不同酵母对红薯面包质地和风味的影响

江彩艳，白雨石, ，陈 瑶，金文刚，温成荣，姜鹏飞,

（1.国家海洋食品工程技术研究中心，大连工业大学食品学院，辽宁大连 116034；2.陕西理工大学生物科学与工程学院，陕西省资源生物重点实验室，陕西汉中 723001）

面包作为一种以小麦粉为主要原料烘焙类产品[1]，已经成为人们生活中不可或缺的食物之一。具有生产简单、方便携带、贮存时间长等优点[2]，可以大规模生产。面包主要分为软式面包、硬式面包、起酥面包和调理面包。随着人们生活水平的提高，普通面包已经不能满足人们对于保健、营养等方面的需求，因此目前多有研究者将含有不同营养成分的物质添加到面包中，如在面包中加入高纤维燕麦浓缩物[3]、马铃薯粉[4]、杏仁皮[5]、藜麦粉[6]以及山药薏米[7]等，以增强其营养价值，丰富面包的种类，为消费者提供更多的选择。

酵母是面包、馒头等面制品制作过程中的重要疏松剂和发酵剂[8]。Aslankoohi等[9]为了增加面包中香气成分，选用两种目前尚未用于面包发酵的酵母菌和八种非酵母菌菌株进行试验，利用GC-MS检测面包中的香气成分，结果表明，这些菌株与传统酵母菌株产生的香气成分大有不同，增加了面包中香气成分的多样性。Zolfaghari等[10]研究酸面团、面包用酵母和碳酸氢钠对面包中风味物质和感官评分的影响，发现由酵母和碳酸氢钠组合生产的面包挥发性物质含量和感官评分都较高。冷越等[11]研究国内外8种不同酵母对面制品比容、粗细气孔比以及感官评分的影响，通过优化工艺参数，最终都能制得质量较好的面制品，为制备面制品选择合适的酵母提供了参考。Niçin等[12]通过筛选酵母菌株，优化发酵条件生产出一种面粉发酵的面包香气混合物，添加到面包面团中，以此来增加面包中的香气成分，提高消费者的满意度。目前多有学者研究商业酵母以及酸面团对面制品质构、比容、香气成分等方面的影响，少有研究分析不同商业酵母与老面酵母对面制品各指标的影响。

气相-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）作为一种新型技术，具有检测快、灵敏度高、操作简便等优点，近年来被广泛应用在食品中[13]，快速高效分析不同产地[14]、来源[15]，不同工艺条件[16]下不同样品之间风味物质存在的差异，最终予以较好的区分。然而GC-IMS技术用于酵母发酵面制品中风味物质的检测少有报道，将其用于区分不同商业酵母以及不同老面酵母发酵面包中风味物质差异的研究尚未报道。因此本文以3种商业酵母和4种老面酵母为研究对象，分析由7种不同酵母发酵面团的流变学特性以及7种不同面包样品的质构和色泽之间存在的差异，利用电子鼻和GC-IMS技术对不同酵母发酵面包中挥发性有机物的种类和含量进行检测分析，为后续商业化生产面包酵母的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋小麦粉 广东省肇庆市富加德面粉有限公司；谷朊粉 河南省濮阳市七禾香实业有限公司；黄油 上海高夫食品有限公司；白砂糖 上海谷欣食品有限公司；脱脂乳粉 爱氏晨曦乳制品进出口有限公司；红薯、食用盐、鸡蛋 均来自市售；7种酵母详见表1。

表1 不同酵母的代号、名称、生产原料以及生产厂家信息Table 1 Code names, names, production materials and manufacturer information of different yeasts

200型电子天平 美国双杰兄弟有限公司；SCC-WE101型万能蒸烤箱 德国Rational公司；HM780型厨师机 青岛汉尚电器有限公司；TF-16醒发箱 加拿大雷鸟Thunderbird食品机械有限公司；DHR-2流变仪 美国TA仪器有限公司；TA.XT.plus物性测试仪 英国SMS公司；UltraScan PRO测色仪 美国HunterLab；PEN3型电子鼻 德国AIRSENSE公司；FlavourSpec®风味分析仪（GCIMS） 德国G.A.S公司；MXT-5色谱柱 美国RESTEK公司。

