孟 宁，孙 莹，刘 明，张培茵,，刘艳香，谭 斌,

（1.哈尔滨商业大学旅游烹饪学院，黑龙江 哈尔滨 150076；2.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037）

马铃薯是一种重要的粮菜作物，其种植面积和产量均居世界首位，是继稻米、小麦和玉米之后的第四大粮食作物[1]，但受传统饮食习惯和马铃薯加工特性的影响，目前我国主要以鲜食为主。近年来，马铃薯主食化的战略逐渐启动，马铃薯的新产品开发成为研究热点，但真正进入市场深受消费者喜爱的产品却较少。马铃薯营养丰富，蛋白含量高，氨基酸比例合理，特别是富含谷类食物缺少的赖氨酸，因此将马铃薯全粉和小麦粉复配制成面包有利于提高面包蛋白质的功效[2]，丰富面包的营养价值。

面包品质取决于质地、色泽、口感和风味等多方面。陈中爱等[3]比较马铃薯粉等不同粗粮粉面包的质构特性和色泽变化，结果表明添加12%的粗粮粉可以很好地改善面包的质地口感以及色泽；赵伟辰等[4]通过响应面试验对马铃薯面包进行配方优化，得出烤制马铃薯在25%时，辅以改良剂实现马铃薯面包的马铃薯高添加量和蓬松口感；赵晶等[5]通过研究马铃薯全粉面包工艺，得出13%的马铃薯全粉与小麦粉配合可以制作出色、香、味、质皆佳的特色面包。目前，对马铃薯面包的研究主要集中在马铃薯面包的加工工艺方面，但关于马铃薯粉在面包评价体系中的系统研究鲜见报道。

本实验室前期研究发现添加15%的马铃薯粉可以改善马铃薯面包的质地和风味，形成色香味俱佳的特色面包。本实验以15%添加量的马铃薯面包与未添加马铃薯粉的小麦面包为研究对象，采用以质构特性、水分含量、水分活度、比容及感官评价为评价指标，配合固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）及电子鼻技术相结合的方式，全面分析马铃薯面包的烘焙特性和挥发性风味化合物特征，为深度开发营养丰富、风味独特与安全健康的特色面包提供理论支持，也为今后马铃薯面包的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

富强高筋小麦粉 河北金沙河集团；马铃薯粉 上海 金良食品技术有限公司；宜客绵白糖 锦江麦德龙现购自运有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；中盐精制盐 营口盐业有限公司；全脂甜奶粉 内蒙古伊利实业集团有限公司；车轮牌人造黄奶油 黄益海（连云港）特种油脂有限公司；鸡蛋 市购。

JD200-3电子天平 沈阳天平仪器有限公司；16/13豪华型食品发酵箱 广州市澳联斯厨具有限公司；KW-60红外线电加热食品烤箱 广东顺德亿高电器有限公司；XZCF-02A-7L小型和面机 广州市旭朗机械设备有限公司；CM-600d分光测色计 日本Konicʌ Minolta公司；Inose型智鼻 上海瑞玢国际贸易有限公司；HE83/02水分测定仪 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；Lab Master-aw水分活度仪 瑞士Novasina公司；7890A-5975C GC-MS联用仪 美国安捷伦公司；Combi PAL顶空萃取装置 瑞士CTC公司。

1.2 方法

1.2.1 面包基本配方

小麦面包和马铃薯面包基本配方见表1。

表 1 面包的基本配方Table 1 Formulations of bread%

1.2.2 面包生产流程

马铃薯粉、小麦粉混合→面团调制→分块→整型→醒发→焙烤→冷却→成品。

1.2.3 面包的工艺操作要点

原辅料预混：根据基本配方将马铃薯粉、小麦粉、酵母、糖、奶粉混合加入和面机中搅拌均匀；面团调制：在混合粉中加入温水、鸡蛋，搅拌至面团光滑，再加入盐、黄油，直至面团揉出筋膜；面团分割、成型：将和好的面团制成50 g一个的剂子用手揉成型至表面光滑；醒发：将揉好的面团放在烤盘上放进醒箱醒发，醒箱温度35 ℃，相对湿度70%；将醒发好的面团放进烤箱烤制，上火180 ℃，下火170 ℃，烤制15 min，冷却至室温。

