響應面法優(yōu)化混合發(fā)酵制作冷凍面團饅頭的復合食品添加劑配方

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

響應面法優(yōu)化混合發(fā)酵制作冷凍面團饅頭的復合食品添加劑配方

杜浩冉，鄭學玲，韓小賢，張 杰，李利民，劉 翀*，卞 科*

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

將酵母與酵子按4∶5的質量比混合，研究木聚糖酶、聚丙烯酸鈉、雙乙酰酒石酸單雙甘油酯（diacetyl tartaric acid ester of mono(di)glycerides，DATEM）、海藻糖4 種食品添加劑添加量對混合發(fā)酵劑制作冷凍面團饅頭品質的影響。利用響應面分析法對4 種食品添加劑的配方進行優(yōu)化。在單因素試驗的基礎上，進行Box-Behnken試驗設計，得到了4 種添加劑對冷凍面團饅頭感官總分影響的數(shù)學模型和最佳添加量。結果表明，4 種食品添加劑添加量對冷凍面團饅頭品質影響順序為：木聚糖酶＞聚丙烯酸鈉＞DATEM＞海藻糖。冷凍面團饅頭復合食品添加劑的最佳配方為：DATEM添加量0.15%、聚丙烯酸鈉添加量0.05%、木聚糖酶添加量25.73 mg/kg、海藻糖添加量3.65%。在此條件下預期的酵子冷凍面團饅頭的感官總分是84.646，實際得分為84±0.74。復合食品添加劑能夠改善相同較高掃描頻率條件下面團的流變學特性，增大其彈性模量（G’）和黏性模量（G”）。復合食品添加劑能夠抑制冰晶的重結晶，減弱冰晶對混合發(fā)酵劑和面筋網(wǎng)絡結構的破壞，從而提高了面團的加工品質和成品的質量。

冷凍面團；饅頭；食品添加劑；響應面分析法

饅頭作為傳統(tǒng)的發(fā)酵面食是中國傳統(tǒng)飲食文化的象征[1]。冷凍面團的應用為發(fā)酵面食制品工業(yè)化、標準化、連鎖化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件[2]。冷凍面團技術的應用，使消費者能夠隨時吃上新鮮的面制食品，解決我國傳統(tǒng)主食易老化和貨架期短的難題，促進了主食工業(yè)化的發(fā)展。

利用酵母制作冷凍面團時，饅頭的表皮易開裂和坍塌[3]。酵子是一種多菌發(fā)酵劑，并含有大量能夠產(chǎn)生風味物質的微生物，成品饅頭結構細膩又有特殊的風味[4]。近年來，針對冷凍面團品質劣化的問題國內外有很多學者對其進行了研究，江正強[5]、王佳瑋[6]等通過篩選耐凍酵母以及重組面粉組分，從原料入手研究了其對冷凍面團品質的影響；也有研究[7-9]發(fā)現(xiàn)食品添加劑對酵母冷凍面團的品質有一定的改善。

為了改善混合發(fā)酵劑制作的冷凍面團饅頭品質，本實驗以高筋粉、酵子和酵母為主要原料，選取雙乙酰酒石酸單雙甘油酯（diacetyl tartaric acid ester of mono(di) glycerides，DATEM）、聚丙烯酸鈉、木聚糖酶、海藻糖4 種不同的食品添加劑進行四因素三水平的Box-Behnken試驗，通過Design-Expert 8.0.5軟件進行響應面分析，得出冷凍面團饅頭復合添加劑的最佳配方，為冷凍面團饅頭的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

神象高筋粉（規(guī)格5 kg，面筋含量33.1%） 鄭州海嘉食品有限公司；活性干酵母（發(fā)酵力為5 h內總產(chǎn)氣量為2 398 mL） 安琪酵母股份有限公司；酵子河南省信陽市售，購于2014年1月18日，發(fā)酵力為5 h內總產(chǎn)氣量為1 611 mL；混合發(fā)酵劑（酵母與酵子的添加質量比4∶5）發(fā)酵力為5 h內總產(chǎn)氣量為2 231 mL；DATEM、聚丙烯酸鈉、海藻糖 河南興泰實業(yè)有限公司；木聚糖酶（規(guī)格X2629-100G，酶活≥1.0 U/mg，來源于Trichoderma longibrachiatum） 美國Sigma Aldrich試劑公司。

