青稞,又叫裸大麦、米大麦、元麦,是我国西部高原地区人民的主要粮食作物,同时也是具有民族特色的作物[1-2]。青稞的营养成分具有“三高”:高蛋白质、高纤维素、高维生素;“两低”:低脂肪、低糖的结构特点[3-4]。伴随人们生活水平的提高,现代人对饮食结构的需求发生改变,健康要求越来越高,而青稞的营养结构很大程度上符合人们的需求。青稞籽粒含有丰富的α-葡聚糖,具有较高营养价值和独特保健作用[5]。青稞中β-葡聚糖的平均含量为5.2%,最高可达8.6%,是小麦中β-葡聚糖平均含量的50倍,迄今为止为谷类作物中含量最高的物种[6]。
青稞作为我国西藏地区特有的大麦粮食作物,有很大的开发价值,但因其口感粗糙,同时其风味相对其他大麦杂粮偏弱,开发难度较大。目前,我国关于青稞的应用研究与开发相对较少,大众对于青稞的认识度远小于其他大麦类粮食。方圆等[7]研究了青稞熟粉及青稞制品的消化特性,结果证明,青稞及其制品对血糖的控制有积极的作用。刘延岭等[8]以青稞中提取的膳食纤维为辅料,研究开发一种具有良好保健功能的青稞膳食纤维面包。王宝贝等[9]将破壁的小球藻粉末加入到青稞面包中,深入研究了各种比例小球藻对青稞面包品质的影响,提高青稞面包的营养与品质。
目前,对青稞面包的研究主要集中在面包的功能特性上,然而,本实验前期发现,青稞面包由于其质地粗糙,无独特色泽与风味,甚至由于青稞粉的添加,面包的风味有所下降,这为青稞面包的开发与推广带来极大阻力。由于赖氨酸在粮食中的含量极低,且易被破坏,故为第一限制性氨基酸[10]。赖氨酸作为营养增强剂已应用于面粉中。本实验前期预实验发现,赖氨酸的添加可以有效加强青稞面包烘培时的美拉德反应,改善青稞面包风味寡淡的情况,同时对基础配方进行改良,以果葡糖浆代替白砂糖,加强酵母发酵风味与烘培风味。本实验以添加质量分数0.6%(以面粉总质量计,下同)赖氨酸的10%青稞面包与未加赖氨酸的10%青稞面包作为研究对象,以面包的质构特性、比容、感官评价为指标,采用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱(headspace-solid phase microextraction,gas chromatograph-mass spectrometer, HS-SPME-GC-MS)与电子鼻技术相结合的方式,全面分析赖氨酸强化青稞面包的烘培特性与挥发性风味化合物特征,为青稞面包的进一步开发提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
仪器:DC-232S冷藏醒发箱、SK2-623+1S+2B电烤炉,新麦机械(中国)有限公司;TA-XTPlus型质构分析仪,英国Stable Micro Systems公司;7890A-5975C气相色谱质谱联用仪,安捷伦科技有限公司;PEN3电子鼻,北京盈盛恒泰科技有限责任公司;HE83/02水分活度测定仪,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;PV-X面包体积测定仪,佩克昂科技有限公司;CHOPIN肖邦Mixolab2混合实验仪,法国肖邦技术公司;E-1063B厨师机,若如心家电有限公司。
材料:耐高糖即发活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;植物黄油,山东培元粮油食品有限公司;孖参牌33日式面包专用粉,肇庆市福加德面粉有限公司;青稞粉,青海国生食品有限公司;果葡糖浆,湖北千凤香食品有限公司;食盐,中盐榆林盐化有限公司;蛋黄粉、L-赖氨酸,河南万邦实业有限公司;全脂奶粉,上海枫未实业有限公司。
试剂:NaOH、无水乙醇、KI、HCl,国药集团化学试剂有限公司;甲基绿、亚甲基蓝、甲基红,上海振企化学试剂有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 面包基本配方
赖氨酸青稞面包与青稞面包的基本配方见表1。
表1 面包的基本配方 单位:g
Table 1 Formulations of bread
