響應面法優(yōu)化酵子冷凍面團饅頭生產(chǎn)工藝研究

杜浩冉 鄭學玲 韓小賢 張 杰 李利民 劉 翀 卞 科

(河南工業(yè)大學糧油食品學院，鄭州 450001)

饅頭是中國傳統(tǒng)發(fā)酵面食，是中華民族飲食文化的象征［1］。酵子作為我國傳統(tǒng)的發(fā)酵劑，在廣大農(nóng)村地區(qū)仍被廣泛應用，因其含有多種菌，蒸制的饅頭結(jié)構(gòu)細膩且具有特殊的風味，這是單純用酵母制作的饅頭所不及的［2－4］。丁長河等［5－6］對酵頭中的微生物進行了分離、鑒定，并比較了酵頭饅頭與工廠化饅頭品質(zhì)的差別，發(fā)現(xiàn)二者的感官總分無顯著差別，質(zhì)構(gòu)分析表明酵頭饅頭有較好的食用品質(zhì);楊敬雨等［7］綜述了酵子工業(yè)化存在的難題，提出了采用現(xiàn)代微生物技術、先進的包裝技術、開發(fā)使用成套加工設備進行解決;韓嬋娟等［8］測定了南陽市售酵子的發(fā)酵力和糖化力，確定了發(fā)酵力在800 mL以上，糖化力在150～300 u/g之間的酵子制作的饅頭才能有較好的膨脹性和風味。李志建等［9］對酵子中的微生物進行分離和純化，篩選出產(chǎn)淀粉酶較優(yōu)的菌種，發(fā)現(xiàn)用其蒸制的饅頭硬度顯著變小。劉長虹等［10］研究了老酵頭儲存時間對饅頭品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)儲存時間在13 d左右時，饅頭的總體品質(zhì)最佳，風味最好。胡麗花等［11］對不同活性干酵母制作的饅頭進行感官分析和質(zhì)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)不同的酵母顯著影響?zhàn)z頭的感官評價和質(zhì)構(gòu)特性。陳軍麗等［12］研究了乳酸菌對傳統(tǒng)酵子品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)添加濃度梯度為1×10－10乳酸菌的酵子對發(fā)酵力的影響最大，而添加濃度梯度為1×10－9乳酸菌的酵子酯化力最強。冷凍面團技術的應用，使消費者能夠隨時吃上新鮮的面制食品，解決我國傳統(tǒng)主食易老化貨、架期短的難題。近年來，對于酵母制作冷凍面團的研究較為常見，如江正強等［13］、王佳瑋等［14］通過篩選耐凍酵母以及重組面粉組分，從原料入手研究了其對冷凍面團品質(zhì)的影響;前人也有研究通過添加酶制劑、膠體、抗凍劑、乳化劑等食品添加劑來改善冷凍面團的品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)食品添加劑對冷凍面團的品質(zhì)有一定的改善［15－17］。然而，酵子在冷凍面團中的應用鮮見報道。

本試驗以高筋粉、酵子為主要原料，制作冷凍面團饅頭。選定酵子添加量、加水量、解凍后的發(fā)酵溫度(以下簡稱發(fā)酵溫度)和解凍后的發(fā)酵時間(以下簡稱發(fā)酵時間)四因素三水平進行中心組合試驗，通過Design Expert 8.0.5軟件進行響應面分析，得出酵子冷凍面團饅頭生產(chǎn)的最佳工藝條件，以期為酵子冷凍面團饅頭的進一步研究打下基礎。

1 材料與方法

1.1 原料

神象高筋粉:鄭州海嘉食品有限公司;酵子:信陽市售，購于2014年1月18日，發(fā)酵力為5 h內(nèi)總產(chǎn)氣量為1 611 mL。

1.2 主要儀器設備

JHMZ－200型針式和面機、JMTD－168/140型實驗壓片機、JXFD－7型醒發(fā)箱:北京東孚久恒儀器技術有限公司;F3流變發(fā)酵儀:法國肖邦技術公司;KLT－4020型高低溫試驗箱:無錫科隆實驗設備有限公司;TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀:英國Stable Micro System儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 酵子冷凍面團饅頭制作工藝

