发酵时间对俄式面包面团有机酸形成及其酸感的影响

(哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨 150076)

面包是欧洲人民的理想主食食品,有易于消化的特点,随着人们健康理念的加强,主食面包在我国餐桌上也大量出现。俄式面包是一种酸味较大的以全麦粉或黑麦粉制成的面包,已成为传统欧洲风味的主食面包[1-2]。全麦粉是一种营养价值较高的健康食品,其含有丰富的膳食纤维和较多的酚类、植物甾醇、木质素等功能性成分,这些功能性物质相互结合通过协同作用发挥出多种保健作用[3-4]。

传统酵头主要是由面粉和水经过自然发酵而制得,并且可以作为下次发酵面食的主要发酵菌种[5]。自然发酵的酵头是主要由由乳酸菌、酵母菌、醋酸菌、霉菌等混菌组成的发酵体系[6]。俄式面包酵头是以面粉、啤酒花水、水为原料,其中啤酒花水带给面包清爽的苦味和芬芳的香味[7]。面团的酸味形成主要是由酵头中菌种和酶共同作用生成较丰富的有机酸[8-10],其中酵母菌代谢过程主要是进行有氧呼吸和无氧呼吸,利用全麦粉中α-淀粉酶降解淀粉产生的可发酵糖生成酒精和CO2[11];同时,也有少量的酵母菌在糖代谢过程中,将菌体自身中的丙酮酸转化为乙醛,乙醛代谢生成酒精和少量乙酸[12];乳酸菌代谢产生乳酸、乙酸等多种有机酸。这些有机酸具有不同的酸味特征,如乳酸酸味温和适中、柠檬酸酸味爽快刺激、苹果酸酸味具有温和愉悦、乙酸具有刺激性,多种有机酸的相互协调作用使面包的口感更加柔和、香醇,赋予了俄式面包特殊的风味。

目前,俄式面包制作过程中面包的酸度难以控制,随着发酵时间及温度的变化面包酸度差异较大,并影响俄式面包质量稳定。为了解面包酸味形成及其酸感的研究,本文采用高效液相色谱法对不同发酵时间面团中有机酸含量变化进行分析,并结合电子舌对其酸味等滋味进行评定,了解面包酸味形成及面包酸感之间的相关性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

啤酒花水制备:将锅刷净,注入清水2000 g,加入50 g啤酒花煮沸,待晾凉过箩滤去啤酒花,入干净容器内;全麦粉 市售;啤酒花 新疆方睿啤酒原料制品有限责任公司;标准品:草酸、乳酸、富马酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸;甲醇、乙腈、K2HPO4、磷酸 均为色谱纯,北京索莱宝科技有限公司;纯净水 实验室自制。

DHP-9082电热恒温培养箱 上海东麓仪器有限责任公司;PHS-300 pH计 江苏盛奥华环保有限公司;手提式分散器 宁波新芝生物科技股份有限公司;台式高速低温离心机 湖南迈达仪器有限责任公司;LC-10A高效液相分析仪 日本岛津公司;Smart Tongue电子舌 美国 Isenso 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 俄式面包酵头的制备 称取50 g全麦粉,50 mL 30 ℃水,10%啤酒花水(以全麦粉100%计)充分搅拌均匀,于25 ℃、75%湿度的醒发箱发酵16 h为一次发酵,二次发酵再加入50 g全麦粉和50 mL 30 ℃水充分搅拌均匀,于25 ℃、75%湿度的醒发箱发酵8 h制成自然发酵酵头,放4 ℃冰箱保存,备用。

1.2.2 俄式面包面团的制作 称取200 g全麦粉、185 mL 30 ℃水、8%酵头,2 g盐、12 g糖、放入搅拌缸中搅拌 6 min。而后将 8 g的黄油倒入搅拌缸中搅拌4 min至面筋网络形成。面团静置松弛 5 min,将面团均匀切割50 g经搓圆后再静置 5 min[13],整型后放入25 ℃、75%湿度醒发箱中分别发酵0、6、12、18、24 h。

