多菌种酵制多孔挂面的品质及风味物质分析

权苗苗，许 飞，陈 洁，汪 磊，谢亚敏，曹 菲

河南工业大学 粮油食品学院，河南省面制品主食工程技术研究中心，河南 郑州 450001

挂面作为我国的传统主食之一，有着悠久的历史[1]。随着生活水平的提高，人们更多地关注挂面的口感和风味[2]。目前，市场上涌现出了一些营养型、功能型、特殊风味型等创新型挂面，多孔(空心)挂面就是其中一种，但是多孔挂面多使用单一菌种进行发酵生产[3-4]，导致产品香气不浓郁、口味较单一。张蕴华等[5]使用不同种类的酵母菌制作机制空心挂面，结果显示添加1.6%酵母菌所制挂面的综合品质最佳。王金荣[6]研究发现酵母菌的添加会显著降低多孔挂面的最佳蒸煮时间。酵母菌及乳酸菌混合发酵过程中的代谢产物会促进两者的共生作用，最终导致乳酸菌大量繁殖产生乳酸[7]。崔明玉等[8-9]研究发现酿酒酵母和乳酸菌的发酵作用均能降解植酸。闫博文[10]在酸面团中发现了乳酸菌，并证明它对改善产品的风味有十分重要的作用。有研究指出乳酸菌与酵母菌通过协同作用，会产生非挥发性物质有机酸，并与酵母相互作用产生醇、醛、烃、酯等挥发性风味物质[11]，对丰富产品的风味有重要作用。刘安伟等[12]的研究结果显示添加2%乳酸菌发酵的拉面拉伸性能及品质较好。徐一涵等[13]发现，植物乳杆菌发酵的马铃薯粉制作的面条解决了马铃薯面条过黏、难成型等问题。

近年来，国内主要使用单菌种制作多孔挂面，对多菌种(乳酸菌与酵母菌)制作多孔挂面的研究相对较少。因此，作者采用乳酸菌与酵母菌复配制作多孔挂面，并探究其对多孔挂面品质及挥发性风味物质的影响，以期为多孔挂面的后续研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

高筋粉:金苑面粉厂；食盐:中盐枣阳盐化有限公司；酵母菌(酿酒酵母)：河北食品有限公司；乳酸菌(植物乳杆菌CW006、干酪乳杆菌LC89、嗜酸乳杆菌LA85)：微康益生菌(苏州)股份有限公司。样品中所用发酵剂见表1。

表1 样品中的发酵剂Table 1 Starter in sample

1.2 仪器与设备

面制品程控实验干燥箱：郑州伟鼎科技有限公司；CR-400色差仪：日本美能达公司；RB120电子天平：温州韦度电子有限公司；JMTD-168/140小型制面机组:北京威腾机械有限公司；HWS-250恒温恒湿培养箱：上海精宏实验设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 制面工艺

称取200 g高筋粉、35%水、2%食用盐、1%酵母菌和0.1%乳酸菌进行和面、一次醒发、一次压延、二次醒发、二次压延、切条、发酵，最后进行分段干燥。

1.3.2 多孔挂面相关指标的测定

参照GB 5009.3—2016 、LS/T 3212—2014 、LS/T 3212—2021分别测定多孔挂面的水分含量、最佳蒸煮时间、蒸煮损失率。参考文献[14]的方法测定多孔挂面中植酸含量。

吸水率的测定参考文献[15]的方法并稍加修改: 取 20 根挂面，放入 1 000 mL 沸水中，捞出后用滤纸吸干面条表面水分，冷却至常温，测其质量，计算多孔挂面的吸水率。

1.3.3 多孔挂面色泽的测定

将多孔挂面紧密平铺在试验台上，通过色差仪测试挂面的颜色，对每个样品选择不同的位置进行5次测定，得到L*(明亮度)、a*(红绿度)和b*(黄蓝度)。

1.3.4 多孔挂面pH值的测定

参考文献[10]的方法并稍加修改，称取5 g发酵80 min的多孔挂面样品，置于45 mL蒸馏水中，匀浆处理10 min至样品与水完全混合，测定该悬浊液的pH值,即为多孔挂面的pH值。

1.3.5 多孔挂面风味物质的测定

顶空固相微萃取：固相微萃取的萃取头按照说明书进行老化。称取5 g切碎的多孔挂面置于30 mL顶空瓶，在水浴锅中平衡0.5 h，再于55 ℃恒温条件下进行30 min固相微萃取，解吸6 min。

GC-MS条件参考文献[16]的方法并稍加修改。升温程序：初始温度40 ℃，保持2 min以3 ℃/min升至50 ℃，保持1 min，再以5 ℃/min升至110 ℃，保持1 min，最后以6 ℃/min升至250 ℃，保持1 min。MS条件：四级杆温度150 ℃。