面粉100 g→酵子添加量8%→加水48%溶化→和面→壓片→成型→預醒發(fā)1 h(35℃、RH 85%)→速凍1 h(－35℃)→袋封凍藏7 d(－18℃)→解凍1 h(35℃，RH 85%)→醒發(fā)2 h(35℃，RH 85%)→蒸制(30～40 min)→成品。

具體過程:稱取8 g酵子加入盛有48 mL溫水的燒杯中，攪拌混勻，將發(fā)酵液加入到盛有100 g面粉的和面缽中，和面4 min，將和好的面團用壓片機壓片5次，搓圓成型。將面團于醒發(fā)箱(35℃、RH 85%)中醒發(fā)1 h，隨之將其放入－35℃的速凍機里速凍1 h，取出后裝在自封袋里－18℃冷藏7 d。將冷凍面團在35℃、RH 85%條件下解凍1 h，然后在35℃、RH 85%條件下發(fā)酵2 h，置于蒸鍋上蒸30～40 min可得成品饅頭。

1.3.2 酵子發(fā)酵力的測定［18］

將和好的面團放入F3發(fā)酵籃中，按照操作規(guī)程進行測定。測定條件為:面團質(zhì)量315 g、測定溫度35℃，測試時間5 h，面團上砝碼質(zhì)量2 000 g。

1.3.3 饅頭感官評價標準與方法

參照饅頭品嘗標準［19］，結(jié)合冷凍面團饅頭的特點，制定了冷凍面團饅頭的感官品嘗評價標準，見表1。蒸制好的饅頭室溫下放置40 min后，組織品評人員進行感官評價。

表1 饅頭感官評價指標及評分標準

表1 (續(xù))

1.3.4 饅頭質(zhì)構(gòu)測定方法［20］

采用TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀測定饅頭芯的硬度、黏聚性、彈性、咀嚼性等指標。將饅頭在常溫下冷卻1 h，用切片機將其從豎直方向切成厚度為15 mm的均勻薄片，取中部2片，采用P35探頭進行質(zhì)構(gòu)測試。參數(shù)設定:預先測試速率:3.00 mm/s，測試速率:1.00 mm/s，測試后速率:1.00 mm/s，下壓程度:50.00%，測試力:5.0 g。

1.3.5 單因素試驗

分別以不同的酵子添加量、加水量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間進行單因素試驗，考察各單因素對饅頭感官品質(zhì)的影響。

1.3.6 中心組合試驗

根據(jù)Box－Benhnken的中心組合試驗設計原理，在單因素試驗基礎上，確定中心組合試驗因素與水平，以饅頭感官總分為響應值，試驗因素及水平編碼如表2所示。

表2 Box－Behnken中心組合試驗設計因素水平及編碼

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

基本工藝點為:酵子添加量8%，加水量48%，預醒發(fā)時間1 h，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時間2 h。

2.1.1 酵子添加量對冷凍面團饅頭品質(zhì)的影響

酵子添加量對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響如圖1所示。由圖1可知，酵子添加量為8 g時，饅頭的感官總分最高。酵子添加量較少時，面團發(fā)酵不充分，饅頭的比容較小，硬度較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與口感較差;酵子添加量過大時，發(fā)酵力增強，饅頭的比容變小，挺立度不夠，易產(chǎn)生大氣孔，氣味和口感變差，感官總分下降。

圖1 酵子添加量對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響

2.1.2 加水量對冷凍面團饅頭品質(zhì)的影響

加水量對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著加水量的增加，饅頭的感官總分逐漸升高，大于50 mL時，感官總分開始下降。加水量較少時，面團吸水不足，面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不能完全形成，面團表皮干裂不光滑，成品饅頭表皮易產(chǎn)生氣泡和開裂且硬度較大;當加水量過大時，面團過軟不易成型，同時在冷凍時會形成過多的冰晶區(qū)，破壞面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，導致饅頭的柔軟度較差，內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗糙。