类型高筋面粉青稞粉赖氨酸果葡糖浆黄油蛋黄粉奶粉盐水青稞面包22525070156.25153128赖氨酸青稞面包225251.570156.25153128
1.2.2 面包生产流程
青稞面粉、高筋面粉、赖氨酸等辅料搅拌均匀→面团胚调制→一次发酵→排气、切割、收圆→中间醒发→整形→二次醒发→烘烤→冷却→成品。
1.2.3 面包的工艺操作要点
采用一次发酵法制作面包,将高筋面粉、青稞粉、水、蛋黄粉、果葡糖浆、奶粉等置于和面机中混合均匀,成团后加入食盐,继续搅拌至形成厚膜,加入黄油,面团搅拌至形成薄薄的手套膜,将面团放入发酵箱发酵(30 ℃,湿度70%,50 min),发酵至面团2倍大。发酵好的面团进行排气、分割、收圆,静置10 min,压成面团条并卷起,静置10 min,整形、卷起放入吐司盒,放入发酵箱(38 ℃,湿度85%,60 min),醒发至模具8分满后,放入烤箱烘烤(上火185 ℃、下火185 ℃,30 min),出炉后自然冷却至室温。
1.2.4 基本成分分析
分别参照 GB 5009.6—2016 《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》计算高筋面粉和青稞面粉中的水分、粗蛋白、淀粉、脂肪、膳食纤维和灰分含量。
1.2.5 面包品质特性的测定
1.2.5.1 面包的感官评价
参照姚佳等[11]的方法,选取10位食品专业人员(5位男性、5位女性),对面包(冷却2 h后)形态、色泽、气味、口感、组织5个方面进行感官评价(表2)。
1.2.5.2 面包比容的测定
将冷却后的面包放入面包体积测定仪中进行称重和扫描,得到面包的比容。
1.2.5.3 面包质构特性的测定
参考ALEIXANDRE 等[12]的方法,刚出炉的面包冷却2 h后,将面包切成15 mm厚度的面包片,选取面包中心部位的面包片,在平台上进行质地剖面分析(texture profile analysis,TPA)测定,以硬度和弹性为指标。面包TPA测试设定参数为:选用P/36r探头,测前速率1.0 mm/s,测后速率1.0 mm/s,压缩程度50%,感应力为5 g,间隔1 s,数据采集:200 p/s。每个样品做3次平行试验。
表2 面包感官评分表
Table 2 Sensory rating of bread
项目评分标准评分(分)外观(20分)表面光洁,无残缺16～20略有斑点,无残缺10～15有缺陷,有裂痕0～9色泽(20分)表面金黄,没有焦色16～20颜色淡黄、并且不均匀10～15焦色,发白现象0～9风味(20分)面包香味浓郁16～20面包香味较淡10～15无面包香味,无酸甜味0～9口感(20分)松软适口,不粘牙16～20松软,略微粘牙10～15口感粗糙、粘牙0～9组织(20分)气孔大小均匀16～20气孔大小不均匀10～15有超大气孔0～9
1.2.6 面包的风味测定
1.2.6.1 面包香气感官评定
根据GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》的方法选出10名优选评价员(5个男生,5个女生)组成优选评价员小组。
参考GB/T 16861—1997《感官分析 通用多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词的方法》确定描述词。初步给出青稞面包描述词,并进行讨论、删除,形成统一的青稞面包香气描述词及其定义,选择合适产品作为参比样,并对参比样的强度达成共识。
感官评定小组依据选定的香气描述词对2种面包进行定量描述分析,时长为1 h,样品间隔5 min,并用湿毛巾缓解嗅觉疲劳。采用0～15分值打分制,0表示无,15表示非常强。
1.2.6.2 电子鼻气味测定
参考仲梦涵等[13]的方法精准称取面包样品3 g,置于顶空瓶中,将样品放于30 ℃下平衡15 min。采用顶空自动进样法,电子鼻参数为:采样间隔为1 s,预采样时间为5 s,测量时间为150 s,冲洗时间为90 s,流速为400 mL/min,抽样速度为1 mL/s,采样频次为1 次/s。利用电子鼻自带分析软件分析绘图。电子鼻传感器对应的敏感参考物质如表3所示。
