酵子馒头挥发性物质(香气)收集与分析研究进展

王远辉*,赵靖雯,刘长虹

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)

酵子馒头因其良好的传统风味及特有香气深受消费者喜爱。酵子馒头的香气组分属于挥发性物质,但挥发性物质并不全为“香”做贡献。酵子馒头挥发性物质的收集方法常用同时蒸馏萃取、顶空固相微萃取、吹扫捕集等,分析测定方法常用气质联用法。定性分析发现酵子馒头中挥发性物质主要是醇类、酯类、酮类、芳香族化合物,但是定量分析的相关研究极少。该文综述酵子馒头挥发性物质(香气)的收集与分析检测的研究进展,旨在为我国酵子馒头香气分析和评价提供有价值的参考。

关键词 酵子馒头;香气收集;气质联用;定性分析;定量分析;香气评价

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.018712

第一作者:博士,讲师(本文通讯作者,E-mail:wyhhngydx2014@163.com)。

基金项目:国家自然科学基金(31701635);农业部大宗粮食加工重点实验室开放课题资助(DZLS201703)

收稿日期:2018-09-06,

俢回日期:2018-10-10

馒头是传统蒸制发酵面制品,在我国已有千年历史,每年有近四成的小麦用于馒头生产[1-2]。2016年11月国家发改委和国家粮食局联合发布《粮食行业“十三五”发展规划纲要》,建议加快推进传统蒸煮米面制品为代表的主食产业化进程,馒头生产向工业化、规模化、标准化方向发展。馒头生产过程中非常关键的环节是发酵,工业化生产中基本都使用商业活性干酵母发酵制作馒头[3]。从20世纪80年代开始,国内馒头工业效仿国外面包的制作工艺,开始广泛使用活性干酵母作为发酵剂,具有发酵速度快、产气量大、效率高、馒头品质稳定等优点[4]。但是,此类馒头风味不佳,不如传统发酵剂制作的馒头香气醇厚,被消费者指出“味道”不正宗。

早在三国时期,酵子或老面等传统发酵剂开始被用于制作馒头,此做法一直沿续至今[5]。传统发酵剂制作的馒头(如老面馒头、酵子馒头)香气醇厚,深受消费者喜爱。酵子馒头因其适合工业化的工艺特点和醇厚诱人的香气,被研发人员和生产企业关注。但是,由于我国地域广阔,各地对酵子馒头的称谓不同,其概念仍存在误区,需对其进行详细整理和分辨。酵子馒头香气组分被学者关注,希望揭示酵子馒头香气的呈香化合物。由于香气研究的复杂程度高、难度大,学者们多是研究酵子馒头的挥发性物质,而且常常只进行定性分析,定量测定较少。本文概述酵子馒头的概念,以明晰其定义,并总结酵子馒头挥发性物质(香气)的收集、分析与测定的研究现状,对未来深入研究提出建议,以期为酵子馒头香气的研究提供参考。

1 馒头类型

在研究酵子馒头香气之前,需明确酵子馒头的概念。从发酵剂的类型区分馒头,利用商业化活性干酵母发酵的馒头通常被称为普通馒头;利用传统发酵剂制作的馒头被称为传统馒头(老面馒头、酵子馒头等)[6]。传统馒头主要按照其发酵剂不同分为三类,分别是酵子馒头、老面馒头和酒曲馒头,目前常用酵子和老面。老面是取前一次制作馒头的发酵面团作为发酵剂,主要是面粉和水的混合物,干燥后不易化开使用;其次老面中大部分微生物都会产酸,使用老面发酵的面团会发酸,需要使用碱中和,而且面团品质不易控制,不适合用于馒头的工业化生产[7]。因此,酵子馒头作为传统馒头的典型代表受到关注,有望将其用于工业化生产。

提到我国传统发酵剂,也不得不提国外传统的面包发酵剂——酸面团(sourdough),传统酸面团是由活性微生物、面粉和水经自然发酵得到的面团[8]。目前,国外酸面团的研究和使用较成熟,主要分为三类(Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型),统一特征都是使用面粉为原料,但制作工艺存在差别,Ⅰ型酸面团类似于我国的老面,Ⅱ型类似于酵子,Ⅲ型是在传统发酵后又添加乳酸菌再发酵制得[9-10]。出于与国际接轨的考虑,国内学者撰写的关于我国传统发酵剂研究的英文论文中,也使用酸面团一词。

2 酵子馒头

酵子馒头是指由酵子作为发酵剂制作的馒头,酵子是一种菌种混合发酵的发酵剂,基本以米粉作为基料,加入米酒、酒醪或酒曲发酵后再经过干燥制成[11]。目前市场上常见的酵子多为大米粉酵子,所制作的馒头具有特殊的风味和口感。酵子基料除了米粉,也可用玉米粉、淀粉、小米粉或小麦麸皮。但是使用小米粉和玉米粉制作的酵子,本身呈黄色,用此蒸制的馒头外观品质将受到影响,不适合工业化生产。因此,目前市场上常见的酵子为大米粉酵子,而且制作工艺简单、设备少、成本低,所制作的馒头具有特殊的风味和口感,深受消费者喜爱。

