響應(yīng)面法優(yōu)化芋頭渣吐司面包配方

施 帥，陳桃桃

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

芋頭是一種塊莖植物，富含多種礦物質(zhì)和維生素，而且作為堿性食品，能中和體內(nèi)積存的酸性物質(zhì)，調(diào)節(jié)人體的酸堿平衡[1]。目前，大量的芋頭被用來制造芋頭淀粉及芋頭飲料，而制造這些產(chǎn)品產(chǎn)生的芋頭渣絕大多數(shù)被丟棄，這既污染了環(huán)境，又造成了資源浪費(fèi)。實(shí)際上，丟棄的這部分芋頭渣中膳食纖維含量比較高，經(jīng)加工后可作為其他食品的原料[2]。面包作為一種方便、快捷的主食，與我們的生活已密不可分。普通面包中的膳食纖維含量很低，若在面包中添加芋頭渣強(qiáng)化膳食纖維，會賦予面包預(yù)防糖尿病、動脈粥樣硬化等保健功能。但面包粉中添加芋頭渣會降低面團(tuán)成團(tuán)性和筋力，使其加工性能降低并影響口感[3]。谷朊粉是以小麥、玉米等谷物為原料，加工處理得到的一種粗蛋白在75%以上的植物蛋白。在面粉中加入含量為2%～10%的谷朊粉，可改善面粉的強(qiáng)度，有利于保持面包內(nèi)部的水分，延緩面包老化劣變，但添加量過多會影響面團(tuán)的延伸性[4]。

本試驗(yàn)以面包粉和芋頭渣為主要原料，以谷朊粉、白砂糖、酵母、雞蛋、全脂奶粉、食鹽、黃油和水等為輔料，加工制作芋頭渣吐司面包，以質(zhì)構(gòu)指標(biāo)硬度、彈性和感官評定為主要考核指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化確定芋頭渣吐司面包的最佳配方，為功能性焙烤產(chǎn)品的開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

芋頭，購自泰州市大潤發(fā)超市；即發(fā)活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；全脂奶粉，內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司；白砂糖，南京甘汁園糖業(yè)有限公司；食鹽，江蘇井神鹽化股份有限公司；黃油，新西蘭安佳食品有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DKX-B30N1 烤箱，小熊電器股份有限公司；WT-1002 電子天平，萬特衡器電器有限公司；ACM 型微粉機(jī)，浙江力普粉碎設(shè)備有限公司；HX-PB9218 破壁料理機(jī)，奧克斯集團(tuán)有限公司；TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 公司。

1.2 方法

1.2.1 芋頭渣的制備

將清洗干凈的芋頭削皮后，立即加水用破壁料理機(jī)打漿破碎（芋頭∶水=1∶2），隨后用四層紗布擠壓使芋頭汁和芋頭渣分離，芋頭汁另做它用，芋頭渣經(jīng)低溫干燥（45 ℃，干燥至水分含量10%～12%）后用微粉機(jī)將其粉碎，粒度達(dá)到100～150 目，備用。

1.2.2 芋頭渣吐司面包的加工工藝

1.2.2.1 基本配方

面包粉100 g，水45 g，雞蛋15 g，全脂奶粉3.75 g，食鹽1.25 g，黃油12.50 g。

1.2.2.2 工藝流程面包粉、芋頭渣、酵母及白砂糖等混合→攪拌→面團(tuán)靜置→壓片、整型→醒發(fā)→烘烤→冷卻→包裝

1.2.2.3 操作要點(diǎn)

先將稱好的面粉、芋頭渣、酵母、白糖、全脂奶粉進(jìn)行混合，并攪拌均勻，將水依次加入攪拌機(jī)至拾起階段，然后再分別加入雞蛋和黃油，攪拌至面筋完全擴(kuò)展，用手拉面團(tuán)呈光滑的薄膜狀時，取出靜置松弛10 min 后分割成15 g 的小面團(tuán)，放入模具中，然后置于溫度38 ℃、相對濕度75%的醒發(fā)箱醒發(fā)1 h，接著放入烤箱中以上火160 ℃、下火150 ℃烘烤15 min，取出后自然冷卻。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計

