添加烤制馬鈴薯的小麥粉面包加工配方的優化

趙偉辰,逯家富,王 妮,趙 毅,寧 波

(長春職業技術學院,吉林長春 130033)

我國的馬鈴薯產量居世界前列,并且馬鈴薯的種植面積在我國迅速擴大,這主要是因為馬鈴薯對生長環境要求不太高,具有較強的耐干旱、耐貧瘠的特性,同時馬鈴薯的生長周期短,并穩產高產,因此深受農民朋友的喜愛[1]。在我國高產量的馬鈴薯利用率卻很低,據有關資料數據調查顯示,我國的馬鈴薯生產總量中,僅僅約14%投入到加工制造中,應提高馬鈴薯的經濟價值;而其他的都還是應用于一些傳統的留種和鮮食、飼料、出口等[2]。究其原因主要有兩個方面:一是受我國傳統飲食文化的影響,馬鈴薯僅作為蔬菜,被放在人們的餐桌上所食用[2];二是我國馬鈴薯加工技術遠不如國外的加工技術[3],為此我國在2015年啟動了馬鈴薯主糧化戰略,力爭縮短與國外在馬鈴薯加工方面的差距[4-5]。

面包是一種經過發酵、焙烤的面食制品,其營養豐富,消化吸收率高,食用方便,深受消費者喜愛。陳代園[6]的研究表明,添加15%左右的馬鈴薯粉制作馬鈴薯面包,可以得到較好的產品。馬鈴薯中的蛋白成分沒有可以形成面筋的物質,如果額外加入谷朊粉,增加其面筋含量,并更改面包配方的一些輔料,勢必可以提高馬鈴薯添加量的同時得到理想的馬鈴薯面包產品。面包改良劑,是用來改良傳統面包品質的一種食品輔料,能非常有效地改善面包的口感和感官。谷朊粉是從小麥粉中提取的一種蛋白,色澤呈淡黃色,添加到面包中可以提高面包的比容,增加面包的彈性。

本試驗嘗試面包的制作過程中添加不同比例的烤制馬鈴薯,通過調整谷朊粉、改良劑的添加量,并用質構儀對面包的軟硬度進行檢測,以及對面包進行高徑比和比容的測定,最終得到適合的配方,使做出的面包在最大量添加烤制馬鈴薯的同時保證面包的蓬松口感。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 中糧面業(秦皇島)鵬泰有限公司;谷朊粉 封丘縣華豐粉業有限公司;面包改良劑(玉米淀粉、大豆蛋白粉、葡萄糖、維生素C、硫酸鈣、葡萄糖氧化酶1萬U/g、半纖維素酶1萬U/g、木聚糖酶2萬U/g、α-淀粉酶2萬U/g)、酵母 安琪酵母股份有限公司;馬鈴薯、食鹽、白砂糖、小蘇打、雞蛋 長春凱馬特超市。

CT3型質構儀 美國Brookfield Engineering Labs;BW20G型強力攪拌機 廣州德威熱力設備公司;FJ12型多功能發酵箱 廣東多麗食品機械廠;SMJ-622+AB+705型電烤箱 無錫勝麥有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 烤制馬鈴薯、小麥粉復合面包的工藝流程

1.2.2 操作要點 馬鈴薯去皮切成橫截面積為1.6 cm2的長條,放入烤箱用220 ℃烘烤60 min。將烤好的馬鈴薯條與小麥粉按1∶4的比例混合,添加輔料后攪打成面團,面團需在室溫環境下靜置15 min后分割成質量在(70±0.5) g的小面團,然后把小面團放入溫度為36 ℃,濕度為80%～90%的醒發箱中發酵35 min,小面團發酵好后放入烤箱設定上火溫度為185 ℃下火溫度為170 ℃烘烤17 min。