1.2 儀器與設備

JHMZ-200針式和面機、JMTD-168/140實驗面條機、JXFD-7醒發(fā)箱 北京東孚久恒儀器技術有限公司；TA.XT Plus質構儀 英國Stable Micro System儀器公司；F3流變發(fā)酵儀 法國肖邦技術公司；KLT-4020高低溫試驗箱 無錫科隆實驗設備有限公司；TXB622L電子精密天平 上海冠唯儀器有限公司；電子數(shù)顯卡尺 上海臺海工量具有限公司。

1.3 方法

1.3.1 混合發(fā)酵劑的配比

為了增加酵子的發(fā)酵力，同時增加饅頭的風味，使用混合發(fā)酵劑制作冷凍面團饅頭。酵母與酵子的添加比例為4∶5（質量比）。其中酵母單獨標準添加量為面粉總量的1%，酵子單獨標準添加量為面粉總量的5%，即混合發(fā)酵劑為100 g面粉中添加酵母0.8 g、酵子1 g。由于酵子是多菌種發(fā)酵劑，為了保證其微生物組成的一致性及實驗的可重復性，不同批次/規(guī)格酵子的發(fā)酵力必須達到1 500 mL以上，制作酵子的酵頭為信陽本地產(chǎn)的米酒，發(fā)酵液干燥時用的固形物為細的麩皮。

1.3.2 發(fā)酵劑發(fā)酵力的測定

采用F3流變發(fā)酵儀測定[10]。肖邦協(xié)議為：溫度35 ℃、測試周期5 h、面粉250 g、酵子添加量5%（酵母添加量1%）、面團質量315 g、面團上砝碼質量2 000 g。

1.3.3 混合發(fā)酵冷凍面團饅頭制作工藝

酵母0.8 g、酵子1 g、面粉100 g、添加劑適量、總加水量50%→和面4 min→壓片5次→搓圓成型→預醒發(fā)20 min（35 ℃，相對濕度85%）→速凍（—35 ℃，1 h）→袋封凍藏（—18 ℃，7 d）→解凍（30 ℃，相對濕度85%）1 h→醒發(fā)（35 ℃，相對濕度85%）40 min→蒸制（30～40 min）→成品。

具體過程：稱取酵母0.8 g、酵子1 g和相應的添加劑加入盛有50 mL溫水的燒杯中，攪拌混勻，將混合液加入到盛有100 g面粉的和面缽中，和面4 min，將和好的面團用面條機壓片5次，搓圓成型。將面團于醒發(fā)箱（35 ℃，相對濕度85%）中醒發(fā)20 min，隨之將其放入-35 ℃的速凍機里速凍1 h，取出后裝在自封袋里-18 ℃冷藏7 d。將冷凍面團在30 ℃、相對濕度85%條件下解凍1 h，然后在35 ℃、相對濕度85%條件下發(fā)酵40 min，置于蒸鍋上蒸30～40 min可得成品饅頭。

1.3.4 饅頭感官評價標準

參照饅頭品嘗標準[11]，結合冷凍面團饅頭的特點，制定了冷凍面團饅頭的感官品嘗評價標準，見表1。蒸制好的饅頭室溫條件下放置40 min后，組織經(jīng)過專業(yè)培訓的饅頭課題組的品評人員進行感官評價，結果取10 個人的平均值。

表1 饅頭感官評價指標及評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of steamed bread

1.3.5 饅頭質構測定

采用TA.XT Plus質構儀測定饅頭芯的硬度、黏聚性、彈性、咀嚼性等指標[12]。將饅頭在常溫條件下冷卻1 h，用切片機將其從豎直方向切成厚度為15 mm的均勻薄片，取中部兩片，采用P35探頭進行質構測試。參數(shù)設定：預先測試速率：3.00 mm/s；測試速率：1.00 mm/s；測試后速率：1.00 mm/s；下壓程度：50.00%；測試力：5.0 g。

1.3.6 面團動態(tài)流變特性測定

采用振蕩模式條件下的頻率掃描實驗研究復合添加劑對冷凍與未冷凍面團流變學特性的影響。動態(tài)流變儀測定條件為：平板直徑35 mm、夾縫距離1 mm、應變0.1%、溫度25 ℃、頻率0.1～10 Hz。

1.3.7 單因素試驗

分別選取DATEM、聚丙烯酸鈉、木聚糖酶和海藻糖4 種食品添加劑進行單因素試驗，食品添加劑的用量范圍參照GB 2760—2011《食品添加劑使用標準》[13]。其中DATEM和聚丙烯酸鈉的價格較便宜，木聚糖酶的價格較高，但是用量較小，海藻糖的價格相對較高。

