響應面法優化燕麥黃豆粉雜糧面包工藝配方

張二芳，邢君堯

（呂梁學院生命科學系，山西呂梁033000）

雜糧面包是以高筋小麥粉為主，搭配多種雜糧粉制成的面包，相較于普通面包，富含膳食纖維和礦物質，營養更全面，具有促進腸道蠕動，減少肥胖、高血壓等現代“文明病”[1-2]，可以適應不同的人群選擇。

燕麥（Avena sativa L）是一種食療兼備的特色雜糧作物，其不飽和脂肪酸和水溶性膳食纖維β－葡聚糖含量均居谷物之首，熱量低，升糖指數低。β－葡聚糖可降低人體低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）膽固醇，降脂降糖，是糖尿病人的首選食品[3]。目前，已有探索在食品中添加燕麥生產酥性餅干[4]、燕麥風味茶及風味物質的分析[5]、保健燕麥掛面[6]以及各種燕麥雜糧面包等的研究。黃豆[Vigna radiata（Linn.）Wilczek]含有豐富的優質蛋白、不飽和脂肪酸、鈣及B族維生素，是我國居民膳食中優質蛋白質的重要來源。其不飽和脂肪酸中豐富的亞麻酸，可以降低血糖、血壓、血脂，降低動脈粥樣硬化發生的風險。關于黃豆在食品中的應用研究主要集中在黃豆粉速凍水餃[7]、富硒低糖豆漿的研制[8]、黃豆粉饅頭的研制[9]以及黃豆粉皮膳食纖維雜糧面包的研制[10]。燕麥黃豆雜糧面包的研制，適應現代社會人們對營養保健的特殊需求，不僅能為開發新的面包制作程序提供配方上的參考，同時對粗糧的生產銷售產生良好的外部效應，創造良好的經濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

原味高筋面包粉：新鄉市新良糧油加工有限責任公司；燕麥、黃豆：離石美特好超市；白砂糖：太古糖業（中國）有限公司；食鹽：山西鹽業公司；植物油：嘉里糧油青島有限公司；黃油：濰坊興達油脂有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；干燥膨松劑：桂林市紅星化工有限責任公司。

不銹鋼鍋（EC30JC01組合）：浙江蘇泊爾家電制造有限；固體粉碎機（RHP-400A型）：浙江榮浩工貿有限公司；電烤箱（MG25NF-AD）：蕪湖美的廚房電器制造有限公司；電子天平（LQ-A20002）：昆山優科維特電子設備有限公司；微波爐（M1-L213B）：廣東美的廚房電器制造有限公司；質構儀（TA-XT Puls）：英國SMS公司。

1.2 工藝流程

雜糧選擇處理→過篩→調粉→添加輔料→和面→靜置→切塊→裝盤→醒發→烘烤→冷卻包裝[11]

1.3 制作步驟

1.3.1 原輔料處理

選擇市售符合食品衛生要求的優質燕麥和黃豆，分別洗凈晾干，打成粉。

1.3.2 調制面團

將黃油預熱，加入白砂糖預混，將酵母倒入溫水中攪拌至溶解均勻，然后依次加入高筋面包粉、燕麥黃豆粉、食用鹽攪拌均勻，最后加入溫水和酵母，和面至面團軟硬適中不粘手為止[12]。