1.2.4 基本组分测定

水分含量测定：参照GB 5009.3ü 2016《食品中水分的测定》直接干燥法；蛋白质含量测定：参照GB 5009.5ü 2016《食品中蛋白质的测定》（第一法）；脂肪含量测定：参照GB 5009.6ü 2016《食品中脂肪的测定》（第二法）；灰分含量测定：参照GB 5009.4ü 2016《食品中灰分的测定》（第一法）；总膳食纤维含量测定：参照GB 5009.88ü 2014《食品中膳食纤维的测定》；淀粉含量测定：参照GB 5006ü 1985《谷物籽粒粗淀粉测定法》。

1.2.5 面包的烘焙特性测定

1.2.5.1 面包的感官评定

面包在焙烤完成后，在室温放置1 h后进行感官品质评价。本实验感官评价组织烹饪专业人员成立10 人评定小组，评定前进行严格训练以清楚和确认面包的感官评定标准，通过对面包样品仔细观察、品尝，针对各项指标进行评分，制定分数，最后算出各项样品的综合得分。每次品尝一个样品后，均用清水漱口，再品尝下一样品。评分员需要综合考虑面包的质地形态、色泽、纹理结构、口感和弹柔性等方面因素，给出评分，具体标准见表2[6]。

表 2 面包感官评价标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of bread

1.2.5.2 面包比容的测定

参照GB/T 20981ü 2007《面包》采用排米法测定比容。取1 000 mL的大米样品备用，取马铃薯面包样品放入量筒内加大米直至达到量筒刻度1 000 mL，将剩余大米放入小的量筒中量出体积V，即为马铃薯面包的体积，再称量马铃薯面包的质量M，面包比容按下式计算：

1.2.5.3 面包水分含量和水分活度的影响

精确称取3.00 g面包芯样品，铺平于测定盘上，利用HE83/02水分测定仪测定面包水分含量，每个样品重复3 次，结果取平均值。水分活度在智能型水分活度仪中测定，取待测面包芯3.00 g平铺于样品盘中，测定温度为25 ℃。

1.2.5.4 面包的色泽测定

采用全自动色差仪测定面包的色泽，色泽指标为L*值、a*值、b*值。L*值表示黑白（亮）度，数值越大则越白，a*值表示绿红色，值越大则越红，b*值表示蓝黄色，值越大则越黄。每组样品重复测定6 次，取平均值。

1.2.5.5 面包的质构特性测定

取不同马铃薯粉比例条件下制作的面包进行质构特性测定，每组样品重复3 次。采用P/75平底柱型探头，测试条件：压力250 N，下压距离50 mm，下降速率 60 mm/s，形变量40，初始力0.4 N。

1.2.6 面包的风味测定

1.2.6.1 电子鼻气味测定

将加入不同比例马铃薯粉的面包取2 g的样品放入样品瓶中，用电子鼻对气味成分进行测定，每组样品重复5 次。电子鼻测试样品间隔5 s，样品准备10 s，检测时间60 s，清洗时间2 min，气体流量1 L/min，等待时间10 s。再利用电子鼻自带的软件分析绘图。电子鼻传感器对应的敏感物质如表3所示。

表 3 电子鼻传感器性能特点Table 3 Performance characteristics of electronic nose sensors

1.2.6.2 面包风味物质测定

顶空SPME条件：准确称取1.0 g样品于采样瓶中，旋紧瓶盖，插入装有2 cm-50/30 μm DVB纤维头的手动进样器，在60 ℃左右顶空萃取40 min，快速移出萃取头并立即插入GC进样口（温度250 ℃）中，热解吸3 min进样。

GC条件：HP-5MS 5% Phenyl Methyl Silox色谱柱（30 mh 250 μm，0.25 μm）石英毛细管柱；程序升温：40 ℃，保持2 min，以6 ℃/min升至120 ℃，保持5 min；再以10 ℃/min升至250 ℃，保持8 min。进样口温度250 ℃，载气为氦气；柱前压为10 psi，流速 1.287 4 mL/min；不分流进样，溶剂延迟1 min。

