響應(yīng)面法優(yōu)化酵子老面饅頭生產(chǎn)工藝研究

溫紀(jì)平 王大一 卞 科（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

響應(yīng)面法優(yōu)化酵子老面饅頭生產(chǎn)工藝研究

溫紀(jì)平 王大一 卞 科
（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

酵子是傳統(tǒng)混菌饅頭發(fā)酵劑，利用酵子制作老面饅頭，可以提升饅頭口感和風(fēng)味以及產(chǎn)品穩(wěn)定性，促進(jìn)傳統(tǒng)發(fā)酵主食工業(yè)化。利用響應(yīng)面分析法對(duì)酵子制作老面饅頭生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取發(fā)酵時(shí)間、酵子添加量、發(fā)酵溫度為自變量，饅頭感官評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。確定最佳工藝參數(shù)為：發(fā)酵時(shí)間21 h、酵子添加量4%、發(fā)酵溫度27℃，在此條件下饅頭感官評(píng)分是79，與理論預(yù)測(cè)值78.40相差較小，說明響應(yīng)面優(yōu)化后的工藝具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。對(duì)照試驗(yàn)中，老面饅頭的感官評(píng)分高于新鮮酵子饅頭，但稍低于酵母饅頭。

酵子 老面 饅頭 響應(yīng)面法

饅頭是中國傳統(tǒng)發(fā)酵面食，是中華民族飲食文化的象征［1］。作為傳統(tǒng)風(fēng)味饅頭種類之一的老面饅頭，即利用長時(shí)間發(fā)酵的面團(tuán)—老面，作為發(fā)酵劑來制作饅頭。由于其獨(dú)特的風(fēng)味［1］和口感，在全國多地區(qū)，尤其是廣大農(nóng)村地區(qū)仍有所應(yīng)用［2］。老面發(fā)酵所需溫度不高，耗能較少，同時(shí)，發(fā)酵劑用量少，原料成本較低；發(fā)酵條件控制要求不高，管理方便；混菌長時(shí)發(fā)酵，微生物生理、生化反應(yīng)產(chǎn)生多種風(fēng)味物質(zhì)，加之后期食用堿加入產(chǎn)生的堿香味，饅頭風(fēng)味獨(dú)特濃郁；酸性老面環(huán)境促進(jìn)淀粉、蛋白等大分子營養(yǎng)物質(zhì)分解或變性，改善面團(tuán)特性，饅頭口感較好，老化較慢［3］；酸面團(tuán)發(fā)酵還能提高谷物產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值［4］。但目前饅頭老面菌種多依賴當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，具有地域性，饅頭品質(zhì)穩(wěn)定性及工業(yè)化生產(chǎn)較差；長時(shí)間的發(fā)酵，易滋生雜菌，可能產(chǎn)生有害物質(zhì)；面團(tuán)pH控制較難［3］。酵子作為一種傳統(tǒng)混菌發(fā)酵劑，其制作工藝簡單、成本低，酶系豐富，具有糖化、酯化等作用，制作的饅頭具有單純酵母饅頭所不能比的獨(dú)特風(fēng)味和口感［5］。文獻(xiàn)［6-11］曾從傳統(tǒng)發(fā)酵劑中分離鑒定出多種優(yōu)勢(shì)菌，蘇東民等［12］研究了酵母菌和乳酸菌在發(fā)酵過程中的生長及代謝特性，發(fā)現(xiàn)不同菌種對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的利用有差異，代謝產(chǎn)酸及可溶性糖也不一樣。把酵子應(yīng)用于老面制作當(dāng)中，可以淡化酵子發(fā)酵力較弱的缺點(diǎn)，充分利用酵子混菌、多酶系等優(yōu)點(diǎn)，并改善老面和成品穩(wěn)定性，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，借鑒馬永生［13］酵母老面饅頭做法，研究并優(yōu)化酵子老面饅頭制作工藝，期望改善饅頭品質(zhì)，提高其貨架期。

