響應(yīng)面法優(yōu)化燕麥黃豆粉雜糧面包工藝配方

張二芳，邢君堯

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁033000）

雜糧面包是以高筋小麥粉為主，搭配多種雜糧粉制成的面包，相較于普通面包，富含膳食纖維和礦物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)更全面，具有促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，減少肥胖、高血壓等現(xiàn)代“文明病”[1-2]，可以適應(yīng)不同的人群選擇。

燕麥（Avena sativa L）是一種食療兼?zhèn)涞奶厣s糧作物，其不飽和脂肪酸和水溶性膳食纖維β－葡聚糖含量均居谷物之首，熱量低，升糖指數(shù)低。β－葡聚糖可降低人體低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）膽固醇，降脂降糖，是糖尿病人的首選食品[3]。目前，已有探索在食品中添加燕麥生產(chǎn)酥性餅干[4]、燕麥風(fēng)味茶及風(fēng)味物質(zhì)的分析[5]、保健燕麥掛面[6]以及各種燕麥雜糧面包等的研究。黃豆[Vigna radiata（Linn.）Wilczek]含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白、不飽和脂肪酸、鈣及B族維生素，是我國(guó)居民膳食中優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的重要來源。其不飽和脂肪酸中豐富的亞麻酸，可以降低血糖、血壓、血脂，降低動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于黃豆在食品中的應(yīng)用研究主要集中在黃豆粉速凍水餃[7]、富硒低糖豆?jié){的研制[8]、黃豆粉饅頭的研制[9]以及黃豆粉皮膳食纖維雜糧面包的研制[10]。燕麥黃豆雜糧面包的研制，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)保健的特殊需求，不僅能為開發(fā)新的面包制作程序提供配方上的參考，同時(shí)對(duì)粗糧的生產(chǎn)銷售產(chǎn)生良好的外部效應(yīng)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

原味高筋面包粉：新鄉(xiāng)市新良糧油加工有限責(zé)任公司；燕麥、黃豆：離石美特好超市；白砂糖：太古糖業(yè)（中國(guó)）有限公司；食鹽：山西鹽業(yè)公司；植物油：嘉里糧油青島有限公司；黃油：濰坊興達(dá)油脂有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；干燥膨松劑：桂林市紅星化工有限責(zé)任公司。

不銹鋼鍋（EC30JC01組合）：浙江蘇泊爾家電制造有限；固體粉碎機(jī)（RHP-400A型）：浙江榮浩工貿(mào)有限公司；電烤箱（MG25NF-AD）：蕪湖美的廚房電器制造有限公司；電子天平（LQ-A20002）：昆山優(yōu)科維特電子設(shè)備有限公司；微波爐（M1-L213B）：廣東美的廚房電器制造有限公司；質(zhì)構(gòu)儀（TA-XT Puls）：英國(guó)SMS公司。

1.2 工藝流程

雜糧選擇處理→過篩→調(diào)粉→添加輔料→和面→靜置→切塊→裝盤→醒發(fā)→烘烤→冷卻包裝[11]

1.3 制作步驟

1.3.1 原輔料處理

選擇市售符合食品衛(wèi)生要求的優(yōu)質(zhì)燕麥和黃豆，分別洗凈晾干，打成粉。

1.3.2 調(diào)制面團(tuán)

將黃油預(yù)熱，加入白砂糖預(yù)混，將酵母倒入溫水中攪拌至溶解均勻，然后依次加入高筋面包粉、燕麥黃豆粉、食用鹽攪拌均勻，最后加入溫水和酵母，和面至面團(tuán)軟硬適中不粘手為止[12]。

1.3.3 面團(tuán)靜置成型

將和好的面團(tuán)靜置20 min后將面團(tuán)切塊整形并裝盤醒發(fā)。

1.3.4 烘焙冷卻成品

將裝有面包的烤盤放入烤箱中進(jìn)行烘烤，烘烤條件為上火180℃、下火180℃，烘烤時(shí)間15 min，烘烤完成后冷卻至室溫（25℃左右）即為成品。

1.4 單因素試驗(yàn)

