響應面法優化青麥仁冷凍面團面包復配改良劑的研究

張康逸，郭東旭，何夢影，溫青玉，康志敏

（河南省農業科學院農副產品加工研究中心，河南 鄭州 450002）

冷凍面團是指在面制食品生產過程中對面團進行冷凍處理，經處理后的面團半成品，可長期儲存，經解凍后再加工即可得到成品[1]。利用冷凍面團技術可擴大生產規模，利于標準化生產，減少設備、人力投入，降低生產成本[2]。但是冷凍面團需經過冷凍、儲藏、運輸、解凍等環節，其質量會受到多種因素影響，存在諸如醒發時間長、內部結構較差、比容下降、硬度增大等缺點[3-5]，研究者對冷凍面團產品的品質改善進行了大量研究，一般集中在加工工藝的改進[6-7]、選擇優良酵母[8]、復配改良劑[9-12]等方面。

青麥仁是處于乳熟期的小麥顆粒，含有豐富的碳水化合物、膳食纖維、蛋白質和α-淀粉酶、β-淀粉酶[13-14]。將青麥仁粉作為配料添加到面包中，不僅能提高面包的營養價值，也能賦予面包特殊的風味。但由于青麥仁粉中膳食纖維含量較高，面筋蛋白含量較少，在和面過程中不能形成有效面筋網絡結構，對面團加工特性有一定影響，進而影響到青麥仁面包的品質，為改善青麥仁冷凍面團面包品質，以青麥仁冷凍面團面包為對象，在單因素試驗基礎上，應用響應面分析法進行優化，得到最佳復配改良劑配方，以期為青麥仁冷凍面團面包的工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

面包專用粉：新鄉良潤全谷物食品有限公司；青麥仁粉：河南省農科院農副產品加工研究所；耐高糖高活性干酵母：廣西丹寶利酵母有限公司；黃油：南海油脂工業有限公司；奶粉、食鹽、白砂糖：市售；硬脂酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶（800 U/mg）：河南奧尼斯特食品有限公司。

1.2 儀器與設備

HM740和面機：青島漢尚電器有限公司；FX-ST系列高級面包醒發箱：宏興儀表公司；CB-D306烤箱：廣州優連食品加工機械有限公司；SH-X多路溫度測試儀：深圳市深華軒科技有限公司；AL204電子天平：梅特勒-特利多儀器（上海）有限公司；DHG-924OA電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司；TMS-Pro型食品物性分析儀：美國Food Technology公司。

1.3 方法

1.3.1 面包基礎配方

混合粉100%（面包專用粉80%，青麥仁粉20%）、水60%、白砂糖15%、奶粉10%、黃油8%，酵母1.6%、鹽1%。

1.3.2 面包加工工藝

工藝流程：原料→面團調制→分割→整形→速凍→冷凍→解凍→醒發→烘烤→冷卻→成品。

操作要點：按照1.3.1中配方準確稱取各物料，先將除黃油外的所有配料加入和面機中緩慢攪拌5 min，待面團攪打至擴展階段，再加入黃油快速攪打，待面團能拉成均勻薄膜即可，將和好的面團分割成75 g/個，搓圓整形后，將面團用保鮮膜密封，放入-40℃冰柜內速凍至面團中心溫度達到-18℃，將速凍完成的面團放入-18℃冰箱中冷凍7 d；取出冷凍面團，在室溫（25℃）下自然解凍至面團中心溫度達到15℃，將面團置于醒發箱中（38℃，相對濕度70%）醒發40 min，然后放入烤箱（上火180℃，下火160℃）烘烤40min，室溫（25℃）冷卻1h后裝入保鮮袋密封保存。

1.3.3 面包比容的測定

面包比容的測定參考GB/T 20981—2007《面包》，取待測面包樣品，稱重后放入已知容積的大燒杯中，用小米置換法測定面包的體積，面包體積與面包質量的比值即為面包的比容，按式（1）計算，結果重復測量3次取平均值[15]。