酵子在不同地方制作方式不同,风味也略有不同,在北方各省份均保留有酵子的传统制作方法,文献报道中有河北邢台、山东青岛、北京、甘肃兰州、安徽合肥、黑龙江哈尔滨、山西临汾、运城、晋南地区、河南郑州、焦作、驻马店、商丘、许昌、南阳、信阳,被研究较多的是河南省各地区的酵子[12-14]。河南是小麦主产区,食用酵子馒头历史悠久,具有代表性的地区如商丘、南阳、许昌。商丘酵子用大曲发酵,以玉米粉为原料经过多次续面发酵而成,但略带黄色,不适合工业化使用;许昌酵子以小曲和老酵头为酵种,以小麦粉和水制成面絮发酵,但干燥后使用不易化开;南阳酵子以小曲和老酵头为酵种,以大米粉为原料,经过多次发酵制成,使用方便[15]。在南阳,酵子馒头广受欢迎,酵子不仅在家庭中自用,并在市场上销售,形成固定的酵子市场,曾经有一条街被称为“酵子街”。酵子馒头诱人的第一点便是香甜的香味,不需专业评委,普通百姓便可通过香气辨认出酵子馒头。因此众多学者将酵子馒头挥发性物质(香气)作为一项重要指标进行分析。

3 酵子馒头挥发性物质(香气)研究

3.1 挥发性物质(香气)收集

酵子馒头的香气组分属于挥发性物质,由于香气涉及人的感官评价,做到准确、可靠、科学的分析评价较难,所以众多研究中只是分析馒头的挥发性物质。不论是分析酵子馒头挥发性物质,还是香气组分,其首要任务是收集酵子馒头的挥发性物质(香气)。由表1可知,同时蒸馏萃取(SDE)、顶空固相微萃取(HS-SPME)和吹扫捕集(purge and trap)被用于收集馒头的挥发性物质。

表1 馒头挥发性物质(香气)分析类文献统计
Table 1 Statistical analysis of volatile substances(aroma) in Chinese teamed bread

序号发酵剂收集方法分析技术定性分析定量测定结果1酸面团HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量在酸面团馒头中鉴定出89种挥发性化合物,其中乙醇和3-甲基-1-丁醇是最丰富的化合物[1]。2复合发酵剂、活性干酵母、黑龙江老面HS-SPMEGC-MS质谱图定性外标半定量法在老面馒头中检测到28种挥发性物质,在普通馒头中检测到12种挥发性物质,在复合发酵剂馒头中检测到20种挥发性物质。复合发酵剂馒头的主要挥发性物质类似于老面馒头。同时,利用外标法对挥发性物质进行定量分析[7]。3酸面团HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量从酸面团馒头中鉴定出的77种化合物中,乙醇和3-甲基-1-丁醇是最丰富的。所有的酸面团馒头共有22种化合物,但不同酸面团馒头中存在独特的挥发性化合物[10]。49种酸面团(产自甘肃、山东、山西、内蒙古、黑龙江、河北、河南、陕西、安徽)HS-SPMEGC-MS质谱图定性、RI值定性外标半定量法在9种不同酸面团的馒头中总共发现41种挥发性化合物。所有的馒头表现出类似的挥发性物质分布;但是,在不同酸面团发酵的馒头中,一些挥发性化合物的量存在显著差异。通过偏最小二乘法判别分析表明,不同酸面团制作的馒头可通过其特征挥发性物质的分布情况不同,进行区分[12]。