1.3.8 響應面試驗

根據(jù)Box-Behnken的試驗設計原理，在單因素試驗基礎上，確定試驗因素與水平，以饅頭感官總分為響應值，試驗因素及水平如表2所示。

表2 響應面試驗因素水平及編碼Table 2 Factors and levels used in response surface experiments

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

100 g面粉做一個饅頭，同一條件下取400 g面粉共做4 個相同的饅頭。每個饅頭從中間切成厚度為15 mm的兩片。組織經(jīng)過專業(yè)培訓的饅頭課題組的品評人員進行感官評價，結果取10 個人的。比容的結果取4 個饅頭的。硬度的結果取4 個饅頭切成8 片饅頭片的。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 DATEM添加量對冷凍面團饅頭品質的影響

如圖1～3所示，隨著DATEM添加量的增加，饅頭的比容和感官總分先增加后降低，硬度呈逐漸下降趨勢；當DATEM添加量為0.2%時，饅頭的感官總分最大。這是因為面團成型時，添加適量的DATEM能快速與面團中的面筋相結合，形成更強的面筋網(wǎng)絡結構，并與淀粉作用降低淀粉的結晶度，提高冷凍面團在低溫條件下的穩(wěn)定性，進而控制大冰晶的形成，減小冰晶對面筋網(wǎng)絡的破壞作用[14-15]。綜合評價，DATEM添加量為0.2%時，饅頭品質較好。

圖1 DATEM添加量對冷凍面團饅頭比容的影響Fig.1 Influence of DATEM amount on the specific volume of frozen dough steamed bread

圖2 DATEM添加量對冷凍面團饅頭硬度的影響Fig.2 Influence of DATEM amount on the hardness offrozen dough steamed bread

圖3 DATEM添加量對冷凍面團饅頭感官品質的影響Fig.3 Influence of DATEM amount on the sensory quality of frozen dough steamed bread

2.1.2 聚丙烯酸鈉添加量對冷凍面團饅頭品質的影響

如圖4～6所示，隨著聚丙烯酸鈉添加量的增加，饅頭的比容和感官分先增加后降低，硬度先顯著降低后緩慢升高。當添加量達到0.05%時，冷凍面團饅頭的感官總分最高。這是因為聚丙烯酸鈉是一種親水性膠體，可以增強面筋的網(wǎng)絡結構，使水分均勻分布在面團中；過量的聚丙烯酸鈉持水性強，饅頭黏性增加，感官品質下降[16-18]。綜合評價，聚丙烯酸鈉添加量為0.05%時，饅頭品質較好。

圖4 聚丙烯 酸鈉添加量對冷凍面團饅頭比容的影響Fig.4 Influence of sodium polyacrylate amount on the specific volume of frozen dough steamed bread

圖5 聚丙烯酸鈉添加量對冷凍面團饅頭硬度的影響Fig.5 Influence of sodium polyacrylate amount on the hardness of frozen dough steamed bread

圖6 聚丙烯酸鈉添加量對冷凍面團饅頭感官品質的影響Fig.6 Influence of sodium polyacrylate amount on the sensory quality of frozen dough steamed bread

2.1.3 木聚糖酶添加量對冷凍面團饅頭品質的影響

圖7 木聚糖酶添加量對冷凍面團饅頭比容的影響Fig.7 Influence of xylanase amount on the specific volume of frozen dough steamed bread

圖8 木聚糖酶添加量對冷凍面團饅頭硬度的影響Fig.8 Influence of xylanase amount on the hardness of frozen dough steamed bread

圖9 木聚糖酶添加量對冷凍面團饅頭感官品質的影響Fig.9 Influence of xylanase amount on the sensory quality of frozen dough steamed bread

如圖7～9所示，隨著木聚糖酶添加量的增加，饅頭的比容和感官總分先增加后降低，硬度先顯著降低后緩慢變大。當木聚糖酶添加量達到30 mg/kg時，冷凍面團饅頭的感官總分最高。這是因為面粉中的不溶性阿拉伯木聚糖不僅降低了面筋的產(chǎn)率，而且影響面筋成分及品質，因此添加適量的木聚糖酶主要降解面粉中的不溶性阿拉伯木聚糖，改善了面團的持水性和機械加工性能[19-22]。綜合評價，木聚糖酶添加量為30 mg/kg時，饅頭品質較好。

2.1.4 海藻糖添加量對冷凍面團饅頭品質的影響

圖10 海藻糖添加量對冷凍面團饅頭比容的影響Fig.10 Influence of trehalose amount on the specific volume of frozen dough steamed bread

