豌豆蛋白面包的制作工藝優化及其品質

戴 媛,冷進松,傅婷婷

(重慶文理學院園林與生命科學學院/特色植物研究院,重慶 402160)

豌豆(PisumsativumLinn,pea),別稱麥豌豆、寒豆、麥豆、雪豆、畢豆、麻累、國豆、蠶豆(吳語)等[1],原產于地中海南部及地中海沿岸,是一種營養性食品[2]。豌豆種子富含蛋白質、碳水化合物、膳食纖維、維生素和礦物質等[3],其中蛋白質含量達到20.6%[4]。豌豆蛋白是近年來新興的一種植物蛋白,其氨基酸組成比較平均[5],接近FAO(聯合國糧食及農業組織)/WHO(世界衛生組織)推薦的標準模式,為全價蛋白質[6]。豌豆蛋白中抗營養因子含量低,不含雌激素,過敏源少且價格低廉[7],適合各類人群食用。將豌豆蛋白添加到食品中可以強化產品營養成分、改善產品質構、增強產品穩定性[8]。豌豆蛋白早先主要用作動物飼料或飼料添加劑,李峻峰等[9]進行了豌豆蛋白粉代替豆粕飼喂育肥豬的研究。目前研究逐漸轉向食品方面,孫聃等[10]把豌豆蛋白及豌豆粉添加到饅頭中,有效地改善了面粉的粉質特性,提高了饅頭的營養價值,延長了饅頭的貨架期。Marchais等[11]把豌豆蛋白添加到面條中,改善了面粉的粉質特性,提高了面條的營養價值,但是目前為止將豌豆蛋白添加于面包中的研究未見文獻報道。

因此,為拓寬豌豆蛋白的產品范圍,本研究將豌豆蛋白粉添加于面包制作過程中,在單因素實驗的基礎上,考察了豌豆蛋白粉、酵母和糖的添加量以及發酵時間對面包感官品質及比容的影響,采用響應面分析法優化了面包制作的工藝條件,并測定了最佳工藝條件下制得的面包的理化指標,為豌豆蛋白面包的開發提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豌豆蛋白粉 榮美食品原料有限公司;高筋小麥面粉 肇慶市福加德面粉有限公司;安琪高活性干酵母 安琪股份有限公司;大豆油 益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司;奶粉 購自君樂寶乳業有限公司;黃油 上海光明奶酪黃油有限公司;糖、鹽、雞蛋等其它材料 均為市售食品級。

IK2(JD)型烤箱 廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司;AR2140分析天平 梅特勒-托列儀器上海有限公司;WFX-12發酵箱 華興寶業有限公司;DGG-9246A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豌豆蛋白面包的制作

1.2.1.1 工藝流程 原輔料→稱量→過篩→面團調制→面團發酵→切塊、搓圓→整形→醒發→裝盤→焙烤→冷卻→成品

1.2.1.2 操作要點 原料預處理:高筋小麥粉和豌豆蛋白粉混合過60目篩,糖與鹽分別用適量水溶解,黃油于50 ℃水浴中預先融化,干酵母于30 ℃溫水預先溶解,雞蛋打成全蛋液,奶粉加適量水調成乳狀液;面團調制:將材料混合后揉到面團基本成型,加入黃油,均勻地揉進面團,直至面團展開可形成一層薄膜,在面團完成前5 min左右,加入2%鹽;面團發酵:將調制好的面團用手捏圓,使其光面向上放在稍涂有油的發酵缽中,送入發酵箱發酵,發酵箱溫度為(30±1) ℃,相對濕度85%,發酵一定時間;切塊、搓圓、靜置:將發酵成熟的面團切成大小相同的小面塊,揉成表面光滑的圓球形,靜置3～5 min;整形:將揉圓的面團壓薄、搓卷,做成所需制品的形狀;醒發:將整形后的面包坯,放入裝有高溫布的烤盤內,再將烤盤放入發酵箱內進行最后醒發,發酵箱溫度為38 ℃,相對濕度控制在85%左右,醒發45～60 min,使其體積達到整形后的2倍左右,應立即進行烘烤;烘烤:烤箱需預熱15 min,使烤箱內部溫度均勻保持烘焙溫度180 ℃,烘烤 10 min;冷卻:烘烤完畢后,采用自然冷卻。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 豌豆蛋白粉添加量的影響 以100 g面粉為基重,黃油4%,奶粉5%,雞蛋5%,鹽2%,酵母1.5%,糖8%,水40%～60%,發酵時間60 min,分別設置豌豆蛋白粉添加量為2%、5%、8%、11%、14%,以感官評分和比容為評價指標,以豌豆蛋白粉添加量0%為對照實驗,考察豌豆蛋白粉添加量對面包的影響。