1.3.3 面團靜置成型

將和好的面團靜置20 min后將面團切塊整形并裝盤醒發。

1.3.4 烘焙冷卻成品

將裝有面包的烤盤放入烤箱中進行烘烤，烘烤條件為上火180℃、下火180℃，烘烤時間15 min，烘烤完成后冷卻至室溫（25℃左右）即為成品。

1.4 單因素試驗

每次試驗以100 g面包粉為基礎，在黃油添加量15 g，膨松劑添加量0.6 g，烘烤溫度上火180℃、下火180℃，烘烤時間15 min的基本配方和工藝下，以感官評價為指標，探究燕麥黃豆粉用量、水用量、白砂糖用量、鹽用量、酵母用量以及醒面時間對燕麥黃豆粉雜糧面包感官品質的影響。設置6個因素的梯度為：添加燕麥黃豆粉（燕麥∶黃豆粉質量比=1∶1）的用量（10、15、20、25、30 g），水用量（42、44、46、48、50 g），白砂糖用量（9、12、15、18、21 g），鹽用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），酵母用量（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g），醒面的時間為（40、50、60、70、80 min）。研究采取控制變量法進行單因素試驗，固定參數分別為：選取燕麥黃豆粉20 g、水46 g、白砂糖15 g、鹽1.5 g、酵母1.5 g、醒面時間60 min。

1.5 響應面試驗

在單因素試驗基礎上，以在食品生物學及工程學廣泛應用的Design-Expert Software7.0軟件為輔助手段設計響應面試驗，采用Box-Behken中心組合做響應面分析試驗[13]。以燕麥黃豆粉復合雜糧面包感官評定為響應值，選擇對燕麥黃豆粉復合雜糧面包感官品質影響較大的配方或工藝，設計試驗，得出數據，用Design-Expert Software7.0軟件進行分析，得出燕麥黃豆粉復合雜糧面包的最佳配方和工藝參數。

1.6 燕麥黃豆粉復合雜糧面包硬度評價

將烘烤出爐的面包冷卻至室溫25℃，再把面包切成3份大小相等、厚度為4 cm的方塊。采用TA-XTPuls質構儀檢測面包質構特性，使用TP/36R的探頭。測定條件：5N力，觸發模式Auto，測前速率3.0mm/s，測試速率 1.0 mm/s，測后速率1.0 mm/s，壓縮 50%，間隔 5 s。每個樣品重復3次，取其硬度的平均值進行結果計算[14]。

1.7 燕麥黃豆粉復合雜糧面包感官評價

對燕麥黃豆粉復合雜糧面包的品質從形態、色澤、質地、紋理結構和風味口感方面進行評價[15]，具體評價標準見表1。

表1 燕麥黃豆粉雜糧面包感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of oat and soybean flour bread

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 燕麥黃豆粉添加量對面包感官評價及硬度的影響

燕麥黃豆粉添加量對面包感官評價及硬度的影響見圖1。

面包中添加燕麥黃豆粉，一方面能夠增加面包的營養價值，同時使面包具有獨特的風味。由圖1可知，隨著燕麥黃豆粉添加量逐漸增多，感官評分也隨之升高。當燕麥黃豆粉添加量為20 g時，燕麥黃豆粉復合雜糧面包的外形、口感、顏色等都是最佳的。但是過多的添加會影響面包的口感，使面包帶有較濃的豆腥味。隨著燕麥黃豆粉添加量的增加，硬度在不斷增大，同時豆腥味較濃，因此，20 g為燕麥黃豆粉最佳添加量。

圖1 燕麥黃豆粉添加量對面包感官評價及硬度的影響Fig.1 Effect of oat and soybean flour addition on sensory evaluation and hardness of bread

2.1.2 鹽添加量對面包感官評價及硬度的影響

鹽添加量對面包感官評價及硬度的影響見圖2。

圖2 鹽添加量對面包感官評價及硬度的影響Fig.2 Effect of salt addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖2可知，隨著鹽添加量的逐漸增多，感官得分先升高后降低，當鹽的添加量為1.5 g時，感官評定的得分最高。食鹽添加量越多，酵母的產氣能力越低，超過1.5 g時，就能產生明顯的滲透壓，對酵母發酵有抑制作用[16]，同時會使面包質地過于緊湊，使得面包品質下降。結合硬度，確定1.5 g為鹽最佳添加量。