1.2.3 單因素實驗 以高筋小麥粉2000 g,添加雞蛋0.05%、食鹽1.5%、白砂糖15%、酵母1.50%、黃油4.00%、奶粉10%為面包的基礎配方。選取烤制馬鈴薯添加量、谷朊粉添加量和改良劑添加量三個因素分別進行單因素試驗研究,即分別選取高筋小麥粉質量10%、20%、30%、40%、50%的烤制馬鈴薯;高筋小麥粉質量0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的谷朊粉；高筋小麥粉質量0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的改良劑,以高筋小麥粉質量30%的烤制馬鈴薯、0.9%的谷朊粉、0.6%的改良劑為固定水平。評價指標為:高徑比、比容、硬度、彈性。

1.2.4 響應面法面包粉復合配方的優化試驗 在單因素試驗的基礎上,以烤制馬鈴薯添加量、改良劑添加量、谷朊粉添加量為自變量,以面包的硬度為響應值,設計三因素三水平的響應面法進行優化試驗,每一組試驗重復3次。響應面試驗因素水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素水平設計

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包的比容測定 面包的比容可以通過排米法來測定[7]。取一個大燒杯,用小米將大燒杯填滿并搖實,用直尺刮平,將小米倒入量筒中測量出小米的體積V1;用馬鈴薯面包(放于燒杯底部)和小米將大燒杯填滿并搖實,用直尺刮平,去除馬鈴薯面包將小米倒入量筒中測出去除馬鈴薯面包后小米的體積V2;V1-V2即為測得的面包體積,將馬鈴薯面包用天平測出其質量m。計算公式為:面包比容(mL·g-1)=(V1-V2)/m。

1.2.5.2 烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包高徑比測定 用直尺測出馬鈴薯面包的高度,用游標卡尺測出面包底面的直徑,將高度和直徑做比,得出面包的高徑比。

1.2.5.3 烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包的質構測定 取相同配方的樣品面包3個,將其處理成厚3 cm左右的方塊,接著對樣品進行質構測定[8]。探頭型號:TA3/100。測試參數:側前、測試和測后速度均為1 mm/s,壓縮程度40%,觸發點負載0.05 N,恢復時間10 s。面包的軟硬是評價面包好壞的一個重要指標,在酵母、醒發等其他因素正常的前提下,面包硬說明所添加的三種材料對面包的品質有不好的影響,所以選擇硬度、彈性為指標。

1.3 數據處理

本實驗的數據都采用Excel 2013和Design-Expert 8.0.6軟件分析處理。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 烤制馬鈴薯添加量對烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包品質的影響 烤制馬鈴薯用量對面包品質影響見圖1、圖2。從圖中可以觀察到,隨著烤制馬鈴薯的添加量增加到30%時,面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長的趨勢,硬度呈下降趨勢；當添加量大于30%時,面包的高徑比、比容、以及彈性都是下降的趨勢,硬度是增長趨勢。當添加量達到30%時,面包的綜合品質為最佳狀態,即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小,這是因為馬鈴薯添加量小于30%時,馬鈴薯中的淀粉在烤制過程中容易被糊化,并可以快速水解為酵母所用的碳源,使得酵母快速發酵[9],同時馬鈴薯中含有豐富的氯、鉀、鎂等物質,酵母在這些物質的作用下可以刺激生長、加速產氣,使面包迅速發酵,面包的高徑比、比容升高,彈性增加,硬度降低;但是馬鈴薯添加量大于30%時,馬鈴薯中沒有高筋小麥粉中的面筋蛋白,隨著烤制馬鈴薯的添加量的增加,面筋蛋白的作用逐漸被減弱[10],這就導致了面筋網格的形成能力以及面筋強度的不足,從而不能有效地包裹酵母產生的二氧化碳氣體[11],最終導致了面包的高徑比、比容、彈性等的降低,硬度提高。綜上所述,烤制馬鈴薯添加量為30%時,面包品質最優。