1.2.2.2 酵母添加量的影響 以100 g面粉為基重,黃油4%,奶粉5%,雞蛋5%,鹽2%,豌豆蛋白粉8%,糖8%,水40%～60%,發酵時間60 min,分別設置酵母添加量為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,以感官評分和比容為評價指標,以酵母添加量0.2%為對照實驗,考察酵母添加量對面包的影響。

1.2.2.3 糖添加量的影響 以100 g面粉為基重,黃油4%,奶粉5%,雞蛋5%,鹽2%,豌豆蛋白粉8%,酵母1.5%,水40%～60%,發酵時間60 min,分別設置糖添加量為2%、5%、8%、11%、14%,以感官評分和比容為評價指標,以糖添加量0%為對照實驗,考察糖添加量對面包的影響。

1.2.2.4 發酵時間的影響 以100 g面粉為基重,黃油4%,奶粉5%,雞蛋5%,鹽2%,豌豆蛋白粉8%,糖8%,酵母1.5%,水40%～60%,分別設置發酵時間為30、45、60、75、90 min,以感官評分和比容為評價指標,以發酵時間15 min為對照實驗,考察發酵時間對面包的影響。

1.2.3 響應面試驗設計 在單因素實驗的基礎上,利用Design-Expert軟件的Box-Behnken試驗設計原理,以感官評分(Y)為響應值,以豌豆蛋白粉添加量(A)、酵母添加量(B)、糖添加量(C)、發酵時間(D)為自變量,設計四因素三水平響應面分析試驗,以優化豌豆蛋白面包制作工藝。因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.2.4 豌豆蛋白面包的品質指標測定 在響應面優化得到的最佳實驗條件下制作面包,以豌豆蛋白粉添加量0%為對照,對面包進行感官評定,并測定水分、持水性、酸度、比容等指標。

1.2.4.1 感官評價 參照GB 7099-2015《糕點、面包》[12]中的要求制作標準,由10名食品專業人員組成感官鑒評小組,對面包的形態、色澤、表皮質地等指標進行評價。評分標準見表2。

表2 豌豆蛋白面包感官評價表Table 2 Sensory evaluation form of pea protein bread

1.2.4.2 水分、酸度和比容測定 水分采用直接干燥法,參照GB/T 5009.3-2016[13]進行;酸度和比容參照GT/B 20981-2007[14]進行。

1.2.4.3 持水性測定 將面包放在室溫為(25±1) ℃下貯藏,每隔24 h測定其質量變化,共測3次,計算面包失重率,并計算面包持水性[15]。計算公式如下:

式(1)

式中,Δm為失重率,%;m1為第一次測得面包的質量,g;m2為第二次測得面包的質量,g;m3為第三次測得面包的質量,g。

W=100%-Δm

式(2)

式中,W為持水性,%;Δm為失重率,%。

采用Microsoft Excel 2007、Design Expert 8.0.6軟件進行數據處理、分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 豌豆蛋白粉添加量對面包品質的影響 由圖1可知,隨著豌豆蛋白粉添加量的增加,感官評分也增加,當豌豆蛋白粉添加量為8%時,感官評分達到最大值80分,之后再繼續增加豌豆蛋白粉添加量,感官評分反而降低,這主要是由于豌豆蛋白粉的添加使面包內部的色澤發生了變化,由淡黃色變成灰黃色,甚至暗黃色,而且口感變粗糙,影響了面包的感官品質。比容的變化趨勢與感官評分不同,在豌豆蛋白粉添加量2%～14%范圍內,比容呈下降趨勢,但整體變化幅度很小,因此,綜合豌豆蛋白面包感官評分和比容兩個指標,選擇豌豆蛋白粉添加量5%、8%、11%進行響應面優化試驗。

