蒲城椽头馍中酿酒酵母菌和戊糖片球菌配比优化

李赛杰，杨保伟，张建新,*，余骅航，韩朝宇，黄 晨，唐飞龙，惠彦斌

蒲城椽头馍中酿酒酵母菌和戊糖片球菌配比优化

李赛杰1，杨保伟1，张建新1,*，余骅航1，韩朝宇1，黄 晨1，唐飞龙2，惠彦斌2

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.蒲城县椽头馍产业化发展办公室，陕西 蒲城 715500）

为研究酿酒酵母菌和戊糖片球菌不同配比对蒲城椽头馍主要特性的影响，获得2 种菌的最佳配比，分别按酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比10∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5、1∶10加入面粉中，制作5 份椽头馍，并对其与非物质文化遗产传承人所制作的椽头馍进行pH值、质构及香气等特性检测比较研究。实验结果表明：随着戊糖片球菌比例的增大，椽头馍的pH值呈先降低后升高趋势，在1∶1时达到最低；采用主成分-因子分析椽头馍的质构特性，确定5 份椽头馍样品的综合评分，得出酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比为1∶10和1∶1时，椽头馍的质构特性较好；5 份椽头馍呈现出不同的风味物质，其中酿酒酵母菌与戊糖片球菌配比为1∶1和1∶10的样品均检测到15 种挥发性产香物质，种类最丰富，且配比为1∶1的样品中酮类、醇类、酯类、酸类关键物质相对含量较高。通过感官评价及与非物质文化遗产传承人制作椽头馍样品的pH值、质构、风味等主要特性指标对比，确定酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比1∶1为最佳发酵菌配比。

椽头馍；pH值；质构特性；风味；感官品质

椽头馍是陕西蒲城地方特产，中华传统美食，以其形如“椽头”而得名。近年来，随着商品经济的发展，蒲城椽头蒸馍已经走入市场，由于其馍白皮展、外酥内嫩、数日不裂、营养丰富、甘香盈口等特点已成为过往蒲城游客必购的地方名贵特色食品[1]。随着商业酵母的发展，传统种子面团逐步被其代替，但是，由于传统种子面团独特的风味，国内外学者仍对普通馒头种子面团风味、质地、pH值等特性有很大的研究兴趣[2-5]。目前，蒲城椽头馍大多还停留在家庭及小作坊式的制作水平，且有关椽头馍种子面团中的复杂菌相的生存关系至今鲜有报道，因此，使用发酵剂无法进行工业化和标准化椽头馍生产。为了使蒲城椽头馍在生产中充分发挥商业酵母的便利和保持传统酸面团独特的酸味、质构及风味，本研究以分离于若干份的椽头馍种子面团中的混合菌为研究对象，即选取在酵母菌中处于优势菌株地位的酿酒酵母菌和具有产细菌素、有机酸等抑制腐败菌生长功能的戊糖片球菌[6-7]，将不同配比的混合菌加入面粉中，严格按照“起、压、称、排、搓、飞、醒、蒸”八大传统工艺制作椽头馍样品，并对样品的pH值、质构特性[8-9]、风味物质进行分析比较[10]，进而探究不同配比复配菌种发酵生产椽头馍的可能性，旨在为蒲城椽头馍直投式发酵剂的制作及椽头馍工业化和标准化生产提供一定科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

菌株：酿酒酵母菌和戊糖片球菌，由西北农林科技大学食品科学与工程学院微生物实验室从椽头馍种子发酵面团中分离的菌株，保存于-80 ℃超低温冰箱中备用。

MRS成品液体培养基购于北京陆桥生物技术有限责任公司；YEPD液体培养基（酵母膏、蛋白胨和葡萄糖质量比为1∶2∶2）购于北京奥博星生物技术有限责任公司；面粉为蒲城建恒特一粉。

1.2 仪器与设备

TA.XTPLUS/50物性测试仪 英国Stable Micro-Systems公司；气相色谱-质谱联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）仪 日本岛津制造所；PHSJ-4F型pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；SM-32S型醒发箱 新麦机械（无锡）有限公司；HDS-16烘干法测定仪 上海方瑞仪器有限公司；HC-2062高速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酿酒酵母菌与戊糖片球菌不同配比椽头馍的制作[11-13]

