傳統(tǒng)酸面團(tuán)全麥粉饅頭的工藝優(yōu)化研究

朱曉閣，王香玉，婁海偉，趙仁勇

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

目前國內(nèi)糧食加工存在精度過高、營養(yǎng)組分流失嚴(yán)重的突出現(xiàn)象，由此導(dǎo)致國民微量營養(yǎng)素?cái)z入不足，心血管疾病、肥胖癥、Ⅱ型糖尿病、中風(fēng)等慢性病驟增。隨著人們的健康意識(shí)不斷增強(qiáng)，越來越多的消費(fèi)者開始注重營養(yǎng)平衡和合理膳食。流行病學(xué)研究表明，全谷物中含有豐富的膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素和生物活性物質(zhì)等成分，長期攝入全谷物制品可以降低慢性疾病的發(fā)病率[1-2]。全麥粉作為消費(fèi)量最大的一種全谷物，在其中占據(jù)著重要的地位。目前，國外對(duì)全麥主食品和休閑食品，如面包、餅干等的研究較多，而我國目前在全麥粉及其制品的加工和應(yīng)用研究方面仍處于起步階段。

饅頭是我國的傳統(tǒng)主食之一，因其獨(dú)特的口感和風(fēng)味，深受消費(fèi)者喜愛。然而我國對(duì)全谷物營養(yǎng)價(jià)值認(rèn)識(shí)較晚，全麥粉饅頭加工技術(shù)水平低，產(chǎn)品品質(zhì)不佳，普遍存在口感粗糙、食用品質(zhì)欠佳、難起發(fā)、持氣性差、結(jié)構(gòu)粗糙、比容較小和質(zhì)地干硬等突出問題[3-4]，致使全麥粉發(fā)酵制品難以被消費(fèi)者廣泛接受，推廣難度大。這主要?dú)w因于麩皮中非淀粉多糖對(duì)面筋蛋白的稀釋作用而導(dǎo)致的面團(tuán)流變學(xué)特性的劣變[5]。針對(duì)這些問題，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了較多的研究，多集中于麩皮的物理/化學(xué)改性、生物發(fā)酵以及全麥粉饅頭工藝優(yōu)化、外源改良劑添加等方面[6-9]，但仍存在成本高、收效低、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品品質(zhì)差異大等問題。

使用傳統(tǒng)酸面團(tuán)是谷物發(fā)酵食品生產(chǎn)中應(yīng)用最古老的生物技術(shù)，在國外已有一百多年的研究歷史，并得到工業(yè)化應(yīng)用[10]。傳統(tǒng)酸面團(tuán)作為一種常見的面包烘焙發(fā)酵劑，具有天然、復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，主要利用優(yōu)勢(shì)菌株發(fā)生糖化、酸化、醇化和酯化等協(xié)同反應(yīng)，產(chǎn)生醇、酮、醛和酯等風(fēng)味化合物[11]。酸面團(tuán)在發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機(jī)酸(主要為乳酸和醋酸)，使全麥粉面團(tuán)的pH值降低，激活內(nèi)源性木聚糖酶[12]，從而使可溶性膳食纖維的含量增加，緩解因全麥粉中不溶性膳食纖維對(duì)面筋的稀釋作用而導(dǎo)致的面團(tuán)流變學(xué)特性劣變等問題，改善面團(tuán)的發(fā)酵、流變學(xué)特性，增強(qiáng)持氣性，增大體積，改善組織結(jié)構(gòu)[13-14]。在國外，酸面團(tuán)面包通常采用低溫長時(shí)發(fā)酵技術(shù)(冷藏發(fā)酵)，制得的全麥面包的風(fēng)味香醇，表皮色澤更佳[15]。另外，冷藏發(fā)酵法為微生物和酶的作用提供了充足的時(shí)間，產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)的同時(shí)又能增加可溶性膳食纖維的含量，改善全麥粉面團(tuán)的流變學(xué)特性[16]。

為了解決全麥粉饅頭制作過程中存在的問題，改善全麥粉饅頭的口感，提升其食用品質(zhì)，作者在前期開發(fā)的傳統(tǒng)酸面團(tuán)饅頭生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上[11,17]，以傳統(tǒng)酸面團(tuán)為發(fā)酵劑，采用中種發(fā)酵工藝，結(jié)合冷藏發(fā)酵技術(shù)，研究酸種的添加量、中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例以及全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響，并進(jìn)一步通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到全麥粉饅頭的最佳工藝參數(shù)，為全麥粉饅頭的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，對(duì)改善膳食結(jié)構(gòu)、預(yù)防慢性疾病和推動(dòng)特色谷物資源的開發(fā)與利用等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