圖2 加水量對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響

2.1.3 發(fā)酵溫度對冷凍面團饅頭品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響如圖3所示。由圖3可以看出，當發(fā)酵溫度為35℃時，饅頭的感官總分最高，發(fā)酵溫度過高饅頭的感官品質(zhì)反而下降。發(fā)酵溫度較低時，面團發(fā)酵不充分，成品饅頭的品質(zhì)較差。發(fā)酵溫度過高時，酵子中的其他微生物如乳酸菌、醋酸菌會成為優(yōu)勢菌，它們的過量繁殖會影響?zhàn)z頭的氣味和品質(zhì)。

圖3 發(fā)酵溫度對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響

2.1.4 發(fā)酵時間對冷凍面團饅頭品質(zhì)的影響

發(fā)酵時間對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響如圖4所示。由圖4可知，當醒發(fā)時間為120 min時，冷凍面團饅頭感官總分最高。發(fā)酵時間較短時，面團發(fā)酵不充分，內(nèi)部氣孔過于細膩，硬度較大，比容較小;醒發(fā)時間過長時，饅頭表皮易開裂，內(nèi)部易形成大的氣孔，挺立度不夠，感官總分降低。

圖4 發(fā)酵時間對冷凍面團饅頭感官品質(zhì)的影響

2.2 響應面分析法優(yōu)化酵子冷凍面團饅頭生產(chǎn)工藝結(jié)果分析

2.2.1 試驗結(jié)果分析

對4個單因素使用 Design Expert 8.0.5軟件設計四因素三水平共29個試驗。這29個試驗分為2類:其中24個析因點為自變量取值在各因素所構(gòu)成三維頂點;零點為區(qū)域中心點，重復5次，用以估算試驗誤差。響應面試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

采用Design Expert 8.0.5軟件對所得數(shù)據(jù)進行回歸分析，4個因素經(jīng)過擬合得到感官總分(Y)回歸方程:

對模型進行顯著性檢驗，結(jié)果見表4。表4中回歸方差分析顯著性檢驗表明，該回歸模型P＜0.000 1，方程模型達到極顯著，失擬項 P=0.253 1＞0.05，不顯著，表明該模型方程極顯著，使用該方程模擬真實的四因素三水平的分析是可行的。該回歸模型的總決定系數(shù)R2=0.936 1，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.863 1，說明該模型的擬合程度較好，試驗誤差小。

表3 Box－Behnken試驗設計及酵子冷凍面團饅頭感官總分實測值與預測值

由表5可知，影響感官總分因素按主次順序排列為:發(fā)酵溫度＞酵子添加量＞發(fā)酵時間＞加水量。同時可知，模型中因素 X1、X3、X4對饅頭感官總分的線性效應極顯著;因素X12、X2

2、X32、X4

2對饅頭感官總分的曲面效應極顯著;X2X3、X2X4交互作用顯著。

表4 感官總分的回歸模型方差分析

表5 酵子冷凍面團饅頭感官總分回歸方程系數(shù)顯著檢驗

2.2.2 響應面分析

2.2.2.1 酵子添加量與加水量影響及交互作用分析

在固定X3=0、X4=0條件下，X1與X2影響響應面如圖5a。由圖5a顯示，X1、X2交互作用不顯著，感官總分主要受X1影響。從對應等高線圖6a上可知，在B=50 mL時，較大的酵子添加量才能得到較高的感官總分。

2.2.2.2 酵子添加量與發(fā)酵溫度影響及交互作用分析

在固定X2=0、X4=0條件下，X1、X3影響響應面如圖5b。由圖5b顯示，X1、X3交互作用不顯著，感官總分主要受X3影響。從對應等高線圖6b可知，在A=8 g時，隨著發(fā)酵溫度的升高，感官總分顯著升高隨后緩慢下降。

2.2.2.3 酵子添加量與發(fā)酵時間影響及交互作用分析

在固定X2=0、X3=0條件下，X1、X4影響響應面如圖5c。由圖5c顯示，X1、X4交互作用不顯著，感官總分主要受X1影響。從對應等高線圖6c可知，在D=120 min時，較大的酵子添加量才能得到較高的感官總分。