酿酒酵母菌泥的制备：将酵母菌种接种于20 mL YEPD液体培养基中，28 ℃、150 r/min培养12～18 h，再转接到内装100 mL YEPD液体培养基的250 mL三角瓶中进行扩大培养12～20 h，4 000 r/min离心15 min，除去上清液，再用0.85 mg/100 mL生理盐水洗脱，将得到的菌泥（活菌数为108～109CFU/g）于4 ℃条件下保存备用。

戊糖片球菌泥的制备：将戊糖片球菌接种于20 mL MRS液体培养基中，37 ℃静置培养12～18 h，转接到内装100 mL MRS液体培养基的250 mL三角瓶中扩大培养12～18 h，3 500 r/min离心20 min，除去上清液得到菌泥。将菌泥用生理盐水清洗一遍，鲜菌泥（活菌数为108～109CFU/g）于4 ℃冰箱中保存备用。

椽头馍的制作：采用二次发酵法制作椽头馍，根据种子面团中酵母菌与乳酸菌的大致比例及周静[14]、刘同杰[15]等研究的比例来设计5 份椽头馍配方，见表1。将0.25 g菌泥、100 g面粉、45 mL水混合[16]，揉匀后放入35 ℃、相对湿度为85%的醒发箱中醒发9 h左右。将上述面团与面粉（0.6∶1）、水（质量为面粉质量的43%）混合，反复揉搓面团10～15 min，至面团不黏手、表面光滑且具有弹性为止，然后以5 cm长度分割，搓圆后，35 ℃、85%相对湿度醒发40 min，沸水入锅蒸制20 min即可。

表1 不同配比酿酒酵母菌和戊糖片球菌制作椽头馍的配方Table 1 Formulations and starter cultures for Chuantou steamed bread

1.3.2 椽头馍pH值的测定

分别称取10 g去皮的椽头馍样品与90 mL烧沸后冷却的去离子水，在搅拌机下混合均匀，采用pH计测定其pH值，每个样品重复3 次[17]。

1.3.3 椽头馍质构分析

采用物性分析仪的全质构测试（texture profile abalysis，TPA）模式对椽头馍样品进行质构测定[18]。测定前将椽头馍的上表层用刀水平切掉。测定条件：将触发类型设置为“Auto”，触力为5 g，数据采集速率为200 脉冲数/s，测试前速率为1.0 mm/s，测试后速率为11.0 mm/s，测试速率为1.0 mm/s，2 次压缩时间间隔为5 s，探头起始高度为60 mm，探头类型：P/6。以硬度、黏性、弹性、黏聚性、胶着性、咀嚼性、回复性作为评价指标[19]。

1.3.4 椽头馍风味物质分析

1.3.4.1 固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）条件

在椽头馍中心部位取1 g样品加入10 mL萃取瓶中，先将萃取装置插入色谱进样口，拔出萃取针头，250 ℃老化30 min，把老化好的SPME针插入样品瓶中，70 ℃恒温水浴中萃取1 h，插入已设置好的GC-MS仪注射口，拔出SPME针，解吸5 min，每测一次样品，拔出针头，洗脱15 min[10,20-21]。

1.3.4.2 GC和MS分析操作条件[22]

GC条件：DB-17MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度240 ℃；升温程序：初始温度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min升至120 ℃，然后以6 ℃/min升至240 ℃，保持9 min；载气为高纯氦气，载气速度为1.0 mL/min，采用不分流进样。

MS条件：离子源温度为230 ℃，传输线温度为230 ℃，离子化模式；电子电离源：电子能量70 eV，质量扫描范围m/z 35～500。

将GC-MS图谱通过化学工作站数据处理系统和人工检索，并把每个峰与NIST Library和Wiley Library匹配检索定性，确定挥发性物质，采用峰面积归一化法计算各物质的相对含量[23]。

1.3.5 椽头馍的感官评价

选10 个经过培训的人员组成小组，对不同的椽头馍样品进行评价，取评分的平均值作为最终的感官评分。评价依据参考李自红[24]的评价方法稍作修改，具体评分标准见表2。

表2 椽头馍感官评分Table 2 Criteria for sensory evaluation of Chuantou steamed bread

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0和Excel 2003进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 酿酒酵母菌和戊糖片球菌不同配比对椽头馍pH值的影响

图1 酿酒酵母菌和戊糖片球菌在不同配比下pH值的变化Fig. 1 Effect of starter culture combinations on pH of steamed bread