MS条件：电子电离源；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；发射电流34.61 μA；倍增器电压1 235 V；接口温度250 ℃；质量扫描范围45～500 u。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0和Origin 8.0软件进行统计分析和作图，所有实验处理进行3 次重复测定，测定数据以f s表示。电子鼻数据采用电子鼻自带软件AlphaSoft进行处理分析。风味物质利用随机的Xcalibur工作站NIST 2008标准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，按面积归一化法计算各成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 基本组分分析

由表4可以看出，淀粉是小麦粉和马铃薯全粉的主要成分，马铃薯全粉的淀粉含量、膳食纤维含量显著高于小麦粉（P＜0.05），但蛋白质和水分含量显著低于小麦粉（P＜0.05），这可能与原料营养组成和制粉工艺有关。

表 4 马铃薯粉和小麦粉的基本组分分析Table 4 Proximate compositions of potato flour and wheat flour%

2.2 马铃薯面包的烘焙特性分析

2.2.1 马铃薯粉对面包感官评价的影响

表 5 小麦面包和马铃薯面包感官评价分析Table 5 Sensory evaluation of pure wheat bread and potato incorporated bread

由表5可知，添加马铃薯粉的面包在色泽、口感、质地、纹理结构及风味都得到了不同程度的提高。闫巧珍等[7]研究表明，马铃薯-小麦混粉中还原糖含量随着马铃薯含量的增加而增加，当马铃薯粉添加量为80%时达到最大量，因此本实验中相较于小麦面包，马铃薯面包由于含有更多的还原糖而易于发生美拉德反应，从而产生令消费者喜爱的焦黄色泽。经过添加马铃薯粉后的面包，口感更有嚼劲和弹性，使其获得更高的口感得分。马铃薯粉的添加使面包风味丰富多样，更加诱人。从感官总分上来说，马铃薯面包得分显著高于小麦面包 （P＜0.05），更能得到消费者的喜爱。

2.2.2 马铃薯粉对面包的质构特性、水分含量、水分活度及比容的影响

表 6 小麦面包和马铃薯面包的质构特性、水分含量和活度及比容的分析Table 6 Texture properties, moisture content, water activity and specific volume of pure wheat bread and potato incorporated bread

硬度、咀嚼度是判断面包品质的一个重要因素，硬度、咀嚼性与面包品质呈负相关[8]。由表6可以看出，添加马铃薯粉的面包硬度比小麦面包的硬度小，马铃薯面包的咀嚼性和弹性显著高于小麦面包（P＜0.05），而马铃薯面包和小麦面包的黏附性均远小于内聚性，面包不存在黏牙的问题，因此适量添加马铃薯粉会使面包比未添加马铃薯粉的面包更绵软爽口，更有弹性。这主要是因为马铃薯粉的加入虽然会稀释、破坏面筋网络结构，但是马铃薯粉中淀粉含量高，而马铃薯粉中支链淀粉含有磷酸酯基，略带负电，使得马铃薯淀粉加热过程中具有黏度高、吸水性强的特性，可以补偿由于面筋网络弱化而导致的面包硬度的增加[9]。

面包中的稳定性和安全性与“水”的状态有关，即水分与食品结合程度，结合程度越高，面包稳定性越强[10]。由表6可以看出，马铃薯面包的水分含量明显高于小麦面包，这表明马铃薯粉对于提高面包成品的水分含量具有明显效果。这是因为与小麦粉相比，马铃薯粉中的淀粉含量高且颗粒大，内部结构松散，含有较多的亲水磷酸根离子，因此具有较强的吸水能力[11]。另外，马铃薯全粉中含有大量的膳食纤维，膳食纤维具有良好的持水性[12]，故可使面团的吸水率上升。从表6可以看出，马铃薯面包的水分活度低于小麦面包，研究表明，通过干燥或增加食盐、糖的浓度可以结合或除去食品中的水分，降低水分活度[9]。相比小麦面包，马铃薯面包中的非淀粉多糖和淀粉含量增加，与水分的结合能力增加[13]，导致面包中的自由水含量减少，从而降低了面包的水分活度，有利于面包较好的贮存[9]。因此，添加马铃薯的面包不仅能够保持相对高的水分含量，还可以延缓自身的老化。