式中：P 為面包比容，mL/g；v 為面包體積，mL；m為面包質量，g。

1.3.4 面包質構的測定

采用物性分析儀測定面包質構，將待測面包樣品切成20 mm厚度的面包片，參數設置：選擇全質構（texture profile analysis，TPA）模式，探頭P/50，起始力5 N，測前速率1.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測后速率1.0 mm/s，測定時間間隔1 s，探頭上升高度40 mm，形變量50%，檢測速度60 mm/min，每個樣品平行測定3次，結果取平均值，選取硬度和彈性作為分析指標[16]。

1.3.5 面包感官評價

參照中國農科院《面包烘焙品質評分標準》，選取10名（5男，5女）感官評價人員按照表1評分標準對面包色澤、形態、組織、口感等指標進行評分，各項評分相加后得到綜合評分，結果取平均值。

表1 面包感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria of bread

1.4 單因素試驗設計

按照1.3.1中面包基礎配方，以面包比容、感官評分、硬度和彈性為指標，分別考察硬酯酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶對青麥仁冷凍面團面包品質的影響。

1）固定海藻糖添加量3%，抗壞血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同硬酯酰乳酸鈉添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）對青麥仁冷凍面團面包品質的影響。

2）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，抗壞血酸添加量0.005%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同海藻糖添加量（1%、2%、3%、4%、5%、6%）對青麥仁冷凍面團面包品質的影響。

3）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，海藻糖添加量3%，葡萄糖氧化酶添加量0.003%，考察不同抗壞血酸添加量（0.001%、0.003%、0.005%、0.007%、0.009%、0.011%）對青麥仁冷凍面團面包品質的影響。

4）固定硬脂酰乳酸鈉添加量0.3%，海藻糖添加量3%，抗壞血酸添加量0.005%，考察不同葡萄糖氧化酶添加量（0.001%、0.002%、0.003%、0.004%、0.005%、0.006%）對青麥仁冷凍面團面包品質的影響。

1.5 響應面優化設計

在單因素試驗基礎上，以感官評分為響應值，在四因素三水平上根據Box-Benhnken中心組合設計方法，利用Design Expert 8.0.6軟件進行響應面優化分析，響應面試驗因素與水平設計如表2所示[17]。

表2 響應面試驗因素水平Table 2 Factors and levels in response surface design

1.6 數據處理

試驗數據采用Design-Expert 8.0.6進行響應面分析，采用SPSS17.0進行數據分析與統計，并進行單因素方差分析，平行測定3次，結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質的影響

硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質的影響見表3。

表3 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質的影響Table 3 Effect of the addition of sodium stearoyl lactate on quality of bread

由表3可知，隨著硬脂酰乳酸鈉添加量的增加，青麥仁冷凍面團面包的比容、彈性、感官評分等指標均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢為先下降后上升。在添加量為0.3%時，面包的彈性、感官評分均取得最大值，且在添加量大于0.4%之后感官評分下降趨勢較為明顯；硬度在添加量為0.3%時取得最小值，而比容在添加量為0.4%時取得最大值，顯著（P＜0.05）高于其它添加量。這可能是因為硬脂酰乳酸鈉添加到面包中，依靠其兩親性，與面筋蛋白發生相互作用而提升面團面筋網絡的強度，能有效地防止淀粉的老化，增強面團持氣性，提高其吸水率，因此增大了面包的比容和柔軟度，從而增加其感官評分[18]，而在添加量大于0.4%時，由于添加量過高，降低了面筋網絡的強度，從而影響面包品質。綜合上述指標評價，最終選取硬脂酰乳酸鈉添加量0.2%、0.3%、0.4%3個水平進行后續響應面試驗設計。