1.2.3 俄式面包面团中pH和总酸度(TTA)测定 分别称取不同发酵时间的俄式面包面团10 g,放于90 mL无菌水的烧杯中均质,转速8000 r/min,均质10 min,静置5 min,取制备好的面团均质液2 mL,用pH计测定pH。再取均质液5 mL,然后用0.05 mol/L NaOH溶液滴定至pH8.00,消耗的NaOH体积为TTA,即总酸度[14]。

1.2.4 俄式面包面团中有机酸含量测定 取不同发酵时间的俄式面包面团10 g,放于装有 90 mL去离子水的烧杯中均质,转速12000 r/min,均质1 min后,取10 mL 均质液加入5 mL 1 mol/L HClO4混匀,于10 ℃,8000 r/min 离心10 min,上清液用2 mol/L KOH中和至 pH4.5,加水至体积为25 mL,冰浴沉淀,取上清液过0.45 μm水系滤膜后进行 HPLC 分析[15],测定有机酸的含量。

色谱条件:色谱柱为Titank C18柱3.0 mm×150 mm,3 μm;进样量:2 μL,流动相为甲醇-0.01 mol/L K2HPO4(3∶97)溶液,用磷酸调节pH至2.0。流速:0.425 mL/min,紫外检测器检测波长:210 nm,柱温:30 ℃,使用前用超声脱气10 min[16]。

准确称取标准品乳酸、乙酸、草酸、苹果酸、柠檬酸和富马酸各150 mg,用流动相溶解并定容至50 mL的容量瓶中,得到3 mg/mL乳酸、乙酸、草酸、苹果酸、柠檬酸及富马酸的混合有机酸作为标准液。将标准液用流动相稀释为2、4、6、8、10、12倍得到不同浓度梯度的有机酸标准液进样分析[17]。

1.2.5 有机酸种类对俄式面包面团滋味物质的贡献值计算 DOT值大于1表明该滋味具有显著的影响,值越大表明物质对滋味的贡献越大[18-19]。DOT值计算方法如下:

1.2.6 电子舌滋味轮廓分析 电子舌测试:取50 g面团样品,粉碎,加入150 mL去离子水,高速匀浆1 min,准确移取15 mL测试液加入电子舌专用的样品杯中[20]。电子舌由6根化学传感器阵列组成,能对酸味、咸味、甜味、苦味、涩味及丰富性具有专一响应性。测量前对电子舌进行自检、活化、校准和诊断等步骤,以确保采集所得数据的可靠性和稳定性。

1.3 数据处理

实验中所有数据均是通过4次重复实验所得。利用Origin Pro8和SPSS Statistics 20软件通过单因素方差分析进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 面团发酵过程中pH和TTA的变化

酸化是面团发酵的重要生化特征,对面团质构和面包品质有重要影响,图1显示面团发酵过程中pH和TTA的变化。

图1 面团发酵过程中pH和TTA的变化Fig.1 Changes in pH and TTA during dough fermentation

由图1可知,随着发酵时间的延长面包面团pH明显降低,总酸度TTA则逐渐升高。面团初始pH为6.55,TTA为0.72,面团发酵后期(16～24 h)pH为4.12～3.92,TTA为4.16～4.71,酸度的变化与自然发酵酵头中的微生物成有关。面团在发酵前期(0～4 h),酵头中微生物处于延迟期,菌群生长缓慢,产酸量少。在发酵中期(4～16 h),酵头中乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等主要微生物的生长进入对数生长期,菌体活力高,生长速度快,微生物细胞快速增加并达到活菌落总数最大,代谢产物有机酸大量积累,pH的下降速度较快,TTA值随之迅速升高。面团进入发酵后期,微生物细胞不再增殖,有机酸总量也趋于稳定,发酵至24 h时,面包面团pH为3.92,TTA为4.71,此时,面团酸度最高。

图3 不同样品有机酸液相色谱图Fig.3 Liquid chromatogram of organic acids in different samples注:A:发酵0 h面团;B:发酵6 h面团;C:发酵12 h面团;D:发酵18 h面团;E:发酵24 h面团;1.草酸;2.苹果酸;3.乳酸;4.乙酸;5.柠檬酸。