如圖10～12所示，隨著海藻糖添加量的增加，饅頭的比容和感官總分先增加后降低，硬度先降低后增加。海藻糖添加量為4%時，感官總分最大。這是因為海藻糖是一種冷凍保護劑，能提高酵母在冷凍條件下的生存力，同時海藻糖可以防止淀粉老化并有效地保護蛋白質在冷凍時變性，從而使饅頭的風味和質構保持較好的水平[23-25]。綜合評價，海藻糖添加量為4%時，冷凍面團饅頭的品質較好。

圖11 海藻糖添加量對冷凍面團饅頭硬度的影響Fig.11 Influence of trehalose amount on the hardness of frozen dough steamed bread

圖12 海藻糖添加量對冷凍面團饅頭感官品質的影響Fig.12 Influence of trehalose amount on sensory quality of frozen dough steamed bread

2.2 響應面分析法優(yōu)化復合添加劑添加量結果

2.2.1 響應面試驗結果

對以上4 個單因素使用Design-Expert 8.0.5軟件設計四因素三水平共29 個試驗。這29 個試驗分為兩類：其中24 個析因點為自變量取值在各因素所構成三維頂點；零點為區(qū)域中心點，重復5 次，用以估算試驗誤差。響應面試驗設計與結果見表3。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 Results of response surface experiments

續(xù)表3

采用Design-Expert 8.0.5軟件對所得數(shù)據(jù)進行回歸分析，4 個因素經(jīng)過擬合得到感官總分（Y）回歸方程如下所示：

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression equation

對模型進行顯著性檢驗，結果見表4。表4中回歸方差分析顯著性檢驗表明，該回歸模型P＜0.000 1，方程模型達到極顯著，失擬項P=0.286 3＞0.05，不顯著，表明該模型方程極顯著，使用該方程模擬真實的四因素三水平的分析是可行的。該回歸模型的總決定系數(shù)調整決定系數(shù)，說明該模型的擬合程度較好，試驗誤差小。

由表5可知，影響感官總分因素按主次順序排列為：木聚糖酶添加量＞聚丙烯酸鈉添加量＞DATEM添加量＞海藻糖添加量。同時可知，模型中因素X2和X3對饅頭感官總分的線性效應極顯著；X1和X4對饅頭感官總分的線性效應顯著；因素對饅頭感官總分的曲面效應極顯著。

表5 回歸方程系數(shù)顯著檢驗Table 5 Regression coefficients and significance test

2.2.2 響應面分析

圖13 冷凍面團饅頭三維響應面圖Fig.13 Tree-dimensional response surface plots of frozen dough steamed bread

圖14 冷凍面團饅頭等高線分析圖Fig.14 Contour plots of frozen dough steamed bread

在固定X3=0、X4=0條件下，X1與X2交互作用的響應面見圖13A?？芍猉1、X2交互作用不顯著，感官總分主要受X2影響。從對應等高線圖14A上可知，在DATEM添加量為0.2%時，添加較多的聚丙烯酸鈉才能得到較高的感官總分。

在固定X2=0、X4=0條件下，X1、X3交互作用的響應面見圖13B。如圖13B所示，X1、X3交互作用不顯著，感官總分主要受X3影響。從對應等高線圖14B可知，在DATEM添加量為0.2%時，隨著木聚糖酶添加量的增加，感官總分顯著升高隨后緩慢下降。

在固定X2=0、X3=0條件下，X1、X4交互作用的響應面見圖13C。如圖13C所示，X1、X4交互作用不顯著，感官總分主要受X1影響。從對應等高線圖14C可知，在海藻糖添加量為4%時，添加較多的DATEM才能得到較高的感官總分。

在固定X1=0、X4=0條件下，X2、X3交互作用的響應面見圖13D。如圖13D所示，X2、X3交互作用不顯著，感官總分主要受X3影響。由對應等高線圖14D可知，在聚丙烯酸鈉添加量為0.05%時，添加較少的木聚糖酶就可得到較高的感官總分。

在固定X1=0、X3=0條件下，X2、X4交互作用的響應面見圖13E。如圖13E所示，X2、X4交互作用不顯著，感官總分主要受X2影響。由對應等高線圖14E可知，在海藻糖添加量為4%時，感官總分隨聚丙烯酸鈉添加量的增加先緩慢升高后迅速下降。

在固定X1=0、X2=0條件下，X3、X4交互作用的響應面見圖13F。如圖13F所示，X3、X4交互作用不顯著，感官總分主要受X3影響。由對應等高線圖14F可知，在海藻糖添加量為4%時，隨著木聚糖酶添加量的增加，感官總分先迅速升高后緩慢下降，添加少量的的木聚糖酶就能得到較高的感官總分。

