不同发酵剂发酵馒头风味成分分析

王 聪，吕莹果，陈 洁

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450000）

馒头作为我国的传统主食，有着悠久的历史。其口感与风味是消费者选择馒头的重要感官指标，因此一直受到人们的关注，而影响馒头风味的主要因素是发酵剂。传统的馒头发酵剂有很多，如老面、酵子、酒曲等[1]。其中酵子作为多菌种混合的传统发酵剂，含有丰富的发酵菌种，这些微生物群通过酯化等化学反应赋予馒头特殊风味，使酵子馒头比一般的酵母馒头香味丰富，后味香醇[2]。现在常用的发酵剂一般为活性干酵母，但其只含有单一酵母菌，发酵后代谢产物与传统发酵馒头有一定不同，不能满足人们如今对风味的追求。还有一些使用乳酸菌进行馒头发酵，其中植物乳杆菌作为传统面团发酵剂的主要菌种之一[3]，对馒头的体积、风味、组织结构等有着积极作用。有研究表明，通过乳酸菌和酵母单一或相互作用可以产生风味物质[4]，因此将植物乳杆菌添加于酵母馒头中，能够赋予馒头营养及特殊香气。

在关于不同发酵剂对风味影响的研究中，刘丹蕾等[5]发现不同种类的干酵母和半干酵母发酵馒头风味差异明显，鲜酵母的挥发性物质总含量虽高于干酵母，但干酵母的感官评价分数却更高；张亭妍[6]在对酵子和酵母馒头风味对比中表明，酵子馒头中醇类和酯类含量较高，酵母馒头中酸类和醛类含量较高，酵子馒头风味口感优于酵母馒头；尚英[7]发现传统发酵剂和商业酵母剂相比，发酵制得的全麦面团的风味物质总量和种类更优，认为传统发酵菌株更有利于全麦面制品的风味形成。这可能是由于传统发酵剂中除酵母菌外还含有较多乳酸菌，而乳酸菌在发酵过程中能够产生重要的风味化合物[4]。由于发酵剂的种类复杂繁多，而目前的研究主要集中在酵子、酵母发酵或酵子和酵母发酵对比上，关于酵子、乳酸菌和酵母的混合发酵研究还鲜有报道。

为研究不同类型发酵剂发酵馒头的风味物质成分，本研究选用普通酵母发酵馒头、植物乳杆菌-酵母复合发酵馒头和酵子-酵母复合发酵馒头作为研究对象，利用固相微萃取技术（solid-phase micro-extraction，SPME）与气相色谱-质谱联用技术（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析其特征性风味物质成分，为进一步研究发酵剂对馒头风味的贡献提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金苑特一粉 郑州金苑面业有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；植物乳杆菌（Lactobacillaceae Lactobacillus plantarum） 台湾亚芯生物科技有限公司；酵子 河南省南阳市市场。

DS-671电子秤 上海金山亭林工业开发区；YP-350揉面压皮机 章丘市天鹏炊具有限公司；B10三功能搅拌机 广州市番禺力丰食品机械厂；JYC-18X九阳电磁炉 山东九阳小家电有限公司；DPH030型恒温培养箱 上海实验仪器总厂；电子恒温不锈钢水浴锅 上海宜昌仪器纱筛厂；固相微萃取装置及75 μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；Finnigan Trace MS气相色谱—质谱联用仪美国Finnigan公司。

1.2 实验方法

1.2.1 馒头的基本制备工艺 称取500 g小麦面粉，用230 mL、25 ℃温水活化发酵剂，倒入搅拌缸，搅拌15 min，取出面团，用压片机压片20次，分割成80 g/块的馒头坯，搓圆成型，置于38 ℃、相对湿度为85%的醒发箱内醒发25 min，用蒸锅大火汽蒸25 min后取出冷却、备用。三种馒头配方如表1，该配方经多次试验得出，按配方中的配比，均能制备出感官性质较好的馒头。

表 1 三种馒头样品的配方（g）Table 1 The recipes of three steamed bread samples (g)

1.2.2 挥发性成分的顶空固相微萃取 将馒头分割成大约5 mm×5 mm×3 mm的碎片，称取3 g放入15 mL SPME样品瓶中，样品约占瓶子体积的3/5，盖好瓶盖，然后把样品瓶放入60 ℃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，拔出针头并进样。

1.2.3 GC-MS分析挥发性成分的条件

1.2.3.1 GC条件 色谱柱：DB-5MS毛细管色谱柱（60 m×0.32 mm×1 μm）；载气He流量：恒流，1.2 mL/min分流速度：10 mL/min，前2 min不分流，2 min后再分流，分流比：12:1；升温程序：起始温度40 ℃，保留1 min，然后以6 ℃/min升到160 ℃，接着以10 ℃/min升到250 ℃，保留10 min。

