植物乳杆菌燕麦酸面团发酵面包风味化合物的特征

张 庆， 钟 京， 王 凤， 宋焕禄， 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.北京工商大学食品学院，北京 100048;3.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)

编者按:食品讲究色香味形，故香和味是食品重要的品质指标.食用香精是食品制造业中不可或缺的重要添加剂，起到了增香、矫味、弥补加工损失等的作用.通过对食品或食用香精中特征风味物质的分析测定，可以掌握食品或食用香精中起关键作用的风味赋予(flavor-impact)物质的本质，这对优化食品或食用香精加工或储藏条件，实现标准化生产，具有重要意义.(栏目主持人:宋焕禄教授)

植物乳杆菌燕麦酸面团发酵面包风味化合物的特征

张 庆1， 钟 京1， 王 凤1， 宋焕禄2， 黄卫宁1， Rayas-Duarte Patricia3

(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.北京工商大学食品学院，北京 100048;3.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)分别对普通小麦面包、普通燕麦面包(含质量分数为20%燕麦粉)、燕麦酸面团面包(用10%燕麦酸面团取代燕麦面包中10%的燕麦粉)以及燕麦酸面团冷冻干燥(冻干)粉面包(用10%燕麦酸面团冻干粉取代燕麦面包中10%的燕麦粉)中的挥发性风味物质进行研究，考察植物乳杆菌燕麦酸面团发酵剂及其冻干工艺对面包风味的影响.结果表明:所有样品中共检测出57种风味物质，主要包括醇类、酸类、醛类、酯类、酮类、脂肪烃类，以及一些芳香族和杂环类化合物.醇类物质的含量最高，其次是芳杂环类、醛类和酸类物质.与普通小麦面包相比，添加燕麦粉面包的风味物质种类更多;甲苯、庚醇、1，3-丙二醇二乙酸酯、辛酸共同存在于3种燕麦面包中，而在普通小麦面包中未检测出.冻干过程中会丧失一些风味物质或风味前体物质，与燕麦酸面团冻干粉面包相比，燕麦酸面团面包中含有一些独有风味物质，分别是双乙酰、2-戊酮、庚酸乙酯、2-乙酰基噻唑、香叶基丙酮.

植物乳杆菌;燕麦酸面团;冷冻干燥;面包;挥发性风味物质

酸面团是由谷物、水和具有活性的微生物，主要指乳酸菌和酵母菌，经过发酵制得的一种面团［1］.作为一种古老而传统的面包发酵剂，具有改善面包质构、增强风味、提高营养价值等的优点［2－6］.植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)是酸面团发酵的重要起始菌株，属于兼性同型发酵乳酸菌，能产生双乙酰和羰基化合物等重要风味物质［7－8］.

燕麦作为一种多功能性谷物，含有大量高营养价值的物质，是唯一获得美国FDA健康认证的谷物［9－11］.近几年，燕麦的乳酸菌可发酵性及在其产品的应用也越来越受到人们的关注［12］.Gupta等［13］利用乳酸菌发酵燕麦研制出了一种功能性饮料.张坤等［14］研究发现乳酸菌发酵对燕麦β-葡聚糖分子质量分布和峰值分子量影响不大.

目前对酸面团发酵改善面包风味的研究主要集中于小麦及黑麦酸面团［15－17］，关于燕麦酸面团发酵及其冷冻干燥(冻干)工艺对面包风味的影响研究罕有报道.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［18］.固相微萃取技术(SPME)与气相色谱－质谱联用技术(GC-MS)是准确分析和鉴定食品风味物质的重要方法［19］，本实验采用SPME-GC/MS技术，研究燕麦酸面团面包、燕麦酸面团冻干粉面包中的特征挥发风味物质，同时与普通燕麦面包和普通小麦面包比较，考察酸面团发酵剂及其冻干工艺对面包风味的影响，为开发营养丰富、风味独特的燕麦酸面团面包提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦粉，河北康希有限公司;小麦粉，中粮面业鹏泰有限公司.

即发活性干酵母，广东梅山马力酵母有限公司;植物乳杆菌Biogreen300，丹尼斯克(中国)有限公司;起酥油，东海粮油工业(张家港)有限公司.

1.2 仪器与设备

SPX－150C型恒温恒湿培养箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂;TH－B－402型超净台，无锡一净净化仪器设备厂;手提式灭菌锅，上海三申医疗器械有限公司;冷冻干燥机，英国Labconco公司;5K5SSWH型搅拌机，美国Kitchenaid公司;醒发箱、烤箱，新麦机械(无锡)有限公司;Finnigan Trance 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 实验方法

1.3.1 小麦粉和燕麦粉成分的测定

分别参照文献［20］AACC方法(2000)44－15A、46－12、08－01和32－09测定小麦粉和燕麦粉的水分含量、粗蛋白含量、灰分含量和总膳食纤维含量.