2.1.3 水添加量對面包感官評價及硬度的影響

水添加量對面包感官評價及硬度的影響見圖3。

圖3 水添加量對面包感官評價及硬度的影響Fig.3 Effect of water addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖3可知，當水添加量為46 g時，對面包的感官評價最高。在面包的制作過程中，水首先作為溶劑用于溶解綿白糖、酵母、食用鹽等添加劑，使其在面團調制中混合均勻。水的適量添加可以使生產出的面包外形整齊，組織結構均勻，口感細膩[17-18]。水添加量少于46 g時，面筋硬化，面團韌性過強，抑制酵母發酵，成品體積小，口感粗糙；水添加量太多時，硬度減小，面團黏度大，持氣性下降，易塌陷，產品反彈力差，口感略黏。故確定46 g為水的最佳添加量。

2.1.4 酵母的添加量對面包感官評價及硬度的影響

酵母添加量對面包感官評價及硬度的影響見圖4。

圖4 酵母添加量對面包感官評價及硬度的影響Fig.4 Effect of yeast addition on sensory evaluation and hardness of bread

由圖4可知，隨酵母添加量增加，面包的感官評價值先增高后降低。當酵母的添加量為1.5 g時，面包體積大，內部結構蓬松，有淡淡的鮮香味，得出的感官評分最高。酵母添加量不足時，面包的風味不足，內部氣孔小，質地較硬，回彈力差，硬度和咀嚼性大；過量的酵母粉發酵中產生更多的CO2氣體，使面團體積過度膨脹，不能夠保持良好的組織氣密性，組織彈性、硬度和咀嚼性都小，酸味加重[19]。故確定1.5 g為酵母的最佳添加量。

2.1.5 白砂糖的添加量對面包感官評價及硬度的影響

白砂糖添加量對面包感官評價及硬度的影響見圖5。

圖5 白砂糖添加量對面包感官評價及硬度的影響Fig.5 Effect of sugar addition on sensory evaluation and hardness of bread

糖有吸濕性及水化作用，面包生產中添加糖，可增加產品柔軟度和保鮮期；糖在加熱過程中發生美拉德反應和焦糖化反應，生成類黑或焦糖色素，使產品呈現金黃色并有特殊香味；同時，糖有助于酵母菌的生長繁殖，發酵加快并改善面團的物理性質及面包內部的組織結構[20]。由圖5可知，當糖的添加量為15 g時，面包的感官評價得分最高。此時面包顏色金黃，內部組織結構均勻，有焦糖混合燕麥的滿意香味。糖的添加量較少時，面包的甜度不夠，香味不足，組織偏硬；當糖的添加量太多時，口感膩，內部氣孔太大，酸味重，且容易烤焦。故確定15 g為糖的最佳添加量。

2.1.6 醒面時間對面包感官評價及硬度的影響

醒面時間對面包品質的影響見圖6。

圖6 醒面時間對面包感官評價及硬度的影響Fig.6 Effect of waking time on sensory evaluation and hardness of bread

由圖6可知，隨著醒面時間延長，感官品質在逐漸提高，當醒面時間為70 min時，燕麥黃豆粉復合雜糧面包的外形、口感、顏色等都是最佳的。醒面時間不足，面包內部氣孔小，彈性不夠，口感差。醒面時間大于70 min時，面包的酸味增大，口感略黏。醒面時間過長，面團體積過度膨脹，組織彈性受到影響。因此燕麥黃豆粉雜糧面包制作過程中醒面時間最佳為70 min。

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計及結果

在單因素試驗的基礎上，根據單因素試驗中感官評分隨因素梯度變化明顯程度，確定燕麥黃豆粉添加量、酵母添加量以及水添加量3個因素。在此基礎上，采用Box-Behken中心組合進行三因素三水平的響應面設計試驗，因素和水平見表2，響應面分析試驗結果如表3所示。

表2 響應面的因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

表3 Box-Behken試驗設計及結果Table 3 Box-Behken test design and results

使用軟件Design-Expert Software7.0，以燕麥黃豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）為響應變量，同時以做出成品面包的綜合評分為指標值（響應值），對以上表3的數據進行分析處理，得到表4回歸方程的方差分析表。利用該軟件進行二次多項式擬合（非線性），可得到這樣的一個預測模型：