1.2.3.2 MS条件 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，采集质量范围为33~495。

1.2.4 挥发性成分定性定量方法 GC-MS分析图谱经计算机检索数据库和人工比对定性，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800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 结果与讨论

2.1 三种样品挥发性成分质谱图

图1 展示了三种样品在同一条件下不同时间内的出峰数量与峰面积，通过峰面积归一化法，表示风味物质的相对含量。由图1可以看出，三种样品在不同时间的出峰数量与峰面积有所不同，即风味物质的数量与含量有所差别。出峰时间主要集中在前20 min，在5 min左右时峰面积最大，8 min左右时次之，即在这两个时间段内的风味物质含量较高。在前5 min内，JZSB峰面积较大，数据统计为40.7%；在5~10 min时，LPSB的峰面积较大，为28.5%，而JZSB中仅有20.55%。这些不同导致了它们在风味特征上存在差异，使得三种馒头有着各自独特的味道与香气。

图 1 三种样品中挥发性成分的GC-MS图Fig.1 GC-MS graphs of volatile components in three samples

2.2 三种样品挥发性成分对比

三种样品的GC-MS图谱经计算机检索数据库和人工比对定性，把每个峰同时与NIST library和Wiley Library相匹配，确定样品的挥发性成分，分析结果如表2所示。

将三种样品的挥发性成分按照结构对种类与含量进行统计，得到表3的统计分析结果。由表3可知，YFSB中共含有54种挥发性物质，醇类有12种且含量最多，为51.71%。其余各类含量由大到小排序依次为酯类、烃类、醛类、苯环类、醚类、酸类、酮类、杂环类，其中烃类与醛类仅相差0.02%；醚类虽仅有一种，但含量仅次于苯环类，为6.59%。LPSB中共含有52种挥发性物质，醇类含量虽然低于YFSB，但在LPSB中同样占比最大，为41.53%。其余各类含量由大到小排序依次为醛类、酯类、苯环类、烃类、酸类、醚类、杂环类、酮类，其中醛类与酯类含量相近，分别为16.61%和16.39%，且高于另外两种馒头。JZSB中共含有52种挥发性物质，醇类不仅在JZSB中且在三种样品中含量最高，为54.15%。其余各类含量由大到小排序依次为酯类、烃类、醛类、酸类、苯环类、酮类、杂环类、醚类，其中烃类比醛类多四种，含量仅比醛类高约3%；酸类含量为5.33%，高于苯环类含量4.57%；醚类含量最低，仅0.26%。各样品中产生的特征性风味物质种类不同、含量不同，造成了馒头的风味差异。

2.3 三种样品挥发性成分分析

2.3.1 醇类 通常醇类物质具有芳香、植物香以及酸败等气味[8]。由表3可知，醇类在三种馒头的挥发性成分中占有绝对优势，不仅种类最多，且含量最高，都在50%左右。观察表2可知，乙醇、3-甲基-1-丁醇、环己醇、正己醇的含量较高，特别是乙醇，占JZSB中醇类含量的一半以上。乙醇具有酒类所含的清香，产生令人愉快的香味[9]；3-甲基-1-丁醇又称异戊醇，是由酵母菌对亮氨酸转氨、脱羧和氧化而成，具有很高的气味活性值，有着香脂、酒精、麦芽的风味[10−13]。乙醇和3-甲基-1-丁醇被证实是馒头挥发性风味物质中重要组成部分[14]。

醇类都具有特殊香气，且芳香阈值较低，赋予发酵馒头香气作用较大，而且与其它成分间存在相乘作用[15]。对比其他两种馒头，LPSB产生的醇类含量及种类相对较少，观察表2可知，是因为其产生的乙醇含量比另外两种馒头少，且没有产生含量较大的环己醇。这可能是由于LPSB中部分醇类作为前体物质，与其他化合物之间进一步反应，形成了酯类、醛类等风味物质。

2.3.2 酯类 酯类具有果实香味，香气持久浓郁。从表3可以看出，在三种样品中除了醇类，酯类所含的种类也很多，且含量都在12%以上。这与马凯等[16]的研究结果一致，他认为除醇类外，酯类物质也是酵母在发酵过程中的主要代谢产物，在所检成分中占有较大比例，是体现馒头风味性的主体化合物。乙酸乙酯、乙酸丁酯、2-丙烯酸丁酯为三种样品中的共有酯类，且含量在酯类中相对较大。

表 2 三种样品挥发性成分GC-MS分析结果Table 2 GC-MS analysis results of volatile components in three samples

表 3 三种样品中挥发性成分的统计分析Table 3 Statistical analysis of volatile components in three samples

