響應(yīng)面法優(yōu)化葡萄干天然酵母面包的配方

吳君艷,吳存兵,李紅濤

(1.江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇淮安 223001; 2.江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇淮安 223003)

葡萄干是在陽光下曬干或陰干的葡萄的果實,做葡萄干的葡萄必須是成熟的果實,葡萄干的含水量低,所以能夠存放好久,而存放時間過長有可能導(dǎo)致葡萄干里的果糖結(jié)晶,但這并不影響其食用[1]。葡萄干有著十分高的營養(yǎng)價值[2]。有研究表明[3],每400 kJ熱量的葡萄干中含80 g糖、6.4 g纖維、3.2 g蛋白質(zhì)和6 g碳水化合物,礦物質(zhì)含量為32 mg鈉、952 mg鉀、68 mg鈣、44 mg鎂、136 mg磷、8 μg葉酸,維生素含量為3.2 mg VC、4.8 μg VK、16 mg VE。Barnes等[4]認(rèn)為使用葡萄干能減少低密度脂蛋白循環(huán)氧化程度,從而降低冠狀動脈疾病患病的可能性。食用葡萄干有良好的滋補功用,能夠緩解神經(jīng)衰弱、手腳冰涼、腰背痛、疲勞、貧血等情況[5-6]。另外,葡萄干對腸道有益,主要是因為葡萄干中含有纖維和酒石酸,能讓分泌物快速通過直腸,減少污物在腸中逗留的時間,促進消化,加快新陳代謝[7-9]。

隨著我國社會經(jīng)濟的成長,面包作為主食和輔食產(chǎn)品,愈來愈受到人們的歡迎[10-11]。酵母是面包生產(chǎn)過程中的重要成分之一,是最重要的微生物發(fā)酵劑和生物制劑,具有對面包紋理特征的直接影響[12-13]。近幾年,由于購買者對綠色食品、營養(yǎng)食品和食品安全的要求日益增長,天然酵母發(fā)酵技能已然成為面包烘焙業(yè)的成長趨向[14-15]。當(dāng)前國內(nèi)對于酸面團制作的面包研究較多,而關(guān)于天然酵母的研究并不常見[13,16,-17]。天然酵母是由附著在水果、糧食、植物花和葉片上的各種微生物培育而成,不含任何人造合成材料,主要食用的是水果和蔬菜的營養(yǎng)成分,再加上大量的活酵母、乳酸菌、酒精等物質(zhì),還含有豐富的氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等基本營養(yǎng)成分,所以天然酵母面包是人類食品中含營養(yǎng)成分最完整的食物;普通干酵母以糖廠廢糖蜜為原料,在加工過程當(dāng)中添加了別的非天然成分,比如山梨酸鉀、山梨醇、乳化劑等[18-19]。天然酵母除了酵母菌外,因含有一定數(shù)量和種類的其他微生物種群,所以天然酵母為復(fù)合微生物群[16-19]。其中,發(fā)酵時有相當(dāng)數(shù)量的乳酸菌與醋酸菌,能作用于糖類而產(chǎn)生乳酸與醋酸等,會讓面包有種淡淡的酸味,形成特別風(fēng)味。隨著人們對天然食品越來越關(guān)注,葡萄干天然酵母面包憑借其特有的風(fēng)味和口感、豐富的營養(yǎng),上市之后定會受到消費者的青睞,具有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前,將葡萄干用到發(fā)酵中去的研究也有少量報道,趙金海[20]用葡萄干取代葡萄,釀造出風(fēng)味良好、品質(zhì)優(yōu)秀的白葡萄酒。王鳳梅等[21]研究了葡萄汁自然發(fā)酵過程中酵母菌種類及其數(shù)量動態(tài)變化。王凱等[22]研究了添加高鏈玉米淀粉對面包品質(zhì)特性和消化性能的影響。柏曉雯等[23]研究面包酵母不加糖面團發(fā)酵力與面粉中淀粉酶活力的關(guān)系。楊久芳等[24]研究不同粉碎處理的葡萄籽粉強化面包抗氧化活性。然而,將葡萄干的發(fā)酵產(chǎn)物用到面包中去的研究,并利用響應(yīng)面法優(yōu)化產(chǎn)品配方,尚未見報道。