续表1

序号发酵剂收集方法分析技术定性分析定量测定结果5活性干酵母SDE、HS-SPMEGC-MS质谱图定性外标法半定量SDE收集馒头样品挥发性化合物25种,SPME收集馒头样品中50种挥发性化合物,主要有醇、醛、酮和酯等。比较后发现,SPME收集的样品中浓度较低的化合物,SDE收集的样品的GC-MS总离子流色谱图的分离效果优于SPME[16]。65种酸面团(产自甘肃、山西、黑龙江、河南、安徽)SDE、HS-SPME、吹扫捕集GC-MS、GC-O质谱图定性、RI值定性峰面积归一化法测得相对含量SDE收集的传统发酵剂制作的馒头的芳香族化合物中,常见的有(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛;SPME和吹扫捕集收集的香气组分主要是乙醇和乙酸。3种不同的香气提取方法相结合,可更好地考查馒头香气组成[17]。75种传统面食发酵剂(产自甘肃、山西、黑龙江、河南、安徽)SDE、HS-SPME、吹扫捕集GC-MS、GC-O质谱图定性、RI值定性峰面积归一化法测得相对含量SDE技术收集5种传统发酵剂制作的馒头的香气组分为19种化合物,SPME技术收集到21种化合物,吹扫捕集技术收集到12种化合物。3种技术分析结果各有侧重,SDE结合SPME技术可分析馒头中低沸点与高沸点的挥发性风味物质。通过GC-0嗅闻发现,馒头中香气组分的味道主要以香甜、果香、青草香味为主[18]。8河南周口酵子、活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量分析不同品种馒头样品的风味特性,发现老面发酵能够提高馒头风味物质种类和含量,尤其是醇类和酯类[19]。9活性干酵母、植物乳杆菌标准菌株Biogreen300、植物乳杆菌植物亚种(记为ZLP)HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量乳酸菌发酵酸面团使馒头的挥发性风味物质含量增高,酸面团发酵馒头的挥发性风味物质总含量增加,且还产生了一些独特的挥发性风味物质,如乙酸异戊酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-辛醇、2-乙基己醇、乙酸-2-苯乙基酯等[20]。10山东青岛、河北邢台和河南驻马店酸面团HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量3个地方的酸面团馒头都有自己独特的酯、醛、烯等风味物质呈现,加碱后酸类和酯类含量下降明显[21]。11传统老酵头(旗舰牌和居民自制2种)、活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量从旗舰馒头(传统老酵馒头)中检出59种挥发性风味成分,天津自制馒头(传统老酵馒头)中检出51种,安琪馒头(单一酵母馒头)中检出47种,燕山馒头(单一酵母馒头)中检出43种,这些挥发性成分中主要包括醇类、烃类、酯类、醛类、酮类、芳香类等[22]。12河南南阳米粉酵子HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量酵子面糊馒头含有的挥发性风味种类相对于酵母面糊馒头和二次发酵馒头多,挥发性物质总量最大,但又检测不到普通酵母馒头中含有酮类、醚类成分,使不愉悦气味成分不能相互混合,影响馒头本身的特有风味[23]。

续表1

序号发酵剂收集方法分析技术定性分析定量测定结果13河南南阳米粉酵子、活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量麸皮酵子面团蒸制成馒头后酯类物质受损,而醇类、醛类、酮类、呋喃类物质中对风味起提升作用的物质含量均增加;麸皮酵子馒头中呈香物质苯乙醇含量为3种馒头中最高[24]。14河南周口酵子、活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量酵子馒头特有的挥发性物质有1-庚醇、1-辛醇等醇类物质,癸酸乙酯、甲酸乙酯、苯乙醛、呋喃甲醛等[25]。1524种乳酸菌、活性干酵母HS-SPMEGC-MS、GC-O质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量对24个不同乳酸菌发酵的馒头的挥发性物质进行分析,发现不同馒头间醇类风味物质差异显著,专性异型发酵样品具有浓郁的奶香、花香及水果香气[26]。16河南商丘玉米酵子HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量在24 h的发酵过程中,随着发酵时间的增加,挥发性物质中醇类物质相对含量先升后降,酯类物质的种类和相对含量增加,这两类物质可能是面团发酵过程中挥发性物质的主要贡献化合物[27]。17河南商丘酵子中一种酵母菌HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量酵母菌发酵产生的香气组分主要为酯类、醇类和酸类,主要组分包括乙醇、乙酸乙酯、丁醇、丁酸乙酯等,香气浓郁。其中,乙醇的相对百分含量高达20.33%,乙酸乙酯14.52%,丁醇14.51%,乙酸丁酯13.90%[28]。18添加乳酸菌老面团、明登乳杆菌HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量添加乳酸菌的老面团可以增加馒头中主要风味物质,如乙醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇和脂类等,同型发酵的明登乳杆菌可以增加馒头中醛类物质,兼性发酵的植物乳杆菌可以增加有机酸的含量[29]。19河南南阳酵子HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量发现系统粉中主要挥发性物质是烃类,所制作的馒头的主要挥发性物质是醇类、酯类等,前路皮磨、渣磨、尾磨系统粉制作的馒头风味较好,后路系统粉制作的馒头气味不佳[30]。20河南焦作老酵头、活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量分析了面粉、发酵面团和老酵头馒头及普通馒头的风味物质,发现面粉中含有一定数量的风味挥发物,馒头在汽蒸过程中没有产生醇类,醇类和酯类大多是在酵母发酵过程中产生的[31]。21河南南阳酵子HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量对酵子馒头制作过程中所用的面粉、面团、馒头的挥发性物质进行分析,发现小麦粉加工精度降低,三者的挥发性物质种类呈增多趋势,酵子馒头比普通馒头的挥发性物质种类丰富[32]。22活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量低剥皮率和高剥皮率小麦粉馒头的挥发性物质存在显著差异,电子鼻可区分出粉率70%左右的馒头样品[33]。

续表1

序号发酵剂收集方法分析技术定性分析定量测定结果23活性干酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量分析小麦粉、发酵面团和馒头的挥发性组分,发现烃类、醛类、醇类是小麦粉中主要挥发性物质,在馒头的制作过程中烃类物质明显减少,在蒸制过程中醇类物质因挥发而减少,产生更多的醛类、杂环类物质[34]。24酿酒酵母、威克汉姆酵母和德尔布有孢圆酵母HS-SPMEGC-MS质谱图定性峰面积归一化法测得相对含量三种酵母(酿酒酵母、威克汉姆酵母和德尔布有孢圆酵母)混合发酵的馒头与酵子馒头的挥发性风味物质最为接近[35]。