1.3.6 多孔挂面的相对气味活度值

相对气味活度值(ROAV)代表物质对样品风味贡献的大小。

式中：T为各挥发性风味物质的阈值；Tmax为贡献值最大成分的阈值；C为各挥发性风味物质的相对含量；Cmax为贡献值最大成分的相对含量。

1.4 数据处理

采用SPSS 24、Origin 2019 进行数据处理与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同菌种发酵对多孔挂面蒸煮特性的影响

如表2所示，与空白挂面相比，添加酵母菌的多孔挂面最佳蒸煮时间延长，但随着乳酸菌种类的增加，多孔挂面的最佳蒸煮时间均显著缩短，这可能与乳酸菌和酵母菌共同发酵作用形成的多孔结构有关，使水分进入孔隙内部，从而缩短酵制多孔挂面的最佳蒸煮时间，其中样品8的最佳蒸煮时间最短，与空白样品相比下降了25%。酵制多孔挂面的蒸煮损失率略高于空白样品，可能是因为酵制多孔挂面的面筋蛋白含量相对减少，导致其在煮制时淀粉颗粒更多地溶出[17]。多孔(空心)挂面企业标准(Q/HYBS 0001S—2021)规定，蒸煮损失率小于12%时为优质面制品，酵制多孔挂面的蒸煮损失率均小于12%，符合优质面制品的要求。挂面经发酵后其吸水率相较于空白挂面均有不同程度的升高，这可能与发酵过程中多孔结构的形成有关，与葛珍珍等[18]的研究结果一致，复配菌种会增加面条的吸水率。

表2 多孔挂面的最佳蒸煮时间和蒸煮特性Table 2 Optimal cooking time and cooking properties of different cellular noodles

2.2 不同菌种发酵对多孔挂面色泽的影响

理想的挂面其L*和b*较高，且色泽是影响消费者是否选择该产品的重要因素[19]。由表3可知，与空白样品相比，经发酵后多孔挂面的L*无显著变化，a*和b*小幅上升。乳酸菌在代谢过程中会产生硫胺素、核黄素等维生素[20]，这可能是造成挂面颜色差异的原因。

表3 多孔挂面的色泽Table 3 Color of cellular noodles

2.3 不同菌种发酵对多孔挂面pH值的影响

由图1可知，与空白挂面相比，经乳酸菌和酵母菌混合发酵制得的多孔挂面的pH值略有下降。导致pH值降低的原因可能是：添加到挂面中的酵母菌可通过三羧酸循环(TCA)循环产生不同的有机酸[21]；乳酸菌可以作用于面条中的糖类将面条酸化，其中干酪乳杆菌和植物乳杆菌为兼性异型发酵，通过糖酵解途径代谢己糖，通过磷酸戊糖途径代谢戊糖。嗜酸乳杆菌为同型发酵，其发酵途径为Embden-Meyerhof-Parnas pathway(EMP),发酵过程中会产生乳酸[22]。多菌种酵制多孔挂面之间的pH值无显著性差异，说明当发酵时间为80 min时，不同乳酸菌的存在并未显著影响多孔挂面的pH值。

注：不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。图2同。图1 多孔挂面的pH值Fig.1 pH value of cellular noodles

2.4 不同菌种发酵对多孔挂面植酸含量的影响

植酸可以与锌、钙、铁等金属离子螯合，降低矿物质的生物利用率，被公认为是一种抗营养物质[23]。如图2所示，与空白挂面相比，酵制多孔挂面的植酸含量均显著降低，其中样品2、5和7的植酸含量减少了约50%，样品4、6、8的植酸含量分别减少了约31%、21%、78%。抗营养物质植酸的降解可能是因为酸性环境下激活的植酸酶以及菌株生长代谢过程中合成的微生物酶[24-25]。其中样品8的植酸含量减少效果较为明显，可能是因为嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌和酵母菌共同作用时会激活较多的植酸酶。

图2 多孔挂面的植酸含量Fig.2 Phytic acid content of cellular noodles

2.5 不同菌种发酵对多孔挂面风味的影响

由表4可知，空白样品中共检测到15种风味物质，其中醇类1种、醛类4种、烃类8种、酚类1种、其他类1种，主要为阈值较大的烃类，一般认为烃类对风味的贡献作用不大；1种乳酸菌和酵母菌发酵的多孔挂面中，样品3检测到的风味物质相对较多，为25种，其中醇类2种、醛类3种、酯类10种、烃类8种、酚类1种、其他类1种，酯类占比较高，且以棕榈酸乙酯(47.92%)为主，具有果香和奶油香[26]；2种乳酸菌和酵母菌发酵的多孔挂面中，样品6检测到的风味物质较多，为27种，其中醇类2种、醛类4种、酯类6种、烃类14种、酚类1种，酯类占比较高，且以棕榈酸乙酯(46.35%)为主,酯类物质主要的生成途径为脂肪酸和醇类的酯化反应[27]；3种乳酸菌和酵母菌制作的多孔挂面(样品8)中共检测到23种风味物质，其中醇类2种、醛类3种、酯类4种、烃类13种、酚类1种。与空白样品相比，酵制多孔挂面中醇类含量均呈现增加趋势，醛类、烃类的含量呈现降低趋势，样品2、3、6中酯类含量明显增加。

