发酵紫苏粉对面包储藏品质影响的研究

田海娟1,,胡征宇3,孙 宇,张 艳1,,张传智1,,潘 艳

(1.吉林工商学院,粮油食品深加工吉林省高校重点实验室,吉林长春 130507; 2.吉林工商学院粮食学院,吉林长春 130507; 3.吉林农业大学食品科学与工程学院,吉林长春130018)

紫苏[Perillafrutescens(L.)Britt]是一种具有奇异香味的系唇形科的草本植物[1],其根、茎、叶、籽均有较高的利用价值[2]。俄罗斯、日本、韩国、美国、加拿大等国对紫苏属植物进行了大量的商业性栽种,开发出了食用油、药品、腌渍品、化妆品等几十种紫苏产品。冷榨提油后的紫苏籽粕中含有丰富的蛋白质、纤维素等营养成分[3-5],目前对于紫苏粕的可食化加工,研究集中在紫苏粕初级产品的开发利用以及生物活性成分的提取优化等方面[6-13],课题组在前期研究过程中发现其加工适宜性稍差,其浓郁的紫苏风味也限制了它在食品工业中的应用[14-19]。前期试验利用凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans)和乳酸克鲁维酵母菌(Kluyveromyceslactis)对紫苏粕进行混菌固态发酵处理,发现发酵后的紫苏粉中的小肽含量显著提高[20],发酵后紫苏粕浓郁的香气变淡,因此进一步拓展了紫苏粕在食品中的应用。面包储藏中易失水进而短时间内发生老化,货架期短,鉴于菌种在紫苏粉中的发酵代谢作用,致使发酵紫苏粉中小分子物质含量提高,进而可能对于面包的储藏稳定性有影响,因此,实验将混菌发酵紫苏粉应用于面包的生产中,研究不同紫苏粉对于储藏期的面包的水分分布、迁移规律、保水性、老化度、面包的淀粉老化焓值以及面包中脂肪氧化程度的影响,以揭示混菌固态发酵紫苏粉对于面包储藏期稳定性的影响,为发酵紫苏粉的食品工业化应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans) 粮油食品深加工吉林省重点实验室保存菌种;标准菌株乳酸克鲁维酵母菌(KluyveromyceslactisATCC 12426) 北京北纳创联生物技术研究院;紫苏籽 洮南市百群食品科技有限公司;面包专用小麦粉 南顺(三东)食品有限公司;面粉改良剂 乐福斯(明光)有限公司;高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;黄油 秦皇岛金海特种食用油工业有限公司;牛肉膏(生物试剂) 北京奥博星生物技术有限公司;蛋白胨(生物试剂) 北京奥博星生物技术有限公司;氯化钠(分析纯) 国药集团化学试剂有限公司;LB培养基(粉剂) 北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司;MRS肉汤 青岛高科园海博生物技术有限公司。

SQW-601三清超微粉碎机 济南易辰超微粉碎技术有限公司;4A220-50-06超临界萃取装置 江苏南通市华安超临界萃取有限公司;TS2231020高压灭菌锅 上海东亚压力容器制造有限公司;SW-CJ-2FD超静工作台 上海新苗医疗器械制造有限公司;SM30FA-1全自动和面机 瑞典Glimek公司;S200/DC-11/DCJ-1组合烤炉 瑞典Sveba-Dahlen公司;SFY-60红外线快速水分测定仪 冠亚电子科技有限公司;布拉德班粉质仪 德国Brabender公司;CT3食品物性分析仪 美国博勒飞公司;DHG-9245A鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司;Simga3K15型高速冷冻离心机 美国Sigma公司;Q20型调制差式扫描量热仪 美国TA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 发酵紫苏粉制备工艺 紫苏籽清洗→烘干→粗粉碎→超临界萃取(萃取压力25 MPa,萃取温度40 ℃,CO2流量20 L/h)→超微粉碎(200目)→高压蒸汽灭菌→接菌→恒温培养→高压蒸汽灭菌→烘干→超微粉碎→接种发酵→灭菌→冻干→备用

制备LB培养基及MRS培养基,将两种培养基灭菌,备用。吸取1%乳酸克鲁维酵母菌于MRS培养基中,将含菌的MRS培养基放入30 ℃摇床中,培养18 h,作为一代菌液。将凝结芽孢杆菌粉末取少许加入LB培养基中,含菌培养基放入37 ℃摇床中培养18 h,作为一代菌液。培养好的一代菌液吸取1%加入到对应的培养基中培养18 h作为2代菌液。