全麥粉：河北黑馬面粉有限責(zé)任公司；酸種：由河南工業(yè)大學(xué)糧食資源轉(zhuǎn)化與利用實(shí)驗(yàn)室工作人員通過延續(xù)培養(yǎng)獲得；即發(fā)活性干酵母(低糖型)：樂斯福管理(上海)有限公司；食用堿：鄭州百廚香商貿(mào)有限公司；氫氧化鈉：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Seven Easy型精密pH計(jì)、AB204-S型分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；CSM-02蒸箱：廣州恒威廚房設(shè)備有限公司；GC-1183型凍藏發(fā)酵箱：惠州高比烘焙設(shè)備有限公司；SM-10型和面機(jī)、SM-302 N型切片機(jī)：新麥機(jī)械(無錫)有限公司；BVM 6630型體積測定儀：瑞典Perten公司；TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；粉質(zhì)儀、拉伸儀、黏度儀：德國Brabender公司。

1.3 方法

1.3.1 全麥粉理化特性的測定

分別參照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.4—2016、GB/T 5009.5—2016、GB/T 5009.6—2016、GB/T 5009.88—2014方法來測定全麥粉中的水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和膳食纖維含量；參照GB/T 14490—2008方法測定全麥粉的糊化特性。

1.3.2 全麥面團(tuán)流變學(xué)特性的測定

全麥面團(tuán)的延展和揉混特性測定參照李繼鋒等[11]使用的方法。

1.3.3 酸面團(tuán)全麥粉饅頭的制作[11]

以1.0 kg全麥粉為基準(zhǔn)，分別按照表1和表2制作全麥粉中種面團(tuán)和主面團(tuán)。

表1 全麥粉中種面團(tuán)配方

表2 主面團(tuán)配方

按表1配方，將全麥粉、酸種和水混合并攪拌均勻(先慢速1.5 min后快速1.0 min)，制備形成全麥粉中種面團(tuán)，置于2～6 ℃冷藏發(fā)酵處理21～36 h。

冷藏發(fā)酵處理后的全麥粉中種面團(tuán)置于室溫條件下緩蘇20 min，測定面團(tuán)的TTA(可滴定酸)并計(jì)算食用堿的添加量[11]，在冷藏發(fā)酵后的中種面團(tuán)中加入全麥粉、水、酵母和食用堿(表2)，并混合攪拌(先慢速3.0 min后快速3.0 min)制作形成主面團(tuán)(25～28 ℃)，分割(150 g/個(gè))、壓面(11次)后，揉制形成饅頭坯，醒發(fā)70 min(35～38 ℃，相對(duì)濕度80%～85%)，汽蒸20 min，即得到酸面團(tuán)全麥粉饅頭，冷卻1 h后對(duì)饅頭品質(zhì)進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)。

1.3.4 酵母全麥粉饅頭的制作

稱取1 kg全麥粉、8 g酵母和560 g水，攪拌均勻，分割、壓面形成光滑的面片，揉制形成饅頭坯，醒發(fā)60 min，汽蒸20 min，即得到酵母全麥粉饅頭，冷卻1 h后對(duì)饅頭品質(zhì)進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)。

1.3.5 全麥粉饅頭的品質(zhì)評(píng)價(jià)

全麥粉饅頭的體積、比容以及質(zhì)構(gòu)特性的測定采用李繼鋒等[11]使用的方法。

全麥粉饅頭的感官評(píng)價(jià)參照GB/T 35991—2018，并依據(jù)全麥粉饅頭的特點(diǎn)稍作修改，見表3。遴選9名具有相關(guān)專業(yè)背景并經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的成員組成評(píng)定小組。

表3 全麥粉饅頭的感官評(píng)價(jià)

1.3.6 單因素試驗(yàn)

以全麥粉饅頭的比容和感官評(píng)分為指標(biāo)，研究酸種的添加量(20%、30%、40%、50%、60%、70%)、中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例(40%、50%、60%、70%、80%、90%)、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間(21、24、27、30、33、36 h)對(duì)饅頭品質(zhì)的影響。

1.3.7 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

參考單因素的試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的因素和水平，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，探究酸面團(tuán)全麥粉饅頭的最優(yōu)工藝。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

分別采用SAS 9.1和Design-Expert 8.0.6進(jìn)行方差分析及響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料基本組成及特性分析

全麥粉的理化特性如表4所示，灰分含量低于2.2%，總膳食纖維含量高于9.0%，滿足糧食行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LS/T 3244—2015)對(duì)全麥粉的質(zhì)量要求。全面粉的面團(tuán)流變學(xué)特性如表5所示，與王杰等[18]報(bào)道的全麥粉指標(biāo)相比，本研究所采用的全麥粉其面團(tuán)形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間較長，延伸性好，拉伸面積較大，屬于筋力較強(qiáng)類型，配方中添加了一定比例的谷朊粉，粗蛋白含量較高。