面包比容的大小直观地反映面包品质的优劣，是评价面包的关键因素[7]。由表6可知，马铃薯面包的比容比小麦面包略大，主要原因是马铃薯全粉中含有丰富的钾、镁、氯等元素，能刺激酵母生长，加速酵母发酵产气；面团加热时面筋网络中的淀粉颗粒糊化吸水膨胀，淀粉颗粒体积变大，从而导致面包烤炉胀发，比容变大[14]。

2.2.3 马铃薯粉对面包色泽的影响

图 1 小麦面包和马铃薯面包的色泽分析Fig. 1 Color parameters of pure wheat bread and potato incorporated bread

色泽不仅是面包产品的感官特性品质指标，也影响着消费者对面包的接受程度[15]。面包表皮的色泽主要是由焦糖反应和美拉德反应决定[16]。如图1所示，马铃薯面包的L*值比小麦面包略小，a*值基本相同，而b*值大于小麦面包，即适当添加马铃薯粉使面包色泽更显金黄明亮。这可能是由于小麦粉中的淀粉酶作用于马铃薯粉，将少量淀粉酶解成葡萄糖进一步导致混合粉中的还原糖含量升高[9]，而一定量的还原糖含量对于焙烤食物增色增香具有重要的作用。因此马铃薯面包的色泽比小麦面包的色泽更富有食欲。

2.3 马铃薯粉对面包风味的影响

2.3.1 马铃薯面包风味的电子鼻分析

2.3.1.1 马铃薯面包风味的电子鼻雷达图分析

图 2 小麦面包和马铃薯面包的电子鼻雷达图Fig. 2 Electronic nose radar profiles of pure wheat bread and potato incorporated bread

如图2所示，分别将小麦面包和马铃薯面包的电子鼻特征值数据作雷达图，明显看出同一根传感器对不同样品的响应信号强度存在差异，说明小麦面包和马铃薯面包可以被电子鼻明显地区分开来。小麦面包的风味轮廓与马铃薯面包的大致相同，传感器S4、S8、S10对面包的挥发性香味物质最为敏感，响应值高，当在S8传感器时其响应值最大，但在S4传感器上小麦面包和马铃薯面包响应值存在差异，S4传感器的参考物质为乙醇有机溶剂等物质，这可能是由于马铃薯粉独特的香气导致马铃薯面包的S4传感器响应值比小麦面包大。

2.3.1.2 马铃薯面包风味的电子鼻主成分分析

主成分分析利用电子鼻传感器采集的多指标数据再进行转换和降维，分析出贡献率最大和最主要的因子，利用主成分分析空间分布图最大程度上体现样品间的差异[17]。一般认为，样品的数值在主成分空间分布图中距离原点越远，则其贡献率越大，当第1主成分与第2主成分的总贡献率超过70%～85%的方法即可使用，说明主成分能够更好地反映指标信息[18]。

图 3 小麦面包和马铃薯面包的电子鼻主成分分析Fig. 3 PCA plots of pure wheat bread and potato incorporated bread by electronic nose

从图3可以看出，第1主成分贡献率为83.3%，第2主成分贡献率为14.0%，贡献率总和为97.3%，大于95%，干扰较小[19]，说明主成分分析方法适用于小麦面包和马铃薯面包样品挥发性成分分析，且这2 个主成分可以代表样品挥发性风味的主要特征。小麦面包和马铃薯面包被电子鼻明显区分开，另外马铃薯面包的平行样品间距不大，分布集中，这说明马铃薯面包电子鼻数据的稳定性和重复性较好。

2.3.2 马铃薯粉对面包主要挥发性风味化合物成分的影响

图 4 小麦面包（A）和马铃薯面包（B）的挥发性风味成分总离子流图Fig. 4 Total ion current chromatograms of volatile compounds in pure wheat bread (A) and potato incorporated bread (B)