本試驗(yàn)以特一粉、酵子為主要原料，選定發(fā)酵時(shí)間、酵子添加量、發(fā)酵溫度3個(gè)主要因素，通過響應(yīng)面法系統(tǒng)優(yōu)化其制作工藝，以期為老面饅頭的進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原料

金苑特一粉：鄭州金苑面粉有限公司（特性分析見注釋）；酵子：市售，發(fā)酵力為12 h產(chǎn)氣1 572±70 mL，酵母菌含量（1.18±0.21）×108個(gè)／g，乳酸菌含量（1.15±0.05）×108個(gè)／g。

1.2 主要儀器

JHMZ-200型針式和面機(jī)、JMTD-168／140型實(shí)驗(yàn)壓片機(jī)、JXFD-7型醒發(fā)箱：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；DT500型電子天平：常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；F3流變發(fā)酵儀：法國肖邦技術(shù)公司；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 原料基本指標(biāo)測(cè)定

小麥粉中水分的測(cè)定：按照GB／T 5009.3—2010中直接干燥法測(cè)定；灰分的測(cè)定：按照GB／T 5009. 4—2010測(cè)定；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：按照GB／T 5009.5—2010中凱氏定氮法測(cè)定；白度的測(cè)定：按照GB／T 12097—1989的方法測(cè)定。

表1 原料粉基本指標(biāo)

面團(tuán)流變性粉質(zhì)特性的測(cè)定：按照 GB／T 14614—1993測(cè)定。

酵子中酵母菌和乳酸菌含量測(cè)定：酵母菌計(jì)數(shù)采用 YPD培養(yǎng)基，乳酸菌計(jì)數(shù)采用 MRS培養(yǎng)基［14］。

酵子發(fā)酵力測(cè)定［15］：利用F3發(fā)酵流變儀，按照操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定條件為：面團(tuán)質(zhì)量315 g、測(cè)定溫度35℃，測(cè)試時(shí)間12 h，砝碼質(zhì)量2 000 g。

新鮮酵母饅頭制作：參考何松等［16］方法，作相應(yīng)修改。取安琪即發(fā)活性干酵母0.75 g和小麥粉150 g，加水75 mL，和面、壓片，然后揉至面團(tuán)表面光滑，制成饅頭坯，放置于溫度33℃、相對(duì)濕度85%左右的醒發(fā)箱中，醒發(fā)60 min，在沸水蒸汽條件下，蒸制25 min，?；? min，取出饅頭，室溫放置待測(cè)。

新鮮酵子饅頭制作：參考劉長虹等［17］方法。

1.3.2 老面饅頭制作工藝

老面制作：稱取小麥粉150 g，先用45%（以面粉重為基準(zhǔn)）的水把一定量（以小麥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）的酵子溶解攪勻，然后將面粉和發(fā)酵劑溶液置于針式和面機(jī)和面3 min，整成團(tuán)狀后，放入面缽中，蓋上濕布，置于醒發(fā)箱中發(fā)酵一定時(shí)間（相對(duì)濕度控制在85%左右）。

饅頭制作：參照胡麗花［8］方法，結(jié)合實(shí)際修改如下，取75 g老面團(tuán)，105 g小麥粉，適量水（總水量保持在45%左右），以及適量食用堿，用和面機(jī)混勻3 min，壓片至形成光滑完整的面團(tuán)后，揉制成型，將饅頭坯置于溫度為38℃、相對(duì)濕度為（88±2）%的醒發(fā)箱中醒發(fā)1 h，沸水汽蒸30 min，制得饅頭樣品，室溫放置待測(cè)。

1.3.3 饅頭感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

參照陳軍麗饅頭評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［18］，制定了酵子制作老面饅頭的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。蒸制好的饅頭室溫下放置40 min后，組織品評(píng)人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.3.4 饅頭質(zhì)構(gòu)測(cè)定方法［19］

