微发酵对面条风味及其储藏过程中品质特性的影响

葛珍珍，王维静，高珊珊，纵 伟,

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450002；2.食品生产与安全河南省协同创新中心，河南郑州 450002；3.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南郑州 450002）

面条是许多亚洲国家的传统主食之一，已经存在了数千年[1]。因其制作方法简单、食用方便、易于消化而深受人们的喜爱，目前已经形成品种繁多、风味各异的各类面条[2]。市场上消费最多的干面条和方便面缺乏味道和风味，而面条经发酵调质后可以弥补这一缺点[3]。随着面条生产工艺不断改进，面条品种也逐渐增多[4]。虽然市面上已经出现如空心挂面等微发酵面条产品，但其主要通过自然发酵，与当地气候环境密切相关，无法实现全国范围内的推广。而近几年，国内外已有人在开发研究发酵面条新品种，如利用乳酸菌发酵、酸面团发酵、白腐菌发酵产物、把发酵豆渣添加到面团中等多种不同的加工方法研究出新型的风味面条[5−8]。

发酵过程包含一系列生化反应，在食品加工中经常发挥其特殊的作用[9]。研究表明酸面团发酵具有增强面包风味、改善面包质构、提高营养价值及延长货架期等优点[10−12]。苏东民等[13]指出酸面团发酵有助于改善馒头质地，延缓馒头老化；吴佳静等[14]发现天然复合发酵剂能显著降低面包芯硬度和老化焓，延缓老化，改善风味。微发酵调质技术目前已被应用于面制品或风味饮料的开发当中，如胡睿等[15]利用酵母的轻微发酵作用，产生少量发酵香气，以改善玛芬蛋糕的品质；Guo和Yu等[16−17]研究发现利用乳酸菌微发酵柑橘类果汁可缩短发酵时间，使口感和品质得到改善，提高抗氧化活性。利用发酵工艺来提高食品的品质由来已久，但在面条加工过程中使用发酵工艺很少见。酵母的轻微作用能够产生少量的二氧化碳气体和发酵香气（简称微发酵），从而改善面条的品质，但是过度发酵会造成面条的蒸煮特性下降、面条黏连、软烂等，质构反而变差，因此控制发酵时间或发酵程度对于面条品质而言至关重要。本实验采用电子鼻、质构仪、低场脉冲核磁共振仪和X-射线衍射仪，以不添加酵母发酵的空白组面条为对照，分析不同发酵时间酵母微发酵面条的香气成分和老化特性，为深度开发营养丰富、风味独特、安全健康的新型风味面条提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦粉 中粮面业集团；安琪酵母 市售。

JJ223BC型电子天平 常熟市双杰测试仪器公司；小熊DDQ-A30G5 型和面机 佛山市小熊厨房电器有限公司；全钢型DSS160 型压面机 拜杰电器有限公司；XY-FD-18 冷冻干燥机 上海欣谕仪器有限公司；PEN3 电子鼻系统 德国AIRSENSE公司；TA-XT plus物性分析仪 美国TA公司；NM120 低场核磁共振分析仪 上海纽曼电子科技有限公司；D8 ADVANCE多功能X射线衍射仪 德国布鲁克公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面条制作 参考葛珍珍等[18]的方法略有改动。分别称取100 g面粉，35 g水，1 g酵母，将安琪酵母用不高于40 ℃的温水活化备用。将面粉倒入和面机的面钵中，加水混合均匀，和面10 min，达到料胚手握成团，轻轻搓揉仍能成为松散的颗粒面团状，取双层湿纱布覆盖，室温下发酵0、3、6、9、12、15 min后，进行压片。压片完成后安装1.5 mm圆面刀，将面片压成面条。沸水煮制3 min后立即将面条捞出，于4 ℃冰水中冷却 1 min以终止后煮面过程，将面条用PET/NY/AL/CPP袋真空包装，移入到冰箱中4 ℃贮藏，贮藏时间为30 d。空白对照组不添加酵母，其他条件与上述相同。

1.2.2 电子鼻传感器检测 称取10 g样品置于150 mL的硬质样品杯中，水浴加热，利用直接顶空吸气法将进样针头插入含样品的密封样品杯中，电子鼻进行测定[19]。采样时间为1 s/组，传感器自清洗时间为80 s，传感器归零时间为5 s，样品准备时间为5 s，分析采样时间为80 s，进样流量为400 mL/min。

1.2.3 质构特性测定 参考肖东[20]的方法，采用TA-XT plus型质构仪对面条的质构特性进行分析。取三根储藏不同时间（0、5、10、15、20、25、30 d）的面条，平行放置于载物平台上的固定位置，每种试样重复5 次。探头：P/36R；参数设定：测前速度1.0 mm/s，测试速度2.0 mm/s，测后速度2.0 mm/s，压缩率60%，起点感应力5 g，两次压缩之间的时间间隔为5 s。