椽头馍生产中采用独特的不加碱工艺，菌株比例及发酵产物在椽头馍成品特性和独特风味产生中具有非常重要的作用。由图1可知，随着酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比的减小，椽头馍pH值呈先减小后增大的趋势，在两菌质量比为1∶1时，pH值达到最低。当两菌质量比范围为10∶1～1.5∶1时，酿酒酵母菌比例相对逐渐减少，溶氧量相对较充足，其代谢产生的CO2使pH值缓慢降低。当两菌比例为1.5∶1～1∶1时，酿酒酵母菌消耗O2代谢产生CO2及氨基酸、维生素、丙酮酸等营养因子，这些营养因子使得兼性厌氧型的戊糖片球菌逐渐活跃，代谢产生少量的有机酸，CO2的生成及少量有机酸的产生使pH值急剧下降，在1∶1时几乎达到了最低点。当两菌质量比为1∶1～1∶10时，酿酒酵母菌浓度越来越低，糖被降解的速度越来越慢，且充足的溶氧量使大量兼性厌氧型的戊糖片球菌生长缓慢，代谢产生的有机酸逐渐减少，pH值相对于1∶1时逐渐上升，但到达1∶10时的pH值仍低于10∶1与1.5∶1时的pH值[25-27]。

2.2 酿酒酵母菌和戊糖片球菌不同配比对椽头馍质构品质的影响

表3 不同椽头馍样品的TPA测定结果Table 3 TPA parameters of different Chuantou steamed breads

由表3可知，将硬度（X1）、黏性（X2）、弹性（X3）、黏聚性（X4）、胶着性（X5）、咀嚼性（X6）、回复性（X7）进行方差分析，得出7 个指标间总的F值为294.73，P值小于0.01，表明7 个指标间存在极显著差异。需要对两两指标进行比较即多重比较，X1与X5、X6和X2、X3、X4、X7之间均存在显著差异，X5与X6之间也存在极显著差异，而X2、X3、X4、X7之间没有显著性差异。即经过相关系数计算后得出变量之间存在着直接相关性（表4），直接纳入分析不仅复杂、变量之间难以取舍，而且可能因多元线性而无法得出正确结论。因此，采用主成分-因子分析，用较少的质变来代替和综合反映原来较多的7 个指标信息[28]。

表4 椽头馍特性指标的相关矩阵Table 4 Correlation matrix of texture properties of Chuantou steamed bread

使用SPSS 18.0软件对表3中数据进行主成分分析，得到相关矩阵的特征值及其贡献率，见表5。第1主成分的特征值为5.403，累计方差贡献率为77.181%；第2主成分的特征值为1.313，累计方差贡献率为95.944%，表明前2 个主成分可解释7 个原始变量95.944%的信息，因此，选择前2 个主成分对不同比例2 种菌生产所得的椽头馍进行分析。

表5 相关矩阵的特征值与贡献率Table 5 Eigenvalues, contribution and cumulative contribution rates of principal components

采用SPSS 18.0软件分别对提取的2 个因子进行载荷分析，结果见表6。第1主成分主要包括硬度（X1）、胶着性（X5）、咀嚼性（X6）、回复性（X7），其中硬度（X1）在Z1上的载荷最大；第2主成分主要包括黏性（X2）、弹性（X3）、黏聚性（X4），其中弹性（X3）在Z2上的载荷最大。

表6 2 个主成分的因子载荷Table 6 Principal component loading matrix

根据主成分分析模型和因子得分系数矩阵，可以得到2 个主成分与原来7 个变量之间的线性组合表达式如下：

将Z1、Z2与其方差贡献率共同构建椽头馍质构特性的综合评价模型Z：Z=0.804Z1＋0.196Z2，根据此线性组合得出不同椽头馍样品的主成分得分，见表7。不同椽头馍样品的综合得分次序为5号＞3号＞2号＞4号＞1号，但5号与3号样品的得分相差不大，即酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比为1∶10和1∶1时，椽头馍的质构特性较好。

表7 不同椽头馍样品的主成分得分Table 7 Principal component scores of different Chuantou steamed breads

2.3 酿酒酵母菌和戊糖片球菌不同配比对椽头馍风味物质的影响

经GC-MS分析，得到不同配比的酿酒酵母和戊糖片球菌发酵生产得到的椽头馍中的挥发性物质，主要有醇类、酯类、酸类、酮类、醛类、烷类及苯类、呋喃、醚类等，其中酿酒酵母和戊糖片球菌在发酵过程中产生的挥发性产香物质主要为有机酸、醇类、醛类、酮类、醇类、与有机酸进一步发生酯化反应生成的酯类和芳香类物质等，其相对含量见表8。