已有研究发现,SDE运行时间长(2 h),适合收集馒头中高沸点、低挥发性的组分;HS-SPME可直接吸附馒头的挥发性物质,时间短、操作简单,常被用于收集低沸点挥发性物质和香气组分[16]。SDE、HS-SPME和吹扫捕集3种方法收集馒头挥发性组分时各有侧重,SDE与HS-SPME结合更适合收集酵子馒头中低沸点和高沸点的挥发性风味物质[17-18]

由表1可知,近80%的研究仅采用HS-SPME技术收集馒头挥发性物质,萃取纤维头常用Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane(DVB/CAR/PDMS)和Carboxen/Polydimethylsiloxane(CAR/PDMS),这是不严谨的。因为用于挥发性物质收集的纤维头有多种类型,例如Polydimethylsiloxane(PDMS)、Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene(PDMS/DVB)、Carbowax/Divinylbenzene(CW/DVB)、Carbowax-Polyethylene Glycol(PEG)、Polyacrylate(PA)和Carbowax/Templated resin(CW/TPR)等,不同萃取头适合于吸收不同类型的化合物,仅仅使用一种萃取头并不合适[36]。此外,挥发性物质的收集方式还有SDE、吹扫捕集法、液液萃取法(LLE)、固相萃取法法(SPE)、超临界流体萃取(SFE)等。萃取使用的溶剂也有多种类型,不同极性溶剂收集的化合物差异极大。所以,仅仅一项技术并不能完整地收集馒头挥发性物质。

3.2 定性分析

在挥发性物质的研究中,定性分析几种方法,第一种是使用化合物标准品,根据保留时间确定化合物[37];第二种是使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析得到的样品的质谱图与仪器配备的质谱图数据库(如NIST Library和Wiley Library)进行比对后作出判断[38];第三种是计算被测酵子馒头挥发性物质的线性保留指数(RI),与已有文献记载的化合物的RI值进行匹配,对检测到的化合物进行定性分析,RI值需在气相色谱-氢火焰离子化检测器(GC-FID)系统中测得[39]

目前,第一种方法是最准确可靠的定性方法,而标准品是必不可少的。酵子馒头所含挥发性物质众多,少则几十种,多则上百种,将全部化合物的标准品收集齐全是非常困难的,具备收集齐所有挥发性物质标准品的专业实验室在全球屈指可数。因此,GC-MS的质谱图比对功能为定性分析提供了一种解决方案。由表1可知,在酵子馒头挥发性物质(香气)研究中,八成以上都只采用第二种方法进行定性分析。但是,国际香精香料协会和多个专业学术期刊指出,挥发性物质或香气组分分析不能仅仅依靠一种单一的方法(如质谱图比对)进行定性分析,应同时使用质谱图和RI值2个指标进行定性分析[40]。在馒头挥发性物质分析中,同时使用质谱图和RI值2种方法进行定性分析的研究较少,如张国华[18]同时使用质谱图和RI值2种方法,对5个产地的传统发酵剂制作的馒头中挥发性物质进行定性分析[17-18];LIU等同时使用2种方法,对9种传统发酵剂制作的馒头中挥发性化合物进行定性分析[12]

同时,专业协会还规定,使用GC-MS分析未知挥发性物质时,如果不使用标准品对照,分析时需使用极性和非极性2种不同性能的色谱柱(如DB-5色谱柱和DB-WAX色谱柱等)对待测组分进行分离,并测定其质谱图和RI值[41]。通过以上复杂的定性分析过程,其结果才可作为挥发性组分定性分析的依据。

3.3 定量测定

对酵子馒头挥发性物质进行定性分析之后,还需对已定性的化合物进行定量测定,为后续的香气分析奠定准确的数据基础。以GC-FID和GC-MS分析为基础,合适的定量测定方法是利用不同浓度化合物标准品与其对应的GC色谱图中峰面积建立工作曲线,计算出待测化合物的含量[42]。常用的定量测定有内标法和外标法两种,由于香气组分分析中被测化合物种类多,收集所有的待测化合物标准品困难,故外标法使用较少,而内标法使用更多。

前文已提到,收集全部的化合物标准品难度很大。大量研究人员乐于使用操作简单、速度快的HS-SPME,但是萃取头对吸附的化合物具有特异性,并非对所有的化合物吸附能力一致,所以SPME并不适合定量分析种类复杂的挥发性组分[43]。如果使用外标法,利用HS-SPME收集挥发性物质,并使用GC-MS测定,可称为半定量测定。在馒头的挥发性化合物测定中,胡丽花等使用外标法测定活性干酵母制作的馒头中挥发性组分[16];刘晨等采用外标法测定普通馒头、老面馒头、复合发酵剂馒头的挥发性化合物[7];刘同杰等使用外标法,对传统发酵剂制作的馒头中挥发性化合物进行半定量分析[12]。由表1可知,大量的酵子馒头挥发性物质的含量测定仅依靠GC-MS分析中峰面积归一化法计算,这只是相对含量,而且质谱检测器对所有化合物的响应程度是不同的,峰面积的大小并不能准确表现浓度高低,更无从谈起准确的定量测定。