2.2.2.4 加水量與發(fā)酵溫度影響及交互作用分析

在固定X1=0、X4=0條件下，X2、X3影響響應面如圖5d。由圖5d顯示，X2、X3交互作用顯著。由對應等高線圖6d可知，在B=50 mL時，感官總分隨發(fā)酵溫度的升高先顯著升高后緩慢下降;在C=35℃時，感官總分隨著加水量的增加先緩慢上升而后緩慢下降。

圖5 酵子冷凍面團饅頭三維響應面圖

2.2.2.5 加水量與發(fā)酵時間影響及交互作用分析

在固定 X1=0、X3=0條件下，X2、X4影響響應面如圖5e。由圖5e顯示，X2、X4交互作用顯著。由對應等高線圖6e可知，在B=50 mL時，感官總分隨發(fā)酵時間的增加先顯著升高后緩慢下降;在D=120 min時，感官總分隨加水量的增加先顯著上升后顯著下降。

2.2.2.6 發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間影響及交互作用分析

在固定X1=0、X2=0條件下，X3、X4影響響應面如圖5f。圖5f顯示，X3、X4交互作用不顯著，感官總分主要受X3影響。

由對應等高線圖6f可知，在D=120 min時，感官總分隨發(fā)酵溫度的升高先顯著升高后緩慢下降;在C=35℃時，感官總分隨發(fā)酵時間的增加先顯著上升而后緩慢下降。

圖6 酵子冷凍面團饅頭等高線分析圖

2.3 最佳工藝條件的檢驗

通過回歸模型的預測，得到酵子冷凍面團饅頭感官總分的最佳工藝條件:酵子添加量8.33 g、加水量49.99 mL、發(fā)酵溫度 35.86 ℃、發(fā)酵時間 123.36 min，預測響應值為80.02分。

為檢驗響應面分析法的可靠性，采用上述最優(yōu)條件進行驗證試驗，同時考慮操作的方便性，將生產(chǎn)工藝參數(shù)修正為酵子添加量8.5 g、加水量50 mL、發(fā)酵溫度36℃、發(fā)酵時間125 min，實際測得的感官總分平均值為81分。因此，基于響應面法所得的優(yōu)化工藝參數(shù)準確可靠，具有實用價值。

2.4 冷凍面團饅頭與新鮮饅頭對比

按照優(yōu)化的工藝制作酵子冷凍面團饅頭與寧娜靜［21］優(yōu)化的工藝制作酵母冷凍面團饅頭進行對比，冷凍面團饅頭與新鮮饅頭對比，其中制作饅頭所用的面粉均為神象高筋粉，所用酵母均為安琪高活性干酵母，結(jié)果如表6所示。由表6可以看出，酵子冷凍面團饅頭的感官總分、硬度和咀嚼性顯著高于酵母冷凍面團饅頭(P＜0.05)，原因是酵子制作的冷凍面團表皮較光滑，不易開裂和坍塌，成品饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)細膩，氣味較好，耐咀嚼;而酵母制作的冷凍面團，表皮易開裂和坍塌，成品饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)粗糙，易形成大的氣孔，品質(zhì)較差，使其感官總分較低。新鮮酵子饅頭的感官總分顯著高于酵子冷凍面團饅頭，硬度和咀嚼性顯著小于酵子冷凍面團饅頭，而彈性和恢復性顯著大于酵子冷凍面團饅頭(P＜0.05)，這是因為酵子在冷凍時活力下降，面團的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)部分遭到破壞，易造成饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)變差，因此酵子冷凍面團饅頭的感官總分比新鮮酵子饅頭低。

表6 酵子與酵母饅頭質(zhì)構(gòu)與感官品質(zhì)對比

3 結(jié)論

利用Design Expert 8.0.5軟件，采用 Box－Behnken建立酵子冷凍面團饅頭生產(chǎn)工藝的回歸模型，方程擬合良好。

在酵子冷凍面團饅頭生產(chǎn)的過程中，發(fā)酵溫度是影響?zhàn)z頭感官總分的最關鍵因素，各生產(chǎn)因素對酵子冷凍面團饅頭感官總分的影響順序為:發(fā)酵溫度＞酵子添加量＞發(fā)酵時間＞加水量。當酵子添加量 8.33 g、加水量 49.99 mL、發(fā)酵溫度 35.86 ℃、發(fā)酵時間123.36 min時為最佳工藝參數(shù)。在此條件下預期的酵子冷凍面團饅頭的感官總分是80.02分，實際得分為81分。在對照試驗中，酵子冷凍面團饅頭感官總分顯著高于酵母冷凍面團饅頭，新鮮饅頭的感官總分顯著高于酵子冷凍面團饅頭(P＜0.05)。