1.2.4 低场脉冲核磁共振分析 参考李力华等[21]的方法略有改动。分别取储藏不同时间（0、5、10、15、20、25、30 d）的面条3 g，用保鲜膜包裹后放入检测管，置于核磁共振检测室进行检测。检测参数：采样点数为320066，重复扫描次为8，弛豫衰减时间为1000 ms。利用CPMG脉冲序列测定样品的横向弛豫时间T2。每个样品进行5 次重复LF-NMR测试，数据取平均值。

1.2.5 X-射线衍射分析 参考修琳等[22]的方法。储藏不同时间（0、15、30 d）的面条样品经冷冻干燥后，粉碎，过100 目筛后置于带有凹槽的铝盘中，盖上称量纸后经玻璃片压紧，用X-射线衍射进行测定。测定条件：扫描速度4 °/min，扫描区域3～40 °，采样步宽0.02 °，进行连续扫描。

1.3 数据处理

应用Origin 8.5 进行图形绘制，应用Winmuster软件对电子鼻数据进行主成分分析和载荷分析，并用MDI Jade 5.0 软件分析衍射图谱和计算相对结晶度，实验所得数据应用Excel 2019 和SPSS 23.0 处理分析，P<0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 微发酵面条的风味分析

2.1.1 微发酵面条气味响应值比较 由图1 可知，发酵后的面条与空白组相比，其中W5S（氮氧化合物）、W1S（烃类物质）、W1W（无机硫化物）和W2S（醇类物质）四个传感器所对应的响应值较强，这与郑开迪等[19]研究添加马铃薯全粉面条的挥发性风味化合物较为相似。从风味响应雷达图可以看出，空白组面条挥发性气味最弱，酵母微发酵面条随发酵时间的增加，挥发性气味有所增强，其中发酵6、12 和15 min的面条挥发性气味相对较强。为了更为直观地反映酵母微发酵面条与空白组面条的风味差异性，试验对数据进行PCA和Loading分析。

图1 微发酵面条挥发性风味的响应雷达图Fig.1 Response radar of noodle volatile flavor response at different fermentation time

2.1.2 微发酵面条风味的主成分分析和载荷分析 由图2a可知，不同发酵时间面条的主成分1（PC1，94.80%）和主成分2（PC2，4.27%）贡献率之和接近99.07%，基本上涵盖了样品的大部分原始信息[23]。酵母微发酵组与空白组距离较远，说明所含挥发性风味物质差异较大，这是因为酵母微发酵促进面条发酵香气的生成。除了发酵0 和9 min的面条样品外，其他发酵时间的面条挥发性物质成分区域没有交叉，这表明采用主成分分析可以区分开不同发酵时间微发酵面条的挥发性化合物。利用传感器贡献率进行载荷分析可筛选出在样品区分过程中起主要区分作用的挥发性风味化合物种类[24]。由图2b可以看出，W5S、W1W和W1S三个传感器距离原点较远对样品风味区分的贡献较大。进一步佐证不同发酵时间的微发酵面条挥发性气味差异主要表现在烃类物质、氮氧化合物和无机硫化物上。

图2 微发酵面条挥发性风味物质主成分分析和载荷分析Fig.2 PCA and loading analysis of volatile flavor compounds in noodles with different fermentation time

2.2 微发酵对面条储藏期间质构特性的影响

储藏期间水分损失和淀粉老化是导致面条硬度增大、口感品质下降的主要原因[25]。赵仁勇等[26]研究了馒头在储存过程中物理化学特性的变化并进行了相关性分析，可以确定硬度是反映老化的重要指标之一。一般而言，面条低温储藏过程中由于直链淀粉分子聚集缠绕而形成具有一定强度的淀粉网络结构，造成面条硬度增加。由表1 可知，低温冷藏0～15 d面条的硬度增加，而微发酵面条的硬度则低于空白组面条，因为酵母在发酵过程中产生的淀粉酶将支链淀粉水解成葡萄糖和麦芽糖，抑制淀粉再结晶，延缓支链淀粉的老化，从而降低面条的硬度；随着储藏时间的继续延长，面条硬度的变化变得杂乱无规律。微发酵面条的弹性与空白组面条相比变化不大，而陆启玉等[27]研究蛋白质及其组分对面条品质的影响时发现弹性与面条中蛋白质含量显著正相关，说明微发酵对面筋蛋白网络结构影响不大。同一储藏时间内，酵母微发酵0～12 min的面条咀嚼性均显著低于空白组（P<0.05），酵母发酵过程中直链淀粉的长度缩短，产生的短链淀粉和CO2，增加面条的柔软度，从而降低面条的咀嚼性。黏聚性反映了样品内部分子间或各结构要素间结合作用的强弱，也反映了样品抵抗受损、保持自身完整性的能力[28]，黏聚性在储藏过程中总体呈下降趋势，酵母微发酵面条与空白组相比黏聚性无明显规律性变化。