目前,测定挥发性物质时常使用精度高、具有定性能力的GC-MS系统,而常常忽略运行维护简单的GC-FID系统。值得注意的是,FID是全质量型检测器,对同类型化合物的响应值几乎相等,具备优良的定量测定能力,比MS检测器的响应特性更稳定,可作为挥发性组分定量测定的检测器[44]。因此,面对挥发性组分较多的样品,不需收集所有化合物的标准品,每类化合物使用若干个标准品进行响应值测定即可[45]。在准确的定性分析基础上,通过GC-FID测定,结合内标物和标准品响应值可计算酵子馒头挥发性物质的含量。

统计学方法对数据处理是研究中不可或缺的重要工作,已有研究利用主成分分析和聚类分析对3种不同筋力小麦粉的挥发性物质种类进行分析[34],对乳酸菌发酵酸面团制作的馒头挥发性物质进行分析[20],对不同乳酸菌发酵馒头的挥发性物质种类进行分析[35]。统计学方法除了主成分分析和聚类分析之外,还有相关性分析、显著性分析、响应面分析等,均可用于酵子馒头挥发性物质的数据分析。

3.4 香气特征

前文描述的都是酵子馒头挥发性物质的分析方法,而酵子馒头香气更是关注的重点。仅仅对酵子馒头中挥发性物质收集,再使用GC-FID、GC-MS进行定性与定量分析,并不能证实挥发性物质是香气组分。确定酵子馒头香气的关键是确定酵子馒头中哪些挥发性物质能使人感觉到香,这需要与人的嗅觉结合起来。气相色谱-嗅觉辨别法(GC-O)是香气分析中比较成熟的技术,主要包括检测频率法、稀释法和时间-强度法(OSME)[46]。在馒头香气分析中,张国华等使用GC-O方法对传统发酵剂制作的馒头的香气组分进行评价,发现其香气主要以香甜、果香、青草香味为主[17-18];何晓赟采用GC-O方法评价后发现,添加乳酸菌发酵制作的馒头的香气具有浓郁的奶香、花香及果香[26]

此外,香气活力值法(OAV)可用于描述各香气组分对酵子馒头香气的贡献程度,使用香气阈值来评价各组分的嗅感强度,并可通过香味提取稀释分析法(AEDA)确定酵子馒头香气中影响最大的组分[47]。刘晨等描述了3种馒头的挥发性物质中醇类、酸类、酯类、羰基化合物类、苯环类及杂环类化合物的香气阈值及对香味的影响程度[7]。付娜等对单一酵母菌发酵制作的馒头中鉴定出21种挥发性物质的香味特征进行了详细描述[28]

3.5 挥发性物质(香气)来源分析

在分析馒头香气组分的基础上,对香气的产生过程进行探索,酵子馒头香气组分的来源主要有以下几个方面:原辅料;发酵产生的香气前体物质,在酶的作用下产生新的香气物质;面团发酵生成香气物质;蒸制时面团中产生的香气物质。在研究制作馒头的原料小麦粉时发现,小麦粉磨粉产生的各路系统粉中主要挥发性物质是烃类,所制作的馒头中主要挥发性物质是醇类、酯类等,前路皮磨、渣磨、尾磨系统粉制作的馒头风味较好,后路系统粉制作的馒头气味不佳[30];还发现随着小麦粉加工时出粉率的增加,所制作的馒头中挥发性物质的种类增加[33];随着小麦粉加工精度的降低,馒头中挥发性物质含量增加[32];麸皮酵子制作的馒头从面团蒸制成馒头时,酯类物质有所减少,而醇类、醛类、酮类、呋喃类物质增加[24];同时酵子馒头制作过程中会添加辅料,例如食用碱的使用,可中和发酵产生的酸味,酸碱味调和得当,使馒头风味更诱人,但是食用碱的引入会使风味物质种类和总量都下降,但主要呈味物质醇、醛等变化不大[21]。在面团发酵过程中,主要产生醇类和酯类物质[31];随着发酵时间(6~24 h)的增加,馒头挥发性物质中醇类物质相对含量先升后降,而酯类物质的种类和相对含量增加[27]。在蒸制过程中,醇类物质种类并未增加,且含量减少,更多醛类、酮类、醇类和杂环类物质产生[24,31,34]