1.2 红薯面包的加工工艺

1.2.1 工艺流程 原辅料预处理→和面→醒发→辊压→分块→成型→发酵→烘烤→冷却→成品

1.2.2 红薯面包的制作方法

1.2.2.1 商业酵母红薯面包的制作 将新鲜红薯放入蒸锅内蒸煮至全熟，碾碎成泥备用。参考陆慧玲等[17]苦瓜山药面包制作的工艺配方，稍作修改，称取高筋粉277.2 g，水117.2 g，红薯泥70 g，鸡蛋液50 g，白砂糖26.1 g，黄油18.67 g，脱脂乳粉18 g，谷朊粉3.73 g，食用盐2.3 g，安琪酵母2.24 g，与红薯泥混合均匀加入到搅拌缸中，搅拌至面团表面光滑且内部有明显面筋的面团，取出面团放置于面板上覆盖保鲜膜醒发10 min，以150 g为标准切割面团置于37 ℃，湿度为90%的发酵箱中发酵1 h，将发酵好的面团放入160 ℃的烤箱中烘烤15 min。

1.2.2.2 老面酵母红薯面包的制作 称取67.2 g高筋粉，67.2 g的水，2.24 g的老面酵母。和面10 min左右，至面团形成，物料混合均匀。将面团放入醒发箱，于37 ℃发酵8 h使面团发起。发酵过程注意密封，避免使面团表面过于干燥而形成硬皮。称取210 g高筋粉，水50 g，其余原料及操作步骤同1.2.2.1。

1.3 动态流变学的测定

参考Wang等[18]的方法，分别测定由不同酵母发酵而成的面团流变行为。选用直径为40 mm的平板，平板间距1 mm，形变量为0.5%，测定温度25 ℃，频率范围为0.1～80 Hz。测试面团的储能模量（G'）、耗能模量（G"）和损耗角正切值（tanδ=G″/G'）随频率的变化。

1.4 色度测定

参考Alkandari等[19]的方法，采用UltraScan PRO型测色仪检测由不同酵母制成的红薯面包色度的变化。测试红薯面包正反表面色度，根据不同的酵母种类，每组条件做6组平行，分别观察L*、a*及b*值的变化。白度值（W值）按公式（1）计算：

式中：W表示白度值；L*表示亮度值；a*表示红度值；b*表示黄度值。

1.5 质构特性分析

参考Perri等[20]的方法，稍作修改，对烤制后的红薯面包进行TPA（Texture profile analysis，TPA）分析。面包出炉冷却后，切分成25 mm×25 mm×10 mm的面包片，每个样品取3个平均值，采用P/50探头，对面包进行2次压缩，测试参数为：测试前速率1.0 mm/s，形变30%，感应力5 g，2次压缩间隔时间5 s。在TPA测试结果中，选择硬度、弹性、黏聚性、咀嚼度和回复性五个指标进行分析。

1.6 电子鼻评价方案

参考Ma等[21]的方法，准确称取1.0 g样品于10 mL样品瓶中，每个样品平行测定3次。测定条件：传感器清洗时间60 s，自动调零时间10 s，样品准备时间5 s，数据检测时间60 s。电子鼻传感器性能如下表2所示。

表2 PEN3型电子鼻传感器阵列Table 2 Performance description of PEN3 electronic nose sensor array

1.7 GC-IMS测试方法

1.7.1 顶空进样条件 参考Pu等[22]的方法，稍作修改，分别称取2.0 g由7种不同酵母发酵而成的红薯面包样品，撕碎，装入20.0 mL顶空瓶中，于60 ℃孵化温度、500 r/min孵化转速下孵化15 min，设置进样针温度为85 ℃，以99.99%纯度的氮气为载气，不分流模式下进样500.0 μL，清洗时间为30 s。

