不同商业酵母馒头发酵风味及品质分析

刘丹蕾，滕 超*，汤回花，鹿发展，匡金宝，杨文静

（1.北京工商大学 食品质量与安全北京实验室，北京 100048；2.北京工商大学 北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京 100048；3.安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003）

馒头是我国重要的传统主食，又被称为“蒸制面包”（steamed bread）[1-2]。每年我国40%的小麦及进口小麦用于馒头生产[3]。在面制品总市场中，馒头占据了30%以上的份额[4-5]，现已证实馒头发酵剂对其品质具有极大影响[6]，目前用于馒头生产的发酵剂主要分为商业酵母和传统老面，商业酵母发酵力强，使得馒头制作过程更为快捷[7]。我国市场中的商业酵母主要包括干酵母、鲜酵母和半干酵母等，干酵母是经脱水干燥处理程序获得的粉状类酵母；鲜酵母即指一种没有经过干燥、造粒工艺的酵母，其产品黏结成块；半干酵母是脱水时保留一定水分的粉状酵母，兼具干酵母和鲜酵母的部分优点。近年来多数研究只针对干酵母馒头进行挥发性物质分析，因此，本研究旨在通过对五种商业酵母进行实验，设计不同的酵母添加量和醒发时间，采用固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）[8]的前处理方法来萃取馒头样品中的挥发性物质，利用气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）检测萃取到的物质，在美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）库中进行检索，同时成立感官评价小组进行感官评分，综合考察馒头品质情况，为馒头工业化提供一定的理论基础与参考依据[7]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

五得利五星特精面粉：五得利面粉集团有限公司；5种商业酵母，包括2种干酵母（TC干酵母、JG干酵母）、1种半干酵母（BG酵母）、2种鲜酵母（PG鲜酵母（含水量65.2%）、X鲜酵母（含水量68.1%））：均为安琪市售酵母。

1.2 仪器与设备

JY2002电子分析天平：德国赛多利斯电子公司；SZM-60搅拌机（和面机）：广东旭众食品机械有限公司；欧美佳CV醒发箱：湖北欧美家食品机械有限公司；固相微萃取顶空瓶（40 mL）：美国QEC公司；TSQ8000 Evo三重四级杆气质联用仪：美国Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 馒头蒸制方法[7]

取300 g面粉，38℃温水150 mL，适量酵母；将酵母置于总水量50%的水中活化5 min；将酵母活化液、剩余温水与面粉倒入和面机，和面10 min形成光滑面团；称质量为100 g左右的面团，力道适中、揉制80下，搓20下，形成半圆形馒头坯，置于38℃、相对湿度75%的醒发箱中醒发；将醒发后的面团沸水汽蒸25 min，停火5 min后，取出馒头，晾凉20 min后用于风味物质分析。

1.3.2 酵母添加量及醒发时间设计

鉴于将不同酵母添加量及醒发时间进行全因素实验数据量过大，同时为优化实验并使得样本均匀分散，根据酵母产品状态差别及类别数量将粉状酵母（两种干酵母JG、TC，一种半干酵母BG）利用DPS软件进行3因素3水平L9（34）正交试验思路的设计，鲜酵母PG、鲜酵母X则进行混合水平试验设计。基于各酵母建议添加量范围，设计酵母添加量为0.4%、0.8%、1.2%，醒发时间为20 min、30 min、40 min。具体酵母编号、添加量及醒发时间见表1。

表1 酵母编号、添加量及醒发时间Table 1 Code,addition and waking time of yeast

1.3.3 顶空-固相微萃取分析

（1）顶空-固相微萃取操作方法[9]

取晾凉后的馒头芯2 g于40 mL顶空瓶中，加入1μL浓度为0.108 8μmol/L内标2-甲基-3-庚酮后密封，将样品瓶放于孵化炉中，平衡20 min，然后将SPME针管穿过样品瓶的硅胶瓶垫，伸出纤维头，顶空萃取40 min，缩回纤维头，拔出针头。待气相色谱仪处于准备状态后，将SPME针管迅速穿过进样口硅胶隔垫，伸出纤维头，解吸5 min，缩回纤维头，拔出针头。

（2）气相色谱-质谱联用检测条件

气相色谱条件：极性毛细管柱DB-WAX（20 m×0.18 mm×0.18μm）；固定相为聚乙二醇；载气为高纯氦气（He），流速1.0 mL/min；进样口温度250℃；不分流模式；初始炉温40℃，保持2 min，以2℃/min升至50℃，再以5℃/min升至110℃，再以3℃/min升至250℃，保持4 min。