在发酵剂研究方面,众多学者探讨了不同发酵剂对馒头挥发性物质的影响,早期研究针对商业化的活性干酵母发酵制作的馒头中挥发性组分进行分析,而此类型馒头香气并不诱人,常作为酵子馒头与老面馒头的对照样品进行评价[16,20,33-34];我国地域广袤,各地区都具有本地特色突出的传统发酵剂制作馒头的饮食习惯,多位学者从多个省份地区(河南、河北、安徽、山东、内蒙古、江苏、黑龙江等)收集老面、酵子等传统发酵剂(酸面团),研究其挥发性物质的特征和差异,评价其香气组分;除上述固态传统发酵剂之外,研究流体状态的酵子面糊发酵馒头时发现,酵子面糊制作的馒头中挥发性物质总量较酵母馒头多,而且香气更诱人[23];传统发酵剂皆为多菌种混合组成,学者对传统发酵剂中菌种进行分离,得到优势菌种(包含酵母菌、乳酸菌等),并分别研究单一菌种或多菌种混合之后作为发酵剂制作的馒头中挥发性物质(香气)组成,菌种如Lactobacillus plantarumLactobacillus sanfranciscensisLactobacillus brevisLactobacillus delbrueckii subsp、bulgaricusWickerhamomy cesanomalus、酿酒酵母、威克汉姆酵母和德尔布有孢圆酵母等,挥发性物质分析发现不同菌种发酵制作的馒头具有各自独特的挥发性化合物[13,18,20,26,28-29,35]

学者们试图从多方面揭示各种馒头的挥发性物质产生过程,并了解挥发性物质在馒头制作过程中的变化规律,但定性与定量方面的欠缺,分析结果可能存在偏差。国外学者使用动态在线顶空固相微萃取技术(on-line dynamic HS-SPME),与专用烤炉结合对海绵蛋糕的烘焙过程中挥发性化合物进行监控,可同时跟踪几个香气组分(如5-羟甲基糠醛和2-甲基丙醛等)的变化过程[48]。在确定酵子馒头香气成分的前提下,分析制作酵子馒头的原料小麦粉、酵子及其在不同工艺过程(发酵过程和蒸制过程)中香气成分的变化规律,可揭示酵子馒头香气的产生过程。

4 建议及展望

鉴于目前酵子馒头挥发性物质的研究现状,对该领域未来的研究方向提出如下建议。

(1)收集酵子馒头挥发性物质(香气)时,联合使用SDE、HS-SPME和吹扫捕集等方法,并对收集方法进行优化,针对酵子馒头挥发性物质(香气)的理化特征,筛选出最适合的收集方案。

(2)采用GC-MS测得质谱图和GC-FID测得RI值的双定性方法,对酵子馒头挥发性物质(香气)进行定性分析。若条件允许,可收集初步定性的化合物标准品,进行对照,实现精准定性分析。

(3)在定量测定时,可使用GC-FID系统,收集少量的酵子馒头挥发性物质的标准品,添加内标化合物,利用同系物响应值一致的特点进行定量分析。若能收集齐全被测化合物的标准品,可利用标准品配置标准溶液,绘制工作曲线,可准确定量测定酵子馒头中挥发性物质。

(4)在辨别酵子馒头香气时,利用GC-O技术与经过专业训练的感官评价小组结合,对收集和鉴别的酵子馒头挥发性物质进行香味评价,确定酵子馒头的呈香化合物。并结合香气活力值法(OAV)和香味提取稀释分析法(AEDA)对香气组分进行解析,绘制酵子馒头香气的“指纹图谱”。

(5)在分析得到酵子馒头香气组分的基础上,可准确测定酵子馒头中此类化合物的含量,对其香气阈值和贡献度进行分析评价,揭示香气组分的呈香特征,利用统计学方法(主成分分析和聚类分析等)进行数据挖掘,探索关键呈香化合物。

(6)在探明关键呈香化合物的基础上,可对其在酵子馒头制作过程中进行跟踪检测,了解其在馒头制作过程中的变化规律。可借鉴国外对面包和蛋糕香气监控的方案,进行在线监测酵子馒头香气组分含量,掌握生产过程中酵子馒头状态。

综上所述,传统风味馒头逐渐成为消费者喜欢的馒头类型,酵子馒头又因其丰富醇厚的香味受到青睐。学者对酵子馒头的香味研究较多,但是多数研究只限于酵子馒头的挥发性物质,定性与定量分析并不严谨,并未对其香气进行系统研究。未来可从酵子馒头的香气入手,对香气组分进行精确的分析测定,得到酵子馒头香气的“指纹图谱”,解析关键呈香化合物。跟踪分析酵子馒头的香气组分形成过程,理清加工过程中香气的形成规律,以及各工艺单元对香气的影响程度。同时,了解关键呈香组分在加工中各环节的含量变化,选择特征性的组分作为关键控制点,为掌握酵子馒头生产过程状态提供数据支持。

参考文献

[1] KIM Y,HUANG W,ZHU H,et al. Spontaneous sourdough processing of Chinese Northern-style steamed breads and their volatile compounds[J]. Food Chemistry,2009,114(2): 685-692.