2.3 最佳工藝條件的檢驗

通過回歸模型的預測，得到冷凍面團饅頭復合添加劑的最佳配方為：DATEM添加量0.15%、聚丙烯酸鈉添加量0.05%、木聚糖酶添加量25.73 mg/kg、海藻糖添加量3.65%，預測感官總分為84.646。為檢驗響應面分析法的可靠性，采用上述最優(yōu)條件進行驗證實驗，實際測得的感官總分為84±0.74。因此，基于響應面法所得的最佳配方準確可靠，具有實用價值。

2.4 復合食品添加劑對面團流變學特性的影響

圖15 復合食品添加劑對面團彈性模量的影響Fig.15 Effect of compound food additives onG’of dough

圖16 復合食品添加劑對面團黏性模量的影響Fig.16 Effect of compound food additives onG”of dough

由圖15可知，頻率較高時，同一頻率條件下C組的彈性模量（G’）是最大的，A組G’最小。由圖16可知，頻率較高時，同一頻率條件下C組和D組的黏性模量（G”）相當，A組G”最小。這說明面團在冷凍時，面團體系中冰晶逐漸重結晶，導致面筋網(wǎng)絡結構在一定程度上遭到破壞，使得體系中體系逐漸喪失彈性；添加復合食品添加劑能夠抑制冰晶的重結晶并能增強面團中面筋的網(wǎng)絡結構，從而提高了面團的加工品質和成品的質量。

3 結 論

復合食品添加劑對冷凍面團饅頭品質的影響中，木聚糖酶添加量是影響?zhàn)z頭感官總分的最關鍵因素，各因素對冷凍面團饅頭感官總分的影響順序為：木聚糖酶添加量＞聚丙烯酸鈉添加量＞DATEM添加量＞海藻糖添加量。冷凍面團饅頭復合食品添加劑的最佳配方為：DATEM 添加量0.15%、聚丙烯酸鈉添加量0.05%、木聚糖酶添加量25.73 mg/kg、海藻糖添加量3.65%。在此條件下預期的混合發(fā)酵劑制作冷凍面團饅頭的感官總分為84.646，實際得分為84±0.74。復合食品添加劑能夠改善相同掃描頻率條件下面團的流變學特性，增大其G’和G”，說明復合食品添加劑能夠抑制冰晶的重結晶，減弱冰晶對酵子及面筋蛋白質網(wǎng)絡結構的破壞，從而提高了面團的加工品質和成品的質量。

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Optimization of Compound Food Additives for Frozen Dough Steamed Breads Made with Mixed Starters by Response Surface Methodology

DU Haoran, ZHENG Xueling, HAN Xiaoxian, ZHANG Jie, LI Limin, LIU Chong*, BIAN Ke*
(College of Grain and Food, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

This study examined the individual effects of four food additives on the quality of frozen dough steamed bread made with a mixed culture consisting of yeast and rice wine containing the starter strains at a mass ratio of 4:5. The proportions of the four additives when used in combination were optimized by response surface methodology. Experiments were designed using combination of single factor method and Box-Behnken design. As a result, a mathematical model was established describing the effect of the four food additives on the overall quality score of steamed bread and their optimal levels were obtained. The quality of steamed bread was affected in decreasing order by xylanase, sodium polyacrylate, diacetyl tartaric acid ester of mono(di)glycerides (DATEM) and trehalose, and their optimum combined proportions were 0.15%DATEM, 0.05%sodium polyacrylate, 25.73 mg/kg xylanase, and 3.65%trehalose. Under these conditions, the expected sensory score of steamed bread was 84.646, and the actual value was 84±0.74. The rheological properties of frozen dough such as elastic modulus (G’) and viscous modulus (G”) were improved when the compound food additives were added. This study has indicated that compound food additives can inhibit the formation of ice crystallization and prevent the dough from recrystallization, reduce the damage to the mixed starter and the structure of the gluten network from ice crystallization, and improve the qualities of dough and steamed bread.

frozen dough; steamed bread; food additive; response surface analysis

TS213.2

A

1002-6630（2015）12-0036-08

10.7506/spkx1002-6630-201512007

2014-10-29

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303070）

杜浩冉（1988—），男，碩士研究生，研究方向為谷物化學與品質。E-mail：975730574@qq.com

*通信作者：劉翀（1978—），男，講師，博士，研究方向為谷物化學與品質。E-mail：liuachong@126.com卞科（1960—），男，教授，碩士，研究方向為谷物科學與加工技術。E-mail：kebian@163.com