将培养好的乳酸克鲁维酵母菌和凝结芽孢杆菌2代菌液接入到超临界萃取脱脂并灭菌后的紫苏粕中进行培养。培养条件为:乳酸克鲁维酵母菌与凝结芽孢杆菌的比例为1∶1、料水比为1∶2.5、接种量为12%,在33 ℃环境下培养48 h,混菌发酵期间每隔12 h翻动一次发酵基料,发酵期间共翻动4次。

1.2.2 面包的配方 以面包专用小麦粉为基准,其他辅料加入量为:绵白糖20%、盐1%、活性干酵母2%、面包改良剂1%、黄油8%、鸡蛋8%、水50%。以一次发酵法制备面包[21]。未添加紫苏粉的面包为空白组,直接添加超临界萃取脱脂后并超微粉碎过200目筛的紫苏粉的面包为对照组,添加混菌紫苏粕粉的面包为实验组。

1.2.3 低场核磁测定紫苏粉面包的水分分布 NMR自旋-自旋弛豫时间(T2)测量:紫苏粉面包弛豫时间测试条件:共振频率23.137 MHz,磁体强度0.55 T,线圈直径为15 mm,磁体温度为32 ℃;按照1.2.2方法制备的面包样品放入直径为15 mm的核磁管,核磁管放入磁体腔中心处测试。自旋-自旋弛豫时间T2用Carr-Purcell-Mebiboom-Gill(CPMG)序列进行测量。测试参数为:回波时间(90°脉冲和180°脉冲之间的时间)为100 μs,8000个回波个数,重复扫描32次,重复扫描间隔时间为3000 ms,得到的信号衰减曲线为指数衰减曲线。利用核磁共振弛豫时间反演拟合软件Ver 4.09进行反演[22]。

1.2.4 发酵紫苏粉面包保水性测定 做好的面包自然冷却1 h后,称取面包重量。将称重后的面包放在紫外灯灭菌1 h后的恒温培养箱中,温度设为23 ℃,并用饱和食盐水调整恒温培养箱中湿度,湿度达70%。以后每24 h称量一次,持续测量5 d。

利用公式:失水量=原重量-测量重量,表示保水性[23-24]。

1.2.5 发酵紫苏粉面包老化度测定 将面包在1.2.4的环境下放置48 h后,各组取面包瓤10 g,分别放入孔径0.425 mm标准筛(40目)中,然后在筛中放入10个直径7 mm的不锈钢珠,以120 r/min频率振荡5 min,称量筛下物。

根据公式:老化度(g/min)=筛下物/振荡时间,以单位时间内筛下物重量作为衡量产品老化度的标准[25]。

1.2.6 发酵紫苏粉面包支链淀粉老化焓值测定 用差示扫描量热仪测定分别在1.2.4的环境下存放1、3、5 d时的面包。取15 mg左右的面包芯放置在铝坩埚中封盖,放入差示扫描量热仪中检测,升温速率为10 ℃/min,样品温度100 ℃,检测温度从30 ℃至100 ℃升温过程的相变焓值ΔH[26],空坩埚为空白对照。

1.2.7 发酵紫苏粉面包脂肪氧化程度(TBA)测定 将面包在1.2.4环境放置24 h后,揉碎、研磨均匀后称取10 g样品加入到干净的烧杯中,加入10%的三氯乙酸溶液40 mL,用磁力搅拌器搅拌均匀。离心5 min后过滤,将滤液转移至50 mL的容量瓶中,用10%的三氯乙酸溶液定容至50 mL,混匀,静置10 min。移取5 mL滤液于25 mL比色管中,加入5 mL硫代巴比妥酸(TBA)溶液,混匀,盖塞。放置于95 ℃的水浴锅内50 min,然后取出冷水中降温10 min,在532 nm处测吸光值。

TBA值(mg/kg)=A532×41.5

式中:A532为溶液在532 nm处的吸光度;41.5为每mL含丙二醛量的换算系数

1.3 数据分析与处理

图表中数据为三次平行检测数据的平均值,误差为标准偏差。所得数据用SPSS 17.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 紫苏粉添加量对面包水分分布及迁移的影响

NMR技术是研究生物体系中水分动态变化的一种有效技术。NMR技术中用弛豫时间来表明生物体系中水的运动,含水量的多少是弛豫速度变化的根本原因。弛豫速度与含水量大致成线性函数关系。Camerona等[27]证实了水氢键结构的变化使测量水溶液弛豫时间发生变化,可能是因为离子浓度升高或添加了食物。影响生物聚合体中水分移动的因素有:水分、分子量、分子结构和温度。紫苏面包水分分布在弛豫时间(T2)0.1～1000 ms之间,出现三个特征峰,其中T21(0.01～2.0 ms)区间是紫苏面包分子中极性基团与水以氢键键合的水,结合比较紧密,该区间的水被认为是结合水[28-29];T22(2～13 ms)区间为紫苏面包中成分与水以较小键能结合,紫苏面包中多分子层水,与溶质成分结合程度相对较差,是被紫苏面包网络结构束缚的水分,被认为是不易流动的水;T23(14～1000 ms)区间为自由水,即未束缚进紫苏面包面筋网络结构的水,附着于面包面筋网络结构的表面。