1.3.2 植物乳杆菌燕麦酸面团及其冻干粉的制备

燕麦粉与水的比例为1∶1(m/m)，将植物乳杆菌活化培养至对数生长后期，取其菌液4 500 r/min离心15 min，用无菌生理盐水冲洗两次后，加入水中与燕麦粉混合均匀，放入恒温恒湿培养箱中进行培养，培养温度为28℃，培养时间为14 h.

将上述燕麦酸面团灌入平板中，厚度0.8 cm，覆一层保鲜膜放入－40℃预冻，然后真空冷冻干燥48 h.样品冷冻干燥后进行磨粉，过100目筛，4℃储藏备用.

1.3.3 面包的制备

不同面包的制作配方见表1，其中普通小麦面包为空白组，普通燕麦面包为对照组，燕麦酸面团面包和燕麦酸面团冻干粉面包为实验组.对照组与实验组中燕麦粉的量应保持一致，均占总粉的20%.制作工艺:由于燕麦粉自身不含有面筋，且纤维含量较高，会破坏小麦面筋的充分形成.因此本实验采用后加燕麦粉的方法进行搅面［21］.首先将小麦粉、酵母、盐、糖、油及部分水混匀搅打至面筋充分扩展，然后再加入燕麦粉、燕麦酸面团或燕麦酸面团冻干粉和剩余的水，慢搅至燕麦粉充分溶解后，室温松弛10 min，分割 150 g/个，成型、装盘，38 ℃，85%RH醒发90 min，上下火170/210℃烘焙20 min.

表1 不同面包的制作配方Tab.1 Ingredients of different breads

1.3.4 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

将面包芯分割成约5 mm×5 mm×3 mm的碎片，放入15 mL SPME样品瓶中，样品约占瓶子体积的3/5，盖好瓶盖，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40 min，用手柄使纤维头退回到针头内，拔出针头进样.

1.3.4.2 GC-MS分析

色谱条件:DB－5MS毛细管色谱柱(60m×0.32 mm，1 μm);载气 He 流量:恒流1.2 mL/min，分流10 mL/min，前2 min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1 min，然后以6℃/min升温至160℃，接着以10℃/min升温至250℃，保留10 min.

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70 eV，发射电流200 μA，采集方式为全扫描，采集质量范围m/z为33～495 u.1.3.4.3 挥发性成分的定性定量分析

GC-MS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 小麦粉和燕麦粉的基本组分

小麦粉和燕麦粉的组分情况见表2.

表2 小麦粉和燕麦粉的组分情况Tab.2 Component contents of wheat flour and oat flour

2.2 不同面包样品挥发性风味物质的测定结果

图1为不同面包中挥发性物质的色谱图，采用计算机检索和人工解析各峰相应的质谱图，按面积归一法计算相对百分含量，分析结果见表3.

所有样品中共检测出57种风味物质，主要包括醇类、酸类、醛类、酯类、酮类、脂肪烃类，以及一些芳香族和杂环类化合物.醇类物质的含量最高，其次是芳杂环类、醛类和酸类物质.不同样品中风味物质种类和含量不同，燕麦酸面团面包样品中含有45种风味物质，燕麦酸面团冻干粉面包和普通燕麦面包样品中含有39种，普通小麦面包样品中含有36种.有25种化合物共同存在于4种样品中，其在普通小麦面包、普通燕麦面包、燕麦酸面团面包、燕麦酸面团冻干粉面包中的比例分别为97.33%，93.60%，89.33%，87.87%.酸面团的添加增加了面包风味物质种类，改善了传统面包的单一口味.

发酵基质对于面包香气的形成至关重要［22］，高灰分的燕麦粉能够促进挥发性物质的生成，因此燕麦面包具有更浓郁的风味［23］.甲苯、庚醇、1，3-丙二醇二乙酸酯、辛酸共同存在于3种不同的燕麦面包中，而在普通小麦面包中未检测出.正辛醛、2-甲基-1，1-联二苯-1-丙烯、(E)-2-壬烯醛、糠醇在普通燕麦面包中未检测出，而存在于其他3种面包样品中，且在两种酸面团面包中的含量远远高于普通小麦面包.这可能是由于燕麦粉的添加冲稀了小麦面包原有的风味，而酸面团则促进了这些风味物质的生成.与燕麦酸面团冻干粉面包相比，燕麦酸面团面包中含有一些独有风味物质，分别是双乙酰、2-戊酮、庚酸乙酯、2-乙酰基噻唑、香叶基丙酮，说明酸面团发酵剂冻干过程中会丧失一些风味物质或风味前体物质.

分析不同面包挥发性风味物质和类别，统计结果见表4.