為進一步拓寬葡萄干應(yīng)用范圍,本研究將葡萄干的發(fā)酵產(chǎn)物用到面包中去,以面包的感官評分為指標(biāo),考察葡萄干天然酵母液、改良劑、白砂糖、黃油等主要輔料添加量對葡萄干天然酵母面包品質(zhì)的影響,旨在制備葡萄干天然酵母面包的最佳配方,生產(chǎn)營養(yǎng)健康的葡萄干天然酵母面包。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 青島星華糧油食品有限公司;黃油 恒天然商貿(mào)(上海)有限公司進口新西蘭安佳黃油;食鹽 江蘇井神鹽化股份有限公司;面包改良劑 安琪酵母股份有限公司;白砂糖 廣西鳳糖生化股份有限公司;新疆葡萄干 古田縣興業(yè)食用菌有限公司;雀巢全脂奶粉 呼倫貝爾雀巢有限公司;雞蛋 購買于淮安市華潤蘇果購物廣場。

SM-25型攪拌機 新麥機械(無錫)有限公司;SK-633型電烤爐 新麥機械(無錫)有限公司;SM-40SP型醒發(fā)箱 新麥機械(無錫)有限公司;ACS-30型電子秤 上海浩然電子有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 葡萄干天然酵母發(fā)酵面包的工藝流程 原輔料預(yù)處理→葡萄干天然酵母液的制備→種面團調(diào)制→種面團發(fā)酵→主面團調(diào)制→靜置→成型→最后醒發(fā)→烘烤→脫模、冷卻→包裝。

1.2.2 關(guān)鍵工藝操作要點

1.2.2.1 葡萄干天然酵母液的制備 將稱取的葡萄干清洗干凈,放入用開水燙過的玻璃罐(帶蓋子),加入溶解于冷開水的葡萄糖,再加水(總水量600 g)用消毒過的筷子攪勻,放入醒發(fā)箱(溫度28 ℃,濕度80%),培養(yǎng)48 h(時間過短酵母產(chǎn)量不足,面包不易醒發(fā);時間過長醋酸菌產(chǎn)量較多,面包易發(fā)酸),用四層紗布(需開水煮消毒,晾干)過濾擠出所得的汁液。

1.2.2.2 種面團調(diào)制、種面團發(fā)酵 將過篩的面粉與葡萄干天然酵母液、食鹽混勻,攪拌成面團,放入醒發(fā)箱(溫度28 ℃,濕度80%)8 h(時間過長,烘烤出的面包帶有濃郁酸味),發(fā)酵終點為面團膨大2～3倍(起種)。再將過篩的面粉、白砂糖與食鹽混勻,稍攪拌后加入起種,攪拌至面團稍出筋,放入醒發(fā)箱(溫度28 ℃,濕度80%)3 h,發(fā)酵時間根據(jù)面團狀況而定,發(fā)酵終點為面團膨大2～3倍,扒開面團可見多孔狀絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)(中種)。

1.2.2.3 主面團調(diào)制、靜置 將過篩的面粉、改良劑、白砂糖、雞蛋、奶粉與食鹽加入和面機,加水緩慢攪拌至無干粉后加入種面團,先慢后快地攪拌,攪拌至不粘缸,稍擴展時加入黃油慢速攪勻,再快速攪拌至完全擴展。將打好的面團放入醒發(fā)箱(溫度28 ℃,濕度80%),發(fā)酵30 min。

1.2.2.4 成型 將發(fā)酵好的面團分割成180 g/個(900 g模具)或225 g/個(450 g模具),搓圓,靜置20 min。桌面上撒面粉防粘,把搓好的面團(光滑的表面在上)放在桌面上,搟開后翻面直接用手將面片從小端開始卷起,卷起時應(yīng)盡量壓實以排出氣體,光滑的表面在上,再搟開翻面并整形成圓柱形(寬度接近模具寬度),將面團接縫向下,每個吐司模具放入5個(900 g模具)或2個(450 g模具)面團生坯。

1.2.2.5 最后醒發(fā) 面包成型結(jié)束裝入模具后,送入醒發(fā)箱進行最后醒發(fā)(醒發(fā)溫度28 ℃,相對濕度80%),醒發(fā)時不加蓋,至八成滿。

