響應面法優化自發饅頭粉配方

王欣怡，張 煌，王淼森，劉長虹 *，王遠輝

（1.河南工業大學 糧油食品學院 小麥和玉米深加工國家工程實驗室，河南 鄭州 450001；2.河南牧業經濟學院 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450044）

自發粉是在小麥面粉中添加化學或生物膨松劑配制而成[1-2]，可以用于制作饅頭、包子、油條等，以避免在制作這些發酵食品時稱量、配料、混合、發酵、兌堿等繁瑣工序，從而使制作工藝簡單化，并能穩定和保障食品質量的一致性，省時、簡單和方便，尤其適合于在連鎖店和家庭制作[3]。自發粉在經濟發達國家如美國、英國、日本和澳大利亞等國使用得較普遍[4]。在我國，隨著人們生活水平的提高和生活節奏的加快，人們迫切希望能從一日三餐這一繁重的家務勞動中解脫出來，希望新鮮美味的餐飲實現方便快捷，因此，自發粉在我國現代家庭中的應用越來越普遍[5]。

由于饅頭市場廣泛，其消費量遠遠高于其他發酵面食，故自發粉大多是針對饅頭生產的[6]。目前，已有關于自發粉的各種膨松劑成分添加量、工藝對饅頭感官品質及質構的影響的相關研究，但對自發粉良好風味的工藝的開發與研究較少[7]。消費者大多對于傳統饅頭味特別青睞，而現在市面上自發饅頭粉大多都沒有純正的發酵香味，與工廠的預試驗結合后發現，酵母與酵子同時添加能具有一定的傳統饅頭風味。因此，開發一款自發饅頭粉，既簡化工藝又滿足風味要求，具有重要的意義。

本研究以自發饅頭粉制作的饅頭的白度、硬度及感官品質為評價指標，在單因素試驗的基礎上，采用Box-Behnken試驗設計對饅頭自發粉配料，即酵子、酵母、化學膨松劑（NaHCO3和葡萄糖酸內酯（glucono-delta-lactone，GDL）添加量3個因素進行響應面優化試驗，確定最優自發饅頭粉配方，對開發一款既簡化工藝又滿足風味要求的自發饅頭粉具有重要的理論指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

特一粉：鄭州金苑面業有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；酵子（過80目篩）：南陽市菜市街；葡萄糖酸內酯（食品級）、碳酸氫鈉（過80目篩）：鄭州鑄鼎試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

HN750全自動和面機：Hauswirt電器有限公司；BS600L電子天平：上海友聲衡器廠；WFX-12-15-24-0豪華型霧化面食發酵箱：中山市豐盛電器廠；DS-671電子秤：上海寺崗電子有限公司；JBDZ-20白度儀：上海嘉定糧油儀器有限公司；硬度儀：自制。

1.3 試驗方法

1.3.1 饅頭制作工藝流程

特一粉、食品膨松劑、水→和面→壓面→成型→醒發→蒸制→成品

將特一粉、食品膨松劑（酵子、酵母、化學膨松劑）加入和面機，先低速檔混勻1 min，加入面粉量48%的水，再高速檔攪拌12 min；自動壓面12次；手工成型；醒發（溫度35 ℃，相對濕度85%）45 min；沸水蒸25 min后關火悶2 min。

1.3.2 自發饅頭粉配方優化單因素試驗

自發饅頭粉主要由面粉和食品膨松劑構成，食品膨松劑分為生物膨松劑和化學膨松劑。在前期試驗的基礎上確定自發饅頭粉的食品膨松劑為酵子、酵母、碳酸氫鈉和葡萄糖酸內酯[8-9]，因此考察酵子添加量（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、酵母添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%）以及化學膨松劑總添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89[8]）（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）對饅頭白度、硬度及感官品質的影響。

1.3.3 自發饅頭粉配方優化響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以饅頭感官評分（Y）為響應值，選取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化學膨松劑總添加量（C）3個因素進行響應面優化試驗，確定自發饅頭粉最佳配方，試驗因素與水平見表1。

表1 自發饅頭粉配方優化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for selffermentable steamed bread flour formula optimization

1.3.4 分析方法

饅頭白度的測定：用白度儀測定饅頭白度[10]。

饅頭硬度的測定：采用自制硬度儀測定[11]。

饅頭的感官評價：模糊感官評價[12-16]。

（1）建立模糊綜合評價模型

確立評價因素集F：選擇饅頭的外觀、結構、風味、口感構成因素集；確立評價等級E：評價等級即用來評價各個因素的優劣程度。經過選擇的感官評定人員根據表1分別確定饅頭各個指標的評價等級并分為三個類別，分別為優、良和差，具體評價標準見表2[12]，各等級評價分布見表3。