表4 全麥粉的理化特性

表5 全麥粉的面團(tuán)流變學(xué)特性

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 酸種的添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

如圖1所示，全麥粉饅頭的比容隨酸種添加量的增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，而感官評(píng)分則先升高后降低。當(dāng)酸種的添加量較少時(shí)，酵母菌發(fā)酵活力不足，產(chǎn)氣量較少，面團(tuán)結(jié)構(gòu)致密，導(dǎo)致全麥粉饅頭體積小，口感差。當(dāng)酸種的添加量增加時(shí)，乳酸菌發(fā)酵的同時(shí)產(chǎn)生部分代謝產(chǎn)物可以為酵母菌提供更多的能量來源，促使酵母菌加速產(chǎn)氣[19]，饅頭體積增大。當(dāng)酸種的添加量過多時(shí)，面團(tuán)酸化程度增加，激活內(nèi)源酶，面筋蛋白的水解程度增加[20]，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化，致使全麥粉饅頭的彈性降低，質(zhì)地結(jié)構(gòu)變差，香味和滋味下降，從而使感官評(píng)分降低。

注：中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例為70%，全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間為24 h。同一曲線上的不同字母表示差異顯著(P<0.05)，圖2、圖3同。

2.2.2 中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

如圖2所示，隨著中種面團(tuán)中全麥粉添加比例的增加，全麥粉饅頭的感官評(píng)分和比容均呈先升高后降低的趨勢(shì)，且全麥粉添加比例為70%時(shí)達(dá)到最大值。冷藏發(fā)酵過程中，全麥粉面團(tuán)的pH值下降，內(nèi)源性木聚糖酶被激活[21]，因而隨著全麥粉添加比例的增加，更多的水不溶性阿拉伯木聚糖變成水溶性阿拉伯木聚糖，增強(qiáng)面團(tuán)的持氣性，使饅頭的比容增大、硬度降低。但是，當(dāng)中種面團(tuán)中全麥粉的烘焙百分比大于80%時(shí)，主面團(tuán)的產(chǎn)氣、持氣能力下降，饅頭的組織結(jié)構(gòu)變差，比容減小，進(jìn)而影響產(chǎn)品品質(zhì)[22]。

注：酸種的添加量為40%，全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間為24 h。

2.2.3 全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

如圖3所示，全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間對(duì)全麥粉饅頭比容的影響不顯著；隨著冷藏發(fā)酵時(shí)間的延長，全麥粉饅頭的感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，30 h時(shí)感官評(píng)分最高。中種面團(tuán)在冷藏發(fā)酵的過程中，乳酸菌、酵母菌等多種微生物之間發(fā)生糖化、醇化、酯化等協(xié)同反應(yīng)，生成醇、醛、酮和酯等風(fēng)味物質(zhì)，且長時(shí)間的低溫發(fā)酵為風(fēng)味物質(zhì)的生成和積累提供了充足的時(shí)間，從而提升了全麥粉饅頭的風(fēng)味和口感[23]。但是，冷藏發(fā)酵時(shí)間過長會(huì)出現(xiàn)面筋斷裂和面團(tuán)坍塌現(xiàn)象，饅頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)脆弱，缺乏彈性，口感粗糙。

注：酸種的添加量為40%，中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例為70%。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面法優(yōu)化酸面團(tuán)全麥粉饅頭的生產(chǎn)工藝條件

由單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，3個(gè)因素對(duì)饅頭比容和感官評(píng)分有很大的影響，因此進(jìn)一步以它們?yōu)轫憫?yīng)變量，以饅頭的感官評(píng)分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

對(duì)17組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸分析，得到感官評(píng)分(Y)的線性回歸方程：Y=86.12+0.31A+1.47B+0.62C-0.54AB-0.48AC+0.10BC-1.75A2-0.26B2-2.08C2。

表6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表7 回歸模型方差分析

由表7可知，影響感官評(píng)分主次順序?yàn)橹蟹N面團(tuán)中全麥粉的添加比例、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間、酸種的添加量。在選取的因素中，A、AB和AC對(duì)酸面團(tuán)全麥粉饅頭的響應(yīng)值具有顯著影響(P<0.05)；B、C、A2和C2對(duì)酸面團(tuán)全麥粉饅頭的響應(yīng)值具有極顯著影響(P<0.01)，說明各因素對(duì)酸面團(tuán)全麥粉饅頭感官評(píng)分的影響不是簡單的線性關(guān)系。

2.3.2 響應(yīng)面分析

根據(jù)回歸方程可預(yù)測3個(gè)因素對(duì)酸面團(tuán)全麥粉饅頭感官評(píng)分的影響。如圖4所示，等高線形狀可直觀地反映出兩個(gè)因素之間交互作用的強(qiáng)弱。