表4为不同面包挥发性风味物质的类别统计结果.从表4中可看出，醇类物质所占比例最高，为40%～49%.醇类物质的风味阀值较高，通常具有芳香、植物香、酸败和土气味［24］.4种样品主要的醇类物质为乙醇和戊醇.普通小麦面包中的醛类物质相对含量远高于其他3种燕麦面包.酯类物质的相对含量大小依次为燕麦酸面团面包＞燕麦酸面团冻干粉面包＞普通燕麦面包＞普通小麦面包.内酯作为一类重要的风味化合物［25］，酸面团的引入促进了内酯的生成，使面包更富于椰香和果样香气.

乳酸菌利用可发酵糖产生有机酸，赋予食品酸味.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重要原因［26］.由表4可见，与普通燕麦面包相比，燕麦酸面团面包和燕麦酸面团冻干粉面包的酸类物质相对含量分别增加了101.43%和131.50%;与普通小麦面包相比，增幅分别为67.12%和92.08%.燕麦酸面团面包中的有机酸相对含量较燕麦酸面团冻干粉面包中的有机酸含量低，推测其原因是燕麦酸面团中植物乳杆菌的活力较燕麦酸面团冻干粉高［27］，其与面包酵母的协同作用更强，从而将更多的有机酸转化成其他的风味物质.这与感官分析的结果一致，燕麦酸面团面包可以赋予面包更柔和的酸味.

芳香族和杂环类化合物是面包的重要挥发性风味物质［28－29］.糠醛、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［30］.燕麦面包的芳杂环类化合物含量明显高于普通小麦面包，这说明燕麦的引入增加了芳杂环类化合物的形成.燕麦酸面团面包中的芳杂环类化合物含量最高，并独有优质风味物质2-乙酰基噻唑.普通燕麦面包中含独特的优质风味物质2，6-二甲基吡嗪和2-乙酰基呋喃.燕麦酸面团面包和普通燕麦面包中均检测出2-甲基吡嗪.

图1 不同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 breads

表3 不同面包挥发性风味物质GC-MS分析结果Tab.3 Composition of volatile flavor compounds in different breads determined by GC-MS

续表3

表4 不同面包挥发性风味物质的类别统计分析结果Tab.4 Analytical results of volatile flavor compound sorts in different breads

3 结论

燕麦酸面团面包中的风味物质类别最多，为45种，而普通小麦面包、普通燕麦面包和燕麦酸面团冻干粉面包中分别为36种、39种和39种.有25种化合物共同存在于4种样品中，乙醇含量最高，其次为戊醇、己醛、正己醇、苯甲醛、3-羟基-2-丁酮和糠醛.添加燕麦粉的面包风味物质种类增加，甲苯、庚醇、1，3-丙二醇二乙酸酯、辛酸共同存在于3种不同的燕麦面包中，而在普通小麦面包中未检测出.与燕麦酸面团冻干粉面包相比，燕麦酸面团面包具有更柔和的酸味，且含有一些独有风味物质，分别是双乙酰、2-戊酮、庚酸乙酯、2-乙酰基噻唑、香叶基丙酮.

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(责任编辑:叶红波)

Flavor Character of Bread with Oat Sourdough Fermented by Lactobacillus plantarum

ZHANG Qing1， ZHONG Jing1， WANG Feng1， SONG Huan-lu2， HUANG Wei-ning1，Rayas-Duarte Patricia3
(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China;2.School of Food and Chemical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China;3.Food and Agricultural Products Research Center，Oklahoma State University，Stillwater OK 74078-6055，USA)

Common wheat bread，common oat bread(20%(w/w)oat flour substitution)，oat sourdough bread(10%oat flour substitution+10%oat sourdough substitution)and freeze-dried oat sourdough bread(10%oat flour substitution+10%freeze-dried oat sourdough substitution)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 oat sourdough starter and freeze drying of sourdough on volatile flavor compounds of bread.The oat sourdough was fermented with starter culture of Lactobacillus plantarum.A total of 57 compounds were identified in the four breads，including alcohols，acids，aldehydes，esters，ketones，aliphatic compounds，aromatic and heterocyclic compounds.The most abundant volatile compound category in all samples was alcohols，followed by aromatic and heterocyclic compounds，aldehydes and acids.Breads supplemented with oat flour showed more kinds of volatile compounds.Toluene，heptanol，trimethylene acetate，caprylic acid were determined in oat breads but not in wheat bread.Some flavor compounds or flavor precursors were lost during freeze drying.Diacetyl，2-pentanone，ethyl heptanoate，2-acetylthiazole and geranylacetone were unique in oat sourdough bread.

Lactobacillus plantarum;oat sourdough;freeze drying;bread;volatile flavor compounds

TS213.2

A

1671-1513(2011)04-0012-07

2011－06－12

国家农业科技成果转化基金项目(2009GB23600520);美国农业部国际合作项目［A-(86269)］;国家自然科学基金资助项目(31071595，20576046);国家现代农业产业技术体系建设专项(nycyz-14);加拿大农业部国际交流与合作项目(CCSIC-Food-00107).

张 庆，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;

黄卫宁，男，教授，博士，主要从事食品烘焙与发酵技术、谷物食品化学方面的研究.通讯作者.