由表1可知,发酵紫苏粉面包与空白组对比,结合水、不易流动水和自由水比例均较大,除了5%发酵紫苏添加量的面包中结合水对比差异不显著,其他添加量与空白组相比,差异均显著(P<0.05)。从峰面积大小看,在发酵紫苏面包中,不易流动的水所占的比例有明显优势;且随着发酵紫苏粉在面包中的质量百分比提高,结合水、不易流动水和结合水质量均提高;发酵紫苏粉面包的结合水与不易流动水均高于空白组与对照组。当发酵紫苏粉质量百分数达到15%时,紫苏面包结合水比例达到第一个峰值,此时峰面积为227.47±10.40;此后随着发酵紫苏粉添加量提高,峰面积先逐渐下降后提高,当发酵紫苏粉添加的质量百分比达到25%时,结合水部分的峰面积最大值为522.62±37.65。结果分析可知,紫苏粉添加量对紫苏面包结合H质子的能力有影响,且发酵紫苏粉对面包中结合水与不易流动水的影响大于未发酵紫苏粉。

表1 不同紫苏粉添加量面包水分分布Table 1 The changes of moisture distribution of various perilla contents of bread with different content of Perilla powder

2.2 发酵紫苏粉面包储藏品质

面包的老化一般是指面包皮粗糙,光泽暗淡,面包瓤硬度增加,易掉渣,芳香味消失产生刺鼻气味,可溶性淀粉含量减少等现象。对面包老化的研究已经有一百多年历史,这一问题仍然存在,每年都会因为老化问题造成极大的损失,延长焙烤食品的货架期问题是值得关注的问题[30]。

2.2.1 面包保水性 如图1所示,随着储藏时间的增加,面包的失水量逐渐增大,说明随着面包的储藏,面包中水分逐渐减少;两种紫苏粕粉的添加对面包保水性有不同程度的影响,添加量不同影响程度也不同。放置1 d对面包影响不大,2 d时面包失水增加缓慢,放置3～4 d时,面包失水量增加速度较快,放置5 d时,失水量变化趋于平缓。随着发酵紫苏粕粉添加量的增多,面包失水量逐渐减少。相同储藏天数,发酵紫苏粉面包添加量5%～10%失水量增长缓慢,15%～25%时,失水量增长速度较快,对照组面包也有相同的表现。相较空白组,两种紫苏粕粉的加入都降低了面包的失水量,且相同添加量发酵紫苏粉面包失水量低于对照组面包失水量,这一结果与2.1的检测结果一致。储藏5 d,紫苏粉添加质量百分比为10%时,发酵紫苏粕面包失水量与对照组差异明显,发酵紫苏粉面包失水为5.5 g,对照组为6.2 g,与空白组比降低了9.84%,与对照组比失水率降低了11.29%。推测其原因可能是,随着发酵紫苏粕粉的加入,面包中的小肽含量提高,增强了水分与蛋白质与小肽中亲水基团发生水合作用的能力,结合水含量增加,且不易流失,紫苏粕粉经过发酵后,蛋白含量提高,减缓面包中水分流失。

图1 发酵紫苏粉对面包水分的影响Fig.1 The effect of fermented Perillapowder on bread water content

2.2.2 面包老化度 如图2所示,随着添加量的增大,添加两种紫苏粉面包老化度均逐渐减小;对照组面包老化度降低程度缓慢,添加发酵紫苏粉粉面包5%～20%老化度下降程度较快,20%～25%老化度几乎不变。添加发酵紫苏粉面包5%～15%老化度下降程度较快,由0.3 g/min下降到0.2 g/min。20%～25%老化度几乎不变,均为0.16 g/min。当紫苏粉添加量为20%时,发酵紫苏粉面包的老化度比空白组降低了55.56%,比对照组降低了12.50%。发酵紫苏粕粉的加入可改善面包的老化。分析其原因在于随着发酵紫苏粕粉的加入,面包中纤维含量增大,膳食纤维也随之增加。膳食纤维可以与面包中淀粉对结合,形成稳定的复合物,复合物的形成可以减缓淀粉从无序态向有序态的转化的速度[31],使面包老化延缓。发酵紫苏粕粉经过发酵膳食纤维的含量增加,形成稳定复合物更多,较对照组能够更加有效地抑制面包的老化,延长面包的储藏期。