表4 多孔挂面挥发性风味物质及相对含量Table 4 Volatile flavor compounds and their relative content of cellular noodles

续表4

2.6 不同菌种发酵多孔挂面关键性风味物质分析

如表5所示，仅列出ROAV ≥ 0.1的11种物质，ROAV≥ 1的组分为样品的关键风味化合物，ROAV越大表示该物质对酵制多孔挂面的挥发性总体风味贡献越大；0.1 ≤ ROAV < 1的化合物对样品的整体风味有一定的修饰作用，7种酵制多孔挂面中各物质的相对活度值存在一定差异。2-甲基丁醇、正己醛、壬醛、反式-2-壬醛、癸醛、己酸乙酯、棕榈酸乙酯、辛酸乙酯的ROAV ≥ 1，因此均可视为关键挥发性风味物质，其余化合物对酵制多孔挂面挥发性总体风味成分具有重要的修饰作用。

整体来看，酵制多孔挂面较空白挂面增加了苯乙醇、反式-2-壬醛、己酸乙酯、棕榈酸乙酯、辛酸乙酯等风味化合物，为挂面增加了玫瑰味、蜂蜜味、甜瓜香、果香和酒香等风味[26-32]。乳酸菌和酵母菌的加入使2-甲基丁醇、癸醛对风味的贡献度呈现上升趋势，说明添加一定比例乳酸菌和酵母菌更易激发挂面中关键风味化合物的活性。

表5 多孔挂面的关键风味化合物Table 5 Key flavor compounds of cellular noodles

2.7 不同菌种发酵多孔挂面的特征风味物质的主成分分析

主成分分析(PCA)可通过对大量数据进行降维，减少数据冗杂。由表6可知，前3项主成分的特征值为5.028、3.031、1.554，均大于1，并且前3项主成分的累计方差贡献率为87.394% > 85%，则这3项可以代表11种风味物质反应酵制多孔挂面风味的整体特征。

如图3a所示，未发酵挂面与酵制多孔挂面相

表6 主成分特征值和贡献率Table 6 Eigenvalues and contribution rates of the principal components

比它们的主成分差异较为明显;由图3b可知，11种风味物质在主成分2轴上分度良好，分布在

图3 多孔挂面挥发性化合物的主成分分析Fig.3 Principal component analysis of volatile compounds in cellular noodles

PC2正向区域的物质有壬醛、癸醛等。结合PCA和ROAV结果分析可知，空白挂面中2-甲基丁醇、正己醛、庚醛、壬醛、癸醛为关键风味物质。酵制多孔挂面中2-甲基丁醇、正己醛、壬醛、反式-2-壬醛(样品6)、癸醛、己酸乙酯(样品2、样品3、样品8)、棕榈酸乙酯(样品3)、辛酸乙酯(样品3)为关键风味物质。

3 结论

研究添加乳酸菌和酵母菌对多孔挂面蒸煮特性、色泽、pH值、植酸含量及挥发性风味物质的影响，得到以下结论：与空白挂面相比，酵制多孔挂面的煮制时间都显著缩短，其中采用嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌和酵母菌混合发酵所制多孔挂面的最佳蒸煮时间最短；多菌种发酵较好地维持了挂面的色泽；酵制多孔挂面中的抗营养物质植酸含量显著降低，其中采用嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌和酵母菌混合发酵后植酸含量的降解程度相对较高；干物质吸水率和蒸煮损失率略增加；采用HS-SPME-GC-MS在多孔挂面中共鉴定出64种挥发性风味物质，包括醇类、醛类、烃类、酯类、酚类等物质，采用嗜酸乳杆菌和酵母菌混合发酵时检出24种风味成分，干酪乳杆菌和酵母菌发酵时检出25种风味成分，嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌和酵母菌发酵时检出27种风味成分，且以对风味有重要提升作用的醇类和酯类为主。结合ROAV筛选出11种关键风味物质，主要是醛类和醇类,呈现酒香、柑橘香等天然香气。与已有研究结果对比可知，乳酸菌和酵母菌的添加改善了产品的品质，填补了多孔挂面挥发性风味物质研究的空缺，后期还需结合感官评价和GC-O等分子感官组学进行深入分析研究。