響應(yīng)面法優(yōu)化青麥仁冷凍面團(tuán)面包復(fù)配改良劑的研究

張康逸，郭東旭，何夢影，溫青玉，康志敏

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南 鄭州 450002）

冷凍面團(tuán)是指在面制食品生產(chǎn)過程中對面團(tuán)進(jìn)行冷凍處理，經(jīng)處理后的面團(tuán)半成品，可長期儲存，經(jīng)解凍后再加工即可得到成品[1]。利用冷凍面團(tuán)技術(shù)可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，減少設(shè)備、人力投入，降低生產(chǎn)成本[2]。但是冷凍面團(tuán)需經(jīng)過冷凍、儲藏、運(yùn)輸、解凍等環(huán)節(jié)，其質(zhì)量會受到多種因素影響，存在諸如醒發(fā)時間長、內(nèi)部結(jié)構(gòu)較差、比容下降、硬度增大等缺點(diǎn)[3-5]，研究者對冷凍面團(tuán)產(chǎn)品的品質(zhì)改善進(jìn)行了大量研究，一般集中在加工工藝的改進(jìn)[6-7]、選擇優(yōu)良酵母[8]、復(fù)配改良劑[9-12]等方面。

青麥仁是處于乳熟期的小麥顆粒，含有豐富的碳水化合物、膳食纖維、蛋白質(zhì)和α-淀粉酶、β-淀粉酶[13-14]。將青麥仁粉作為配料添加到面包中，不僅能提高面包的營養(yǎng)價值，也能賦予面包特殊的風(fēng)味。但由于青麥仁粉中膳食纖維含量較高，面筋蛋白含量較少，在和面過程中不能形成有效面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對面團(tuán)加工特性有一定影響，進(jìn)而影響到青麥仁面包的品質(zhì)，為改善青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)，以青麥仁冷凍面團(tuán)面包為對象，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用響應(yīng)面分析法進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳復(fù)配改良劑配方，以期為青麥仁冷凍面團(tuán)面包的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

面包專用粉：新鄉(xiāng)良潤全谷物食品有限公司；青麥仁粉：河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所；耐高糖高活性干酵母：廣西丹寶利酵母有限公司；黃油：南海油脂工業(yè)有限公司；奶粉、食鹽、白砂糖：市售；硬脂酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶（800 U/mg）：河南奧尼斯特食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HM740和面機(jī)：青島漢尚電器有限公司；FX-ST系列高級面包醒發(fā)箱：宏興儀表公司；CB-D306烤箱：廣州優(yōu)連食品加工機(jī)械有限公司；SH-X多路溫度測試儀：深圳市深華軒科技有限公司；AL204電子天平：梅特勒-特利多儀器（上海）有限公司；DHG-924OA電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TMS-Pro型食品物性分析儀：美國Food Technology公司。

1.3 方法

1.3.1 面包基礎(chǔ)配方

混合粉100%（面包專用粉80%，青麥仁粉20%）、水60%、白砂糖15%、奶粉10%、黃油8%，酵母1.6%、鹽1%。

1.3.2 面包加工工藝

工藝流程：原料→面團(tuán)調(diào)制→分割→整形→速凍→冷凍→解凍→醒發(fā)→烘烤→冷卻→成品。

操作要點(diǎn)：按照1.3.1中配方準(zhǔn)確稱取各物料，先將除黃油外的所有配料加入和面機(jī)中緩慢攪拌5 min，待面團(tuán)攪打至擴(kuò)展階段，再加入黃油快速攪打，待面團(tuán)能拉成均勻薄膜即可，將和好的面團(tuán)分割成75 g/個，搓圓整形后，將面團(tuán)用保鮮膜密封，放入-40℃冰柜內(nèi)速凍至面團(tuán)中心溫度達(dá)到-18℃，將速凍完成的面團(tuán)放入-18℃冰箱中冷凍7 d；取出冷凍面團(tuán)，在室溫（25℃）下自然解凍至面團(tuán)中心溫度達(dá)到15℃，將面團(tuán)置于醒發(fā)箱中（38℃，相對濕度70%）醒發(fā)40 min，然后放入烤箱（上火180℃，下火160℃）烘烤40min，室溫（25℃）冷卻1h后裝入保鮮袋密封保存。