1.2.6.3 SPME-GC-MS风味物质的测定
萃取头型号为SPME纤维组件二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷。
顶空SPME条件:精准称取3 g样品,置于顶空瓶中,放入60 ℃恒温水浴中平衡30 min,再将萃取头插入顶空瓶中萃取30 min,之后于GC/MS进样口解析5 min。
GC条件:HP-5MS毛细管柱(30 mm×0.25 mm,0.25 μm),载气为He,设定流速为1 mL/min。柱初温为50 ℃,以8 ℃/min持续升温至125 ℃,保持3 min;以4 ℃/min升温至165 ℃,再保持3 min;最后以10 ℃/min升温至250 ℃,保持2 min,采用无分流模式。
MS条件:接口温度280 ℃,离子源为EI,离子源温度为230 ℃,电子能量70 eV,扫描范围:35～500 m/z,采用全扫描采集模式。
表3 电子鼻不同传感器对应香气种类
Table 3 Aroma types corresponding to different sensors of electronic nose
陈列序号传感器名称响应香气种类举例及检测下限1W1C芳香苯类甲苯,10 mL/m32W5S对氮氧化合物很灵敏NO2,1 mL/m33W3C对氨类以及芳香成分灵敏苯,10 mL/m34W6S主要对氢气有选择性H2,100 mL/m35W5C烷烃类,芳香族化合物,弱极性物质丙烷,1 mL/m36W1S对甲烷灵敏CH4,100 mL/m37W1W对硫化氢等硫化物灵敏,也对很多柠檬烯等萜烯类物质灵敏H2S,1 mL/m38W2S对醇类、萜烯类物质灵敏CO,100 mL/m39W2W对芳香族类化合物,有机硫化物灵敏H2S,1 mL/m310W3S对于高浓度(>100 mg/kg)的芳香烃十分灵敏CH4,10 mL/m3
1.3 数据处理
采用SPSS 25和Origin 2018 64Bit软件进行统计分析和作图,所有实验进行3次重复测定。风味物质与NIST 2008色谱谱库自动检索各成分质谱数据,对机检结果进行核对和确认,采用面积归一法计算各成分的相对含量。
2 结果与分析
2.1 基本组分测定结果
小麦粉与青稞粉的基本组分见表4。
表4 小麦粉与青稞粉的基本组分分析 单位:%
Table 4 Analysis of basic components of wheat flour and barley flour
品种蛋白质脂肪淀粉膳食纤维水分灰分小麦面粉19.26±0.211.82±0.0622.61±0.050.14±0.0311.70±0.210.64±0.08青稞面粉13.15±0.162.37±0.0823.44±0.061.86±0.0510.03±0.120.76±0.12
2.2 青稞面包的烘培品质分析
2.2.1 赖氨酸对青稞面包感官评价的影响
由图1可知,添加了赖氨酸的青稞面包的色泽、风味都得到明显的提升。赖氨酸作为必需氨基酸之一,可以参与面包的美拉德反应,加强美拉德反应速度,更快地产生消费者更喜欢的焦黄色泽,同时美拉德反应带来的面包香气更加浓郁,使原本香味寡淡的青稞面包风味更强,从而得到消费者的喜爱。
2.2.2 赖氨酸对青稞面包的质构及比容的影响
硬度、咀嚼性是判断面包品质的一个重要因素,硬度、咀嚼性与面包的品质呈现负相关关系[14]。由表5可知,加入赖氨酸的青稞面包的硬度、咀嚼性、黏附性都比未添加赖氨酸的青稞面包要小,因此适量加入赖氨酸对青稞面包的质构特性有一定的改善。
图1 青稞面包感官评价分析
Fig.1 Sensory evaluation and analysis of barley bread
表5 青稞面包的质构特性及比容分析
Table 5 Analysis of texture and specific volume of barley bread