[2] 李里特,薛佳.论传统小麦面食的现代化与工业化[J].粮食与食品工业,2010,17(5):7-10.

[3] 刘晓真.我国面制主食产业化的现状及趋势分析[J].粮食加工,2014,39(6):1-5.

[4] 滕超,曲玲玉,孙伟哲,等.传统馒头发酵剂的研究进展[J].食品研究与开发,2015,36(11):1-5.

[5] ZHU F. Influence of ingredients and chemical components on the quality of Chinese steamed bread[J]. Food Chemistry,2014,163: 154-162.

[6] 张国华,何国庆.我国传统馒头发酵剂的研究现状[J].中国食品学报,2012,12(11):115-120.

[7] 刘晨,孙庆申,吴桐,等.3种不同发酵剂馒头风味物质比较分析[J].食品科学,2015,36(10):150-153.

[8] WU C,LIU R,HUANG W,et al. Effect of sourdough fermentation on the quality of Chinese Northern-style steamed breads[J]. Journal of Cereal Science,2012,56(2): 127-133.

[9] PETEL C,ONNO B,PROST C. Sourdough volatile compounds and their contribution to bread: A review[J]. Trends in Food Science and Technology,2016,59: 105-123.

[10] SIEPMANN F B,RIPARI V,WASZCZYNSKYJ N,et al. Overview of sourdough technology: From Production to marketing[J]. Food and Bioprocess Technology,2018,11(2): 242-270.

[11] 冷进松,戴媛,朱珠,等.乳清粉-玉米酵子馒头生产配方的优化设计[J].食品研究与开发,2014,35(2):57-63.

[12] LIU T,LI Y,SADIQ F A,et al. Predominant yeasts in Chinese traditional sourdough and their influence on aroma formation in Chinese steamed bread[J]. Food Chemistry,2018,242: 404-411.

[13] ZHANG J,LIU W,SUN Z,et al. Diversity of lactic acid bacteria and yeasts in traditional sourdoughs collected from western region in Inner Mongolia of China[J]. Food Control,2011,22(5): 767-774.

[14] LIU T,LI Y,CHEN J,et al. Prevalence and diversity of lactic acid bacteria in Chinese traditional sourdough revealed by culture dependent and pyrosequencing approaches[J]. LWT-Food Science and Technology,2016,68: 91-97.

[15] 杨敬雨,刘长虹.中国传统酵子的工业化[J].食品研究与开发,2007,28(2):164-166.

[16] 胡丽花,苏东民,苏东海,等.同时蒸馏萃取与固相微萃取法提取馒头中挥发性物质[J].中国农学通报,2010,26(17):98-102.

[17] ZHANG G H,WU T,SADIQ F A,et al. A study revealing the key aroma compounds of steamed bread made by Chinese traditional sourdough[J]. Journal of Zhejiang University-Science B,2016,17(10): 787-97.

[18] 张国华.不同地区传统面食发酵剂中菌群结构及优势菌种代谢的研究[D].杭州:浙江大学,2014:97-111.

[19] 王大一.传统发酵剂中主要菌群对馒头风味的影响[D].郑州:河南工业大学,2016:25-32.

[20] 程晓燕,孙银凤,刘娜,等.传统酸面团中植物乳杆菌发酵馒头抗氧化特性及挥发性风味物质特征[J].食品科学,2015,36(12):87-92.

[21] 刘娜,程晓燕,孙银凤,等.GC-MS分析传统酸面团馒头风味及添加食用碱对其风味的影响[J].食品工业科技,2014,35(16):76-81.

[22] 马凯,华威,龚平,等.顶空-固相微萃取方法分析4种发酵剂制作馒头中挥发性风味物质[J].食品科学,2014,35(16):128-132.

[23] 樊元元.酵子面糊发酵对馒头品质特性影响的研究[D].郑州:河南工业大学,2016:75-80.

[24] 闫瑛楠.麸皮酵子的制作工艺及其在馒头中的应用研究[D].郑州:河南工业大学,2015:49-54.

[25] 王宁,卞科,关二旗.干酵母与传统酵子发酵馒头风味物质的对比[J].粮食与饲料工业,2015(12):40-44.

[26] 何晓赟.乳酸菌发酵类型对老酵馒头风味特性的影响[D].无锡:江南大学,2016:23-29.

[27] 邓璀,李志建,刘长虹,等.顶空固相微萃取-气质联用分析酵子发酵面团挥发性风味物质[J].食品科技,2015,40(11):124-30.

[28] 付娜,王锡昌,杜毅,等.传统酵子中产香酵母菌的分离·鉴定及发酵香气的检测[J].安徽农业科学,2016,44(32):89-91.

[29] 宋佳锟.乳酸菌发酵对于老面性质及馒头品质的影响[D].无锡:江南大学,2015:25-28.

[30] 徐会勤.不同粉流对传统主食馒头品质特性影响研究[D].郑州:河南工业大学,2015:45-59.