表 7 马铃薯面包挥发性成分的GC-MS分析结果Table 7 GC-MS analytical results of volatile components from potato incorporated bread

将保留时间与NIST 98质谱库进行匹配，筛选出挥发性物质并进行分析。各样品成分的峰面积占总峰面积的百分比即为各组分的相对含量，如图4、表7所示。面包共分离鉴定9 类20余种挥发性化合物，根据风味物质的化合物类别，将其归类为醚类、酯类、醇类、肟类、杂环类、烷烃类、烯烃类、醛类和酮类9 类，这些化合物可能源于面团发酵过程中的酶反应、发酵以及焙烤过程中的美拉德反应及脂质氧化反应[20]。 小麦面包共检出8 类（14 种）挥发性风味物质，这与胡丽花[21]和魏超昆[22]等检测到的挥发性化合物种类大致相同，而马铃薯面包检出9 类（17 种）挥发性物质，相对含量也有很大差异，如预期可见，小麦粉和马铃薯粉复配加工极大地丰富了面包的风味物质，使得复配面包更具独特风味。

羰基化合物包括醛类和酮类等物质，在面包等产品的香气品质中起着重要的作用。醛类物质是美拉德反应的主要产物，一般具有奶油、脂肪、香草以及清香等气味[23]，少量的醛类物质可以赋予面包更浓郁的香气，对于香气有贡献的醛类一般为高级醛[24]，而普通小麦面包和马铃薯面包中均检测出壬醛和反式-2,4-癸二烯醛，相对含量分别为3.280%、1.550%和5.512%、2.182%。壬醛具有玫瑰、柑橘和脂肪的香气，是一种可以使人产生愉悦心情的香味，多存在于柠檬草油、玫瑰油、肉桂油等物质中[25]。面包中壬醛的产生可能由于面团发酵过程中微生物的发酵作用[26]。反式-2,4-癸二烯醛主要存在于柠檬、草莓及生马铃薯中，产生清香、油脂香及鸡肉香等气味，对面包风味贡献很大[27]。

酮类物质大部分都含有特殊的香气，马铃薯面包中只检测出异薄荷酮，其相对含量为1.914%。而普通的小麦面包中未检测出酮类物质，说明酮类物质来源于马铃薯粉中。异薄荷酮多存在于绿薄荷、天竺葵中，具有强烈甘苦味，带薄荷气味，也用于糖果、饮料和调味品等食品，目前已经被GB 2760ü 2014《食品添加剂使用标准》批准允许使用的食品香精[28]。由此可以看出，马铃薯粉的添加极大地丰富了面包的风味。

醇类物质具有植物香、芳香等气味，具有较高的阈值[29]。普通小麦面包和马铃薯面包中分别检测出3 种和1 种，占总挥发性成分的17.113%和2.922%。2 种面包均检测到苯乙醇，相对含量分别为3.933%和2.922%。苯乙醇多存在于苹果、杏仁、香蕉、桃子等天然食物中，具有清甜的玫瑰样花香，是我国规定的食用香料[30]，其清新的果香味可以赋予面包独特的香味。而二甲基-硅烷二醇和2-乙基己醇仅在普通小麦面包中检测到。

酯化反应是面包发酵过程中主要的反应之一[31]，且酯类物质也是2 种面包中含量相对较高、种类相对较多的物质，因此酯类是构成面包特殊风味的重要物质。通常酯类由低级饱和脂肪酸与醇类化合而成，具有令人愉快的水果香气或酒香味。普通小麦面包中共检测出5 种酯类物质，总相对含量达到58.11%，而马铃薯面包中共检测出5 种酯类物质，总相对含量达到62.292%。其中邻苯二甲酸二异丁酯在2 种面包中均存在，相对含量分别达到49.756%和43.811%，是主要的风味组成物质。丙二酸二乙酯具有芳香气味，仅存在于马铃薯面包中，相对含量达到7.199%，对马铃薯面包的风味组成起到较大的作用。