每次試驗(yàn)以100 g面包粉為基礎(chǔ)，在黃油添加量15 g，膨松劑添加量0.6 g，烘烤溫度上火180℃、下火180℃，烘烤時(shí)間15 min的基本配方和工藝下，以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，探究燕麥黃豆粉用量、水用量、白砂糖用量、鹽用量、酵母用量以及醒面時(shí)間對(duì)燕麥黃豆粉雜糧面包感官品質(zhì)的影響。設(shè)置6個(gè)因素的梯度為：添加燕麥黃豆粉（燕麥∶黃豆粉質(zhì)量比=1∶1）的用量（10、15、20、25、30 g），水用量（42、44、46、48、50 g），白砂糖用量（9、12、15、18、21 g），鹽用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），酵母用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），醒面的時(shí)間為（40、50、60、70、80 min）。研究采取控制變量法進(jìn)行單因素試驗(yàn)，固定參數(shù)分別為：選取燕麥黃豆粉20 g、水46 g、白砂糖15 g、鹽1.5 g、酵母1.5 g、醒面時(shí)間60 min。

1.5 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以在食品生物學(xué)及工程學(xué)廣泛應(yīng)用的Design-Expert Software7.0軟件為輔助手段設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，采用Box-Behken中心組合做響應(yīng)面分析試驗(yàn)[13]。以燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包感官評(píng)定為響應(yīng)值，選擇對(duì)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包感官品質(zhì)影響較大的配方或工藝，設(shè)計(jì)試驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)，用Design-Expert Software7.0軟件進(jìn)行分析，得出燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包的最佳配方和工藝參數(shù)。

1.6 燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包硬度評(píng)價(jià)

將烘烤出爐的面包冷卻至室溫25℃，再把面包切成3份大小相等、厚度為4 cm的方塊。采用TA-XTPuls質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)面包質(zhì)構(gòu)特性，使用TP/36R的探頭。測(cè)定條件：5N力，觸發(fā)模式Auto，測(cè)前速率3.0mm/s，測(cè)試速率 1.0 mm/s，測(cè)后速率1.0 mm/s，壓縮 50%，間隔 5 s。每個(gè)樣品重復(fù)3次，取其硬度的平均值進(jìn)行結(jié)果計(jì)算[14]。

1.7 燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包感官評(píng)價(jià)

對(duì)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包的品質(zhì)從形態(tài)、色澤、質(zhì)地、紋理結(jié)構(gòu)和風(fēng)味口感方面進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 燕麥黃豆粉雜糧面包感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of oat and soybean flour bread

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 燕麥黃豆粉添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

燕麥黃豆粉添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖1。

面包中添加燕麥黃豆粉，一方面能夠增加面包的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)使面包具有獨(dú)特的風(fēng)味。由圖1可知，隨著燕麥黃豆粉添加量逐漸增多，感官評(píng)分也隨之升高。當(dāng)燕麥黃豆粉添加量為20 g時(shí)，燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包的外形、口感、顏色等都是最佳的。但是過多的添加會(huì)影響面包的口感，使面包帶有較濃的豆腥味。隨著燕麥黃豆粉添加量的增加，硬度在不斷增大，同時(shí)豆腥味較濃，因此，20 g為燕麥黃豆粉最佳添加量。

圖1 燕麥黃豆粉添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.1 Effect of oat and soybean flour addition on sensory evaluation and hardness of bread

2.1.2 鹽添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

鹽添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖2。

圖2 鹽添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.2 Effect of salt addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖2可知，隨著鹽添加量的逐漸增多，感官得分先升高后降低，當(dāng)鹽的添加量為1.5 g時(shí)，感官評(píng)定的得分最高。食鹽添加量越多，酵母的產(chǎn)氣能力越低，超過1.5 g時(shí)，就能產(chǎn)生明顯的滲透壓，對(duì)酵母發(fā)酵有抑制作用[16]，同時(shí)會(huì)使面包質(zhì)地過于緊湊，使得面包品質(zhì)下降。結(jié)合硬度，確定1.5 g為鹽最佳添加量。