质谱条件：离子源温度200℃，MS四级杆150℃，传输线温度280℃，离子化模式为电子电离（electron ionization，EI）源；电子能量70eV，扫描范围29～800nm，数据采集为全扫描。

（3）挥发性成分的定性与定量方法[10]

定性方法：在NIST库中进行化合物的质谱鉴定，检测出挥发性成分匹配度＞85的化合物，最高匹配度为100；

定量方法：采用内标法对化合物进行半定量。计算公式如下：

式中：Ca为化合物a在样品中的浓度，μmol/L；Sa为化合物a的峰面积；Sn为内标物的峰面积；Cn为内标物的浓度（0.108 8μmol/L）。

1.3.4 OAV法确定不同商业酵母馒头主体风味成分[11]

气味活性值（odor activity value，OAV）＞1的化合物即被定性为对商业酵母馒头整体香气具有贡献的活性香气成分，化合物OAV值越大代表其对样本整体香气贡献度越大。OAV计算公式：

式中：OAVa为风味物质a的气味活性值；Ca为a的质量分数，μg/kg；OTa为a的风味阈值。

1.3.5 感官实验设计[12]

5名感官评定人员对不同处理后的馒头的表皮光滑度、滋味（口感）、内瓤结构、香气四个感官指标进行评分。感官评价标准如表2[13-14]，满分100分，采用模糊数学综合评价法对结果进行评价并统计各指标各等级的得分。

表2 馒头感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standards of steamed bread

模糊综合评价法是对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种有效的多因素决策方法，这种方法可以大大减少人为主观判断的影响，对评价结果更为科学[15-17]。评定人员对表皮光滑度、滋味（口感）、内瓤结构、香气四个感官指标进行评分建立模糊数学综合评价法，即因素集U=｛U1，U2，U3，U4｝；其中U1、U2、U3、U4分别代表表皮光滑度、滋味（口感）、内瓤结构、香气四个感官指标；评语集V=｛V1，V2，V3｝；其中V1、V2、V3分别代表优、良、差三个评价等级并以100分作为标准，其中优80～100分，良60～80分，差40～60分。根据各指标权重值确定权重域矩阵，采用强制决定法确定馒头的权重集A=｛a1，a2，a3，a4｝={0.35，0.23，0.23，0.19}。确定模糊数学综合评判矩阵Y=A×X，其中A为馒头权重集，X为模糊数学评判矩阵。

1.3.6 数据处理

主成分分析（principle componentanalysis，PCA）及聚类分析（cluster analysis，CA）分别利用Origin7.5软件及SPSS Statistics 17.0软件进行。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质分析结果

通过SPME-GC-MS联用技术将样品中检测到的化学成分在NIST库中进行检索与分析，最后通过内标法对挥发性成分定量，并将结果分类整理，如表3所示。

表3 不同酵母发酵馒头挥发性成分统计Table 3 Statistics of volatile compounds of steamed bread fermented by different yeastsμg/g

酵母菌是馒头风味形成的关键影响因素，添加不同种类的酿酒酵母比改变小麦粉品种更易使面团风味物质含量增加[18]。通过表3可知，不同商业酵母发酵馒头中的挥发性成分主要分为醇类、酯类、醛类、酮类、醚类等。醇类作为酵母发酵的重要产物，能赋予馒头特殊香气，虽然在风味分析上具有较高的阈值，但其含量相对较多，对馒头风味贡献较大，同时醇类还是生成其他产物的前体物质[19]。馒头中的醇类和酸类物质反应产生的酯香及酯类化合物在总风味物质含量中占比最高，气味浓郁，香气持久，低分子质量的酯类一般具有芳香气味或特定水果香味[20]。酯类化合物主要在酵母发酵过程中产生，除内酯和硫酯以外，其他酯类物质阈值都较高，且其含量有限，对馒头风味贡献不大。本实验中共检出10种酯类物质，其中只有丙位十二内酯OAV值＞1，说明丙位十二内酯是影响馒头风味的重要酯类物质。醛类物质阈值较低，香气浓烈，多为果香及花香，主要由脂肪氧化产生[21]。杂环类物质检出量虽然较少，但多具有强烈的气味，对产品风味的改善发挥着重要的作用[22]。羰基化合物香气阈值较低，赋予馒头香气能力较强，苯环类及杂环类对馒头香气成分也有影响[19]。五种商业酵母检测到的主要挥发成分种类比较一致，这可能是各种酵母发酵馒头在风味上的表现大体相同的原因[7]。