2.2 HPLC对不同发酵时间面团中有机酸的测定

2.2.1 有机酸的标准品色谱图 在1.2.4色谱条件下,有机酸混合标准溶液的高效液相色谱图见图2,6种有机酸分离效果良好。

图2 有机酸混合标准曲线Fig.2 Organic acid mixing standard curve注:1.富马酸;2.草酸;3.苹果酸;4.乳酸;5.乙酸;6.柠檬酸。

2.2.2 不同发酵时间面团中有机酸含量 通过对不同发酵时间面团中有机酸含量进行分析,并根据各有机酸的标准曲线对样品中的有机酸含量进行计算,有机酸含量变化结果,见表1。

表1 俄式面包面团中有机酸含量的变化(mg/100 g)Table 1 Changes in organic acid content in Russian bread dough(mg/100 g)

注:“-”表示未检出;同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。由图3和表1可知,HPLC检测出不同发酵时间的面团含有乳酸、乙酸、草酸、苹果酸、柠檬酸5种有机酸,但在面团中并未检测出富马酸。富马酸是由黑根霉代谢产生的,酵头和面粉中均不含黑根霉,所以在发酵面团中并未检出富马酸。发酵0 h时(即原料中)只检测到草酸,由于全麦粉麦麸和小麦胚芽中均含有草酸,当发酵24 h该酸下降至5.70 mg/100 g,随着发酵时间增加草酸含量下降可能是因为:草酸与面团中的Ca2+结合生成草酸钙;草酸可与面团发酵过程中生成的醇类物质发生酯化反应;草酸还可在草酰-CoA合成酶作用下生成草酰-CoA,草酰-CoA再经过酶促反应最终降解为CO2[21]。现代食品营养学认为草酸对人身体无益,人体摄入过多的草酸后易形成草酸钙结石,发酵面团草酸含量下降符合现代饮食健康理念[22]。

在发酵6～24 h面团中除了草酸以外,还检测到乳酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸4种有机酸,其含量均随面团发酵时间增加而增加,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,这是由于面团中乳酸菌经过延迟期开始大量繁殖,乳酸菌利用全麦粉中糖类物质进行厌氧发酵产生乳酸,故主要代谢产物乳酸随之增加。乙酸含量由6 h 的27.50 mg/100 g增加到24 h的180.80 mg/100 g,发酵面团中含有酵母菌和醋酸菌,酵母菌可使面团中的淀粉糖发酵为乙醇和少量乙酸,在有氧条件下,醋酸菌中乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶能够将乙醇氧化成乙酸。苹果酸、柠檬酸含量较小,当面团发酵24 h,苹果酸16.30 mg/100 g、柠檬酸51.90 mg/100 g,由于柠檬酸和苹果酸是微生物经过三羧酸循环糖代谢途径中的中间产物,生成的同时也被作为前体物质进入其他代谢途径,因而,发酵过程中没有大量的积累[23]。

2.3 俄式面包面团滋味物质的贡献值

有机酸的含量越高并不意味着其对味觉的贡献越大,对味觉的贡献值不仅与含量有关,还与物质本身的阈值有关[24]。各有机酸的阈值浓度和滋味贡献值见表2。从表2中可知,乳酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸对酸味的贡献值均大于1,草酸对酸味的贡献值小于1,人体的嗅觉可对其酸味忽略;乳酸对俄式面包的酸味贡献最大,其次是乙酸。乳酸酸味温和适中,柠檬酸酸味爽快刺激,苹果酸酸味温和愉悦,乙酸酸味具有刺激性,苹果酸、柠檬酸具有缓冲乙酸的效果,在面团发酵6 h时,乙酸酸味贡献值(2.18)小于柠檬酸酸味贡献值之和,此时面团的酸味较爽快;面团发酵12 h时乙酸与苹果酸和柠檬酸的贡献值基于平衡,此时面团的酸味由乳酸主导,使面包的酸感更柔和。面团发酵18 h之后,乳酸、乙酸酸味贡献值最高分别达到71.96、14.36,面团酸味较刺激酸感较强。