添加量/[g·(100 g)-1]硬度/g弹性/mm咀嚼性黏附性内聚性比容/(mL·g-1)0351.58±24.24a0.97±0.02a287.30±15.89a294.52±16.72a0.84±0.02a4.30±0.12a0.6310.24±17.01b0.95±0.00a243.99±14.68b256.17±18.12b0.83±0.01a4.25±0.16a
2.3 赖氨酸对青稞面包风味的影响
2.3.1 青稞面包香气感官评定
2.3.1.1 青稞面包香气特征词的建立
经过时长1 h的评价单元,感官评价小组对青稞面包香气特征词进行开发、合并、删减,最终建立了10个香气特征词,见表6。
表6 青稞面包香气特征词的定义和参比样
Table 6 Definition and comparison of aroma words of highland barley bread
香气描述词定义参比样=香气强度焦苦燃烧过度带来的焦苦感烧焦的荞麦=4小麦香一种由小麦谷物烘烤后产生的气味翻炒后的小麦面粉=13焦糖香让人联想到糖果或糖浆给人的气味感受1∶50焦糖置于水中=10酒香由谷物发酵而得的酒产生的一种以乙醇为主题的混合气味特征精制白酒∶水(1∶9)=11烤焦香像面制品烤焦产生的气息煎糊的馒头约0.3 g=8甜香香气有甜感,似蜂蜜的清甜1∶10蜂蜜置于水中=4酸味一种与酸味物质相关的气味白醋∶水(1∶5)=7奶香一种与乳制品有关的气味黄油=11花果香花与水果带有的特有香气苹果皮=2发酵香一种由微生物发酵产生的气味老面团=12
2.3.1.2 青稞面包香气特征方差分析
对定量描述分析结果进行单因素方差分析和多重比较分析,结果见表7。
表7 青稞面包定量描述方差分析结果
Table 7 Results of variance analysis of quantitative description of barley bread
香气描述词青稞面包赖氨酸青稞面包焦苦0.50±0.11a0.70±0.10a小麦香4.22±0.46a6.21±0.52b焦糖香3.12±0.23a4.40±0.14b酒香5.21±1.06a3.71±1.42b烤焦香3.69±0.32a5.12±0.22b甜香2.49±1.11a1.88±0.66a酸味2.45±0.88a4.23±0.45b奶香4.23±0.56a4.62±0.65a花果香1.10±0.04a1.08±0.06a发酵香5.21±1.21a5.55±1.34a
注:同一行不同字母表示在P<0.05水平上具有显著差异
与青稞面包相比,赖氨酸青稞面包的烤焦香、小麦香、焦糖香、酸味强度显著增强(P<0.05),酒香强度显著降低(P<0.05)。
2.3.2 青稞面包风味的电子鼻分析
电子鼻是一项快速检测食品气味的技术,主要由一组气体传感器构成,具有不同选择模式、信号处理、模式识别等功能。利用电子鼻技术对2种搭配的面包,青稞面包(A)、赖氨酸青稞面包(B)进行电子鼻嗅闻。
2.3.2.1 青稞面包风味的电子鼻雷达图分析
图2为2种青稞面包样品的电子鼻雷达图。2种面包在10个传感器上的响应值趋势大体一致,说明2种青稞面包在气味组成上比较一致。样品在2号、6号、7号传感器上响应值最强,2号传感器对氮氧化合物很灵敏,6号传感器对甲烷灵敏,7号传感器对硫化氢等硫化物灵敏,也对很多柠檬烯等萜烯类物质灵敏。从图中可以看出,赖氨酸青稞面包在2号传感器上的响应值大于青稞面包,这是因为赖氨酸的加入,美拉德反应加强,产生更多的氮氧化合物。同时赖氨酸的加入使得青稞面包的主要挥发性香气成分的响应值都有明显的增加。采用雷达分析无法直观地反映2种面包样品的风味差异性,因此需要对数据进行进一步的分析处理。
图2 青稞面包的电子鼻雷达图
Fig.2 Electronic nose radar diagram of highland barley bread
2.3.2.2 青稞面包风味的主成分分析
通过主成分分析(principal component analysis,PCA)法可以判定电子鼻技术是否能有效区分2种面包的气味组成,结果如图3所示,图中的主成分1和主成分2分别为主成分分析法计算得到,其贡献率分别为77.2%和15.4%,总贡献率为92.6%>85%,说明主成分分析法适用于2种面包的挥发性成分分析,且2个主成分可以代表样品的挥发性成分主要特征[15-16]。