表2 饅頭的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of steamed bread

表3 各等級評價分布Table 3 Distribution of each grade evaluation

確定評價權重計劃集W：評價權重指的是不同評價因素的重要程度。采用強制一對一確定法[13-14]確定權重，具體解釋為對參加評價的因素作一對一比較，當一對一比較時，重要的得1分，次要的得0分，自身相比一般記1分。（與主要因素相比一般記0分）。請10位感官評定人員對饅頭的4個感官指標進行評價并得出指標，其結果顯示為W=（外觀，結構，風味，口感）=（0.28，0.18，0.24，0.30），具體見表4。

表4 饅頭感官權重的確定Table 4 Determination of sensory weight of steamed bread

（2）建立模糊評價矩陣

邀請10名感官評價人員對饅頭進行感官評定，確定每個感官指標在各個等級中的票數分布。每個感官指標等級的得票數與總票數的比值即為贊成率[15]，由此建立模糊感官評價矩陣如下：

式中：j代表各個樣品的編號；i代表第i個感官指標；Aj代表第j個樣品的模糊評價矩陣；ri1，ri2，ri3分別代表各個評價指標贊成比例。

（3）模糊變換及綜合評分

根據模糊變換原理，權重與矩陣的乘積即為感官評價的結果[16]，記為R=W×Aj。

1.3.5 數據分析

使用SPSS 24.0軟件進行統計學分析；采用Qrigin 2017作圖；采用Design Expert 8.0.6軟件進行Box-Behnken Design試驗設計。

2 結果與分析

2.1 自發饅頭粉配方優化單因素試驗

2.1.1 酵子添加量對饅頭品質的影響

酵子作為一種發酵劑，其中多種產氣菌進行協同發酵[17-18]，產生更多的風味物質改善饅頭風味[19]。在預實驗的基礎上，固定酵母添加量為0.5%，化學膨松劑總添加量為0.8%，考察酵子添加量對饅頭品質的影響，結果見圖1。

圖1 酵子添加量對自發粉饅頭白度、硬度（a）及感官評分（b）的影響Fig.1 Effect of Jiaozi addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (b) of steamed bread made by selffermentable flour

由圖1可知，隨著酵子添加量的增加，饅頭的硬度呈下降的趨勢，而白度及感官評分呈先升高后下降的趨勢，分析主要原因可能是酵子中含有酵母菌和乳酸菌，當面團中酵子添加量過低時，面團中的發酵菌群數量較少，因而直接導致了面團的發酵力不足，面團在發酵時產氣不足，導致所蒸制饅頭的內部結構組織過于致密，體積過小，硬度較大；而當面團中的酵子量提升時，酵母菌和乳酸菌增多，在菌類協同作用下發酵力也隨之增強，產氣能力提升，足量的氣體使得饅頭內部氣孔逐漸增大，所蒸制出的饅頭更加蓬松，硬度下降，感官評分隨之增加；但當酵子添加量過高時，酵子本身的顏色使得饅頭色澤變差，同時又因發酵時產氣過多，破壞了饅頭內部的結構組織，使得饅頭內部氣孔過大，白度下降，感官評分降低。當酵子添加量為0.8%時，饅頭硬度適中，白度及感官評分最高，分別為52.8、500 g、81.8分。因此，確定最佳酵子添加量為0.8%。

2.1.2 酵母添加量對饅頭品質的影響

酵母菌是饅頭發酵必須的微生物，通過產氣和生物化學反應，使得饅頭內部組織松軟多孔，暄軟可口[20-21]。在預實驗的基礎上，固定酵子添加量為0.8%、化學膨松劑總添加量為0.8%，考察酵母添加量對饅頭品質的影響，結果見圖2。

圖2 酵母添加量對自發粉饅頭白度、硬度（a）及感官評分（b）的影響Fig.2 Effect of yeast addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (b) of steamed bread made by self-fermentable flour

由圖2可知，隨著酵母添加量的增加，饅頭的硬度呈下降趨勢，白度及感官評分均呈先升高后下降的趨勢。分析原因可能是當酵母添加量較低時，酵母菌數量太少，而酵子發酵力又較低，不能有效產氣，故所蒸制出的饅頭內部氣孔過于緊密，體型干癟，表皮暗淡，導致硬度較高，白度及感官評分較低；隨著酵母添加量的提高，面團內的微生物量增加，產氣量增加，饅頭結構變得疏松，硬度下降，白度及感官評分升高；但當酵母添加量過高時，酵母與酵子協同發酵產氣過多，所蒸制出的饅頭內部空間結構過于疏松，氣孔大小不一，白度下降，感官評分隨之下降。當酵母添加量為0.6%時，饅頭的感官評分最高，達到87.2分。因此，確定最佳酵母添加量為0.6%。