圖4 各因素之間的交互作用對(duì)饅頭感官評(píng)分的影響

由圖4a可以看出，酸種的添加量和中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例之間交互作用顯著。全麥粉的添加比例為60%或80%時(shí)，得到較高感官評(píng)分所需要的酸種的添加量相同。當(dāng)添加適量的酸種和較高比例的全麥粉時(shí)，感官評(píng)分增長較快。這可能是因?yàn)檫m度的酸化處理，使谷物基質(zhì)和微生物中內(nèi)源酶的活性增加，全麥粉面團(tuán)中可溶性膳食纖維的含量增加，使面筋網(wǎng)絡(luò)的持氣能力增強(qiáng)，在一定程度上彌補(bǔ)了因全麥粉中含有麩皮而導(dǎo)致的對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用[24]。

由圖4b可以看出，酸種的添加量和全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間之間的交互作用顯著。隨酸種添加量的增加和冷藏發(fā)酵時(shí)間的延長，全麥粉饅頭的感官評(píng)分先升高后降低，這可能是因?yàn)樗岱N中乳酸菌的發(fā)酵導(dǎo)致面團(tuán)的pH值降低，激活內(nèi)源蛋白酶的活性，使部分蛋白質(zhì)水解生成氨基酸等多種風(fēng)味前體物質(zhì)，且全麥粉中種面團(tuán)在冷藏發(fā)酵過程中，乳酸菌和酵母菌緩慢發(fā)酵，使風(fēng)味物質(zhì)不斷積累，感官評(píng)分升高，而酸度過高或發(fā)酵時(shí)間過長對(duì)全麥粉饅頭風(fēng)味和面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成不利影響[20]。

由圖4c可以看出，中種面團(tuán)中全麥粉的添加量與全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間之間的交互作用不顯著。感官評(píng)分與冷藏發(fā)酵時(shí)間之間具有二次拋物線的關(guān)系，當(dāng)冷藏發(fā)酵時(shí)間大于27 h時(shí)感官評(píng)分降低，且此結(jié)論與單因素研究結(jié)果一致。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過對(duì)回歸模型預(yù)測分析，得到最優(yōu)工藝參數(shù)：酸種的添加量38%、中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例73%、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間28 h，模型預(yù)測的全麥粉饅頭的感官評(píng)分86.50(3次重復(fù)試驗(yàn)的平均值)。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，綜合試驗(yàn)的方便性與可行性，調(diào)整工藝參數(shù)：酸種的添加量40%、中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例70%、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間27 h，感官評(píng)分86.22，與預(yù)測值之間沒有顯著性差異。可見，采用該模型優(yōu)化得出的最優(yōu)工藝參數(shù)具有可靠性及真實(shí)性。

2.5 酸面團(tuán)全麥粉饅頭與酵母全麥粉饅頭品質(zhì)對(duì)比

如表8所示，相對(duì)于酵母全麥粉饅頭，采用最優(yōu)工藝制作的酸面團(tuán)全麥粉饅頭的硬度小、咀嚼性好，比容較大、結(jié)構(gòu)細(xì)膩、質(zhì)地暄軟、風(fēng)味香醇，這可能是因?yàn)樗崦鎴F(tuán)中乳酸菌和酵母菌的發(fā)酵作用產(chǎn)生較多風(fēng)味物質(zhì)及次級(jí)代謝產(chǎn)物，直接或間接地改善了全麥面團(tuán)的流變學(xué)特性，從而使酸面團(tuán)全麥粉饅頭的體積增大，組織結(jié)構(gòu)更細(xì)膩均勻，發(fā)酵風(fēng)味濃郁，感官評(píng)分升高。因此，采用冷藏中種發(fā)酵法制作的酸面團(tuán)全麥粉饅頭具有較高的食用品質(zhì)。

表8 全麥粉饅頭樣品品質(zhì)對(duì)比

3 結(jié)論

以傳統(tǒng)酸面團(tuán)為發(fā)酵劑，結(jié)合冷藏中種發(fā)酵法，探究酸面團(tuán)全麥粉饅頭的制作工藝。通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)，得到各因素對(duì)酸面團(tuán)全麥粉饅頭感官評(píng)分影響的主次順序：中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間、酸種的添加量。優(yōu)化得到最佳工藝參數(shù)：酸種的添加量40%、中種面團(tuán)中全麥粉的添加比例70%、全麥粉中種面團(tuán)的冷藏發(fā)酵時(shí)間27 h。與利用酵母制作的全麥粉饅頭相比，采用優(yōu)化條件制作的酸面團(tuán)全麥粉饅頭具有更大的比容，更細(xì)膩、更均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更高的感官評(píng)分，且具有傳統(tǒng)老面饅頭特有的發(fā)酵風(fēng)味。該工藝在生產(chǎn)條件上易于調(diào)控，可以為工業(yè)化生產(chǎn)提供可行性的技術(shù)支撐。