图2 不同紫苏粉添加量对面包老化度的影响Fig.2 The effect of different content ofPerilla powder on bread aging

2.2.3 面包支链淀粉老化焓值 面包在储藏的过程中,其中的支链淀粉发生重结晶,导致面包老化。支链淀粉的重结晶老化往往会使热焓(ΔH)变化[32],测定面包支链淀粉的老化热焓值变化能够反映出面包的氧化程度。如图3所示,随着储藏天数的增加,各组面包的老化焓值均在增加。分析其原因在于随着储藏期的延长,面包支链淀粉重结晶的程度及速率增大,导致面包中淀粉聚合物增多,使面包老化[33]。添加两种紫苏粕粉面包的老化焓值,均低于对照空白组,说明紫苏粕的添加可以延缓面包的老化;储藏1 d时,空白组为34.48 J/g,与空白组比,发酵紫苏面包组老化焓值最大降低了69.18%;3 d时添加两种紫苏粕面包与空白组差异明显,当发酵紫苏添加量为25%，老化焓值降低最多达到61.11%;储藏5 d时,当发酵紫苏添加量为20%，老化焓值降低最多达到41.79%。与对照组面包相比,老化焓值在储藏1 d时，发酵紫苏粕粉添加量为25%时最多降低了47.66%,在3 d时降低最多达到14.71%,在储藏5 d时降低最多达到了17.38%。发酵紫苏粕有效地延缓了面包的老化,推测可能由于发酵紫苏粕粉的加入,面包中的小分子的纤维与蛋白质及多肽的含量提高,这些分子能够水合更多的水分子,因此有效地抑制的支链淀粉的重结晶,淀粉聚合物的合成受阻,延缓面包的老化。

图3 紫苏粉对面包淀粉老化焓值的影响Fig.3 The effect of different content of Perilla powder on aging enthalpy of bread starch

2.2.4 面包脂肪氧化程度(TBA) TBA值反映的是面包中脂类物质的氧化程度的高低。脂类物质在氧化的过程中产生丙二醛,丙二醛与硫代巴比妥酸作用生成粉红色化合物,红色物质的深浅与氧化程度成正相关[34]。TBA值越大,面包氧化的越严重。脂肪物质氧化后,导致面包的酸败,产生不良的气味,影响面包的感官及风味。如图4所示,随着发酵紫苏粕粉的加入,面包脂肪氧化程度(TBA)值在逐渐减小。对照组面包添加量为5%～10%时,TBA值急剧下降,由65.28 mg/kg下降到45.47 mg/kg。15%～25%呈缓慢下降趋势由44.33 mg/kg下降到37.15 mg/kg。发酵紫苏粕粉添加量为5%时,样品的TBA值急剧下降至42.66 mg/kg,10%～25%整个过程呈缓慢下降趋势;发酵紫苏粕粉添加量为25%时,样品的TBA值降至最低值34.42 mg/kg,比空白组降低了58.18%,而此时未发酵紫苏面包组的TBA值为37.15 mg/kg,比空白组降低了54.86%,发酵紫苏粉面包与对照组相比降低了7.35%。总体而言,添加发酵紫苏粉面包TBA值下降幅度及趋势大于添加紫苏粕粉面包,添加发酵紫苏粕粉延缓面包氧化效果优于添加紫苏粕粉面包,比空白组均有明显降低。

图4 紫苏粕粉对面包脂肪氧化程度的影响Fig.4 The effect of different fermented Perilla powder on the oxidation degree of bread fat

3 结论

将发酵紫苏粉面包放在温度23 ℃、相对湿度70%的环境中，存放不同的天数测定储藏期各项指标。发酵紫苏粉添加量的变化,引起面包的横向弛豫时间T2、失水率、老化度及脂肪氧化程度发生明显变化。发酵紫苏粉面包结合H质子能力优于未发酵紫苏面包,且随着发酵紫苏粕粉添加量的逐渐增大,面包的老化度、脂肪氧化程度(TBA)值逐渐减小;储藏天数增加,面包的失水量、支链淀粉老化焓变增大,焓值增大，意味着面包中支链淀粉的重结晶速率增大,老化程度增大。随着发酵紫苏粕粉添加量的增加,面包失水及支链淀粉老化焓值呈下降趋势。结果表明,发酵紫苏粕面包储藏期4项指标优于空白组面包,优于未发酵紫苏粉面包。