1.2.2.6 烘烤、冷卻 采用層式爐烘烤,加蓋上火200 ℃、下火210 ℃ 30 min掉頭再烤10 min。出爐后立即脫模,將面包放于冷卻架上送至冷卻間自然冷卻至室溫。

1.2.3 葡萄干天然酵母面包配方單因素實驗 在其他條件相同的情況下,分別選擇不同添加量的葡萄干天然酵母液、改良劑、白砂糖、黃油制作葡萄干天然酵母面包[25]。

1.2.3.1 葡萄干天然酵母液添加量對面包品質(zhì)的影響 分別將8%、10%、12%、14%、16%比例的葡萄干天然酵母液添加到1800 g面包粉中,在改良劑0.3%、白砂糖18%、黃油10%的條件下,對不同葡萄干天然酵母液添加量的面包品質(zhì)進行評價,確定葡萄干天然酵母液的最佳添加量。

1.2.3.2 改良劑添加量對面包品質(zhì)的影響 分別將0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%比例的改良劑添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液12%、白砂糖18%、黃油10%的條件下,對不同改良劑添加量的面包品質(zhì)進行評價,確定改良劑的最佳添加量。

1.2.3.3 白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響 分別將14%、16%、18%、20%、22%比例的白砂糖添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液添加量12%、改良劑添加量0.3%、黃油添加量10%的條件下,對不同白砂糖添加量的面包品質(zhì)進行感官評分,確定白砂糖的最佳添加量。

1.2.3.4 黃油添加量對面包品質(zhì)的影響 分別將4%、6%、8%、10%、12%比例的黃油添加到1800 g面包粉中,在葡萄干天然酵母液添加量12%、改良劑添加量0.3%、白砂糖添加量18%的條件下,對不同黃油添加量的面包品質(zhì)進行評價,確定黃油的最佳添加量。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計 根據(jù)Box-Benhnken 8.0設(shè)計原理設(shè)計3因素3水平響應(yīng)面試驗優(yōu)化葡萄干天然酵母面包的最佳配方,以感官得分為響應(yīng)值,選取葡萄干天然酵母液、白砂糖、黃油3因素為自變量,以-1、0、1分別代表變量的3個水平。中心組合設(shè)計的因素與水平見表1。

表1 Box-Behnken 8.0設(shè)計試驗因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken 8.0 design

1.2.5 產(chǎn)品質(zhì)量評定方法

1.2.5.1 感官評價 參照GB 7099-2015[26]中的要求制作標(biāo)準(zhǔn),邀請20位具有一定感官評定經(jīng)驗的人組成評定小組,以滿分100分計,每人各自打分去掉最高分與最低分后取平均值,評價指標(biāo)為外觀、色澤、質(zhì)地、氣味口感、雜質(zhì),評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 葡萄干天然酵母面包感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation form of bread with natural leaven of raisins

1.2.5.2 理化檢驗 水分測定采用直接干燥法,參考GB 5009.3-2016[27]進行;酸度和比容測定,參考GB/T 20981-2007[28]方法進行檢驗。

1.2.5.3 微生物檢驗 菌落總數(shù)檢測方法,參考GB 4789.2-2016[29];大腸菌群的測定按GB 4789.3-2016[30];致病菌按GB 29921-2013[31]中規(guī)定的方法檢驗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Box-Benhnken 8.0軟件對響應(yīng)面試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 葡萄干天然酵母液添加量對面包品質(zhì)的影響 由圖1可知,隨著葡萄干天然酵母液添加量的增加,面包的綜合評分先上升然后趨于穩(wěn)定。當(dāng)葡萄干天然酵母液添加量低于12%時,面包的綜合評分較低,面包的口感粗糙、香味不足。當(dāng)葡萄干天然酵母液添加量在12%時,面包綜合評分較高，為85分,面包的口感細膩,具有淡淡的果香氣、酸味。當(dāng)葡萄干天然酵母液添加量高于12%時,面包的綜合評分基本不變,面包的口感細膩,但酸味濃郁。葡萄干天然酵母液含有豐富的酯類,尤其是內(nèi)酯,帶有果香和奶香,能夠改變面包的風(fēng)味[32]。

圖1 葡萄干天然酵母液添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.1 The effect of adding quantity of natural leaven of raisins on the sense quality of bread注:不同小寫字母表示差異顯著,P<0.05;圖2～圖4同。