蒸制饅頭在常溫下放置1 h后，用切片機(jī)將其從豎直方向切成厚度為15 mm的均勻薄片，取中心2片，利用TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性測(cè)試。參數(shù)設(shè)定：測(cè)前速率：3.00 mm／s，測(cè)試速率：1.00 mm／s，測(cè)后速率：1.00 mm／s，壓縮程度：50.00%，觸發(fā)力：5.0 g。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

分別以不同的發(fā)酵時(shí)間、酵子添加量、發(fā)酵溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)饅頭感官品質(zhì)的影響。

1.3.6 中心組合試驗(yàn)

根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定中心組合試驗(yàn)因素與水平，以饅頭感官總分為響應(yīng)值，試驗(yàn)因素及水平編碼如表2所示。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表3。

表2 饅頭感官評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 響應(yīng)面因素水平編碼表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)老面饅頭品質(zhì)的影響

在酵子添加量為3%、發(fā)酵溫度為30℃的條件下，考察老面發(fā)酵時(shí)間5～40 h對(duì)饅頭感官評(píng)分的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 發(fā)酵條件對(duì)老面饅頭感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，老面饅頭總感官得分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。主要原因是面團(tuán)經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)酵，其中的酵母菌、乳酸菌等各種微生物代謝產(chǎn)生了乙醇和有機(jī)酸等物質(zhì)，它們之間的相互作用，能夠產(chǎn)生風(fēng)味前體物質(zhì)酮類、醛類等，以及酯類等芳香風(fēng)味物質(zhì)［20］，提高了饅頭風(fēng)味品質(zhì)，同時(shí)，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，酵母菌產(chǎn)氣量增加，饅頭內(nèi)部空洞逐漸增大，蒸制出的饅頭體積蓬松、暄軟可口，感官得分較高。但是發(fā)酵時(shí)間過長，微生物代謝所產(chǎn)酒精可導(dǎo)致麥膠蛋白的溶解［21］，以及其酶解、酸、醇、氧化作用等導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞［22］，面團(tuán)持氣性下降，導(dǎo)致饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，沒嚼勁，易掉渣，感官總分降低。因此，根據(jù)響應(yīng)值變化，選取發(fā)酵時(shí)間為20 h。

2.1.2 酵子添加量對(duì)老面饅頭品質(zhì)的影響

固定老面發(fā)酵時(shí)間為20 h，發(fā)酵溫度為30℃，考察酵子添加量在1%～9%范圍內(nèi)對(duì)饅頭感官評(píng)分的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，酵子添加量為3%時(shí)，饅頭的感官總分最高。酵子添加量直接影響引入面團(tuán)中酵母菌等發(fā)酵菌的多少，當(dāng)酵子添加量較少時(shí)，面團(tuán)發(fā)酵力不足，面團(tuán)膨松不充分，饅頭的比容偏小，質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較差，口感不好；當(dāng)酵子添加量超過3%時(shí)，面團(tuán)發(fā)酵力增強(qiáng)，產(chǎn)氣量增加，但是過量的添加酵子明顯影響了饅頭色澤，也導(dǎo)致老面味道的劣變，同時(shí)，影響了面團(tuán)的流變學(xué)特性，饅頭易產(chǎn)生大氣孔，易開裂，氣味和口感變差，感官總分下降?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合曲線變化趨勢(shì)，選取3%為酵子添加量。