续表 2

在面团发酵过程中，一方面随着微生物的生长繁殖，产生部分酯类；另一方面，醇类与有机酸的酯化反应是馒头蒸制过程中的主要反应之一，能够产生酯类这种具有芳香的物质，赋予馒头香气。从表2可以分析出，LPSB中酯类物质的种类虽少，但含量大于其他两种馒头。这可能是由于LPSB为复合发酵剂进行发酵，能够产生更多的酯类前体物质。另外，乳酸菌可以利用胞外转运或者多肽转化而来的氨基酸，经过转氨、脱羧、脱氢等一系列反应产生酯类物质[17]。有研究表明，乳酸菌发酵酸面团中酯类是主要风味物质之一[18]，与本实验结果一致。

2.3.3 醛类 醛类物质的香气浓烈，大多由脂肪氧化产生，阈值较低，多为果香及花香[19,14]。从表3可以看出，LPSB中醛类的含量几乎是另外两种馒头的2倍。结合表2可知，主要是己醛含量差别明显。

刘同杰[18]在有关酸面团的研究中指出，部分醛类由乳酸菌的代谢产生；闫博文[20]研究发现，酸面团发酵可以增加制品风味物质中醛类的含量。而酸面团中的优势菌种之一就是植物乳杆菌，这解释了LPSB中醛类含量较高的原因。醛类芳香阈值较低，且有多种香气在发酵食品及调理食品的香气中均有检出，单纯的醛类有刺激性气味，但是微量醛在食品中可使香气更加醇厚[21]。

2.3.4 烃类 烃类在三种样品中主要为烷烃和烯烃，由表3可知，其种类较多，含量也较大，尤其是JZSB中烃类含量达11.47%，几乎是LPSB的两倍。结合表2可知，主要是因为JZSB中产生了1-（1-甲基丙氧基）-丁烷这种特有物质，其含量较大，达7.43%，占JZSB中烃类总含量的一半以上。这可能是由于酵子中含有大量微生物，其生长代谢产生了与另外两种馒头不同的风味物质，使得JZSB中烃类含量较高。

小麦从面粉到发酵面团再到馒头的加工过程中，烃类物质始终是含量较高的主要成分之一[21]，刘娜等[22]从三个不同省份的酸面团馒头中检测出36种烃类，苏东民等[23]从干酵母馒头中检测到含量很大的烃类化合物约有10种。通常烃类化合物具有较高的芳香阈值，对馒头的风味贡献几乎没有，但马先红等[24]表示，烯烃由于其不饱和性，可能本身具有特殊香味，或者容易发生反应而产生风味物质。

2.3.5 苯环类与其他 苯环类物质都属于芳香族化合物，赋予馒头芳香。由表3可知，JZSB中苯环类物质较少，仅约LPSB的一半。而酮类在三种样品中差别不大，可能产生果香和花香[25]，含量会受到乳酸菌发酵的影响[18]。醚类在YFSB中只有一种，但含量较高，从表2查出为正丁醚，具有水果香味。2-戊基呋喃作为唯一的杂环类物质，且三种样品共同含有，具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香韵[26]。酸类在三种样品中含量都在2%以上，尤其JZSB中酸类最多，这是由于酵子中所含菌种丰富，而另外两种馒头中仅含单一菌种，因此JZSB产酸较多，酸类含量最大。乙酸为三种样品共有的酸类，浓度过高时味道刺激，只有浓度一定时才有酸味。何晓赟等[14]研究发现，由于酸味较大会使馒头的风味特征评分较低，这也是一些传统馒头制作工艺中加碱的原因之一。

3 结论

通过SPME-GC-MS分析三种发酵剂发酵馒头的风味成分，结果显示YFSB、LPSB、JZSB中分别含有54、52、52种风味物质，包括醇类、酯类、醛类、烃类、苯环类、酮类、醚类、酸类以及杂环类。其中，醇类含量最多，分别为51.71%、41.53%、54.15%，酯类和醛类含量次之。这三种风味物质的总含量达到70%以上，成为馒头风味物质的主导。YFSB与JZSB中的醇类、酯类和醛类含量相近，但具体风味物质的组成及相对含量又有所差别。LPSB与另外两种馒头相比，醇类含量较少，而酯类和醛类含量较多，分别为16.39%和16.61%，尤其是醛类含量几乎比另外两种馒头多1倍。JZSB中烃类含量为11.47%，而LPSB中只有5.80%；酸类含有5.33%，稍高于另外两种馒头；苯环类含量为4.57%，仅有LPSB的一半。三种馒头的风味物质在种类及含量上差异比较明显，说明不同发酵剂对馒头风味影响较大。虽然这三种馒头中风味物质的种类和含量有所差别，但馒头风味的强与弱还会受到风味物质阈值的影响，因此需要将含量和阈值结合起来探讨发酵剂对馒头风味的影响。