1.3.3 面包比容的測定

面包比容的測定參考GB/T 20981—2007《面包》，取待測面包樣品，稱重后放入已知容積的大燒杯中，用小米置換法測定面包的體積，面包體積與面包質(zhì)量的比值即為面包的比容，按式（1）計算，結(jié)果重復(fù)測量3次取平均值[15]。

式中：P 為面包比容，mL/g；v 為面包體積，mL；m為面包質(zhì)量，g。

1.3.4 面包質(zhì)構(gòu)的測定

采用物性分析儀測定面包質(zhì)構(gòu)，將待測面包樣品切成20 mm厚度的面包片，參數(shù)設(shè)置：選擇全質(zhì)構(gòu)（texture profile analysis，TPA）模式，探頭P/50，起始力5 N，測前速率1.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測后速率1.0 mm/s，測定時間間隔1 s，探頭上升高度40 mm，形變量50%，檢測速度60 mm/min，每個樣品平行測定3次，結(jié)果取平均值，選取硬度和彈性作為分析指標(biāo)[16]。

1.3.5 面包感官評價

參照中國農(nóng)科院《面包烘焙品質(zhì)評分標(biāo)準(zhǔn)》，選取10名（5男，5女）感官評價人員按照表1評分標(biāo)準(zhǔn)對面包色澤、形態(tài)、組織、口感等指標(biāo)進(jìn)行評分，各項評分相加后得到綜合評分，結(jié)果取平均值。

表1 面包感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of bread

1.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計

按照1.3.1中面包基礎(chǔ)配方，以面包比容、感官評分、硬度和彈性為指標(biāo)，分別考察硬酯酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶對青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)的影響。

1）固定海藻糖添加量3%，抗壞血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同硬酯酰乳酸鈉添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）對青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)的影響。

2）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，抗壞血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同海藻糖添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%）對青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)的影響。

3）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，海藻糖添加量3%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同抗壞血酸添加量（0.001%、0.003%、0.005%、0.007%、0.009%、0.011%）對青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)的影響。

4）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，海藻糖添加量3%，抗壞血酸添加量0.005%，考察不同葡萄糖氧化酶添加量（0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%）對青麥仁冷凍面團(tuán)面包品質(zhì)的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以感官評分為響應(yīng)值，在四因素三水平上根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計方法，利用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計如表2所示[17]。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平Table 2 Factors and levels in response surface design

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析，采用SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計，并進(jìn)行單因素方差分析，平行測定3次，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)的影響

硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)的影響見表3。

表3 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)的影響Table 3 Effect of the addition of sodium stearoyl lactate on quality of bread

由表3可知，隨著硬脂酰乳酸鈉添加量的增加，青麥仁冷凍面團(tuán)面包的比容、彈性、感官評分等指標(biāo)均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢為先下降后上升。在添加量為0.3%時，面包的彈性、感官評分均取得最大值，且在添加量大于0.4%之后感官評分下降趨勢較為明顯；硬度在添加量為0.3%時取得最小值，而比容在添加量為0.4%時取得最大值，顯著（P＜0.05）高于其它添加量。這可能是因?yàn)橛仓Ｈ樗徕c添加到面包中，依靠其兩親性，與面筋蛋白發(fā)生相互作用而提升面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，能有效地防止淀粉的老化，增強(qiáng)面團(tuán)持氣性，提高其吸水率，因此增大了面包的比容和柔軟度，從而增加其感官評分[18]，而在添加量大于0.4%時，由于添加量過高，降低了面筋網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，從而影響面包品質(zhì)。綜合上述指標(biāo)評價，最終選取硬脂酰乳酸鈉添加量0.2%、0.3%、0.4%3個水平進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計。

2.1.2 海藻糖添加量對面包品質(zhì)的影響

海藻糖添加量對面包品質(zhì)的影響見表4。

表4 海藻糖添加量對面包品質(zhì)的影響Table 4 Effect of the addition of trehalose on quality of bread