由表8可知，从椽头馍产香物质的种类来看，3号和5号样品分别测出15 种挥发性产香物质，数量最多，种类最丰富，其次为4号样品，1号和2号样品种类最少。1号与5号以醇类为主，分别占47.14%和58.79%；2号和4号样品以酯类为主，分别占33.76%和41.81%；3号样品的风味物质主要以酸类为主占36.58%，体现了椽头馍偏酸的特征，并且在其中检出的薄荷醇、叶绿醇、月桂酸、肉豆蔻酸及邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁辛酯、1,3-二叔丁基苯等是普通馒头中所未检出的风味物质[4-5,29]。薄荷醇是具有薄荷气味的一种香料物质；叶绿醇有很弱的花香和香脂香气，是VE的中间体；月桂酸微有月桂油香味，可作为食品添加剂；肉豆蔻酸可用作表面活性剂和增香剂，还具有一定的抑菌作用。这些物质使得椽头馍具有独特的香味、营养成分和较长的保质期。

表8 不同椽头馍挥发性产香物质分析结果Table 8 Volatile aroma compounds of different Chuantou steamed breads

对醇类、酸类、酯类、酮类和醛类5 大类风味物质进行主成分分析，结果如图2所示。第1主成分占59.7%，第2主成分占29.1%，即5 个不同微生物配比的椽头馍样品之间的差异主要体现在酮类、醇类、酯类、酸类的相对含量上。不同产香物质阈值不同，香味浓郁度也不相同[30-31]。酮类阈值较低，能赋予椽头馍较浓的香气，大部分醇类物质阈值比较低，具有浓郁的香味，酯类物质阈值较低，一般是有机酸与醇类物质酯化而得，具有酯香和芳香气味，酸类物质为椽头馍的风味也作出了巨大贡献。如香叶基丙酮具有穿透性的青甜香和微玫瑰香，苯乙醇具有清甜的玫瑰样花香，并且本身就是一种香料物质，可广泛用于面包、桃子和浆果类等食品中[5]。椰子醛含量高时具有椰子味和茴香味，含量低时具有杏仁味和桃花香，乙酸苯乙酯具有甜蜜香味，桃醛含量高时有宜人的似鸢尾的甜脂香气，含量低时有桃香味[4]；乙酸具有醋酸香味，蒎酮酸可通过酯化反应生成香料。

综合比较，3号样品挥发性产香物质最丰富，酮类、醇类、酯类和酸类4 类关键物质相对含量也较高，3号样品较低的pH值使得有机酸发生酯化反应生成酯类及其他化学反应生成酮类。

图2 不同椽头馍样品中归类产香物质的主成分分析Fig. 2 Principal component analysis of aroma compound classes of different Chuantou steamed breads

2.4 酿酒酵母菌和戊糖片球菌不同配比对椽头馍感官评分的影响

表9 不同椽头馍样品的感官评价Table 9 Sensory characteristics of different Chuantou steamed breads

图3 不同椽头馍样品感官评价主成分分析Fig. 3 Principal component analysis of sensory characteristics of different Chuantou steamed breads

由表9和图3可知，3号样品的综合感官评价分值最高，其次为5号样品，分值最低的为1号样品。3号样品的气味、色泽、黏牙、弹性等7 个指标感官体现受消费者青睐的程度比较大。

2.5 不同椽头馍样品与非物质文化遗产传承人制作椽头馍的比较结果

表10 不同椽头馍样品主要特性的比较Table 10 Quality characteristics of different Chuantou steamed breads

将5 份椽头馍样品与非物质文化遗产传承人制作椽头馍（记为CCR样品）的主要特性指标（主成分分析出的关键指标）进行比较，由表10可知，3号椽头馍样品的pH值、风味物质、感官评价等均与CCR样品最接近。5 份椽头馍样品与CCR的样品在质构指标方面比较，其结果不能准确判断出5 份样品中的哪份最接近CCR，可能是由于质构特性与发酵时间、醒发时间、加水量等因素相关性较大造成的。