表4 回歸方程方差分析表Table 4 Analysis of variance table of regression equation

根據回歸方差分析顯著性檢驗，該模型為顯著型，即P<0.000 1，且失擬項不顯著，為0.100 8。該模型R2=0.999 6，R2Adj=0.999 1，說明該模型與實際試驗有很好的擬合性，自變量與指標值之間的線性關系顯著，該模型在試驗范圍內可以較準確預測燕麥黃豆雜糧面包的感官評分。可以用于燕麥黃豆粉雜糧面包配方試驗的預測。影響燕麥黃豆粉雜糧面包感官評分各因素中，其作用大小依次為水添加量>酵母添加量>燕麥黃豆粉添加量。

2.2.2 各因素及其交互作用對面包綜合評分的影響

基于回歸模型方差分析，用軟件做出的燕麥黃豆粉添加量（A）、酵母添加量（B）以及水添加量（C）對燕麥黃豆粉雜糧面包綜合評分影響的等高線及三維圖如圖7～圖9所示。等高線的形狀（圓形或橢圓）反應交互效應強弱程度，若為圓形，交互作用不顯著；若為橢圓，則交互作用顯著。

圖7 燕麥黃豆粉添加量和酵母添加量對面包綜合評分影響的響應面圖Fig.7 Response surface diagram of the effect of oat and soybean meal addition and yeast addition on comprehensive score of bread

由圖7分析可知，燕麥黃豆粉添加量和酵母添加量兩者之間相互作用的等高線為橢圓形，交互作用顯著。由等高線疏密程度可以判斷，酵母添加量對燕麥黃豆粉復合雜糧面包綜合評分的影響比燕麥黃豆粉添加量更大。

圖8 燕麥黃豆粉添加量和水添加量對面包綜合評分影響的響應面圖Fig.8 Response surface diagram of the effect of oat and soybean flour addition and water addition on comprehensive score of bread

圖9 酵母添加量和水添加量對面包綜合評分影響的響應面圖Fig.9 Response surface diagram of the effect of yeast addition and water addition on comprehensive score of bread

由圖8分析可知，燕麥黃豆粉添加量和水添加量兩者之間相互作用的等高線為橢圓形，交互作用顯著。由等高線疏密程度可以判斷，水添加量對燕麥黃豆粉復合雜糧面包綜合評分的影響比燕麥黃豆粉添加量更大。

由圖9分析可知，酵母和水添加量兩者之間相互作用的等高線接近圓形，交互作用不顯著。由等高線疏密程度可以判斷，水添加量對燕麥黃豆粉復合雜糧面包綜合評分的影響比酵母添加量更大[21]。

通過本次響應面試驗，通過Design-Expert軟件優化，得知燕麥黃豆粉雜糧面包的最佳配方為：燕麥黃豆粉的理論最佳添加量為23.19 g、酵母的理論最佳添加量為2.00 g，水的理論最佳添加量為47.56 g，理論最高綜合得分為81.686分，硬度平均為527.42 g。使用這組理論最佳數據重復試驗5次后，發現燕麥黃豆粉復合雜糧面包綜合評分與理論值接近，說明該數學模型可靠，可用于燕麥黃豆粉雜糧面包最優工藝參數的預測。本次試驗成立[22]。

3 結論

通過單因素試驗，確定對燕麥黃豆粉雜糧面包感官評價和硬度有主要影響的3個因素：燕麥黃豆粉、酵母、水，并以單因素試驗結果為基礎，結合響應面試驗和驗證試驗確定燕麥黃豆粉雜糧面包的最佳配比為：以高筋面包粉100 g為基準，添加燕麥黃豆粉23.19 g、水47.56 g、酵母2.00 g，在此最優配方參數下的燕麥黃豆粉雜糧面包綜合評分為81.686分，硬度為527.42 g。在該方案下生產出來的燕麥黃豆粉雜糧面包表皮金黃飽滿，質地細膩平滑、氣孔細密均勻有彈性，有焦糖和燕麥混合的獨特香味。