2.1.2 海藻糖添加量對面包品質的影響

海藻糖添加量對面包品質的影響見表4。

表4 海藻糖添加量對面包品質的影響Table 4 Effect of the addition of trehalose on quality of bread

由表4可知，隨著海藻糖添加量的增加，青麥仁冷凍面團面包的比容、彈性、感官評分等指標均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢為先下降后上升。在海藻糖添加量為3%時，面包的比容取得最大值，且感官評分顯著（P＜0.05）高于其它添加量；添加量為5%時，彈性取得最大值且硬度取得最小值，在海藻糖添加量大于5%時，各指標值變化趨勢較為明顯。這可能是因為海藻糖作為抗凍劑加入到冷凍面團中，可防止酵母在冷凍環境下受損，從而提高酵母的發酵能力，此外海藻糖還具有很強的抗脫水作用，保護面筋網絡結構，使面包保持良好的感官和質構特性[19]。綜合上述指標評價，最終選取海藻糖添加量3%、4%、5%3個水平進行后續響應面試驗設計。

2.1.3 抗壞血酸添加量對面包品質的影響

抗壞血酸添加量對面包品質的影響見表5。

表5 抗壞血酸添加量對面包品質的影響Table 5 Effect of the addition of ascorbic acid on quality of bread

由表5可知，隨著抗壞血酸添加量的增加，青麥仁冷凍面團面包的比容、感官評分均呈先上升后下降的趨勢，而硬度的變化趨勢較為平緩，但總體呈先下降后上升的趨勢。在添加量為0.005%時，面包的比容、感官評分均取得最大值，其中感官評分顯著（P＜0.05）高于其它組，在添加量為0.007%時，硬度取得最小值，在添加量為0.009%時，彈性雖取得最大值，但變化趨勢較為平緩，而面包感官評分下降趨勢則較為明顯。這可能是因為抗壞血酸作為抗氧化劑加入到冷凍面團中，影響了面團面筋蛋白巰基基團，抑制淀粉中蛋白酶活性，從而提升面筋網絡強度；同時添加抗壞血酸還可使面包體積顯著增加，且使面團的抗拉伸應力明顯增大，提高面包質量[20]。綜合上述指標評價，最終選取抗壞血酸添加量0.003%、0.005%、0.007%3個水平進行后續響應面試驗設計。

2.1.4 葡萄糖氧化酶添加量對面包品質的影響

葡萄糖氧化酶添加量對面包品質的影響見表6。

表6 葡萄糖氧化酶添加量對面包品質的影響Table 6 Effect of the addition of glucose oxidase on quality of bread

由表6可知，隨著葡萄糖氧化酶添加量的增加，青麥仁冷凍面團面包的感官評分、比容呈先上升后下降的趨勢，彈性則呈先上升后下降，最后又上升的趨勢，而硬度變化趨勢為先下降后上升。在添加量為0.003%時，面包的比容、彈性、感官評分等均取得最大值，在添加量為0.004%時，硬度取得最小值。這可能是由于葡萄糖氧化酶在冷凍面團中作為酶制劑可發生氧化反應，將面筋蛋白中的巰基（S-H）氧化成二硫鍵（S-S），從而使面筋網絡結構增強，增強面團的凍融穩定性，增大面包的體積和柔軟度，改善冷凍面團的發酵特性。而在添加量大于0.004%時，由于添加量過高使面團發黏，在冷凍和發酵過程中容易造成塌陷，從而影響面包的體積及品質[21]。綜合上述指標評價，最終選取葡萄糖氧化酶添加量0.002%、0.003%、0.004%3個水平進行后續響應面試驗設計。

2.2 響應面試驗優化結果與分析

2.2.1 響應面試驗設計及結果

根據單因素試驗結果，采用四因素三水平的Box-Benhnken設計方法進行響應面試驗，以面包的感官評分為響應值，響應面試驗方案設計及結果如表7。

表7 響應面試驗設計及結果Table 7 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 回歸模型的建立及方差分析結果

通過Design-Expert 8.0.6設計試驗并進行響應面分析，得到模擬回歸方程為：Y=94.46+0.01A+0.78B-0.46C+1.06D-1.08AB+2.00AC-1.23AD-0.45BC+0.47BD+0.32CD-4.60A2-3.12B2-6.36C2-7.16D2。