[31] 苏东海,李自红,苏东民,等.固相微萃取分析传统老酵头馒头挥发性物质[J].食品研究与开发,2011,32(6):94-97.

[32] 宋琛琛.面粉加工精度对传统风味馒头制作品质影响[D].郑州:河南工业大学,2016:33-45.

[33] 王才才,王晓曦,马森,等.小麦粉出粉率对馒头品质及挥发性物质的影响[J].现代食品科技,2016,32(10):167-174;210.

[34] 燕雯,张正茂,刘拉平.顶空固相微萃取-气质联用分析小麦馒头制作过程中的挥发性成分变化[J].食品科学,2012,33(12):254-258.

[35] 邓璀.传统发酵剂中酵母多样性及其在馒头制作中的应用研究[D].郑州:河南工业大学,2016:51-52.

[36] BALASUBRAMANIAN S,PANIGRAHI S. Solid-phase microextraction(SPME) techniques for quality characterization of food products: A review[J]. Food and Bioprocess Technology,2011,4(1): 1-26.

[37] CARRASCO A,TOMAS V,TUDELA J,et al. Comparative study of GC-MS characterization,antioxidant activity and hyaluronidase inhibition of different species of Lavandula and Thymus essential oils[J]. Flavour and Fragrance Journal,2016,31(1): 57-69.

[38] KIVRAK S. Essential oil composition and antioxidant activities of eight cultivars of Lavender and Lavandin from western Anatolia[J]. Industrial Crops and Products,2018,117: 88-96.

[39] KNOTT M,LOUW S,KANDJENGO L. Gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS) combined with retention index prediction for the rapid identification of halogenated monoterpenes from a Namibian plocamium species[J]. Natural Product Communications,2016,12(2): 207-211.

[40] FIOCCO D,ARCIULI M,ARENA M P,et al. Chemical composition and the anti-melanogenic potential of different essential oils[J]. Flavour and Fragrance Journal,2016,31(3): 255-261.

[41] BICCHI C,CHAINTREAU A,JOULAIN D. Identification of flavour and fragrance constituents[J]. Flavour and Fragrance Journal,2018,33(3): 201-202.

[42] MAYR C M,CAPONE D L,PARDON K H,et al. Quantitative Analysis by GC-MS/MS of 18 aroma compounds related to oxidative off-flavor in wines[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2015,63(13): 3 394-3 401.

[43] PIRI-MOGHADAM H,ALAM M N,PAWLISZYN J. Review of geometries and coating materials in solid phase microextraction: Opportunities,limitations,and future perspectives[J]. Analytica Chimica Acta,2017,984: 42-65.

[44] CARLO B,ERICA L,MAURA M,et al. Quantitative analysis of essential oils: A complex task[J]. Flavourand Fragrance Journal,2008,23(6): 382-391.

[45] PAOLINI J,BARBONI T,DESJOBERT J M,et al. Chemical composition,intraspecies variation and seasonal variation in essential oils of Calendula arvensis L[J]. Biochemical Systematics and Ecology,2010,38(5): 865-874.

[46] BARBA C,BENO N,GUICHARD E,et al. Selecting odorant compounds to enhance sweet flavor perception by gas chromatography/olfactometry-associated taste(GC/O-AT)[J]. Food Chemistry,2018,257: 172-181.

[47] RAMIREZ J,GILARDONI G,JACOME M,et al. Chemical composition,enantiomeric analysis,AEDA sensorial evaluation and antifungal activity of the essential oil from the ecuadorian plant Lepechinia mutica Benth(Lamiaceae)[J]. Chemistry and Biodiversity,2017,14(12): e1700292.

[48] BARBARA R,AUR LIE G,JULIEN D,et al. On-line dynamic HS-SPME for monitoring endogenous aroma compounds released during the baking of amodel cake[J]. Food Chemistry,2009,112(1): 9-17.

Research progress on extraction and analysis of volatile compounds(aroma) of Jiaozi Chinese steamed bread

WANG Yuanhui*,ZHAO Jingwen,LIU Changhong

(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

ABSTRACT Jiaozi Chinese steamed bread is popular because of its favorite flavor and special aroma. The Jiaozi Chinese steamed bread aroma is composed of volatile components,but not all of them contribute to its ‘aroma’. The frequent methods used for collecting volatile compounds are simultaneous distillation extraction,headspace solid phase microextraction,and purge and trap etc. The common analytical method is gas chromatography-mass spectrometry. Qualitative analysis showed that the volatile compounds in Jiaozi Chinese steamed bread are mainly alcohols,esters,ketones,and aromatic compounds,however,there are limited quantitative studies on volatile compounds. In this paper,the research progress on collecting and determining volatile compounds(aroma) of Jiaozi Chinese steamed bread was discussed and summarized. This may provide valuable references for analyzing and evaluating the aroma of Jiaozi Chinese steamed bread in China.

Key words Jiaozi Chinese steamed bread; aroma collection; gas chromatography-mass spectrometry; qualitative analysis; quantitative analysis; aroma evaluation