響應(yīng)面法優(yōu)化自發(fā)饅頭粉配方

王欣怡，張 煌，王淼森，劉長(zhǎng)虹 *，王遠(yuǎn)輝

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院 小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450044）

自發(fā)粉是在小麥面粉中添加化學(xué)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(fā)酵食品時(shí)稱量、配料、混合、發(fā)酵、兌堿等繁瑣工序，從而使制作工藝簡(jiǎn)單化，并能穩(wěn)定和保障食品質(zhì)量的一致性，省時(shí)、簡(jiǎn)單和方便，尤其適合于在連鎖店和家庭制作[3]。自發(fā)粉在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、日本和澳大利亞等國(guó)使用得較普遍[4]。在我國(guó)，隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快，人們迫切希望能從一日三餐這一繁重的家務(wù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)，希望新鮮美味的餐飲實(shí)現(xiàn)方便快捷，因此，自發(fā)粉在我國(guó)現(xiàn)代家庭中的應(yīng)用越來(lái)越普遍[5]。

由于饅頭市場(chǎng)廣泛，其消費(fèi)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他發(fā)酵面食，故自發(fā)粉大多是針對(duì)饅頭生產(chǎn)的[6]。目前，已有關(guān)于自發(fā)粉的各種膨松劑成分添加量、工藝對(duì)饅頭感官品質(zhì)及質(zhì)構(gòu)的影響的相關(guān)研究，但對(duì)自發(fā)粉良好風(fēng)味的工藝的開(kāi)發(fā)與研究較少[7]。消費(fèi)者大多對(duì)于傳統(tǒng)饅頭味特別青睞，而現(xiàn)在市面上自發(fā)饅頭粉大多都沒(méi)有純正的發(fā)酵香味，與工廠的預(yù)試驗(yàn)結(jié)合后發(fā)現(xiàn)，酵母與酵子同時(shí)添加能具有一定的傳統(tǒng)饅頭風(fēng)味。因此，開(kāi)發(fā)一款自發(fā)饅頭粉，既簡(jiǎn)化工藝又滿足風(fēng)味要求，具有重要的意義。

本研究以自發(fā)饅頭粉制作的饅頭的白度、硬度及感官品質(zhì)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)饅頭自發(fā)粉配料，即酵子、酵母、化學(xué)膨松劑（NaHCO3和葡萄糖酸內(nèi)酯（glucono-delta-lactone，GDL）添加量3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定最優(yōu)自發(fā)饅頭粉配方，對(duì)開(kāi)發(fā)一款既簡(jiǎn)化工藝又滿足風(fēng)味要求的自發(fā)饅頭粉具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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

1.2 儀器與設(shè)備

HN750全自動(dòng)和面機(jī)：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(fā)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(yàn)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(fā)→蒸制→成品

將特一粉、食品膨松劑（酵子、酵母、化學(xué)膨松劑）加入和面機(jī)，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(dòng)壓面12次；手工成型；醒發(fā)（溫度35 ℃，相對(duì)濕度85%）45 min；沸水蒸25 min后關(guān)火悶2 min。

1.3.2 自發(fā)饅頭粉配方優(yōu)化單因素試驗(yàn)

自發(fā)饅頭粉主要由面粉和食品膨松劑構(gòu)成，食品膨松劑分為生物膨松劑和化學(xué)膨松劑。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定自發(fā)饅頭粉的食品膨松劑為酵子、酵母、碳酸氫鈉和葡萄糖酸內(nèi)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(xué)膨松劑總添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89[8]）（0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）對(duì)饅頭白度、硬度及感官品質(zhì)的影響。

1.3.3 自發(fā)饅頭粉配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以饅頭感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，選取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化學(xué)膨松劑總添加量（C）3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定自發(fā)饅頭粉最佳配方，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 自發(fā)饅頭粉配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)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(cè)定：用白度儀測(cè)定饅頭白度[10]。

饅頭硬度的測(cè)定：采用自制硬度儀測(cè)定[11]。

饅頭的感官評(píng)價(jià)：模糊感官評(píng)價(jià)[12-16]。

（1）建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型

確立評(píng)價(jià)因素集F：選擇饅頭的外觀、結(jié)構(gòu)、風(fēng)味、口感構(gòu)成因素集；確立評(píng)價(jià)等級(jí)E：評(píng)價(jià)等級(jí)即用來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)因素的優(yōu)劣程度。經(jīng)過(guò)選擇的感官評(píng)定人員根據(jù)表1分別確定饅頭各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)并分為三個(gè)類別，分別為優(yōu)、良和差，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[12]，各等級(jí)評(píng)價(jià)分布見(jiàn)表3。