1.7.2 GC-IMS条件 MXT-5色谱柱（柱长15 m，内径0.53 mm，厚度1 μm），温度60 ℃；分析时间为40 min；漂移气为高纯N2（纯度≥99.99%）；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min内线性增至10 mL/min，之后在20 min内线性增至100 mL/min，接着在25 min内线性增至150 mL/min；IMS温度为45 ℃，解析时间25 min。

1.8 数据处理

在FlavourSpec®风味仪上，调用VOCal用于查看分析谱图和数据的定性定量，调用数据库对物质进行定性分析；Reporter插件对比样品间的谱图差异；Gallery Plot插件形成指纹图谱，对比样品间挥发性有机物差异；Dynamic PCA插件进行动态主成分分析[23]。

所有试验数据采用Microsoft Excel 2010进行统计分析，作图采用Origin软件，显著性分析采用SPSS 26.0，水平设定为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同酵母对发酵红薯面团流变学特性的影响

由图1a和图1b可知，随着振动频率的增加，7种酵母发酵面团的储能模量G'和损耗模量G"均逐渐增加，G'的增加说明面团越来越难以发生可逆的弹性形变[24]，且G'值始终大于G"值，说明7种酵母发酵面团的性质接近于固体，在一定的条件下可以压缩和回复[25]。首先，随着频率的增加，G酵母和F酵母发酵面团的G'和G"上升速度高于其它酵母发酵面团，表明面筋网络增强，面团强度的稳定性增强。其次，由G酵母发酵而成的面团G'和G"值均高于其它酵母发酵面团，F酵母发酵面团的G'和G"值仅次于G酵母发酵面团，说明由G酵母发酵面团的弹性最好，F酵母发酵面团次之。tanδ＜1表明面团的弹性模量总是大于黏性模量，表明这一面团始终为弹性体系[26]，tanδ越小，说明体系的弹性比例越大，流动性越差，高聚物含量越多或聚合度越大[27]。由图1c可知，随着频率的变化，tanδ的值均逐渐增加，表示面团的流动性逐渐增强，但7种不同酵母发酵面团之间没有显著差异。

图1 不同酵母种类对面团动态流变学特性的影响Fig.1 Effects of different yeast species on dynamic rheological properties of dough

2.2 不同酵母对红薯面包色度的影响

色泽是评价面包品质的重要参数之一，与消费者对面包的接受度有密切的关系[28]。L*值、a*值、b*值、W值分别反映样品的亮度值、红度值、黄度值和白度值[29]。如图2所示，不同酵母种类对面包色泽的影响存在显著差异，老面酵母发酵面包的L*值、a*值、b*值普遍高于商业酵母发酵面包，其中由G酵母发酵而成的面包L*值和W值显著高于其他组（P＜0.05），分别为73.56±0.87和63.88±1.40，而其他组之间的差异不显著（P＞0.05），较高的亮度值和白度值有助于提高消费者对面包的满意程度，因此由G酵母发酵而成的面包优于其它酵母发酵面包。

图2 不同酵母种类对红薯面包色泽的影响Fig.2 Effects of different yeast species on the color of sweet potato bread

2.3 不同酵母对红薯面包质构特性的影响

面包的质构特性与面包的品质息息相关[30]，本试验采用硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性和回复性五个指标来评价面包的质量。由表3可知，商业酵母发酵面包的硬度和咀嚼性显著低于老面酵母发酵面包（P＜0.05），而3种由商业酵母发酵而成的面包之间的差异不显著（P＞0.05），4种老面酵母发酵面包的硬度和咀嚼度存在显著差异（P＜0.05），其中由D酵母发酵而成的面包硬度为1816.24 g、咀嚼度为914.88 mJ，在老面酵母组中最大，由G酵母发酵而成的面包硬度为375.53 g、咀嚼度为216.64 mJ，在老面酵母组中最小，这可能是由于G酵母的原料中含有商业酵母，在发酵过程中，对面包的弹性和咀嚼性造成了影响。商业酵母发酵面包的黏聚性和回复性与老面酵母存在显著性差异（P＜0.05），且商业酵母发酵面包的弹性、黏聚性和回复性均高于老面酵母发酵面包。这可能是由于天然酵母中的含有多种复杂的菌类，在相同时间内发酵能力弱于商业酵母[31]，因此短时间内的由老面酵母发酵而成的面团的各项指标均没有优势。综上所述，不同酵母种类对于面包质构各项指标的影响存在明显差异，且商业酵母组优于老面酵母组。崔震昆等[32]研究不同酵母对无糖面包品质的影响，结果表明，天然酵母的硬度和咀嚼性均显著高于商业酵母，与本试验结果保持一致。

