響應(yīng)面法優(yōu)化粗雜糧饅頭的最優(yōu)配比研究

劉曉芳，王岸娜，吳立根

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

大豆食品富含生理活性物質(zhì)，在我國及許多東南亞國家飲食結(jié)構(gòu)中占有重要地位[1-2],對(duì)健康保健也有重要影響[3]。同時(shí)，大豆中賴氨酸和亮氨酸的含量較高，與其他谷物混合時(shí)能起到互補(bǔ)作用，從而提高混合谷物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值[4-5]。小米加工的食品也有很高的營養(yǎng)價(jià)值, 是良好的食品營養(yǎng)源[6-8]。高粱全粉膳食纖維含量高，另外還含有多種對(duì)人體健康有益的功能性成分[9-10]，而且高粱中的抗性淀粉含量為2%～20%,僅次于公認(rèn)的保健食品薏米[11]。

隨著越來越多的消費(fèi)者了解多谷物的營養(yǎng)和保健價(jià)值，多谷物加工業(yè)也適應(yīng)了不斷變化的消費(fèi)趨勢(shì)，并積極擴(kuò)大生產(chǎn)領(lǐng)域，粗雜糧產(chǎn)品也出現(xiàn)在日常市場(chǎng)上[12-13]。目前，研究最多的雜糧產(chǎn)品主要包括面食、飲料、糕點(diǎn)等。將雜糧粉添加到面粉中不僅改善了面制品的風(fēng)味，使得各種面制品的營養(yǎng)特性更有益于人體健康，而且也提高了多谷物加工的利用率，優(yōu)化食品工業(yè)的結(jié)構(gòu)，具有很大的發(fā)展?jié)摿14-19]。作者通過測(cè)定不同添加比例雜糧饅頭的色差、質(zhì)構(gòu)及感官評(píng)價(jià)，使用響應(yīng)面分析法對(duì)雜糧復(fù)合饅頭的最佳配比進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)促進(jìn)人體健康和開拓雜糧市場(chǎng)具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 原料

小米、高粱、大豆：市購；酵母：安琪酵母股份有限公司；面粉：河南金苑糧油有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：上海精密儀器有限公司；TA-XT2型物性測(cè)定儀：Stable Micro System公司；WGB-2008A色差儀：杭州其偉光電科技有限公司；游標(biāo)卡尺：桂林量具刃具廠；電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；高速多功能粉碎機(jī)：浙江省永康市五金廠；80目篩：浙江上虞市五四儀器篩具廠；壓面機(jī)、自動(dòng)和面機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 饅頭的制作方法

1.3.1 雜糧粉的制備

將篩選的大豆、小米、高粱在35 ℃烘箱中干燥后，使用多功能粉碎機(jī)進(jìn)行研磨，過80目篩，得到雜糧粉末，備用。

1.3.2 饅頭制作方法

使用一次發(fā)酵法，在一定量的酵母中加入38 ℃溫水，攪拌30 s至酵母充分活化后，將其倒入200 g混合粉中，均勻攪拌后和成面團(tuán)。將面團(tuán)放入和面機(jī)中先低速攪拌2 min，再高速攪拌5 min，直至其表面光滑且富有韌性。將面團(tuán)放置37 ℃、濕度75%的發(fā)酵箱中發(fā)酵一定時(shí)間。使用壓片機(jī)將發(fā)酵好的面團(tuán)反復(fù)壓制12次，使面團(tuán)中的氣泡全部排出且表面光滑后均勻分成3個(gè)饅頭坯進(jìn)行搓圓。將饅頭坯放入38 ℃、濕度85%的發(fā)酵箱內(nèi)醒發(fā)20 min。蒸鍋中加入一定量的水進(jìn)行加熱，水沸后將醒發(fā)好的饅頭坯放入蒸屜，蒸制20 min。

1.4 饅頭品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法

1.4.1 饅頭白度的測(cè)定

1.4.2 饅頭TPA的測(cè)定

在自動(dòng)測(cè)量模式下使用P/36R探頭且測(cè)試前、中、后探頭移動(dòng)速度為1.0 mm/s，壓縮率50%，停留5 s，起始力5 g。

1.4.3 饅頭的感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)定小組由8名經(jīng)驗(yàn)豐富的評(píng)定人員組成，重復(fù)3次，取平均分，饅頭感官評(píng)價(jià)參考SB/T 10139—1993附錄A評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 饅頭感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別考察大豆粉、小米粉、高粱粉的添加量(0%、5%、10%、15%、20%)、水添加量(40%、45%、50%、55%、60%)、酵母添加量(0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%)、發(fā)酵時(shí)間(30、60、90、120、150 min)對(duì)多谷物饅頭感官評(píng)價(jià)的影響。在考察一個(gè)單因素的影響時(shí)，固定其余因素為大豆粉添加量5%、小米粉添加量5%、高粱粉添加量5%、水添加量50%、酵母添加量0.8%、發(fā)酵時(shí)間90 min。

1.6 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)

依據(jù)得到的單因素試驗(yàn)結(jié)果對(duì)6個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)(Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 各單因素對(duì)饅頭白度的影響

由圖1可知，添加大豆粉和小米粉制作的饅頭白度隨添加量增加而下降，由53.56和60.18降到23.94和46.58。主要是由于大豆粉和小米粉的添加增加了面團(tuán)吸水性，影響了面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)的展開，從而影響了發(fā)酵，導(dǎo)致饅頭的白度下降。添加高粱粉的饅頭白度沒有明顯變化。白度分別在酵母添加量0.8%、水添加量50%、發(fā)酵時(shí)間90 min時(shí)達(dá)到最大值，分別為71.58、71.41和59.50。所以確定最佳酵母添加量為0.8%、水添加量為50%、發(fā)酵時(shí)間為90 min。