烷烃类物质阈值较高，一般香气较弱或无味[32]，风味特征不明显[33]，不具有风味活性，对于面包的风味贡献相对较小。在普通小麦面包中共检测出的2 种烷烃类化合物的总相对含量为7.784%，而烯烃类化合物并未检测出；马铃薯面包中共检测出4 种烷烃类化合物和2 种烯烃类化合物，总相对含量分别达到20.428%和4.956%。普通小麦面包的烷烃类化学物质只有八甲基-环四硅氧烷和脱甲基-环戊四烷，向面包中添加适量的马铃薯粉丰富了烷烃类风味物质的种类，除了与普通小麦面包共有的八甲基-环四硅氧烷和脱甲基-环戊四烷，还增加了反式-1-甲基-4-(1-甲基戊基)-环己烷和 3-异丙氧基-1,1,1,7,7-六甲基-3,5,5-三(三甲基甲硅烷氧基)四硅氧烷，这可能是由于面团发酵过程中的微生物代谢产生的产物发生的生化反应以及焙烤过程中的美拉德反应所导致的结果。

而烯烃类物质一般阈值较低，多呈现花香和果香，对面包的风味起着重要的作用。对于烯烃类风味物质，1-甲基-4-(1-甲基亚乙基)-环己烯和对薄荷-3-烯仅存在于马铃薯面包中，普通小麦面包并未检测出烯烃类化合物。因此马铃薯面包的气味高于普通小麦面包的香气。

在马铃薯面包中检测出相对含量1.966%的二甲醚，具有轻微醚香味，由于其相对含量较低，因此对马铃薯面包风味贡献不大。普通小麦面包和马铃薯面包中均检测出甲氧基苯基肟，甲氧基-苯基-肟是一类含氮化合物，其具有霉味、肉香[34]，其相对含量分别为2.422%和1.790%。杂环类物质一般阈值较低，对面包风味贡献很大。杂环类的2-戊基-呋喃仅在普通小麦面包中检测到，相对含量为2.217%，2-戊基呋喃天然存在于咖啡、栗子、土豆片中，具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香气[35]。

2.3.3 马铃薯面包的风味化合物特征差异

2 种面包样品中共检测出23 种挥发性风味物质，其中邻苯二甲酸二异丁酯、脱甲基-环戊四烷、壬醛等9 种物质均被检测到，说明它们是面包中常规的风味物质。小麦面包中原本含有一些阈值较低的不成熟气味物质，如甲氧基-苯基-肟等，在引入马铃薯粉后峰面积明显降低了，说明马铃薯粉在参与面包面团发酵及焙烤过程中，能够减少不利风味物质含量，改善面包风味品质。此外，在引入马铃薯粉后，小麦面包原有的2-戊基-呋喃、二甲基-硅烷二醇、2-乙基己醇、δ-葵内酯、2-甲基丙酸-1-(1,1-二甲基乙基)-2-甲基-1,3-丙二基酯等物质峰消失了，但新增了二甲醚、叠氮磷酸二苯酯、丙二酸二乙酯、反式-1-甲基-4-(1-甲基戊基)-环己烷、1-甲基-4-(1-甲基亚乙基)-环己烯、异薄荷酮等多种风味物质峰，面包风味层次感得到了进一步丰富。

3 结 论

马铃薯粉会对面包的质构特性、水分活度、比容、色泽、风味以及感官特性产生有利影响。相比较于小麦面包，马铃薯面包水分含量较高，质地更加绵软爽口，富有弹性，另外水分活度较低，易于延缓面包的老化。针对面包的风味，电子鼻主成分分析发现小麦面包和马铃薯面包在风味上存在一定的差异，两者可以明显区分开；采用SPME-GC-MS技术对面包进行挥发性成分分析，添加马铃薯面包的挥发性物质明显增多，出现异薄荷酮、对薄荷-3-烯、1-甲基-4-(1-甲基亚乙基)-环己烯、丙二酸二乙酯等新的风味化合物，同时对面包中9 种类别的挥发性风味化合物的相对含量产生较大的影响：醚类、酯类、烷烃类、烯烃类和酮类的相对含量显著增高；醇类、醛类及杂环类相对含量下降。马铃薯粉对面包色泽、口感及风味的改善作用提高了面包的总体可接受度。