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)老面饅頭品質(zhì)的影響

固定發(fā)酵時(shí)間為20 h，酵子添加量為3%，在20～40℃范圍內(nèi)考察發(fā)酵溫度對(duì)饅頭感官評(píng)分的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著發(fā)酵溫度的增加，饅頭的感官總分變化幅度較大，說明溫度是影響其感官品質(zhì)的重要因素。同時(shí)，感官得分曲線在25℃出現(xiàn)了峰點(diǎn)，而并沒有漸升或者漸降的趨勢(shì)。這是因?yàn)榘l(fā)酵溫度較低時(shí)，發(fā)酵微生物活動(dòng)受抑制，面團(tuán)發(fā)酵不充分，從而影響了饅頭的感官品質(zhì)；發(fā)酵溫度過高時(shí)，酵子中的其他雜菌成為優(yōu)勢(shì)菌，大量繁殖，產(chǎn)生怪異氣味，同時(shí)可能引起面團(tuán)變色［3］，從而導(dǎo)致饅頭感官品質(zhì)的下降。因此，選取25℃為最佳發(fā)酵溫度。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化酵子制作老面饅頭工藝條件

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，綜合分析單因素試驗(yàn)，對(duì)以上3個(gè)單因素設(shè)計(jì)三因素三水平共17個(gè)試驗(yàn)。其中12個(gè)析因試驗(yàn)；5個(gè)中心組試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

采用Design Expert 8.0.6軟件，以發(fā)酵時(shí)間、酵子添加量、發(fā)酵溫度為響應(yīng)變量，以饅頭感官評(píng)分為響應(yīng)值對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到感官總分（Y）非線性回歸方程：

Y=76.60+0.87A+4.44B+4.94 C-0.37AB+ 0.38AC-0.50BC-1.55A2-5.92B2-6.68C2

對(duì)模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表4?；貧w方差分析顯著性檢驗(yàn)表明，該回歸模型F=14.05，P= 0.001 1＜0.01，模型回歸顯著，失擬項(xiàng)P=0.391 7＞0.05，失擬項(xiàng)不顯著。同時(shí)，該回歸模型的總決定系數(shù)R2=0.947 5，調(diào)整決定系數(shù)Adj R2=0.880 1，說明該模型的擬合程度較好。因此，利用此模型來預(yù)測(cè)老面饅頭實(shí)驗(yàn)室制作工藝是可行的。

由表5可對(duì)各因素的影響程度進(jìn)行分析，因素F值的大小可以反映出其對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的重要性，F(xiàn)值越大，表明對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響越大，即重要性越大。所以，影響?zhàn)z頭感官評(píng)分因素主次排列順序?yàn)椋喊l(fā)酵溫度＞酵子添加量＞發(fā)酵時(shí)間。同時(shí)由因素P值可知，模型中一次項(xiàng)因素B（酵子添加量）、C（發(fā)酵溫度）以及二次項(xiàng)因素B2、C2對(duì)響應(yīng)值的影響顯著，也說明了各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 感官總分的回歸模型方差分析

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

由圖4 a可知，當(dāng)固定發(fā)酵溫度時(shí)，發(fā)酵時(shí)間和酵子添加量交互作用不顯著，感官評(píng)分主要受酵子添加量影響，隨著酵子添加量的增大，感官總分顯著升高隨后緩慢下降。由圖4 b可知，發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度交互作用不顯著，感官總分主要受發(fā)酵溫度影響，隨著發(fā)酵溫度的上升，感官總分也呈現(xiàn)快速上升隨后緩慢下降的趨勢(shì)。由圖4 c顯示，酵子添加量和發(fā)酵溫度交互作用顯著，感官總分隨著酵子添加量和發(fā)酵溫度的增加變化幅度較大，說明酵子添加量和發(fā)酵溫度對(duì)感官評(píng)分的影響較為顯著。

圖2 各兩因素之間的三維響應(yīng)面圖

2.3 最佳工藝條件的檢驗(yàn)