2.1.3 化學膨松劑總添加量對饅頭品質的影響

自發粉中添加的化學膨松劑主要有小蘇打、葡萄糖酸內酯、復合磷酸鹽、酒石酸氫鉀、碳酸鈣等[8-9]，其主要作用為遇水產氣，縮短醒發時間。劉天天[8]確定碳酸氫鈉、葡萄糖酸內酯是饅頭的較好的化學膨松劑。在預試驗基礎上固定酵母添加量為0.5%、酵子添加量為0.8%，考察化學膨松劑總添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）對饅頭品質的影響，結果見圖3。

圖3 化學膨松劑添加量對自發粉饅頭白度、硬度（a）及感官評分（b）的影響Fig.3 Effect of chemical leavening agent addition on whiteness,hardness (a) and sensory score (c) of steamed bread made by self-fermentable flour

由圖3可知，隨著化學膨松劑添加量的增加，饅頭的硬度及白度呈下降趨勢，而感官評分呈先升高后下降的趨勢。分析原因可能是，化學膨松劑由NaHCO3和葡萄糖酸內酯組成，伴隨著中和反應的發生，會有二氧化碳氣體釋放出，化學膨松劑添加量較低時，進行中和反應時產氣量較少，使得蒸制出的饅頭內部結構過于密實，硬度較低，感官評分較低；當化學膨松劑添加量逐漸增加時，面團中的氣體增多，所蒸制出的饅頭由于內部氣孔逐漸擴張而變得質地松軟，硬度下降，感官評分升高；但當化學膨松劑添加量過高時，由于膨松劑在饅頭的醒發以及蒸制過程中的化學反應會出現一定的顏色，再加之過多的化學膨松劑使得蒸制出的饅頭內部氣孔開度較大且不均勻，白度降低，感官評分下降。當化學膨松劑添加量為1.0%時，饅頭的感官評分最高為83.2分。因此，確定最佳化學膨松劑添加量為1.0%。

2.2 自發饅頭配方優化響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，以饅頭感官評分（Y）為評價指標，選取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化學膨松劑總添加量（C）3個因素進行響應面優化試驗，結果與分析見表5，方差分析見表6。

表5 Box-Behnken中心組合試驗結果與分析Table 5 Results and analysis of Box-Behnken center combination tests

對表5的試驗結果進行二次多元回歸擬合，得到感官評分（Y）對酵子添加量（A）、酵母添加量（B）及化學膨松劑添加量（C）的二次多元回歸方程：Y=84.49+3.16A-0.68B+0.11C-0.44AB+0.95AC-0.025BC-7.38A2+0.15B2+2.06C2。由表6可知，模型的P值＜0.01，極顯著，失擬項P值=0.469 6＞0.05，不顯著，說明回歸方程擬合度良好，可用此模型對響應值進行分析和預測[22-24]。模型的決定系數R2=0.943 6，調整決定系數R2Adj=0.871 2，說明模型可信度較高，能夠較好地描述試驗結果[25-27]。因此，該二次回歸方程能夠較為準確的反映酵母、酵子、化學膨松劑的添加量對自發粉饅頭感官品質的影響。一次項A及二次項B2對結果影響極顯著（P＜0.01），二次項C2對結果影響顯著（P＜0.05），其他項對結果影響不顯著（P＞0.05）。

表6 回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

通過Design-Expert 8.0.6軟件對試驗模型進行求解，得到自發饅頭粉最佳配方為為酵子添加量0.86%、酵母添加量0.50%、化學膨松劑添加量1.20%，采用最佳配方蒸制的饅頭感官評分的理論值為88.2分。在該條件下進行3次驗證試驗，得到感官評分平均分為87.5分。

3 結論

通過對酵子、酵母、化學膨松劑添加量3個因素進行響應面優化，得出自發饅頭粉的最佳配方為酵子添加量0.86%、酵母添加量0.50%、化學膨松劑添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）1.20%。采用最佳自發饅頭粉配方蒸制饅頭，饅頭的白度為53.4，硬度為452 g，感官評分為87.5分，與理論值相近，因此，該模型可用于自發饅頭粉配方的預測。