在基本配方的基礎(chǔ)上，以面包粉質(zhì)量為比例基準(zhǔn)設(shè)計單因素試驗(yàn)[5]。在固定谷朊粉6%、芋頭渣6%、酵母1.5%的條件下，考察不同白砂糖添加量（16%、17%、18%、19%、20%）對成品品質(zhì)的影響；在固定白砂糖18%、芋頭渣6%、酵母1.5%的條件下，考察不同谷朊粉添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對成品品質(zhì)的影響；在固定谷朊粉6%、白砂糖18%、酵母1.5%的條件下，考察不同芋頭渣添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對成品品質(zhì)的影響；在固定谷朊粉6%、白砂糖18%、芋頭渣6%的條件下，考察不同酵母添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）對成品品質(zhì)的影響，同時設(shè)定不加芋頭渣為空白對照組。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計

根據(jù)Box-Behnken 設(shè)計原理設(shè)計4 因素3 水平響應(yīng)面試驗(yàn)，優(yōu)化芋頭渣吐司面包最佳配方。以感官評分為響應(yīng)值，選取谷朊粉、芋頭渣、酵母、白砂糖為主要影響因素進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，確定芋頭渣吐司面包配方參數(shù)條件，其中以-1、0、1 分別代表自變量的3個水平。Box-Behnken 設(shè)計的因素與水平見表1。

表1 Box-Behnken 設(shè)計試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design單位：%

1.2.5 質(zhì)構(gòu)分析

取樣品面包3 個，將其切成3 cm×3 cm×3 cm 的立方體。探頭型號：P/75，測試方式為TPA 法[6]。測試參數(shù)：測前速率2.0 mm/s，測試和測后速率均為1.0 mm/s，壓縮程度50%，恢復(fù)時間10 s。

1.2.6 感官評價

參考GB 7099—2015[7]，選擇8 位面點(diǎn)專業(yè)人員，分別從面包的色澤、組織、形態(tài)、雜質(zhì)和滋味口感5 方面進(jìn)行感官評價，結(jié)果取平均值，評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 芋頭渣吐司面包感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of taro residue toast

續(xù)表2 芋頭渣吐司面包感官評定標(biāo)準(zhǔn)Continue table 2 Sensory evaluation standard of taro residue toast

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析并繪制圖表，應(yīng)用Design Expert 8.0 Trial 進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 白砂糖添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響

白砂糖用量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響見圖1。隨著白砂糖用量的增加，芋頭渣吐司面包彈性逐漸增大，硬度逐漸下降，可能是由于糖有吸濕性和水化作用，增加產(chǎn)品的持水性，使產(chǎn)品柔軟[8]。當(dāng)白砂糖添加量達(dá)到18%時，面包內(nèi)水分分布受到影響，美拉德反應(yīng)加速，使得面包形成較高的滲透壓，降低面筋蛋白交聯(lián)程度，面團(tuán)彈性下降；同時含糖量增加會抑制酵母發(fā)酵，延長發(fā)酵時間，產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)，致使pH 下降很快，使硬度增大[9]。綜合以上分析，白砂糖的適宜添加量為18%。

圖1 白砂糖添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of white sugar additions on quality of toast

2.1.2 谷朊粉添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響

谷朊粉添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響見圖2。添加谷朊粉對面包質(zhì)構(gòu)參數(shù)有一定程度的改善，隨著谷朊粉添加量的增加，混合粉中蛋白質(zhì)含量增加，面筋網(wǎng)絡(luò)增加。當(dāng)谷朊粉添加量為6%時，面團(tuán)的黏彈性和筋力明顯改善，硬度適宜，面包口感柔軟細(xì)膩，主要原因是谷朊粉是一種蛋白質(zhì)，增加谷朊粉用量導(dǎo)致面團(tuán)內(nèi)蛋白質(zhì)增加，面筋網(wǎng)絡(luò)變得牢固，使面團(tuán)的延伸性增大，阻力和拉伸面積都相應(yīng)線性增大，進(jìn)而使得面團(tuán)的彈性增大[10]。當(dāng)谷朊粉添加量為8%及以上時，面包彈性反而下降，面包過于粘牙，適口性差。綜合考慮，谷朊粉最適添加量為6%。

圖2 谷朊粉添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.2 Effects of gluten additions on quality of toast

