醛、2-丁酮、2-戊酮、乙酸甲酯、1-丁醇、糠醛、戊醛、己酸乙酯、癸醛、甲基吡嗪、乙酸異戊酯、2-壬酮、2-甲基丁酸等物質(zhì)的含量較高。其中酮類物質(zhì)含量遠大于其他,酯類含量也相對較高,酯類產(chǎn)生于面團發(fā)酵再烘焙環(huán)節(jié),多具有果香、酒香、甜味等令人愉快的味道??赡苁屈S油本身的味道或黃油加熱后產(chǎn)生的特殊香味。己醛、1-丁醇、糠醛、己酸乙酯、2-甲基丁酸等在面包中OAV大于1。乙酸甲酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯等酯類是易揮發(fā)的風味物質(zhì),同時是發(fā)酵香氣成分中的主要呈香物質(zhì)。白砂糖黃油面包樣品中酯類含量增加,面包產(chǎn)生更好的香味。烘烤過程中的高溫使酶及微生物失活,美拉德反應及脂肪酸氧化成為風味化合物的主要來源,如糠醛是美拉德反應標志產(chǎn)物,酸性環(huán)境下有利于糠醛的產(chǎn)生,糠醛的含量可能會改變面包的甜味。
白砂糖和黃油對面包的外觀、顏色、組織、彈性以及氣味和口感得到顯著性改善。同時能改善面團的發(fā)酵特性,面團的持氣性增大,面包體積增大;也能改變面包的質(zhì)構(gòu)特性,樣品的硬度、咀嚼性顯著降低,彈性顯著增大,面包的品質(zhì)得到改善。白砂糖和黃油可顯著改變面包樣品中揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分,對面包中氮氧化物、硫化合物、芳香族化合物、芳烴化合物、甲烷類和乙醇等化合物的產(chǎn)生影響顯著。在鑒定出的47 種化合物中,白砂糖和黃油顯著影響面包樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)的種類和含量。其中,呈香的酯類物質(zhì)含量明顯增加,改善了面包的食味品質(zhì)。