2.1.2 改良劑添加量對面包品質(zhì)的影響 由圖2可知,隨著改良劑添加量的增加,面包品質(zhì)先增高后降低。當(dāng)改良劑添加量低于0.3%時,面包體積小、氣孔略厚、無香味。當(dāng)添加0.3%的改良劑時,面包表皮光滑、組織疏松柔軟、呈海綿狀、蜂窩大小均勻,具有面包的發(fā)酵香味。當(dāng)改良劑添加量高于0.3%時,面包表皮組織粗糙、蜂窩孔變大且不均勻,孔壁較厚,這可能由于添加較多的改良劑,其中的α-淀粉酶過高,致使酶解過度,反而不利于面團的充分膨脹[33]。

圖2 改良劑添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of adding quantity of amendment on the sense quality of bread

2.1.3 白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響 由圖3可知,白砂糖的添加量對葡萄干天然酵母面包有著直接的影響。隨著白砂糖的添加量逐漸增加,葡萄干天然酵母面包的感官評分先緩慢上升然后下降。當(dāng)白砂糖添加量低于18%時,面包色澤淡,組織不夠柔軟,香味不足。當(dāng)添加18%白砂糖時,面包組織疏松、柔軟,香味純正,感官評價得分最高。當(dāng)白砂糖添加量高于18%時,面包色澤暗,口感硬且無面包味,可能是白糖添加量過多且在水量保持不變的情況下,面團中蛋白不能吸附充足的水分,反而會使面團硬度增加[34]。

圖3 白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of adding quantity of sugar on the sense quality of bread

2.1.4 黃油添加量對面包品質(zhì)的影響 由圖4可知,黃油添加量對葡萄干天然酵母面包有顯著的影響。隨著黃油添加量的不斷增加,葡萄干天然酵母面包的感官評分先緩慢上升然后下降。當(dāng)黃油添加量低于10%時,面包表皮較硬,色澤淡黃,剖面氣孔不均勻,彈性小。當(dāng)添加10%黃油時,面包皮脆而不硬,色澤金黃,形狀規(guī)則,質(zhì)地柔軟,口感松軟。當(dāng)黃油添加量高于10%時,面包表皮質(zhì)地硬,形狀大小不一,缺乏彈性,可能是過量的黃油會導(dǎo)致面團不易成型[33]。

圖4 黃油添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.4 The effect of adding quantity of butter on the sense quality of bread

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果 以葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黃油添加量等3個因素設(shè)計中心組合試驗。根據(jù)Box-Behnken 8.0設(shè)計原理,安排設(shè)計17個處理組合,試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Results of response surface analysis

根據(jù)表3結(jié)果,利用Design Expert軟件建立的面包的感官得分對葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黃油添加量二次方程模型為:Y=80.60-14.12A-0.75B-9.88C-2.25AB-14.50AC-11.75BC-19.55A2-27.80B2-9.55C2。

通過軟件對該模型開展方差分析,其結(jié)果見表4。由表4可知,模型的F=36.84和P<0.01,即該模型是顯著的,能較好反映葡萄干天然酵母面包配方與葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黃油添加量的關(guān)系。模型失擬項P=0.0662>0.05,相關(guān)系數(shù)R2=0.9793>0.8000,模型失擬項不顯著,表明該模型具有極顯著的統(tǒng)計學(xué)意義,試驗誤差小,擬合程度好,適用于葡萄干天然酵母面包配方的優(yōu)化。

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

由回歸模型系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果可知,該模型一次項A、C(P<0.01)極顯著,一次項B(P>0.05)不顯著;二次項A2、B2、C2極顯著(P<0.01)。交互項AC、BC 對感官得分的影響極顯著(P<0.01),交互項AB對感官得分的影響不顯著(P>0.05)。3項因素對葡萄干天然酵母面包感官得分影響的大小順序為:葡萄干天然酵母液添加量>黃油添加量>白砂糖添加量。

2.2.2 響應(yīng)面分析 葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量、黃油添加量3因素間的交互作用對面包感官得分影響的三維空間響應(yīng)面圖如圖5～圖7所示。

圖5 葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量對面包感官得分交互影響的響應(yīng)面(左)和等高線(右)Fig.5 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between natural leaven of raisins and sugar on the sensory evaluation of bread