对比所有馒头风味物质总含量大小可知，PG8＞BG2＞PG5＞PG9＞JG1＞X8＞BG1＞X5＞JG2＞X6＞PG6＞PG4＞PG7＞PG1＞X7＞PG2＞TC1＞X1＞X9＞PG3＞X4＞X2＞TC2＞JG3＞BG3＞X3＞TC3。不同酵母品种制得的发酵馒头挥发性成分总含量差异明显，这与LIU T J等[6]的研究相一致。这可能是由于酵母菌在面团醒发过程中产生包括α-淀粉酶、蛋白酶、麦芽糖酶、酒精酶等多种催化酶，而不同酵母菌所含酶蛋白种类及含量又有差别，导致面筋蛋白的水解程度存在不同进而影响风味物质产生的差异[23-24]。由于挥发性成分总含量无法直观地反映不同酵母制得样品的风味差异性，因此，需要进一步分析。

2.2 五种商业酵母关键风味物质的确定

研究在实验样本中所有挥发性成分中选择14种对馒头香味有较大贡献（OAV值＞1）的挥发性物质（见表4），其具体含量如表5所示，将各样本挥发性成分含量输入Origin7.5软件、SPSS Statistics 17.0软件对其进行主成分分析及聚类分析，以确定五种商业酵母关键风味物质，进而确定不同商业酵母发酵馒头风味相似性。

表4 挥发性物质、阈值及其气味描述Table 4 Volatile substances,threshold value and their odors

表5 各样品中挥发性物质含量Table 5 Volatile substance content of each sample μg/g

续表

图1 五种商业酵母主要挥发性组分主成分分析Fig.1 Principal component analysis of main volatile compounds in five commercial yeasts

TC酵母主成分分析如图1a所示，其中PC1=91.3%，PC2=5.7%，两个主成分的累积方差贡献率为97.0%，能较好代表样本信息。通过比较其因子特征向量系数并结合图1a可知，TC干酵母关键风味成分是乙醇、苯乙醇和香叶基丙酮。利用同样的分析方法并结合PCA图（图1b～图1e）可知BG半干酵母关键风味成分是乙醇和茴香脑，JG干酵母关键风味成分是乙醇，X鲜酵母关键风味成分是乙醇、苯乙醇、癸醛和茴香脑，PG鲜酵母关键风味成分是乙醇、癸醛、茴香脑和异丁醇。乙醇作为5种商业酵母发酵馒头共有的关键风味物质，主要由酵母发酵产生[20]，X鲜酵母在添加量较少时无乙醇检出，随着添加量的增加其乙醇含量在一定程度上有所增加，说明酵母添加量对馒头风味形成有较大影响。X鲜酵母和PG鲜酵母有3种关键风味成分相同，说明这2种鲜酵母在风味上有较高的相似性。

利用PCA法分析不同发酵馒头关键风味物质可知，酵母种类对馒头风味挥发性成分形成有重要影响。不同酵母品种虽然形成的挥发性成分相似，但影响其风味的关键性物质却存在一定的差异。因此，将各样品挥发性成分含量进行聚类分析，考察不同酵母品种发酵馒头风味的相似性。

2.3 五种商业酵母主要挥发性成分聚类分析

将实验数据进行CA，如图2所示。

图2 五种酵母主要挥发性成分聚类分析图Fig.2 Cluster analysis of major volatile compounds in five yeasts

五种酵母制成的发酵馒头按照其风味物质含量多少通过聚类分析最后区分为两大类。第一大类中TC1、TC2、TC3能够在最小距离内形成聚类，说明TC组中的三种馒头风味相似度非常高。同时BG组（BG1、2、3）和JG组（JG1、2、3）中各馒头风味物质含量欧氏距离也分别＜5，表明BG组馒头风味高度相似，JG组馒头风味高度相似。但将这三种酵母制得的发酵馒头归为一类的欧氏距离接近25，表明这三种酵母风味差异性极大。由此可以发现同种类酵母即使其酵母添加量和面团醒发时间均有差异，所制成的发酵馒头风味仍有很大的相似性。不同种类酵母发酵馒头虽然风味物质种类基本相同，但其整体风味差异显著。除此之外，在两种鲜酵母制成的18组发酵馒头中，X1、X2、X3、X4、PG1、PG2、PG3、PG4这8组馒头风味在欧氏距离＜5时聚为一类，当欧氏距离5～10时，X5、X6、X7、X8与PG5、PG6、PG7聚为一类，PG8、PG9和X9的欧氏距离为15～25才能聚为一类。由鲜酵母（PG、X）制得的所有发酵馒头聚类分析结果分析可知，当鲜酵母添加量较少，面团醒发时间较短时两种鲜酵母风味相近；增大鲜酵母添加量、延长面团醒发时间之后，两种鲜酵母馒头风味会产生较明显差异。