表2 饅頭的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of steamed bread

表3 各等級(jí)評(píng)價(jià)分布Table 3 Distribution of each grade evaluation

確定評(píng)價(jià)權(quán)重計(jì)劃集W：評(píng)價(jià)權(quán)重指的是不同評(píng)價(jià)因素的重要程度。采用強(qiáng)制一對(duì)一確定法[13-14]確定權(quán)重，具體解釋為對(duì)參加評(píng)價(jià)的因素作一對(duì)一比較，當(dāng)一對(duì)一比較時(shí)，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(qǐng)10位感官評(píng)定人員對(duì)饅頭的4個(gè)感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)并得出指標(biāo)，其結(jié)果顯示為W=（外觀，結(jié)構(gòu)，風(fēng)味，口感）=（0.28，0.18，0.24，0.30），具體見(jiàn)表4。

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

（2）建立模糊評(píng)價(jià)矩陣

邀請(qǐng)10名感官評(píng)價(jià)人員對(duì)饅頭進(jìn)行感官評(píng)定，確定每個(gè)感官指標(biāo)在各個(gè)等級(jí)中的票數(shù)分布。每個(gè)感官指標(biāo)等級(jí)的得票數(shù)與總票數(shù)的比值即為贊成率[15]，由此建立模糊感官評(píng)價(jià)矩陣如下：

式中：j代表各個(gè)樣品的編號(hào)；i代表第i個(gè)感官指標(biāo)；Aj代表第j個(gè)樣品的模糊評(píng)價(jià)矩陣；ri1，ri2，ri3分別代表各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)贊成比例。

（3）模糊變換及綜合評(píng)分

根據(jù)模糊變換原理，權(quán)重與矩陣的乘積即為感官評(píng)價(jià)的結(jié)果[16]，記為R=W×Aj。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；采用Qrigin 2017作圖；采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行Box-Behnken Design試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 自發(fā)饅頭粉配方優(yōu)化單因素試驗(yàn)

2.1.1 酵子添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

酵子作為一種發(fā)酵劑，其中多種產(chǎn)氣菌進(jìn)行協(xié)同發(fā)酵[17-18]，產(chǎn)生更多的風(fēng)味物質(zhì)改善饅頭風(fēng)味[19]。在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，固定酵母添加量為0.5%，化學(xué)膨松劑總添加量為0.8%，考察酵子添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 酵子添加量對(duì)自發(fā)粉饅頭白度、硬度（a）及感官評(píng)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(shì)，而白度及感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)，分析主要原因可能是酵子中含有酵母菌和乳酸菌，當(dāng)面團(tuán)中酵子添加量過(guò)低時(shí)，面團(tuán)中的發(fā)酵菌群數(shù)量較少，因而直接導(dǎo)致了面團(tuán)的發(fā)酵力不足，面團(tuán)在發(fā)酵時(shí)產(chǎn)氣不足，導(dǎo)致所蒸制饅頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織過(guò)于致密，體積過(guò)小，硬度較大；而當(dāng)面團(tuán)中的酵子量提升時(shí)，酵母菌和乳酸菌增多，在菌類協(xié)同作用下發(fā)酵力也隨之增強(qiáng)，產(chǎn)氣能力提升，足量的氣體使得饅頭內(nèi)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(píng)分隨之增加；但當(dāng)酵子添加量過(guò)高時(shí)，酵子本身的顏色使得饅頭色澤變差，同時(shí)又因發(fā)酵時(shí)產(chǎn)氣過(guò)多，破壞了饅頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組織，使得饅頭內(nèi)部氣孔過(guò)大，白度下降，感官評(píng)分降低。當(dāng)酵子添加量為0.8%時(shí)，饅頭硬度適中，白度及感官評(píng)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(duì)饅頭品質(zhì)的影響

酵母菌是饅頭發(fā)酵必須的微生物，通過(guò)產(chǎn)氣和生物化學(xué)反應(yīng)，使得饅頭內(nèi)部組織松軟多孔，暄軟可口[20-21]。在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，固定酵子添加量為0.8%、化學(xué)膨松劑總添加量為0.8%，考察酵母添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 酵母添加量對(duì)自發(fā)粉饅頭白度、硬度（a）及感官評(píng)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(shì)，白度及感官評(píng)分均呈先升高后下降的趨勢(shì)。分析原因可能是當(dāng)酵母添加量較低時(shí)，酵母菌數(shù)量太少，而酵子發(fā)酵力又較低，不能有效產(chǎn)氣，故所蒸制出的饅頭內(nèi)部氣孔過(guò)于緊密，體型干癟，表皮暗淡，導(dǎo)致硬度較高，白度及感官評(píng)分較低；隨著酵母添加量的提高，面團(tuán)內(nèi)的微生物量增加，產(chǎn)氣量增加，饅頭結(jié)構(gòu)變得疏松，硬度下降，白度及感官評(píng)分升高；但當(dāng)酵母添加量過(guò)高時(shí)，酵母與酵子協(xié)同發(fā)酵產(chǎn)氣過(guò)多，所蒸制出的饅頭內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)過(guò)于疏松，氣孔大小不一，白度下降，感官評(píng)分隨之下降。當(dāng)酵母添加量為0.6%時(shí)，饅頭的感官評(píng)分最高，達(dá)到87.2分。因此，確定最佳酵母添加量為0.6%。