對響應面法優化試驗結果建立二次模型方差分析，結果如表8。

表8 回歸模型及方差分析Table 8 Variance analysis of regression equation

由表8可知，該模型P＜0.0001，表明該回歸模型達到了極顯著水平；失擬項P值為0.613 9，說明失擬度不顯著，因此，該模型的擬合程度比較好，試驗模型合理，多元回歸方程模型能準確反映各因素的作用。相關系數R2=0.974 0，R2Adj=0.948 1，說明模型與實際試驗結果擬合較好，誤差較小，能很好地分析與預測面包感官評分與4種改良劑不同配比之間的關系。由方差分析結果可以看出，回歸方程一次項D和二次項A2、B2、C2、D2影響均為極顯著（P＜0.01），說明其對面包感官評分的影響最大；一次項B影響顯著（P＜0.05），交互項AC影響極顯著（P＜0.01），AD影響顯著（P＜0.05），AB、BC、BD、CD 均為影響不顯著（P＞0.05），這說明各因素對面包感官評分具有一定的交互影響，而不是單一的線性關系。對F值進行比較可知，各因素對面包品質的影響順序依次為：D（葡萄糖氧化酶添加量）＞B（海藻糖添加量）＞C（抗壞血酸添加量）＞A（硬脂酰乳酸鈉添加量）。

2.2.3 響應面交互作用分析

圖1是各因素之間的響應面曲面圖，反映了各因素之間的交互作用以及對響應值感官評分的影響。響應面圖曲面坡度越陡峭，說明該因素之間的交互作用對響應值面包感官評分的影響越大[22]。

圖1 各因素交互作用對面包感官評分的影響Fig.1 Response surface plots for the effects of any two variables on sensory evaluation of bread

由圖1可知，隨著各因素添加量的增加，響應值均出現先增加后減少的趨勢，在試驗范圍內存在穩定點，硬脂酰乳酸鈉和抗壞血酸交互作用極顯著，硬脂酰乳酸鈉和葡萄糖氧化酶的交互作用顯著，表現為它們的響應曲面較為陡峭且等高線圖相比其它更接近橢圓形更密集。

2.2.4 復配改良劑最佳配方的確定與驗證試驗

使用Design Expert 8.0.6響應面軟件進行優化，得出青麥仁冷凍面團面包改良劑的最佳復配配方：硬脂酰乳酸鈉0.3%，海藻糖4.14%，抗壞血酸0.005%，葡萄糖氧化酶0.003%，在該配方條件下進行驗證試驗，最終其感官評分實際值為94.0分，與預測值（94.6分）基本一致，此時，測得青麥仁冷凍面團面包的比容為4.2 mL/g、硬度為14.5 N、彈性為4.35 mm，說明響應面法優化復配改良劑配方是可靠且有效的，具有可行性。

3 結論

本研究以青麥仁冷凍面團面包為研究對象，以面包的比容、質構、感官評分為考察指標，研究了硬脂酰乳酸鈉、海藻糖、抗壞血酸、葡萄糖氧化酶4種改良劑對面包品質的影響，通過單因素和Box-Behnken試驗優化復配改良劑配方。結果表明：4種改良劑對面包品質的影響順序依次為：葡萄糖氧化酶＞海藻糖＞抗壞血酸＞硬脂酰乳酸鈉，各因素對面包品質具有一定的交互影響，最佳復配改良劑配方為：硬脂酰乳酸鈉0.3%、海藻糖4.14%、抗壞血酸0.005%、葡萄糖氧化酶0.003%，此條件下制作的面包感官評分為94.0分，與預測值（94.6分）基本一致，此時面包的比容為4.2mL/g，硬度為14.5 N，彈性為4.35 mm，表明響應面設計優化所得的配方準確可靠，具有較好的實用價值。