表1 微发酵面条在4 ℃储藏期内的质构特性变化Table 1 Texture characteristics of noodles with different fermentation time during 4 ℃ storage period

2.3 微发酵对面条储藏期间水分迁移的影响

面条在贮藏过程中的横向弛豫时间T2和相对含水量见表2。强结合水T21在0～10 ms范围内，反映了水与蛋白质和淀粉紧密结合；不易流动水T22在10～100 ms范围内，包括蛋白质和淀粉之间的水，与蛋白质和淀粉的结合不太紧密；自由水T23指存在淀粉及蛋白质外能自由流动的水。A21、A22和A23是指横向弛豫时间T21、T22和T23时的水的相对含量[29−31]。

表2 不同发酵时间对面条水分流动性及3 种水分状态含量的影响Table 2 Effect of different fermentation time on water fluidity and content of three water states of noodle

如图3 所示，面条中水分主要的存在形式为不易流动水。不同发酵时间对面条水分流动性及3 种水分状态含量的影响见表2。由表2 可知，面条在储藏时与0 d相比结合水的相对含量降低，不易流动水的相对含量增加，这是因为面条经冷却储藏后，非结晶淀粉逐渐变成有序的晶体结构，淀粉发生老化，水分子与面条中的蛋白质和淀粉等大分子形成的胶体稳定性被破坏，水分子被释放，结合水含量降低[32]。经低温储藏后酵母微发酵6、12 和15 min的面条与空白组相比结合水对应的A21增加，可能是酵母发酵过程中支链淀粉被水解成低分子糊精，使得水分子通过氢键与直链或者支链淀粉分子的游离羟基进一步结合，增强与水的结合能力[33]，结合水含量升高，从而抑制支链淀粉老化。

图3 微发酵面条在4 ℃储藏期内的LF-NMR图谱Fig.3 LF-NMR map of noodles with different fermentation time stored at 4 ℃ for 30 days

2.4 微发酵对面条储藏期间淀粉结晶的影响

X-射线衍射图谱用于反应不同发酵时间的酵母面条在储藏过程中其晶区、晶型以及结晶度的变化。由图4a可知，酵母微发酵与空白组面条在12.5 °和20.0 °附近均有明显衍射峰，对应于V型结构，这种结晶方式在天然淀粉中不存在，只在淀粉糊化后直链淀粉与碘、醇及脂肪酸等类脂物形成直链淀粉-脂质复合物后产生[34]。由图4b和4c可知，酵母微发酵与空白组面条经低温储藏后均在17 °出现一个衍射峰，属于B型结构的特征峰，主要是由淀粉老化引起的，标志着淀粉无定形区到结晶区的转变，这与吴丹[34]用X衍射研究保鲜湿面的老化类似。总体来说酵母微发酵不改变淀粉的结晶类型。

图4 微发酵面条4 ℃储藏期内的X-射线衍射图谱Fig.4 X-ray diffraction pattern of noodle with different fermentation time at 4 ℃ storage

由表3 可知，酵母微发酵面条与空白组经低温储藏后对应的相对结晶度均升高，这是因为储藏过程中淀粉老化程度不断增大，淀粉分子由无序态向有序态转变，结晶度逐渐增大。同一储藏时间下酵母微发酵面条与空白组相比相对结晶度降低，其中发酵6 min的酵母微发酵面条储藏15、30 d后相对结晶度最低分别为14.33%和15.00%，发酵时间为12 min的面条相对结晶度分别为14.63%和16.85%，说明适度发酵可以抑制淀粉的老化。

表3 微发酵面条在储藏期内的相对结晶度Table 3 Relative crystallinity of noodles at different fermentation time in storage period

3 结论

酵母微发酵面条与空白组面条的香气成分存在差异，通过对数据进行PCA和Loadings分析发现风味差异主要表现为烃类物质、无机硫化物和氮氧化合物的增强。同一储藏时间内，酵母微发酵0～12 min的面条硬度低于空白组，说明发酵可以延缓面条在储藏期内的品质劣变；微发酵面条经煮制后，水分主要以不易流动水的形式存在，其中酵母微发酵6、12和15 min的面条与空白组相比结合水的相对含量增加，水分不易流动，结合紧密，说明发酵可以降低面条体系中自由水的相对含量，抑制支链淀粉老化；X-射线衍射图谱显示，酵母微发酵面条的相对结晶度明显低于空白组，说明发酵延缓淀粉老化。适度发酵能够增加面条的香气成分，延缓面条低温储藏时的品质劣变。