2.1.3 水添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

水添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖3。

圖3 水添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.3 Effect of water addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖3可知，當(dāng)水添加量為46 g時(shí)，對(duì)面包的感官評(píng)價(jià)最高。在面包的制作過程中，水首先作為溶劑用于溶解綿白糖、酵母、食用鹽等添加劑，使其在面團(tuán)調(diào)制中混合均勻。水的適量添加可以使生產(chǎn)出的面包外形整齊，組織結(jié)構(gòu)均勻，口感細(xì)膩[17-18]。水添加量少于46 g時(shí)，面筋硬化，面團(tuán)韌性過強(qiáng)，抑制酵母發(fā)酵，成品體積小，口感粗糙；水添加量太多時(shí)，硬度減小，面團(tuán)黏度大，持氣性下降，易塌陷，產(chǎn)品反彈力差，口感略黏。故確定46 g為水的最佳添加量。

2.1.4 酵母的添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

酵母添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖4。

圖4 酵母添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.4 Effect of yeast addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖4可知，隨酵母添加量增加，面包的感官評(píng)價(jià)值先增高后降低。當(dāng)酵母的添加量為1.5 g時(shí)，面包體積大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)蓬松，有淡淡的鮮香味，得出的感官評(píng)分最高。酵母添加量不足時(shí)，面包的風(fēng)味不足，內(nèi)部氣孔小，質(zhì)地較硬，回彈力差，硬度和咀嚼性大；過量的酵母粉發(fā)酵中產(chǎn)生更多的CO2氣體，使面團(tuán)體積過度膨脹，不能夠保持良好的組織氣密性，組織彈性、硬度和咀嚼性都小，酸味加重[19]。故確定1.5 g為酵母的最佳添加量。

2.1.5 白砂糖的添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

白砂糖添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響見圖5。

圖5 白砂糖添加量對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.5 Effect of sugar addition on sensory evaluation and hardness of bread

糖有吸濕性及水化作用，面包生產(chǎn)中添加糖，可增加產(chǎn)品柔軟度和保鮮期；糖在加熱過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，生成類黑或焦糖色素，使產(chǎn)品呈現(xiàn)金黃色并有特殊香味；同時(shí)，糖有助于酵母菌的生長(zhǎng)繁殖，發(fā)酵加快并改善面團(tuán)的物理性質(zhì)及面包內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)[20]。由圖5可知，當(dāng)糖的添加量為15 g時(shí)，面包的感官評(píng)價(jià)得分最高。此時(shí)面包顏色金黃，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻，有焦糖混合燕麥的滿意香味。糖的添加量較少時(shí)，面包的甜度不夠，香味不足，組織偏硬；當(dāng)糖的添加量太多時(shí)，口感膩，內(nèi)部氣孔太大，酸味重，且容易烤焦。故確定15 g為糖的最佳添加量。

2.1.6 醒面時(shí)間對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響

醒面時(shí)間對(duì)面包品質(zhì)的影響見圖6。

圖6 醒面時(shí)間對(duì)面包感官評(píng)價(jià)及硬度的影響Fig.6 Effect of waking time on sensory evaluation and hardness of bread

由圖6可知，隨著醒面時(shí)間延長(zhǎng)，感官品質(zhì)在逐漸提高，當(dāng)醒面時(shí)間為70 min時(shí)，燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包的外形、口感、顏色等都是最佳的。醒面時(shí)間不足，面包內(nèi)部氣孔小，彈性不夠，口感差。醒面時(shí)間大于70 min時(shí)，面包的酸味增大，口感略黏。醒面時(shí)間過長(zhǎng)，面團(tuán)體積過度膨脹，組織彈性受到影響。因此燕麥黃豆粉雜糧面包制作過程中醒面時(shí)間最佳為70 min。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)單因素試驗(yàn)中感官評(píng)分隨因素梯度變化明顯程度，確定燕麥黃豆粉添加量、酵母添加量以及水添加量3個(gè)因素。在此基礎(chǔ)上，采用Box-Behken中心組合進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)，因素和水平見表2，響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 響應(yīng)面的因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

表3 Box-Behken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Box-Behken test design and results

使用軟件Design-Expert Software7.0，以燕麥黃豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）為響應(yīng)變量，同時(shí)以做出成品面包的綜合評(píng)分為指標(biāo)值（響應(yīng)值），對(duì)以上表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到表4回歸方程的方差分析表。利用該軟件進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合（非線性），可得到這樣的一個(gè)預(yù)測(cè)模型：