2.1.2 各單因素對(duì)饅頭TPA的影響

由表3可知，除大豆粉和高粱粉從5%添加量開始，隨雜糧添加量的增加，饅頭的硬度、膠黏性、咀嚼性逐漸增加，彈性回復(fù)性逐漸減少。主要是由于這兩種雜糧粉中缺少面筋蛋白，不利于面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。隨小米粉添加量的增加，饅頭的硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性在添加量5%時(shí)達(dá)到最大值。但在選擇時(shí)考慮整體的營養(yǎng)價(jià)值，應(yīng)提高雜糧粉的添加量。

圖1 各單因素對(duì)饅頭白度的影響

表3 大豆粉、高粱粉、小米粉添加量對(duì)饅頭TPA的影響

由表4可知，隨著酵母粉添加量的增加，饅頭的硬度、膠黏性、咀嚼性逐漸降低，其余性質(zhì)整體增加。隨著酵母粉的添加，增大產(chǎn)氣量，改變面團(tuán)面筋持氣性，使饅頭挺立、表面光滑且內(nèi)部孔徑均勻。隨著水添加量的增加，彈性整體增加，硬度、膠黏性和咀嚼性在水50%添加量時(shí)達(dá)到最低。水添加量較少時(shí)不利于面團(tuán)的發(fā)酵，導(dǎo)致饅頭體積較小，表面不光滑且內(nèi)部粗糙，而水添加量過多時(shí)會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)軟、粘手，且酵母發(fā)酵產(chǎn)氣速度較快，導(dǎo)致面團(tuán)持氣能力下降，制得的饅頭容易塌陷。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，彈性在90 min時(shí)達(dá)到最大，回復(fù)性基本保持不變，其余性質(zhì)在120 min時(shí)降到最低，主要是由于隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，酵母菌大量增長繁殖，饅頭內(nèi)部孔徑細(xì)小均勻且表面光滑，但發(fā)酵時(shí)間過長，饅頭表面變得不均和孔徑變大。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

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

為了進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合雜糧饅頭的最佳配比，設(shè)計(jì)54組響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)方案與結(jié)果見表5。

表4 酵母添加量、水添加量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭TPA的影響

表5 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

續(xù)表5

2.2.2 回歸模型方程與方差分析

使用Design-Expert 8.0.6軟件，得到響應(yīng)面試驗(yàn)分析結(jié)果，以復(fù)合雜糧粉饅頭的感官評(píng)價(jià)得分(Y)為響應(yīng)值，對(duì)6種影響因素進(jìn)行模型擬合。得到多元二次回歸方程模型：Y=81.13-6.34A-4.82B-6.41C+3.47D+5.72E+2.64F-0.28AB-0.34AC-3.98AD-1.58AE+0.47AF-1.38BC+4.81BD+0.61BE-1.26BF+0.52CD-1.26CE-0.27CF+2.69DE+0.71DF+0.49EF-7.87A2-12.30B2-10.13C2-7.46D2-12.43E2-7.48F2，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表6。

表6 方差分析

由表6可知，模型的F值為7.410，方程的P<0.05，表明相應(yīng)的因素對(duì)響應(yīng)值有重大影響。失擬項(xiàng)代表模型中數(shù)據(jù)的變化。該方程式中的失擬項(xiàng)P=0.091>0.05表示不顯著，這表明該方程式擬合情況良好。AB、AC、AE、AF、BC、BD、BE、BF、CD、CE、CF、DE、DF、EF交互項(xiàng)影響不顯著，AD交互項(xiàng)P<0.05，表明大豆粉的添加量和酵母的添加量交互作用強(qiáng)；二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2、E2、F2影響極顯著，由P值大小得出各因素的影響排序：C>A>E>B>D>F。

由Design-Expert8.0.6軟件分析，得到復(fù)合雜糧饅頭的最佳配比條件：A4.57%、B9.06%、C6.79%、D0.97%、E53.34%、F102.66 min。將實(shí)際操作的局限性考慮在內(nèi)，修正最優(yōu)配比：A4.6%、B9.0%、C6.8%、D1.0%、E53.0%、F102.0 min，在此條件下重復(fù)試驗(yàn)3次，由同一評(píng)定小組進(jìn)行評(píng)分，得到感官評(píng)分分別為85.38、85.41、85.49分，感官評(píng)價(jià)平均得分為85.43分。相比于預(yù)測(cè)值，相對(duì)偏差為0.032 6%，由此可知，試驗(yàn)優(yōu)化所得配比條件是可行的，可應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。

3 結(jié)論

以大豆粉、小米粉、高粱粉、水、酵母粉為原料，進(jìn)行單因素試驗(yàn)和Box-Behnken響應(yīng)面分析試驗(yàn)，以感官評(píng)價(jià)評(píng)分為依據(jù)，在大豆粉添加量4.6%、小米粉添加量9.0%、高粱粉添加量6.8%、酵母添加量1.0%、水添加量53.0%、發(fā)酵時(shí)間102.0 min的條件下，復(fù)合雜糧饅頭的感官評(píng)分為85.43分，高于其他試驗(yàn)組的分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明，使用響應(yīng)面法對(duì)復(fù)合雜糧饅頭的配比進(jìn)行優(yōu)化，獲得了最優(yōu)的配比參數(shù)，在此配方下的復(fù)合雜糧饅頭手指按壓復(fù)原性好、表皮光滑、對(duì)稱挺立、色澤白嫩、有香氣。