3 讨 论

蒲城椽头馍是陕西蒲城县的地方名吃，历史悠久，工艺精湛，色香味俱佳，其传统的制作工艺被评为陕西省非物质文化遗产。椽头馍传统工艺采用种子发酵面团进行发酵，发酵时间长、效率低，受季节条件限制，难以实现标准化、工业化生产。为研制多菌株的商业化椽头馍专用发酵剂，就要对其中的菌株配比进行研究。在前期菌株多样性分析的基础上，选取酿酒酵母菌和戊糖片球菌为研究对象，制成5份不同菌种配比（酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比为10∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5、1∶10）的发酵面团，所得的椽头馍样品经pH计测定后，pH值呈先降低后升高趋势，在酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比1∶1时接近最小值，这可能与溶氧量及其代谢产物的消耗有关，且其pH值的变化至今报道甚少。5 份样品经物性测定仪测定，并采用主成分-因子分析，得出了2 种菌种质量比在1∶10和1∶1时，椽头馍的质构特性较好，可能是酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比在1∶1和1∶10时，发酵程度较好，使得硬度、胶着性、咀嚼性、回复性等指标更适合椽头馍的特征要求。通过SPME-GC-MS测定5 份样品可知，不同比例共生菌制作的椽头馍有自身独特的酯、醛、醇等风味物质，对其进行主成分分析，5 份不同椽头馍样品之间的差异主要体现在酮类、醇类、酯类、酸类的相对含量上，酿酒酵母菌和戊糖片球菌质量比为1∶1的椽头馍样品风味较好，并且产生薄荷醇、叶绿醇、月桂酸、肉豆蔻酸及邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁辛酯、1,3-二叔丁基苯等普通馒头中所未检出过的风味物质[4]，这可能是在蒲城独特的环境下，酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比在1∶1时的溶氧量更适合二者的生长，能够产生较多的代谢产物，进而产生较好的风味。在该比例下制作的椽头馍样品的风味物质及含量区别于其他地区种子面团制作的馒头[5,28]。结合椽头馍独特不加碱工艺、感官评价及其各特性指标的主成分分析，最终得出5 份不同的椽头馍样品中，酿酒酵母菌与戊糖片球菌质量比为1∶1时，制作的椽头馍质构、风味、口感较佳，此配比为研制混合菌发酵剂提供理论依据，进而实现蒲城椽头馍的标准化、工业化和产业化。

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Optimized Combination of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus as Starter Culture for Chuantou Steamed Bread

LI Saijie1, YANG Baowei1, ZHANG Jianxin1,*, YU Huahang1, HAN Zhaoyu1, HUANG Chen1, TANG Feilong2, HUI Yanbin2
(1. College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;2. Office for “Chuantou” Steamed Bread Industrial Development of Pucheng County, Pucheng 715500, China)

In an effort to understand the effect of co-fermentation with Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus at different ratios on the quality characteristics of Pucheng Chuantou steamed bread and hence obtain the optimal ratio, 5 steamed bread samples were made with combined starter cultures of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus at ratios of 10:1, 1.5:1, 1:1, 1:1.5, and 1:10, and their pH, texture and aroma were evaluated and compared with those of the sample made by the successor of intangible cultural heritage. The results showed that pH increased firstly and then decreased with increasing proportion of Pediococcus pentosaceus, reaching a minimum at a ratio of 1:1. The texture was evaluated by principal component analysis, and the overall sensory scores were established. It was found that better texture characteristics were obtained at ratios of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus of 1:10 and 1:1. The five steamed bread samples were diverse in flavor, and the highest number (15) of volatile aroma substances was detected from each of the steamed bread samples made with 1:1 and 1:10 mixtures of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus, with the former containing higher contents of ketones, alcohols, esters and acids.Overall, Chuantou steamed bread made with 1:1 mixture of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus was the best in terms of sensory evaluation, pH, texture and flavor.

Chuantou steamed bread; pH; textural properties; flavor; sensory quality

10.7506/spkx1002-6630-201724009

TS213.2

A

1002-6630（2017）24-0053-07

李赛杰, 杨保伟, 张建新, 等. 蒲城椽头馍中酿酒酵母菌和戊糖片球菌配比优化[J]. 食品科学, 2017, 38(24): 53-59.

10.7506/spkx1002-6630-201724009. http://www.spkx.net.cn

2017-03-03

蒲城椽头馍标准化生产与标准研制项目

李赛杰（1990—），女，硕士研究生，研究方向为食品微生物资源开发及利用。E-mail：lisaijie2014@126.com

*通信作者：张建新（1959—），男，教授，硕士，研究方向为食品营养安全与标准化。E-mail：zhangjx59@foxmail.com

LI Saijie, YANG Baowei, ZHANG Jianxin, et al. Optimized combination of Saccharomyces cerevisiae and Pediococcus pentosaceus as starter culture for Chuantou steamed bread[J]. Food Science, 2017, 38(24)∶ 53-59. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201724009. http∶//www.spkx.net.cn