表3 不同酵母种类对红薯面包质构特性的影响Table 3 Effects of different yeast species on texture characteristics of sweet potato bread

2.4 不同酵母对红薯面包电子鼻检测结果的影响

电子鼻是一种简便、快速评价样品气味的方式[33]，取各组样品电子鼻传感器在54 s所对应的响应值的平均值，得到如图3所示的雷达图，其中W1S和W1W的响应值最高，样品的主要差异表现在W1W传感器上，能够较好地区分商业酵母发酵面包和老面酵母发酵面包。

图3 7种酵母发酵面包气味的传感器响应雷达图Fig.3 Sensor response radar diagram of seven kinds of yeast fermented bread odor

7种不同酵母发酵面包气味的PCA分析图如图4所示，PC1贡献率为89.76%，PC2的贡献率为9.86%，两者之和达到99.62%，说明这两个主成分可以反映样品的整体信息，并且同一样品的三个平行集中在一个区域。由图4可得，商业酵母与老面酵母之间可以很好地区分，且C酵母与A酵母和B酵母之间存在明显的区分，不同老面酵母之间也可以予以区分，A酵母与B酵母之间的距离较近，说明二者之间的风味物质差异较小。综上所述，利用电子鼻检测技术，得到红薯面包中的主要挥发性风味物质为无机硫化物，且利用PCA可以对商业酵母发酵面包和老面酵母发酵面包予以区分。

图4 7种酵母发酵面包气味PCA图Fig.4 PCA chart of bread smells fermented by seven kinds of yeast

2.5 不同酵母对红薯面包GC-IMS检测结果的影响

2.5.1 不同酵母制成的红薯面包GC-IMS风味成分谱图分析 利用FlavourSpec®风味分析仪，对7种酵母发酵而成的面包样品进行了挥发性成分分析，生成GC-IMS三维谱图，但是由于三维谱图不同样品之间的差异难以用肉眼予以区分，因此将三维谱图投射到平面上，形成如图5（a）所示的二维俯视平面图，图5（b）是以A酵母发酵面包的谱图作为参比，其余样品的谱图扣减参比，若二者的挥发性风味物质一致，则扣减后的背景为白色；若某物质的浓度高于参比，则背景为红色；若某物质的浓度低于参比，则背景为蓝色。由此可对不同酵母发酵而成的红薯面包中的挥发性风味物质进行直观的对比分析，不同酵母发酵面包表现出不同的谱图信息，且不同酵母发酵面包中部分挥发性成分浓度有升高或降低的起伏变化，存在明显的差异（如图5（b）红色方框区域）。这可能是由于不同红薯面包中的酵母成分不同，商业酵母中添加的微生物是通过筛选得到的，而老面酵母由于产地、原料等的不同所产生的微生物复杂多样[34]，因此由不同酵母发酵而成的面包风味物质也存在较大的差异。Luca等[35]使用4种不同酸面团来制作面包，在面包样品中检测到多种挥发性有机化合物，赋予了面包独特的味道。

图5 7种不同酵母发酵面包中挥发性有机物的GC-IMS二维谱图Fig.5 Three dimensional GC-IMS spectra of volatile organic compounds in breads with seven different yeasts

2.5.2 不同酵母制成的红薯面包GC-IMS风味成分定性分析 通过与GC-IMS数据库对比特征性挥发风味物质的保留时间和迁移时间，对不同酵母制成的红薯面包中的风味成分进行定性分析，图6为不同酵母发酵的红薯面包样品的定性分析结果，图中的每一个数字代表一种具体的风味物质。7种不同酵母发酵而成的红薯面包共检出挥发性有机物有61种，其中已定性的有机物40种（包括单体、二聚体和三聚体）。主要包括醇类16种、醛类9种、酮类7种、酸类4种、酯类2种、醚类1种、吡啶类1种，同种物质的单体、二聚体和三聚体的分子式和CAS号相同，仅结构不同，如表4所示，图6中的数字编号与表4中的数字编号一一对应。