2.1.3 芋頭渣添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響

芋頭渣添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響見圖3。芋頭渣的添加會降低面團(tuán)的面筋含量，一般高筋面粉的蛋白質(zhì)含量大于18%，而芋頭渣中的蛋白質(zhì)含量低于5%[8]。高筋面粉特有的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白相互作用產(chǎn)生黏彈性面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，高筋面粉減少則該結(jié)構(gòu)也隨之減少，主要表現(xiàn)在硬度和彈性方面。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，芋頭渣添加量高于6%時面包品質(zhì)變劣明顯，硬度明顯增加，彈性明顯減小。因此，芋頭渣的適宜添加量為6%。

圖3 芋頭渣添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of taro residue additions on quality of toast

2.1.4 酵母添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響

酵母添加量對芋頭渣吐司面包品質(zhì)的影響見圖4。酵母添加量在一定范圍內(nèi)與面團(tuán)主要的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)成正比，原因可能是酵母在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2使面團(tuán)體積膨大，組織疏松，提高面團(tuán)的保氣性能；但是添加過多會導(dǎo)致面團(tuán)顏色呈深褐色，不美觀，且酵母味過重，影響面包的整體風(fēng)味，感官評分下降[9]。當(dāng)酵母添加量為1.5%時，面包的彈性好，硬度適宜。因此，酵母的適宜添加量為1.5%。

圖4 酵母添加量對面包品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of yeast additions on quality of toast

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)確定的谷朊粉、芋頭渣、酵母、白砂糖的取值范圍，采用響應(yīng)面試驗(yàn)的方法，以感官評分為參考指標(biāo)，篩選出最佳組合，結(jié)果見表3。

使用Design Expert 8.0 Trial 軟件對表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到響應(yīng)值Y（感官評分）對影響芋頭渣吐司面包配方的關(guān)鍵因素（A、B、C、D）的二次多項回歸模型為：

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果Table 3 Design and test results of response surface analysis

Y=89.14+3.07A+2.50B+2.14C+2.79D+2.02AB+0.45AC-1.83AD-1.15BC-1.02BD-1.03CD-6.51A2-6.51B2-2.95C2-2.52D2

由表4 可知，該二次回歸方程的B、D、AD、BD、B2對響應(yīng)值有極顯著影響（P＜0.01），其他因素影響較小，說明試驗(yàn)中各因素對感官評分的影響不是簡單的線性關(guān)系；建立的模型極顯著，而失擬項不顯著，說明建立的模型能與實(shí)際有較好的擬合；決定系數(shù)R2=0.893 2，說明有89.32%的響應(yīng)面值符合此模型；校正決定系數(shù)為0.730 1，說明73.01%的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化可以用這個回歸模型來參考說明；此外，A、A2、C2、D2均對響應(yīng)值有顯著影響（P＜0.05）?？傮w而言，可以利用上述回歸模型對響應(yīng)面法優(yōu)化的芋頭渣吐司面包配方進(jìn)行分析和預(yù)測。

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

2.2.2 配方優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn)

通過對回歸方程進(jìn)行最優(yōu)解求解，得到芋頭渣吐司面包最優(yōu)解為：谷朊粉添加量6.09%，芋頭渣添加量6.24%，酵母添加量1.52%，白砂糖添加量18.14%。為了驗(yàn)證所建回歸模型的準(zhǔn)確性，同時保證試驗(yàn)的可操作性，將芋頭渣吐司面包最優(yōu)配方調(diào)整為：谷朊粉添加量6%，芋頭渣添加量6%，酵母添加量2%，白砂糖添加量18%。在此條件下進(jìn)行3 次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，結(jié)果見表5。

由表5 可以看出，測得芋頭渣吐司面包的彈性、硬度、感官評分分別為0.74 mm、584.33 g、89.60 分，與空白對照差異顯著（P＜0.05），說明該模型擬合度好，具有實(shí)用價值。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)面包感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性對比Table 5 Reproducibility experiment of sensory and texture qualities of toast

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和Box-Behnken 試驗(yàn)，以感官評分為響應(yīng)值，研究谷朊粉添加量、芋頭渣添加量、酵母添加量和白砂糖添加量對吐司面包品質(zhì)的影響，得到芋頭渣吐司面包最佳配方為：谷朊粉添加量6%，芋頭渣添加量6%，酵母添加量2%，白砂糖添加量18%，該配方制得的芋頭渣吐司面包質(zhì)地柔軟，色澤金黃色，口感較細(xì)膩，有面包天然的色澤和芋頭的香味，增加了吐司面包的營養(yǎng)價值，提升了芋頭的附加值。