2.1.3 化學(xué)膨松劑總添加量對(duì)饅頭品質(zhì)的影響

自發(fā)粉中添加的化學(xué)膨松劑主要有小蘇打、葡萄糖酸內(nèi)酯、復(fù)合磷酸鹽、酒石酸氫鉀、碳酸鈣等[8-9]，其主要作用為遇水產(chǎn)氣，縮短醒發(fā)時(shí)間。劉天天[8]確定碳酸氫鈉、葡萄糖酸內(nèi)酯是饅頭的較好的化學(xué)膨松劑。在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上固定酵母添加量為0.5%、酵子添加量為0.8%，考察化學(xué)膨松劑總添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）對(duì)饅頭品質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 化學(xué)膨松劑添加量對(duì)自發(fā)粉饅頭白度、硬度（a）及感官評(píng)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(xué)膨松劑添加量的增加，饅頭的硬度及白度呈下降趨勢(shì)，而感官評(píng)分呈先升高后下降的趨勢(shì)。分析原因可能是，化學(xué)膨松劑由NaHCO3和葡萄糖酸內(nèi)酯組成，伴隨著中和反應(yīng)的發(fā)生，會(huì)有二氧化碳?xì)怏w釋放出，化學(xué)膨松劑添加量較低時(shí)，進(jìn)行中和反應(yīng)時(shí)產(chǎn)氣量較少，使得蒸制出的饅頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于密實(shí)，硬度較低，感官評(píng)分較低；當(dāng)化學(xué)膨松劑添加量逐漸增加時(shí)，面團(tuán)中的氣體增多，所蒸制出的饅頭由于內(nèi)部氣孔逐漸擴(kuò)張而變得質(zhì)地松軟，硬度下降，感官評(píng)分升高；但當(dāng)化學(xué)膨松劑添加量過(guò)高時(shí)，由于膨松劑在饅頭的醒發(fā)以及蒸制過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)一定的顏色，再加之過(guò)多的化學(xué)膨松劑使得蒸制出的饅頭內(nèi)部氣孔開(kāi)度較大且不均勻，白度降低，感官評(píng)分下降。當(dāng)化學(xué)膨松劑添加量為1.0%時(shí)，饅頭的感官評(píng)分最高為83.2分。因此，確定最佳化學(xué)膨松劑添加量為1.0%。

2.2 自發(fā)饅頭配方優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以饅頭感官評(píng)分（Y）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選取酵子添加量（A）、酵母添加量（B）、化學(xué)膨松劑總添加量（C）3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果與分析見(jiàn)表5，方差分析見(jiàn)表6。

表5 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 5 Results and analysis of Box-Behnken center combination tests

對(duì)表5的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到感官評(píng)分（Y）對(duì)酵子添加量（A）、酵母添加量（B）及化學(xué)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(xiàng)P值=0.469 6＞0.05，不顯著，說(shuō)明回歸方程擬合度良好，可用此模型對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[22-24]。模型的決定系數(shù)R2=0.943 6，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.871 2，說(shuō)明模型可信度較高，能夠較好地描述試驗(yàn)結(jié)果[25-27]。因此，該二次回歸方程能夠較為準(zhǔn)確的反映酵母、酵子、化學(xué)膨松劑的添加量對(duì)自發(fā)粉饅頭感官品質(zhì)的影響。一次項(xiàng)A及二次項(xiàng)B2對(duì)結(jié)果影響極顯著（P＜0.01），二次項(xiàng)C2對(duì)結(jié)果影響顯著（P＜0.05），其他項(xiàng)對(duì)結(jié)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(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行求解，得到自發(fā)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(xué)膨松劑添加量1.20%，采用最佳配方蒸制的饅頭感官評(píng)分的理論值為88.2分。在該條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到感官評(píng)分平均分為87.5分。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)酵子、酵母、化學(xué)膨松劑添加量3個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，得出自發(fā)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(xué)膨松劑添加量（NaHCO3∶GDL=42∶89）1.20%。采用最佳自發(fā)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(píng)分為87.5分，與理論值相近，因此，該模型可用于自發(fā)饅頭粉配方的預(yù)測(cè)。