表4 回歸方程方差分析表Table 4 Analysis of variance table of regression equation

根據(jù)回歸方差分析顯著性檢驗(yàn)，該模型為顯著型，即P<0.000 1，且失擬項(xiàng)不顯著，為0.100 8。該模型R2=0.999 6，R2Adj=0.999 1，說明該模型與實(shí)際試驗(yàn)有很好的擬合性，自變量與指標(biāo)值之間的線性關(guān)系顯著，該模型在試驗(yàn)范圍內(nèi)可以較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)燕麥黃豆雜糧面包的感官評(píng)分?？梢杂糜谘帑滭S豆粉雜糧面包配方試驗(yàn)的預(yù)測(cè)。影響燕麥黃豆粉雜糧面包感官評(píng)分各因素中，其作用大小依次為水添加量>酵母添加量>燕麥黃豆粉添加量。

2.2.2 各因素及其交互作用對(duì)面包綜合評(píng)分的影響

基于回歸模型方差分析，用軟件做出的燕麥黃豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）對(duì)燕麥黃豆粉雜糧面包綜合評(píng)分影響的等高線及三維圖如圖7～圖9所示。等高線的形狀（圓形或橢圓）反應(yīng)交互效應(yīng)強(qiáng)弱程度，若為圓形，交互作用不顯著；若為橢圓，則交互作用顯著。

圖7 燕麥黃豆粉添加量和酵母添加量對(duì)面包綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface diagram of the effect of oat and soybean meal addition and yeast addition on comprehensive score of bread

由圖7分析可知，燕麥黃豆粉添加量和酵母添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線為橢圓形，交互作用顯著。由等高線疏密程度可以判斷，酵母添加量對(duì)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包綜合評(píng)分的影響比燕麥黃豆粉添加量更大。

圖8 燕麥黃豆粉添加量和水添加量對(duì)面包綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface diagram of the effect of oat and soybean flour addition and water addition on comprehensive score of bread

圖9 酵母添加量和水添加量對(duì)面包綜合評(píng)分影響的響應(yīng)面圖Fig.9 Response surface diagram of the effect of yeast addition and water addition on comprehensive score of bread

由圖8分析可知，燕麥黃豆粉添加量和水添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線為橢圓形，交互作用顯著。由等高線疏密程度可以判斷，水添加量對(duì)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包綜合評(píng)分的影響比燕麥黃豆粉添加量更大。

由圖9分析可知，酵母和水添加量?jī)烧咧g相互作用的等高線接近圓形，交互作用不顯著。由等高線疏密程度可以判斷，水添加量對(duì)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包綜合評(píng)分的影響比酵母添加量更大[21]。

通過本次響應(yīng)面試驗(yàn)，通過Design-Expert軟件優(yōu)化，得知燕麥黃豆粉雜糧面包的最佳配方為：燕麥黃豆粉的理論最佳添加量為23.19 g、酵母的理論最佳添加量為2.00 g，水的理論最佳添加量為47.56 g，理論最高綜合得分為81.686分，硬度平均為527.42 g。使用這組理論最佳數(shù)據(jù)重復(fù)試驗(yàn)5次后，發(fā)現(xiàn)燕麥黃豆粉復(fù)合雜糧面包綜合評(píng)分與理論值接近，說明該數(shù)學(xué)模型可靠，可用于燕麥黃豆粉雜糧面包最優(yōu)工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)。本次試驗(yàn)成立[22]。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)，確定對(duì)燕麥黃豆粉雜糧面包感官評(píng)價(jià)和硬度有主要影響的3個(gè)因素：燕麥黃豆粉、酵母、水，并以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)確定燕麥黃豆粉雜糧面包的最佳配比為：以高筋面包粉100 g為基準(zhǔn)，添加燕麥黃豆粉23.19 g、水47.56 g、酵母2.00 g，在此最優(yōu)配方參數(shù)下的燕麥黃豆粉雜糧面包綜合評(píng)分為81.686分，硬度為527.42 g。在該方案下生產(chǎn)出來的燕麥黃豆粉雜糧面包表皮金黃飽滿，質(zhì)地細(xì)膩平滑、氣孔細(xì)密均勻有彈性，有焦糖和燕麥混合的獨(dú)特香味。