表2 有机酸的滋味贡献值Table 2 Taste contribution of organic acids

2.4 不同时间发酵面团各滋味指标相对强度的分析

利用电子舌对不同发酵时间面团样品的酸、甜、咸、苦、涩五种基本风味进行测定,面团各滋味指标相对强度值的雷达图如图4,经PCA分析不同发酵时间面团的滋味电子舌轮廓分析图如图5。

图4 不同时间发酵面团各滋味指标相对强度雷达图Fig.4 Radar diagram of relative intensity of eachtaste index of yeast dough at different times

图5 不同时间发酵面团PCA电子舌轮廓分析图Fig.5 Analysis of PCA electronic tongueprofile of yeast dough at different times

经上述实验,面团发酵0 h时有机酸含量较少,所以电子舌只对6～24 h发酵时间面团样品进行风味对比。由图4雷达图可以清晰可见,酸味指标差异最大,依次是甜味、苦味、咸味和涩味。当面团发酵6、12、18、24 h时,其酸味相对强度值分别为3.244、6.402、10.547、15.306;甜味的相对强度值分别为1.033、1.818、2.496、3.674;苦味的相对强度值分别为1.195、1.748、2.248、2.948。由于咸味和涩味的相对强度值小于1,通过感官鉴评无法准确识别[25]。相对强度雷达图反映出的俄式面包面团酸味结果,随着发酵时间延长酸味增加与面团有机酸测定结果一致,其中,由酸味的贡献值可知,乳酸和乙酸为主要酸味来源;面团的甜味可能是微生物发酵作用将淀粉分解成糖,以及蛋白质分解成具有甜味的氨基酸形成[26];苦味可能是由于酵头中菌体衰亡自溶、苦味氨基酸产生、以及酵头制备时啤酒花中的单宁物质引起的缘故[27]。

经PCA主要成分分析得到的判别指数,是判断电子舌是否能区分样品的重要指标,当区分指数值大于80时,认为对样品具有良好的区分度[28]。由图5可知,PCA分析得到的区分指数为94.5,大于80,由此可知采用电子舌技术可以有效区分发酵时间不同的面团样品。

如图5所示,对发酵时间不同面团样品电子舌信息采集,PC1的方差贡献率为73.3%,PC2的方差贡献率为15.2%,累积方差贡献率为88.5%,这表明PC1和PC2当中的信息量能够反映不同发酵时间面团样品的大部分信息[29]。在面团的发酵过程中,发酵6、12、18、24 h面团样品沿第一主成分减少的方向移动,说明随着发酵时间的延长,面团发酵产生的滋味物质随之改变[30],结合雷达图可知改变的滋味物质主要是酸味物质,使酸味变成面团的主导滋味。发酵12～24 h面团随发酵时间的延长,逐渐向左下方移动,说明随着发酵时间的延长,面团发酵改变的滋味物质不同于发酵前期。

3 结论

在面团发酵过程中有机酸主要是由微生物代谢产生,其中主要产生乳酸,同时也产生乙酸、苹果酸、柠檬酸、草酸4种有机酸,这些有机酸共同形成俄式面包独特的酸感。面团在18 h发酵时间内经HPLC检测乳酸、乙酸、柠檬酸、苹果酸含量分别升高至402.00、73.40、13.20、43.50 mg/100 g,但草酸含量从33.50 mg/100 g下降到7.10 mg/100 g;此时,面团pH3.98,TTA为4.37。面团发酵18 h后乳酸和乙酸对面团的酸味贡献值远远高于苹果酸、柠檬酸、草酸3种有机酸;雷达图表示不同发酵时间面团滋味存在显著差异,其中面团的酸味相对强度值高于其他滋味的相对强度值。通过PCA分析得出,发酵时间不同的面团滋味有显著差异。综上所述,发酵时间导致面团中有机酸含量的变化,进而影响着面包的口感和风味,为俄式面包制作中的酸度控制,减少酸度差异和稳定面包口感,了解面包酸味形成及面包酸感之间的相关性提供参考。