由图3可知,2种青稞面包的挥发性成分被电子鼻分为2个区域,赖氨酸青稞面包的3个平行样品的间距较小,分布较集中,这说明赖氨酸青稞面包电子鼻数据的稳定性和重复性较好。
图3 青稞面包的电子鼻检测结果主成分分析图
Fig.3 Principal component analysis of electronic nose detection results of highland barley bread
2.3.3 赖氨酸对青稞面包主要挥发性风味物质的影响
图4为2种面色芯和面包皮的总离子流图,由图4可大体对比出风味物质的数量。如表8所示,2种青稞面包的面包芯的挥发性风味化合物共分离出8类20余种,为醇类、酯类、醛类、呋喃类、苯类、酸类、烯类、酮类8类。面包皮中挥发性风味化合物共分离出9类30余种,为醇类、酯类、醛类、呋喃类、苯类、烯类、酮类、酸类、硫类9类。这些化合物主要来自于酵母等微生物在发酵过程中的微生物反应与酶反应以及高温烘培过程中的美拉德反应与油脂氧化反应等[17]。青稞面包的面包芯中共检出化合物18种,面包皮中共检出18种,而赖氨酸青稞面包的面包芯中共检出化合物17种,面包皮中共检出化合物28种。从面包芯的角度,赖氨酸的添加对于青稞面包的影响较小,但从面包皮的角度,赖氨酸的添加极大地丰富了青稞面包表皮的风味种类与层次,使得面包具有更加丰富独特的风味,特别是大大加强了青稞面包在出炉时所带来的风味独特性。
由表8可知,美拉德反应产生的主要挥发性香气化合物有2,3-丁二酮、苯乙醇、甲酸、丁羟甲苯、糠醛、庚醛、乙偶姻、2,3-丁二酮等,赖氨酸的加入使这些化合物的峰面积有明显的提高,香气成分强度得到了加强。由于赖氨酸不存在于面粉中,它的加入使面包中产生了1-甲氧基-2-丙酮、1-(2-呋喃基)-乙酮等酮类挥发性香气化合物,丰富了面包总体的香气种类。
a-青稞面包芯;b-赖氨酸青稞面包芯;c-青稞面包皮;d-赖氨酸青稞面包皮
图4 不同面包皮及面包芯的挥发性成分总离子流图
Fig.4 Chromatographic ion diagrams of volatile components of highland barley bread core and crust supplemented with/without lysine
表8 青稞面包挥发性成分的GC-MS分析
Table 8 Analysis results of volatile components in highland barley bread by GC-MS
编号化合物保留时间/min相对含量/%青稞面包赖氨酸青稞面包编号化合物保留时间/min相对含量/%青稞面包赖氨酸青稞面包面包芯醇类1乙醇4.84535.22728.6552异丁醇6.8261.9991.4543异戊醇9.72722.08217.1914甲基丁醇9.83310.1668.22152,3-丁二醇11.492—1.2406正己醇14.3302.7342.6277苯乙醇20.5174.8916.1598正庚醇17.3120.7040.8359异辛醇18.679—0.346醛类10乙醛4.5890.402—11庚醛15.4203.2635.00912壬醛20.1773.0072.30713正己醛11.8703.0532.726酸类14乙酸6.5301.114—15甲酸5.085—12.587酯类16己酸乙酯17.9430.822—17辛酸乙酯21.6080.8780.672杂环类18戊基呋喃17.8151.7351.705苯类19丁羟甲苯25.6563.0043.535烯类20二氮环丙烯4.8691.536—酮类21乙偶姻8.8993.3824.729面包皮醇类1乙醇4.86037.1326.2602异丁醇6.8392.2591.3043异戊醇9.71515.54314.2164甲基丁醇9.8258.4296.5645正己醇14.3491.0690.7816苯乙醇20.5093.6124.1877糠醇13.884—2.796醛类8苯甲醛17