由表4可知，隨著海藻糖添加量的增加，青麥仁冷凍面團(tuán)面包的比容、彈性、感官評分等指標(biāo)均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢為先下降后上升。在海藻糖添加量為3%時，面包的比容取得最大值，且感官評分顯著（P＜0.05）高于其它添加量；添加量為5%時，彈性取得最大值且硬度取得最小值，在海藻糖添加量大于5%時，各指標(biāo)值變化趨勢較為明顯。這可能是因?yàn)楹Ｔ逄亲鳛榭箖鰟┘尤氲嚼鋬雒鎴F(tuán)中，可防止酵母在冷凍環(huán)境下受損，從而提高酵母的發(fā)酵能力，此外海藻糖還具有很強(qiáng)的抗脫水作用，保護(hù)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面包保持良好的感官和質(zhì)構(gòu)特性[19]。綜合上述指標(biāo)評價，最終選取海藻糖添加量3%、4%、5%3個水平進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計。

2.1.3 抗壞血酸添加量對面包品質(zhì)的影響

抗壞血酸添加量對面包品質(zhì)的影響見表5。

表5 抗壞血酸添加量對面包品質(zhì)的影響Table 5 Effect of the addition of ascorbic acid on quality of bread

由表5可知，隨著抗壞血酸添加量的增加，青麥仁冷凍面團(tuán)面包的比容、感官評分均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢較為平緩，但總體呈先下降后上升的趨勢。在添加量為0.005%時，面包的比容、感官評分均取得最大值，其中感官評分顯著（P＜0.05）高于其它組，在添加量為0.007%時，硬度取得最小值，在添加量為0.009%時，彈性雖取得最大值，但變化趨勢較為平緩，而面包感官評分下降趨勢則較為明顯。這可能是因?yàn)榭箟难嶙鳛榭寡趸瘎┘尤氲嚼鋬雒鎴F(tuán)中，影響了面團(tuán)面筋蛋白巰基基團(tuán)，抑制淀粉中蛋白酶活性，從而提升面筋網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度；同時添加抗壞血酸還可使面包體積顯著增加，且使面團(tuán)的抗拉伸應(yīng)力明顯增大，提高面包質(zhì)量[20]。綜合上述指標(biāo)評價，最終選取抗壞血酸添加量0.003%、0.005%、0.007%3個水平進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計。

2.1.4 葡萄糖氧化酶添加量對面包品質(zhì)的影響

葡萄糖氧化酶添加量對面包品質(zhì)的影響見表6。

表6 葡萄糖氧化酶添加量對面包品質(zhì)的影響Table 6 Effect of the addition of glucose oxidase on quality of bread

由表6可知，隨著葡萄糖氧化酶添加量的增加，青麥仁冷凍面團(tuán)面包的感官評分、比容呈先上升后下降的趨勢，彈性則呈先上升后下降，最后又上升的趨勢，而硬度變化趨勢為先下降后上升。在添加量為0.003%時，面包的比容、彈性、感官評分等均取得最大值，在添加量為0.004%時，硬度取得最小值。這可能是由于葡萄糖氧化酶在冷凍面團(tuán)中作為酶制劑可發(fā)生氧化反應(yīng)，將面筋蛋白中的巰基（S-H）氧化成二硫鍵（S-S），從而使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，增強(qiáng)面團(tuán)的凍融穩(wěn)定性，增大面包的體積和柔軟度，改善冷凍面團(tuán)的發(fā)酵特性。而在添加量大于0.004%時，由于添加量過高使面團(tuán)發(fā)黏，在冷凍和發(fā)酵過程中容易造成塌陷，從而影響面包的體積及品質(zhì)[21]。綜合上述指標(biāo)評價，最終選取葡萄糖氧化酶添加量0.002%、0.003%、0.004%3個水平進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用四因素三水平的Box-Benhnken設(shè)計方法進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，以面包的感官評分為響應(yīng)值，響應(yīng)面試驗(yàn)方案設(shè)計及結(jié)果如表7。

表7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果Table 7 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 回歸模型的建立及方差分析結(jié)果

通過Design-Expert 8.0.6設(shè)計試驗(yàn)并進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到模擬回歸方程為：Y=94.46+0.01A+0.78B-0.46C+1.06D-1.08AB+2.00AC-1.23AD-0.45BC+0.47BD+0.32CD-4.60A2-3.12B2-6.36C2-7.16D2。