圖7 白砂糖添加量、黃油添加量對面包感官得分交互影響的響應(yīng)面(左)和等高線(右)Fig.7 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between sugar and butter on the sensory evaluation of bread

圖5顯示,葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量之間的交互作用對面包感官得分的影響。其響應(yīng)曲面圖比較平滑,等高線接近圓形,即葡萄干天然酵母液添加量、白砂糖添加量的交互效應(yīng)不顯著。圖6顯示,葡萄干天然酵母液添加量、黃油添加量之間的交互作用對面包感官得分的影響。其響應(yīng)曲面圖最陡,等高線橢圓弧度最大,即葡萄干天然酵母液添加量、黃油添加量的交互效應(yīng)最為顯著。圖7顯示,白砂糖添加量、黃油添加量之間的交互作用對面包感官得分的影響。其響應(yīng)曲面圖較陡,等高線橢圓弧度較大,即白砂糖添加量和黃油添加量的交互效應(yīng)較為顯著。這與方差分析結(jié)果一致。

圖6 葡萄干天然酵母液添加量、黃油添加量對面包感官得分交互影響的響應(yīng)面(左)和等高線(右)Fig.6 Response surface(left)and contour plots(right)for effects of interaction between natural leaven of raisins and butter on the sensory evaluation of bread

2.2.3 驗證實驗 在最佳配方工藝條件下,葡萄干天然酵母液添加量11.56%、白砂糖添加量18.16%、黃油添加量9.20%,在此工藝條件下面包感官得分的預(yù)測值為84分。為檢驗響應(yīng)面設(shè)計所得結(jié)果的可靠性,修整工藝參數(shù)為:葡萄干天然酵母液添加量12%、白砂糖添加量18%、黃油添加量9%,在此條件下實際測得的面包感官得分為86分,與理論預(yù)測值相比,其相對誤差為2.38%。說明該方程和實際的情況比較相符,試驗結(jié)果充分驗證了模型的正確性,響應(yīng)面設(shè)計對葡萄干天然酵母面包配方工藝的優(yōu)化結(jié)果是有效的。

2.4 理化衛(wèi)生指標(biāo)

2.4.1 理化指標(biāo)與檢驗結(jié)果 對在優(yōu)化工藝條件下制作的葡萄干天然酵母面包進行理化檢驗,結(jié)果見表5,其中水分含量測得結(jié)果30%<45%,酸度測得結(jié)果5.1 °T<6 °T,比容測得結(jié)果5.8 mL/g<7.0 mL/g,符合國標(biāo)GB/T 20981-2007 要求。

表5 理化指標(biāo)與檢驗結(jié)果Table 5 Physical-chemical indexes and the biological indexes

2.4.2 微生物指標(biāo)與檢驗結(jié)果 對在優(yōu)化工藝條件下制作的葡萄干天然酵母面包進行微生物檢驗,結(jié)果見表6,其中菌落總數(shù)201 CFU/g、大腸菌群0、霉菌計數(shù)2 CFU/g、致病菌未檢出,均符合國標(biāo)GB/T 20981-2007要求。

表6 微生物指標(biāo)與檢驗結(jié)果 Table 6 Microbial indexes

3結(jié)論

葡萄干天然酵母面包的最佳配方為:葡萄干天然酵母液添加量12%、改良劑添加量0.3%、白砂糖添加量18%、黃油添加量9%。由此配比制得的葡萄干天然酵母面包質(zhì)地柔軟,色澤金黃,組織紋理與口感俱佳,且?guī)в械墓阄都八嵛?面包感官評分86分。面包具有較好的理化特性和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),其中水分含量30%,酸度5.1 °T,比容5.8 mL/g,菌落總數(shù)201 CFU/g,大腸菌群0,霉菌計數(shù)2 CFU/g,致病菌未檢出。該面包的各項檢驗項目的結(jié)果均達到了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20981-2007要求,滿足人們對健康、營養(yǎng)、安全的要求。

在本研究中,以葡萄干為主要原料,葡萄干天然酵母液是葡萄干經(jīng)過一系列工藝過程而獲得的。其中,葡萄干天然酵母菌種中的主要微生物、發(fā)酵時間、葡萄干天然酵母發(fā)酵面包營養(yǎng)特性有待進行深入研究,以期進一步開展葡萄干天然酵母面包的開發(fā)與推廣。