［1］李里特.中國傳統(tǒng)發(fā)酵面制品創(chuàng)新與面食現(xiàn)代化［J］.糧食與食品工業(yè)，2009，16(5):1 －3

［2］蘇東海，胡麗花，蘇東民，等.酵母菌和乳酸菌發(fā)酵老面團過程中對可溶性糖的代謝［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(3):211－214

［3］韓德權(quán)，孫慶申，李冰，等.復合發(fā)酵劑饅頭和單一酵母饅頭風味物質(zhì)比較［J］.食品科學，2012，3(2):240 －242

［4］胡麗花，蘇東海，蘇東民.多菌種混合發(fā)酵對主食風味影響［J］.食品科技，2010，35(3):149－152

［5］丁長河，戚光冊，張建華，等.傳統(tǒng)起子(酵頭)的微生物分析及其對饅頭品質(zhì)的影響［J］.食品科學，2007，28(4):69 －74

［6］丁長河，戚光冊，侯麗芬，等.傳統(tǒng)老酵頭饅頭的品質(zhì)特性［J］.中國糧油學報，2007，22(3):17 －20

［7］楊敬雨，劉長虹.中國傳統(tǒng)酵子的工業(yè)化［J］.食品研究與開發(fā)，2007，28(2):164 －166

［8］韓嬋娟，劉長虹，周雪.傳統(tǒng)酵子的評價指標及方法［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(5):107 －113

［9］李志建，張煌，李海峰，等.酵子中產(chǎn)淀粉酶微生物的分離及其對饅頭品質(zhì)的影響［J］.糧食加工，2012，37(4):44－46

［10］劉長虹，劉紅梅，萇艷花，等.老酵頭儲存時間對饅頭品質(zhì)影響研究［J］.糧食科技與經(jīng)濟，2011，36(3):48 －53

［11］胡麗花，蘇東民，蘇東海.不同酵母對面團發(fā)酵特性及饅頭品質(zhì)的影響［J］.中國糧油學報，2009，24(12):32－35

［12］陳軍麗，劉長虹，楊健，等.乳酸菌對傳統(tǒng)酵子品質(zhì)影響初步研究［J］.糧食科技與經(jīng)濟，2010，35(4):44－46

［13］江正強，齊金姍，鄧紅，等.耐冷凍酵母菌的篩選［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報，2002，7(6):87－91

［14］王佳瑋，李楠，張坤生，等.冷凍面團的組分配比對其拉伸性能的影響［J］.食品研究與開發(fā)，2004，25(6):48 －51

［15］Demirkesen I，Mert B，Sumnu G，et al.Rheological properties of gluten － free bread formulations［J］.Journal of Food Engineering，2010，96(2):295 －303

［16］Kim Y S，Huang W N，Du G，et al.Effects of trehalose，transglutaminase，and gum on rheological，fermentation，and baking properties of frozen dough［J］.Food Research International，2008，41(9):903 －908

［17］Xu H N，Huang W N，Jia C，et al.Evaluation of water holding capacity and breadmaking properties for frozen dough containing ice structuring proteins from winter wheat［J］.Journal of Cereal Science，2009，49(2):250 － 253

［18］Rheofermentometer procedure booklet.ICC International Association of Cereal Science and Technology.Standard Methods.ICC:Detmold(Germany)，1992

［19］LS/T 3204－1993，饅頭用小麥粉［S］

［20］孫輝，姜薇莉，田曉紅，等.利用物性測試儀分析小麥粉饅頭品質(zhì)［J］.中國糧油學報，2005，20(6):121 －125

［21］寧娜靜.冷凍面團饅頭制作關鍵工藝及品質(zhì)改良研究［D］.鄭州:河南工業(yè)大學，2011.