對響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果建立二次模型方差分析，結(jié)果如表8。

表8 回歸模型及方差分析Table 8 Variance analysis of regression equation

由表8可知，該模型P＜0.0001，表明該回歸模型達(dá)到了極顯著水平；失擬項P值為0.613 9，說明失擬度不顯著，因此，該模型的擬合程度比較好，試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃侠?，多元回歸方程模型能準(zhǔn)確反映各因素的作用。相關(guān)系數(shù)R2=0.974 0，R2Adj=0.948 1，說明模型與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果擬合較好，誤差較小，能很好地分析與預(yù)測面包感官評分與4種改良劑不同配比之間的關(guān)系。由方差分析結(jié)果可以看出，回歸方程一次項D和二次項A2、B2、C2、D2影響均為極顯著（P＜0.01），說明其對面包感官評分的影響最大；一次項B影響顯著（P＜0.05），交互項AC影響極顯著（P＜0.01），AD影響顯著（P＜0.05），AB、BC、BD、CD 均為影響不顯著（P＞0.05），這說明各因素對面包感官評分具有一定的交互影響，而不是單一的線性關(guān)系。對F值進(jìn)行比較可知，各因素對面包品質(zhì)的影響順序依次為：D（葡萄糖氧化酶添加量）＞B（海藻糖添加量）＞C（抗壞血酸添加量）＞A（硬脂酰乳酸鈉添加量）。

2.2.3 響應(yīng)面交互作用分析

圖1是各因素之間的響應(yīng)面曲面圖，反映了各因素之間的交互作用以及對響應(yīng)值感官評分的影響。響應(yīng)面圖曲面坡度越陡峭，說明該因素之間的交互作用對響應(yīng)值面包感官評分的影響越大[22]。

圖1 各因素交互作用對面包感官評分的影響Fig.1 Response surface plots for the effects of any two variables on sensory evaluation of bread

由圖1可知，隨著各因素添加量的增加，響應(yīng)值均出現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在試驗(yàn)范圍內(nèi)存在穩(wěn)定點(diǎn)，硬脂酰乳酸鈉和抗壞血酸交互作用極顯著，硬脂酰乳酸鈉和葡萄糖氧化酶的交互作用顯著，表現(xiàn)為它們的響應(yīng)曲面較為陡峭且等高線圖相比其它更接近橢圓形更密集。

2.2.4 復(fù)配改良劑最佳配方的確定與驗(yàn)證試驗(yàn)

使用Design Expert 8.0.6響應(yīng)面軟件進(jìn)行優(yōu)化，得出青麥仁冷凍面團(tuán)面包改良劑的最佳復(fù)配配方：硬脂酰乳酸鈉0.3%，海藻糖4.14%，抗壞血酸0.005%，葡萄糖氧化酶0.003%，在該配方條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，最終其感官評分實(shí)際值為94.0分，與預(yù)測值（94.6分）基本一致，此時，測得青麥仁冷凍面團(tuán)面包的比容為4.2 mL/g、硬度為14.5 N、彈性為4.35 mm，說明響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)配改良劑配方是可靠且有效的，具有可行性。

3 結(jié)論

本研究以青麥仁冷凍面團(tuán)面包為研究對象，以面包的比容、質(zhì)構(gòu)、感官評分為考察指標(biāo)，研究了硬脂酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶4種改良劑對面包品質(zhì)的影響，通過單因素和Box-Behnken試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)配改良劑配方。結(jié)果表明：4種改良劑對面包品質(zhì)的影響順序依次為：葡萄糖氧化酶＞海藻糖＞抗壞血酸＞硬脂酰乳酸鈉，各因素對面包品質(zhì)具有一定的交互影響，最佳復(fù)配改良劑配方為：硬脂酰乳酸鈉0.3%、海藻糖4.14%、抗壞血酸0.005%、葡萄糖氧化酶0.003%，此條件下制作的面包感官評分為94.0分，與預(yù)測值（94.6分）基本一致，此時面包的比容為4.2mL/g，硬度為14.5 N，彈性為4.35 mm，表明響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化所得的配方準(zhǔn)確可靠，具有較好的實(shí)用價值。