表4 不同酵母发酵面包中挥发性成分定性分析Table 4 Qualitative analysis of volatile components in bread with different yeasts

图6 7种不同酵母发酵面包中挥发性有机物的定性分析Fig.6 Qualitative analysis of volatile organic compounds in breads with seven different yeasts

2.5.3 不同酵母制成的红薯面包挥发性成分指纹图谱 为了更好的区别由不同酵母发酵而成的红薯面包之间挥发性化合物的差异，利用不同酵母发酵红薯面包3次平行样品的GC-IMS二维图谱中所有待鉴定峰，构建不同酵母发酵红薯面包挥发性化合物指纹图谱。如图7所示，每一行代表一种酵母（从上到下依次为A酵母、B酵母、C酵母、D酵母、E酵母、F酵母、G酵母），每一列代表不同面包样品中相同挥发性风味物质的含量多少（红色信号越深表示该物质的含量越高[36]）。通过GC-IMS指纹图谱可以更加直观的看出61种风味物质在7种不同酵母发酵面包中的分布差异。从图7中可以看出，由商业酵母发酵而成的红薯面包，丙醇（单聚体、二聚体）、3-甲基-1-丁醇（单体、二聚体、三聚体）、异丁醇（单体、二聚体、三聚体）、1-丁醇（单体、二聚体）、乙酸（单体、二聚体）、2-甲基丙酸、3-甲基-3-丁烯-1-醇等含量较高，主要集中在b区域；由老面酵母发酵而成的红薯面包，1-戊醇、己醇（单体、二聚体）、丙醛（单体、二聚体）、己醛（单体、二聚体）、1-戊烯-3-醇、2-庚醛等含量较高，主要集中在a区域；不同种酵母之间的差异主要集中在c区域，商业普通酵母中，二甲硫醚的含量相对较高，D酵母中2-丁酮的含量相对较高，F酵母中丙酸、庚醛和壬醛的含量相对较高，G酵母中丁酸乙酯、3-甲基丁醛以及3-甲基丙醛的含量相对较高。整体来看，由老面酵母发酵而成的红薯面包中风味物质含量较高，而由商业酵母发酵而成的红薯面包风味物质含量较少。这可能是由于老面酵母在发酵过程中存在较多复杂的菌群，对面团及成品的香气成分有较大的影响[37]。

图7 七种不同酵母发酵面包的挥发性有机物指纹图谱Fig.7 Fingerprint of volatile organic compounds of bread with seven different yeasts