圖1 豌豆蛋白粉添加量對面包品質的影響Fig.1 Effect of pea protein powder addition on bread quality

2.1.2 酵母添加量對面包品質的影響 由圖2可知,酵母添加量在0.5%～1.5%范圍內時,隨著酵母添加量的增加,感官評分和比容均呈上升趨勢,當酵母添加量增至1.5%時,感官評分和比容達到最大值,分別為77分、2.99 mL/g。但當酵母添加量在1.5%～2.5%范圍內時,感官評分和比容均呈下降趨勢,主要是因為酵母過多,面團過度發酵,面筋過度延伸,面包表面塌陷,出現裂紋,內部有大氣孔,故比容下降,同時帶有酸味[16],導致感官評分降低。因此,綜合豌豆蛋白面包感官評分和比容兩個指標,選擇酵母添加量1.0%、1.5%、2.0%進行響應面優化試驗。

圖2 酵母添加量對面包品質的影響Fig.2 Effect of yeast addition on bread quality

2.1.3 糖添加量對面包品質的影響 從圖3可以看出,在糖添加量為2%～8%范圍內時,隨著糖添加量增加,感官評分和比容上升,當糖添加量為8%時,感官評分和比容分別達到最大值81分、3.07 mL/g。然而,當糖添加量進一步增加時,由于過多的糖抑制了酵母的生長繁殖,面團發酵效果差,面包體積小,故比容下降,且面包內部組織粗糙,表皮顏色較深,口感偏甜[17],從而導致感官評分降低。因此,綜合豌豆蛋白面包感官評分和比容兩個指標,選擇糖添加量為5%、8%、11%進行響應面優化試驗。

圖3 糖添加量對面包品質的影響Fig.3 Effect of sugar addition on bread quality

2.1.4 發酵時間對面包品質的影響 由圖4可知,發酵時間在30～60 min時,感官評分和比容均隨發酵時間的延長而增加,發酵時間為60 min時,感官評分和比容達到最大值,分別為79分、2.72 mL/g,發酵時間超過60 min時,感官評分和比容隨著時間的增加反而降低,這可能是由于酵母產氣能力下降,導致面團體積過小,面包內部組織不緊密,表皮增厚,氣孔不均勻[18],從而使面包感官品質下降,比容降低[19]。因此,綜合豌豆蛋白面包感官評分和比容兩個指標,選擇發酵時間45、60、75 min進行響應面優化試驗。

圖4 發酵時間對面包品質的影響Fig.4 Effect of fermentation time on bread quality

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面試驗設計及結果 單因素實驗結果顯示,比容受各因素影響較小,感官評分受各因素影響較大,因此選擇感官評分作為響應面實驗的響應值(Y),以豌豆蛋白粉添加量(A)、酵母添加量(B)、糖添加量(C)、發酵時間(D)為自變量,應用Design Expert 8.0.6統計分析軟件設計實驗方案及結果如表3所示。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface experiment

2.2.2 回歸模型擬合及方差分析 利用統計軟件對表3數據進行多元回歸擬合,得到感官評價(Y)與自變量之間的回歸方程,即:

Y=81.36+1.15A+0.48B+0.21C+0.34D-0.12AB-0.050AC+0.075AD-0.025BC-0.050BD-8.09A2-4.07B2-0.88C2-2.41D2

由表4可知,回歸模型P<0.01,表明該回歸模型極顯著;模型的決定系數R2=0.9837,表明模型的擬合值與實際結果的相關性較高;失擬項不顯著(P>0.05),說明回歸方程擬合較好,模型穩定;變異系數值CV=1.03%<10.00%,進一步說明模型擬合較好,可用來進行分析和預測。由F值可知,四個因素對響應值影響的大小順序為:A>B>D>C,即:豌豆蛋白粉添加量>酵母添加量>發酵時間>糖添加量,其中,一次項A和二次項A2、B2、D2對響應值的影響極顯著(P<0.01),一次項B和交互項AB、AD,以及二次項C2對響應值的影響顯著(P<0.05)。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model