.3332.6472.84792-甲基丙醛5.715—0.27510乙醛4.5930.4200.42611正己醛11.8745.3233.64612糠醛13.1687.26711.53013庚醛15.4042.5912.42814苯乙醛19.2170.423—15壬醛20.1772.9501.974163-甲基丁醛7.453—0.639172-甲基丁醛7.673—0.663酸类18乙酸6.686—3.905酮类192,3-丁二酮6.137—0.604201-甲氧基-2-丙酮5.067—0.916211-(2-呋喃基)-乙酮15.736—2.391222,3-二氢-2,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮21.0213.8584.20223乙偶姻8.8882.6342.678苯类24丁羟甲苯25.6572.1751.79425甲苯10.795—0.337硫类26二甲基二硫10.01—0.48827二甲基三硫17.481—0.404烯类28苯乙烯15.194—0.766杂环类30戊基呋喃17.821.3040.981酯类31辛酸乙酯21.610.363—
注:— 未检出
醛类和酮类物质在面包的香气成分中起到重要作用,具有较高的阈值[18]。2种面包的面包芯中醛类和酮类物质的相对含量分别为13.107%、14.771%,赖氨酸青稞面包的醛类和酮类物质相对含量大于青稞面包,这是由于美拉德反应主要为羰胺反应,醛类与酮类是其主要产物,具有清香、甜香、花香、奶油香等香气[19]。葡萄糖属于醛糖,果糖属于酮糖,两者美拉德反应中与赖氨酸反应的活性均大于蔗糖,同时由于醛糖的末端基团位阻效应小,比酮糖更易发生反应,因此葡萄糖比果糖与赖氨酸反应的活性更强[20]。面包皮中的醛类与酮类化合物相对含量为28.113%、35.219%。面包的美拉德反应主要体现在烘烤过程中的面包表皮,赖氨酸的添加使面包表皮出现了1-甲氧基-2-丙酮、1-(2-呋喃基)-乙酮,酮类物质种类增加,可能是赖氨酸与果糖发生美拉德反应后产生的挥发性成分,丰富了面包的风味。
醇类物质具有玫瑰香、花香、麦芽香等气味,具有较高的阈值[21]。青稞面包的面包芯中醇类物质的种类分别为7、9种,相对含量分别为77.803%、66.728%;面包皮中醇类物质的种类分别为6、7种,相对含量分别为68.042%、56.108%。2种面包的面包芯与面包皮中都存在乙醇、异丁醇、异戊醇、甲基丁醇、苯乙醇。这5种醇类都广泛应用于食品香精的加工中,多存在于天然食物中[22]。同时发现异辛醇只存在于加入赖氨酸的青稞面包中。异辛醇具有油脂气味,少量应用于花香型香精中[23]。
2.3.4 赖氨酸青稞面包的风味化合物特征差异性
2种面包的面包芯与面包皮共检出挥发性化合物32种,其中乙醇、异丁醇、异戊醇、甲基丁醇、正己醇、苯乙醇、辛酸乙酯、戊基呋喃、丁羟甲苯、乙偶姻等10种物质在2种面包中均被检测,说明其是青稞面包中的基本风味物质。加入赖氨酸的青稞面包产生了更多的酮类和硫类物质,如2,3-丁二酮、1-甲氧基-2-丙酮、1-(2-呋喃基)-乙酮、二甲基二硫、二甲基三硫,且都主要集中在面包皮中,为赖氨酸发生美拉德反应产生的[24]。同时,美拉德反应的加强也产生了更多的醇类与烯类化合物,使青稞面包在烘烤出炉后的香气更加浓郁与丰富,提高了青稞面包的风味品质。
3 结论
赖氨酸的添加,使得青稞面包的质构特性有一定的改善,对面包本身的质量不会产生不利的影响。针对面包的风味,结合面包香气感官评价,进行电子鼻主成分分析得到赖氨酸青稞面包与青稞面包在风味上具有明显的差异性,可以进行区分。利用SPME-GC-MS技术对2种面包的挥发性风味化合物成分进行分析,得出,添加赖氨酸的青稞面包风味整体是明显上升的,尤其是面包皮上带来的烘烤香气更加浓郁,产生了更多的酮类、硫类、醇类风味物质。赖氨酸的添加使青稞面包的风味更独特,增强其代表性,提升了青稞面包的风味品质与接受度,增强青稞面包的商业价值。
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