为了更直观地看出各种风味物质的含量变化，根据风味物质在指纹图谱上的峰强度，换算得到由不同酵母发酵而成的红薯面包挥发性风味物质的相对含量变化，如图8所示。由图8可知，红薯面包中的挥发性风味物质以醇类、酮类和酸类为主，其次是醛类、醚类、酯类和吡啶类。红薯面包中检测到的醇类物质的相对含量为42.57%～48.28%，占比最大，由乙醇、1-己醇、1-戊醇、3-甲基-1-丁醇、1-戊烯-3-醇、异丁醇、丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇和1-丁醇构成，这是因为发酵的主要产物是醇类[38]，能够为面包带来特殊的香气成分，主要是醇类物质表现出的水果香气。其中乙醇在面包的风味物质中占比最大，是发酵的主要产物，不仅其本身赋予面包一定的香气成分，还是形成酯类物质的前体物质。3-甲基-1-丁醇的相对含量仅次于乙醇，是面粉本身的风味物质[39]。酮类物质的相对含量为13.49%～19.40%，由2-丁酮、丙酮、2-庚酮、3-羟基-2-丁酮、4-甲基-2-戊酮和2-戊酮构成。酸类物质的相对含量为6.91%～14.46%，由2-甲基丙酸、丙酸和乙酸构成，乙酸（酸败、汗水味）、丙酸（酸败、辛辣味）、2-甲基丙酸（酸臭味）的含量较高，会给面包的风味带来消极的影响[40]。总体来看，酸类物质在商业酵母发酵面包中的含量高于老面酵母发酵面包。醛类物质的相对含量为4.64%～8.95%，由己醛、庚醛、苯甲醛、丙醛、壬醛、2-甲基丙醛和3-甲基丁醛构成，醛类物质是脂质氧化降解产生的。相对来说，老面酵母发酵面包中的醛类物质明显高于商业酵母发酵面包中的醛类物质含量，其中壬醛（油脂气味）、丙醛（辛辣味）的含量在老面酵母面包中的含量要高于商业酵母面包中的含量。苯甲醛（焦糖味、甜味）的风味主要是白砂糖在加热的过程中发生美拉德反应而产生的，而苯甲醛的含量在商业酵母发酵面包中的含量更高，这可能是由于商业酵母原料中含有糖成分而导致的[41]。酯类物质的相对含量为3.83%～8.42%，由乙酸乙酯和丁酸乙酯构成，酯类物质在面团发酵再烘焙的过程中产生，具有酒香、水果香等令人愉悦的气味。总体来看，酯类物质在老面酵母发酵面包中的含量较高。酶和微生物在高温条件下失活，风味物质主要来源于美拉德反应和脂肪酸的氧化[42]。醚类物质的相对含量为0.26%～0.66%，由二甲硫醚构成。吡啶类物质的相对含量为0.39%～0.51%，由2-乙酰基吡啶构成。

图8 不同酵母发酵红薯面包挥发性有机物相对含量Fig.8 Relative content of volatile components of sweet potato bread fermented by different yeasts

续表 4

2.5.4 不同酵母制成的红薯面包挥发性风味物质主成分分析 主成分分析（PCA）是对多个变量进行统计分析的一种统计方法[43]。当累计贡献率超过80%时，通常认为基本包含样品的信息。两个主成分PC1和PC2的贡献率分别为66%和19%，总和为85%，说明这两个主成分基本可以代表红薯面包样品的绝大部分特征。

由图9可知，由同一种酵母发酵而成的面包气味物质图谱大致汇集在一起，总体来看，7种不同酵母发酵面包中挥发性有机物没有明显的重叠区域，由商业酵母发酵而成的面包气味物质相对较为相似，由老面酵母发酵而成的面包挥发性化合物比较相似，因此可以较好的区分由商业酵母和老面酵母发酵而成的面包。综上所述，说明采用GC-IMS结合PCA分析的方法可以对由不同酵母发酵而成的面包样品进行很好的区分。

图9 7种不同酵母发酵面包挥发性有机物主成分得分图Fig.9 PCA score of fingerprint of volatile organic component score of bread with seven different yeasts

3 结论

酵母在面包发酵过程中发挥着至关重要的作用，本试验结果表明添加不同种类酵母在相同条件下发酵对红薯面包的质地及风味都产生了明显影响。在质地指标方面，7种不同酵母发酵面团的流变学特性表明G酵母发酵面团的弹黏性最好，色泽之间存在显著性差异（P＜0.05），其中由G酵母发酵面包的L*值和W值最高，质构特性表明，G酵母的硬度和咀嚼性显著低于其它老面酵母发酵面包（P＜0.05），说明在老面酵母发酵面包中，G酵母发酵面包的指标相对较好，更适用于面包的生产加工。在风味方面，电子鼻研究结果表明，不同酵母发酵面包的挥发性风味物质主要以无机硫化物为主，并且PCA分析可以较好地区分不同种类酵母发酵面包。GC-IMS共检测出61种挥发性风味物质，其中已定性的风味物质40种，未定性的风味物质21种，其中醇类物质含量最多，其次是酸类物质和酮类物质。本试验为区分商业酵母和老面酵母提供了理论依据，同时对不同种类酵母发酵红薯面包面团的流变学特性、色泽、质构、风味物质进行了研究，为工业化生产过程中酵母的选择提供了参考。