2.2.3 響應面交互作用分析 兩因素之間的交互作用對響應值的影響可以通過響應面圖反映出來,響應曲面坡度越陡峭,說明因素的改變對于響應值的影響越大,而曲面坡度越平滑,說明因素的改變對響應值的影響也就越小[20]。圖5為豌豆蛋白粉添加量與酵母添加量、豌豆蛋白粉添加量與糖添加量、豌豆蛋白粉添加量與發酵時間、酵母添加量與糖添加量、酵母添加量與發酵時間、糖添加量與發酵時間之間的交互作用對感官評價的影響。從圖5中可以看出,圖5(a)和圖5(c)曲面坡度陡峭,而圖5(b)、圖5(d)、圖5(e)和圖5(f)曲面坡度較平滑,說明豌豆蛋白粉添加量與酵母添加量的交互作用、豌豆蛋白粉添加量與發酵時間的交互作用對感官評價的影響顯著,而豌豆蛋白粉添加量與糖添加量、酵母添加量與糖添加量、酵母添加量與發酵時間、糖添加量與發酵時間之間的交互作用對感官評價的影響不顯著,此結果與方差分析結果一致。

圖5 兩因素交互作用對感官評價的影響Fig.5 Effect of two factors interaction on the sensory evaluation

2.2.4 驗證實驗 對回歸方程進行分析求解,得感官評價達到最大值時的條件為:豌豆蛋白粉添加量8.21%,酵母添加量1.53%,糖添加量8.35%,發酵時間61.08 min,此條件下的感官評價預測值為81.44分。為方便實驗操作,將各因素取值定為:豌豆蛋白粉添加量8%,酵母添加量1.5%,糖添加量8%,發酵時間60 min,在此條件下進行驗證實驗,得感官評價為82分,預測誤差為0.68%,與預測值接近。說明此模型可以用于豌豆蛋白面包制作條件的分析預測,響應面法也可以有效地優化豌豆蛋白面包的制作工藝條件。

2.3 豌豆蛋白面包的品質測定

2.3.1 基本理化指標測定結果 在優化的最佳工藝條件下制得的面包,其理化指標測定結果如表5所示,由表5可知,其水分測定結果小于45%;酸度測定結果小于6;比容測定結果小于7 mL/g,各項指標均符合國家標準GB/T 20981-2007的規定。持水性測定結果為98.2%,高于對照面包97.5%,即豌豆蛋白面包的持水性比對照面包的持水性好,說明豌豆蛋白可以增加面包的持水性,改善面包的儲存品質,延長面包的貨架期。

表5 豌豆蛋白面包理化指標測定結果Table 5 Results of physicochemical indexes of pea protein bread

2.3.2 感官品質測定結果 由圖6可知,豌豆蛋白面包在外表形態、表皮質地和組織結構方面的感官評分分別為7、6、10分,低于對照面包的8、7、12分,在表皮色澤、包芯色澤、口感和香味方面的感官評分分別為8、8、20、17分,高于對照面包的7、7、17、14分,因此,綜合感官評價各指標,豌豆蛋白粉可改善面包的感官品質。

圖6 豌豆蛋白面包的感官品質測定結果Fig.6 Results of sensory quality of pea protein bread

3 結論

本文研究了豌豆蛋白面包的制作工藝,在單因素實驗的基礎上,應用響應面分析法進行優化,得到豌豆蛋白面包制作的最佳工藝條件為:豌豆蛋白粉添加量8%,酵母添加量1.5%,糖添加量8%,發酵時間60 min,在此條件下制得面包的感官評分為82分,預測值為81.44分,預測誤差為0.68%,說明采用響應面方法優化豌豆蛋白面包制作工藝可行,此結果為豌豆蛋白面包的開發奠定了理論基礎。品質測定結果表明,豌豆蛋白面包具有較好的理化特性、儲存特性和感官品質,其水分含量35.8%,酸度值3.23,比容3.35 mL/g,72 h失重率1.8%,口感得分20分,香味得分17分,此結果說明將豌豆蛋白粉添加于面包中可改善面包的特性,提升面包的品質。