通過回歸模型的預(yù)測(cè)，得到酵子制作老面饅頭的最佳工藝條件：發(fā)酵時(shí)間21.42 h、酵子添加量3.7%、發(fā)酵溫度26.83℃，預(yù)測(cè)響應(yīng)值感官評(píng)分為78.40分。為檢驗(yàn)響應(yīng)面分析法的可靠性，采用上述最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，同時(shí)考慮操作的方便性，將生產(chǎn)工藝參數(shù)修正為發(fā)酵時(shí)間21 h、酵子添加量4%、發(fā)酵溫度27℃，實(shí)際測(cè)得的感官總分平均值為79分，與預(yù)測(cè)值相符，證實(shí)了該方程的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

2.4 酵子制作老面饅頭與普通饅頭品質(zhì)對(duì)比

按照優(yōu)化的工藝制作老面饅頭，對(duì)比其與新鮮酵母饅頭以及新鮮酵子饅頭的質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)，由表5可以看出，老面饅頭的硬度、咀嚼性、回復(fù)性與新鮮酵子饅頭差異顯著，原因是老面發(fā)酵充分，成品饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)膩柔軟，口感較好，饅頭風(fēng)味較佳，從而整體評(píng)分高于新鮮酵子饅頭；老面饅頭和酵母饅頭在質(zhì)構(gòu)品質(zhì)上稍有差異，但由于老面發(fā)酵力較弱，色澤較差等缺點(diǎn)，老面饅頭感官評(píng)分要低于酵母饅頭，但其風(fēng)味和口感明顯優(yōu)于酵母饅頭，這也是老面饅頭優(yōu)勢(shì)所在。

表6 饅頭樣品質(zhì)構(gòu)與感官品質(zhì)對(duì)比

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理以及響應(yīng)面分析法對(duì)酵子制作老面饅頭工藝進(jìn)行優(yōu)化，擬合了發(fā)酵時(shí)間、酵子添加量、發(fā)酵溫度這3個(gè)因素對(duì)饅頭感官品質(zhì)得分的回歸模型。由此模型分析可知，發(fā)酵溫度是影響?zhàn)z頭感官評(píng)分的最關(guān)鍵因素，各因素對(duì)饅頭感官總分的影響順序?yàn)椋喊l(fā)酵溫度＞酵子添加量＞發(fā)酵時(shí)間。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間21 h、酵子添加量4%、發(fā)酵溫度27℃時(shí)為最佳工藝參數(shù)。通過對(duì)照試驗(yàn)我們也可以看出，酵子制作老面饅頭感官和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)優(yōu)于新鮮酵子饅頭，感官評(píng)分稍低于酵母饅頭。本研究所用原料粉屬中等偏高筋力小麥粉，滿足南北方饅頭用粉差異的要求，具有代表性。

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Research on the Optimization of Producing Process of Jiaozi Sourdough Steamed Bread by Response Surface Method

Wen Jiping Wang Dayi Bian Ke
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001）

Jiaozi is one kind of the traditional mixed bacteria fermentation agents，sourdough steamed bread produced by Jiaozi can improve the taste，the flavor and the stability of the end products，and accelerate the industrialization of traditional fermented staple food.The response surface method was used to optimize the producing process of Jiaozi sourdough steamed bread in this paper.On the basis of single factor experiments，response variables including the fermentation time，the Jiaozi add amounts，the fermentation temperature，and the sensory score were selected to carry out response surface optimal experiment for achieving maximum score of the steamed bread.The optimal process conditions included fermentation time of 21 h，Jiaozi add amounts of 4%，fermentation temperature of 27℃. Under this condition，the actual sensory score of sourdough steamed bread was 79，compared to the theoretical score of 78.40，there was a small relative error.Technology optimized by response surface deserves some practical significance.In the control test，the sensory score of old sourdough steamed bread is higher than that of fresh Jiaozi steamed bread，but slightly lower than that of yeast steamed bread.

jiaozi，sourdough，steamed bread，response surface method

TS213.2

A

1003-0174（2017）03-0118-06

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-03-09B），傳統(tǒng)糧食加工制品產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與示范（201303070）

2015-08-15

溫紀(jì)平，男，1968年出生，教授，谷物加工理論與技術(shù)