由图2分析可知，商业酵母中不同种类干酵母、半干酵母（粉状酵母）的风味成分差异明显。当鲜酵母（块状酵母）添加量较少、面团醒发时间较短时，不同种类鲜酵母发酵馒头风味相似度很高，只有增大鲜酵母添加量并延长面团醒发时间，不同种类鲜酵母发酵馒头风味才会发生显著性差异。

2.4 感官分析结果

根据1.3.5所述方法评判小组对每个因素依次进行评判，将不同处理组馒头的表皮光滑度、滋味（口感）、内瓤结构、香气四个感官指标感官评价得分等级统计各等级的得票数。对每个因素不同等级的人次进行归一化处理，即W=Ui都对应一个模糊评价 Rij=（ri1，…ri2，…rin），4个因素就可建立4个单因素模糊评价矩阵，相应的得到4个处理组馒头的的感官评定结果。

根据设定的各评价等级的分数：优（100），良（80），差（40），可建立感官特殊性数集B={100，80，40}，则样品的模糊综合评判总分为：T=Y×B以JG1处理组为例，其总分为：TJG1={0.246 8，0.298 7，0.454 5}×{100，80，40}=0.246 8×100+0.298 7×80+0.4545×40=63.9。最后评判分数为JG1-3分别为63.9、93.6、80.5，TC1-3分别为86.9、89.1、96.5，PG1-9分别为50.1、54.7、57.5、59.4、68.6、72.0、74.6、78.9、80.7，X1-9分别为50.1、56.6、61.2、64.0、70.5、74.8、77.4、80.3、84.0。

根据综合评判分数可知，其中TC1、TC2、TC3、JG2、JG3、BG3、PG9、X8、X9的感官评分均＞80分，评判等级属于优，PG1、PG2、PG3、PG4、X1、X2实验组感官评分＜60分，属于差，其他感官组均为良。从感官评价结果分析发现TC酵母发酵馒头感官评价均为优，JG酵母两组为优，一组为良。这两种干酵母在感官评价上比鲜酵母更有优势。结合馒头风味物质总含量可知，干酵母感官得分优于半干酵母和鲜酵母，但鲜酵母的挥发性物质总含量相对更高，可能是由于鲜酵母发酵馒头的物性指标如表皮光滑度、黏牙度、气孔均匀性等得分较低，影响了整体感官分数。

综合风味分析结果和感官评价分数可知，发酵剂种类对馒头挥发性风味物质的影响极为显著，初步分析是由于各酵母活细胞率、酶种类及含量等存在差异，且在发酵过程中产生的各代谢产物如风味前体物质等含量不同所致，从而影响馒头最终风味物质及感官评分。除此之外，馒头风味物质的形成还与酵母添加量及面团醒发时间有一定相关性，不同酵母最适宜添加量和醒发时间存在差异。PÉTEL C等[22]已证实风味物质的形成与面团制作过程中的每个因素都息息相关，准确判定某风味物质变化是由哪些因素具体引发在研究层面尚具有相当难度。

3 结论

利用固相微萃取与气质（SPME-GC-MS）联用技术对五种商业酵母馒头（包括干酵母、半干酵母、鲜酵母）进行风味物质的测定，检测结果显示，商业酵母发酵馒头中的挥发性成分主要分为醇类、酯类、醛类、酮类、醚类等；通过PCA和CA发现不同种类粉状酵母（干酵母、半干酵母）制得的发酵馒头风味差异明显；块状酵母（鲜酵母）添加量较少、面团醒发时间较短时，不同种类鲜酵母发酵馒头风味相似度很高，只有增大鲜酵母添加量并延长面团醒发时间，不同种类鲜酵母发酵馒头风味才会发生显著性差异；通过模糊数学综合评价法分析感官分数可知商业干酵母感官评价分数要优于鲜酵母，但鲜酵母的挥发性物质总含量相对干酵母却更高，可能是由于鲜酵母发酵馒头的物性指标如表皮光滑度、黏牙度、气孔均匀性等得分较低，影响了整体的感官分数。