圖1 烤制馬鈴薯添加量對復合面包高徑比、比容的影響

圖2 烤制馬鈴薯添加量對復合面包硬度、彈性的影響

2.1.2 谷朊粉添加量對烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包品質的影響 谷朊粉的用量對面包的品質影響見圖3、圖4。從圖中可以觀察到,隨著谷朊粉的添加量增加到0.9%時,面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長趨勢,硬度呈下降趨勢；當谷朊粉的添加量超過0.9%時,面包的高徑比、比容、以及彈性均呈下降的趨勢,硬度呈增長趨勢。當谷朊粉的添加量達到0.9%時,面包的綜合品質為最佳狀態,即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小。究其原因,谷朊粉是一種蛋白質,也是面筋蛋白的重要組成部分[12]。增加谷朊粉,會導致面團內蛋白質增加,尤其是蛋白質里面的面筋蛋白在單位面積內的含量大幅度增加。高含量的面筋蛋白會增加面筋骨架的強度,同時也會促進面筋面團形成外部親水內部疏水的凝膠體狀態,進而增加面團的彈性。但是谷朊粉超過一定的量,就會導致面筋蛋白的膠體狀態破壞,面團變緊實,面包的高徑比、比容、彈性等品質下降[13]。綜上所述,較優谷朊粉添加量為0.9%。

圖3 谷朊粉添加量對復合面包高徑比、比容的影響

圖4 谷朊粉添加量對復合面包硬度、彈性的影響

2.1.3 改良劑的添加量對烤制馬鈴薯與小麥粉復合面包的品質影響 改良劑的用量對面包品質影響見圖5、圖6。從圖中可以觀察到,隨著改良劑添加量增加到0.6%時,面包的高徑比、比容、以及彈性均呈增長趨勢,硬度呈下降趨勢,當改良劑添加量超過0.6%時,面包的高徑比、比容、以及彈性均呈下降的趨勢,硬度呈增長趨勢,當改良劑添加量達到0.6%時,面包的綜合品質為最佳狀態,即面包的高徑比、比容最大,彈性最大,硬度最小。這是因為,改良劑中的淀粉酶在逐漸增加后,糖類持續分解供酵母代謝使用,但在0.6%以后酶量達到峰值后,造成糖類營養物質消耗過快,使酵母后期發酵力不足,導致高徑比、比容、以及彈性下降,硬度增加。綜上所述,較優改良劑添加量為0.6%。

圖5 改良劑添加量對復合面包高徑比、比容的影響

圖6 改良劑添加量對復合面包硬度、彈性的影響

2.2 響應面對復合面包的配方優化

2.2.1 響應面法優化試驗結果 根據單因素試驗結果,采用 Box-Behnken 試驗設計三因素三水平的響應面法進行優化試驗,結果見表2。

表2 響應面試驗設計及結果

2.2.2 回歸模型的建立與顯著性分析 用Design-Expert 8.0.6對表2多元回歸擬合方程,得到因變量硬度值(Y)與烤制馬鈴薯添加量(A)、谷朊粉添加量(B)、改良劑添加量(C)的多元回歸方程為:Y=184.22+1.85A+1.45B+2.88C+3.19AB-1.33AC+2.09BC+4.17A2+4.25B2+11.27C2

表3 回歸方程的方差分析表

利用Design-Expert 8.0.6繪制三維的響應曲面圖及二維平面等高線圖,如圖7～圖8所示。由圖可知交互項烤制馬鈴薯添加量與改良劑添加量之間交互極顯著,谷朊粉添加量與改良劑添加量之間交互作用顯著。

圖7 A與B交互作用對面包硬度的影響

圖8 B與C交互作用對面包硬度的影響

利用Design Expert 8.0.6軟件優化,烤制馬鈴薯面包粉最佳復配配方為:烤制馬鈴薯25.00%、改良劑0.63%、谷朊粉0.87%,硬度預測值為180.857 g。為方便操作調整后的配方為:烤制馬鈴薯25%、改良劑0.60%、谷朊粉0.90%,測得面包的硬度值為181.110 g,和預測值的相對誤差為0.253。

3 結論

對添加烤制馬鈴薯的小麥粉面包加工配方進行了優化,結果表明,加入高筋小麥粉質量的烤制馬鈴薯25%、改良劑0.60%、谷朊粉0.90%,測得面包的硬度值為181.110 g,和預測值的相對誤差為0.253。說明利用本試驗建立模型的理論值和實際值差異不顯著。